WO1994006642A1 - Systeme de gestion de la stabilite des vehicules roulants - Google Patents

Systeme de gestion de la stabilite des vehicules roulants Download PDF

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Alain Bonnafoux
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Alain Bonnafoux
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    • B62H1/00—Supports or stands forming part of or attached to cycles
    • B62H1/10—Supports or stands forming part of or attached to cycles involving means providing for a stabilised ride
    • B62H1/12—Supports or stands forming part of or attached to cycles involving means providing for a stabilised ride using additional wheels
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60G—VEHICLE SUSPENSION ARRANGEMENTS
    • B60G17/00—Resilient suspensions having means for adjusting the spring or vibration-damper characteristics, for regulating the distance between a supporting surface and a sprung part of vehicle or for locking suspension during use to meet varying vehicular or surface conditions, e.g. due to speed or load
    • B60G17/015—Resilient suspensions having means for adjusting the spring or vibration-damper characteristics, for regulating the distance between a supporting surface and a sprung part of vehicle or for locking suspension during use to meet varying vehicular or surface conditions, e.g. due to speed or load the regulating means comprising electric or electronic elements
    • B60G17/016—Resilient suspensions having means for adjusting the spring or vibration-damper characteristics, for regulating the distance between a supporting surface and a sprung part of vehicle or for locking suspension during use to meet varying vehicular or surface conditions, e.g. due to speed or load the regulating means comprising electric or electronic elements characterised by their responsiveness, when the vehicle is travelling, to specific motion, a specific condition, or driver input
    • B60G17/0162—Resilient suspensions having means for adjusting the spring or vibration-damper characteristics, for regulating the distance between a supporting surface and a sprung part of vehicle or for locking suspension during use to meet varying vehicular or surface conditions, e.g. due to speed or load the regulating means comprising electric or electronic elements characterised by their responsiveness, when the vehicle is travelling, to specific motion, a specific condition, or driver input mainly during a motion involving steering operation, e.g. cornering, overtaking
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60G—VEHICLE SUSPENSION ARRANGEMENTS
    • B60G21/00—Interconnection systems for two or more resiliently-suspended wheels, e.g. for stabilising a vehicle body with respect to acceleration, deceleration or centrifugal forces
    • B60G21/08—Interconnection systems for two or more resiliently-suspended wheels, e.g. for stabilising a vehicle body with respect to acceleration, deceleration or centrifugal forces characterised by use of gyroscopes

Definitions

  • the present invention relates to a device for automatically managing the stability of tilting vehicles, that is to say controlling the inclination.
  • the dynamic stability of the vehicle-pilot assembly tends to cancel out and it is the pilot who must maintain the balance of the machine by placing his feet on the ground. on either side of the vehicle so as to act on the center of gravity, and thus counteract small lateral displacements around the equilibrium position.
  • the device according to the invention overcomes these two drawbacks, namely:
  • the device comprises a pendulum, free along the lateral axis of
  • This pendulum is associated with an electronic system for measuring and managing the angle ⁇ , the aim of which is to permanently cancel this angle ⁇ by acting, according to a second characteristic, on two articulated arms, terminated by small wheels, located on either side of the vehicle, which by tilting the vehicle by action on the ground will permanently reduce the angle ⁇ to zero.
  • the driving of vehicles with dynamic stability is completely revolutionized, especially in curves.
  • the pilot When entering a turn, the pilot no longer has to move his body to act on the center of gravity of the machine, he just has to turn the steering member.
  • the pendulum is caused, under the effect of centrifugal force, to initiate an angle ⁇ relative to the vertical of the vehicle.
  • the electronic system for measuring and managing the angle ⁇ acts on the mechanism of the stabilization arms so as to bring this angle back to zero and thus to tilt the machine by an angle ⁇ .
  • This operation of measuring the angle ⁇ and the order transmitted to the arms to tilt the vehicle as much is carried out several hundred times per second so that the machine "sticks" to its dynamic vertical in a continuous tilting motion.
  • FIGS 1 to 7 are views from the rear showing the device according to the invention at different moments characteristic of an evolution of the machine.
  • Figure 8 is a side view showing the possibilities of oscillation of the stabilization arms.
  • Figure 9 is a rear view showing another embodiment of the stabilization arms.
  • FIG. 1 represents the device according to the invention for the vehicle (1), seen from the rear, in a straight line.
  • the vertical axis (2) of the pilot vehicle assembly merges with the vertical axis (3) of the pendulum (4), the rear wheel (5) (and the front wheel) of the vehicle (1) is perpendicular to the ground (6).
  • the lengths L1 (12) and L2 (13) linked to the vertical opening of the arms of stabilization (8-9), terminated by small wheels (10-11), are equal.
  • Figure 2 shows the device according to the invention at time tl when the vehicle (1) starts a curve.
  • the pilot has just acted on the management body.
  • the pendulum (4) is offset towards the outside of the curve.
  • a non-zero angle ⁇ l (7a) is then created between the vertical axis (3) of the pendulum (4) and the vertical axis (2) of the vehicle (1).
  • Ll (12) is always equal to L2 (13).
  • Figure 3 shows what happens at time t2, a few hundredths of a second away from time tl.
  • the electronic management system for the angle ⁇ has received the information that a non-zero angle ⁇ l (7a) has just been created. He transmitted to the mechanism of the stabilization arms (8-9) the order to modify the lengths L1 (12) and L2 (13), that is to say to tilt the machine (1) in order to bring the angle ⁇ l (7a) at zero.
  • Figure 4 shows what is happening at time t3.
  • the mechanism of stabilization arm (8-9) He again transmitted to the mechanism of stabilization arm (8-9) the order to modify the lengths L1 (12) and L2 (13), that is to say to tilt the machine again (1) in order to bring back the angle ⁇ 2 (7b) to zero.
  • the vehicle (1) has completely returned to the curve, an additional angle ⁇ x is no longer created.
  • the vertical axis (2) of the machine (1) and that (3) of the pendulum (4) merge.
  • the vehicle (1) is inclined at an angle ⁇ equal to ⁇ l (7a) + ⁇ 2 (7b).
  • Figure 5 shows what is happening at time t4.
  • the vehicle (1) begins to initiate its exit from the turn.
  • the pendulum (4) is then brought back towards the inside of the curve.
  • a non-zero angle ⁇ 3 (7c) is therefore created between the vertical axis (3) of the pendulum (4) and the vertical axis (2) of the vehicle (1).
  • the order to act on the mechanism of the stabilization arms (8-9) has not yet been transmitted.
  • Figure 6 shows what is happening at time t5.
  • the electronic management system for the angle ⁇ has received the information that a non-zero angle ⁇ 3 (7c) has just appeared. He transmitted to the mechanism of the stabilization arms (8-9) the order to modify the lengths L1 (12) and L2 (13), that is to say to straighten the machine (1) in order to bring back the angle ⁇ 3 (7c) at zero. During this time the pendulum (4) returned to the real vertical by moving away from an additional angle ⁇ 4 (7d).
  • Figure 7 shows what is happening at time t6.
  • the mechanism of the stabilization arms (8-9) the order to modify the lengths L1 (12) and L2 (13), that is to say to straighten the machine again (1) in order to bring back angle ⁇ 4
  • FIGS. 1 to 7 are only characteristic moments of an evolution of the vehicle. In practice, a similar step occurs every x hundredths of a second as the evolution of
  • Figure 8 is a side view of the vehicle (1).
  • the stabilization arm (9) (like the other stabilization arm (8) not shown in this view) moves in an oscillating movement around its axis (14) in phase with the inclination of the vertical (3) of the pendulum (4).
  • the stabilization arms (8-9) can be made as constituting the two sides of a triangle whose base is the ground plane (6) and whose vertex is movable around an axis (15) which moves on an arc (16) allows the tilting of the vehicle (1).
  • this invention it is possible to produce vehicles the width of a scotter but by eliminating the drawbacks, stated above, inherent in this type of machine, while they will retain all the advantages, namely in particular the very small footprint.
  • this type of vehicle can be produced around a closed hull like a conventional automobile. In addition it may have a steering wheel and no longer a handlebar and a comfortable seat and no longer a saddle, which were necessary to cause the vehicle to tilt. According to a variant not illustrated, it is also possible to manage the attitude of vehicles with static stability, such as an automobile for example.
  • the stability when stationary is perfect.
  • the center of inertia of these machines tends, due to the centrifugal force and in proportion to this, to move towards the outside of the support polygon and thus to the imbalance.
  • the pendulum not using the mechanism of the stabilization arms, the pendulum must be free in all the axes of the horizontal plane in order to measure the lateral but also longitudinal forces which are exerted on the vehicle.
  • the system for measuring and managing the angle ⁇ will act directly on the suspension members of each wheel of the vehicle in order to reduce the angle ⁇ as much as possible but no longer to cancel it systematically.

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  • Mechanical Engineering (AREA)
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  • Motorcycle And Bicycle Frame (AREA)

Abstract

L'invention concerne un dispositif permettant de gérer automatiquement la stabilité des véhicules inclinables, c'est-à-dire d'en maîtriser l'inclinaison sans que le pilote de l'engin ait besoin d'utiliser son corps. Il est constitué d'un pendule (4) libre selon l'axe latéral du véhicule (1), associé à un système de mesure de l'angle α (7) qui existe entre la verticale (3) du pendule (4) et la verticale (2) de l'engin (1). Un système de gestion électronique analyse cet angle α (7) et transmet l'ordre aux bras de stabilisation (8-9), situés de part et d'autre de l'engin (1), de ramener en permanence l'angle α (7) à la valeur nulle en inclinant d'autant le véhicule (1).

Description

SYSTEME DE GESTION DE LA STABILITE DES VEHICULES ROULANTS
La présente invention concerne un dispositif permettant de gérer automatiquement la stabilité des véhicules inclinables, c'est à dire d'en maitriser l'inclinaison.
La stabilité de tels engins en mouvement est traditionnellement maitrisée par le pilote, par action sur le guidon et mouvement de son corps, notamment lorsqu'il s'agit de négocier un virage.
De plus à très faible vitesse ou à l'arrêt, la stabilité dynamique de l'ensemble véhicule-pilote tend à s'annuler et c'est le pilote qui doit maintenir l'équilibre de l'engin en posant ses pieds sur le sol de part et d'autre du véhicule de façon à agir sur le centre de gravité, et ainsi contrecarrer les petits déplacements latéraux autour de la position d'équilibre. Le dispositif selon l'invention permet de remédier à ces deux inconvénients, à savoir :
- l'action très physique du pilote qui doit agir avec tout son corps pour maitriser la stabilité dynamique du véhicule. - l'instabilité dans les phases à très basse vitesse ou à l'arrêt où là encore le pilote est sollicité, pour agir avec ses pieds, pour assurer une stabilité statique à l 'engin.
Le dispositif comporte selon une première caractéristique un pendule, libre selon l'axe latéral de
FEUILLE DE REMPLACEMENT l'engin, qui permet de mesurer l'inclinaison du véhicule par rapport à l'axe vertical du pendule (angle α) .
En effet, au gré des déplacements de l'ensemble véhicule-pilote, la verticale dynamique de cet ensemble, résultante de l'action de la force centrifuge, tend à se dissocier de la verticale réelle. L'axe vertical du pendule représentera en permanence la verticale dynamique de l'ensemble en mouvement.
Ce pendule est associé à un système électronique de mesure et de gestion de l'angle α , dont le but est d'annuler en permanence cet angle α en agissant, selon une deuxième caractéristique, sur deux bras articulables, terminés par de petites roues, situés de part et d'autre du véhicule, qui en inclinant l'engin par action sur le sol ramèneront en permanence l'angle α à la valeur nulle.
Ainsi selon la présente invention, la conduite des véhicules à stabilité dynamique se trouve complètement révolutionnée, notamment en courbe.
A l'abord d'un virage le pilote n'a plus à déplacer son corps pour agir sur le centre de gravité de l'engin, il lui suffit de tourner l'organe de direction. Le pendule se trouve amené, sous l'effet de la force centrifuge, à amorcer un angle α par rapport à la verticale du véhicule. Le système électronique de mesure-gestion de l'angle α agit sur le mécanisme des bras de stabilisation de façon à ramener cet angle à la valeur nulle et ainsi à incliner l'engin d'un angle α. Cette opération de mesure de l'angle α et l'ordre transmis aux bras d'incliner d'autant le véhicule, est réalisée plusieurs centaines de fois par seconde de façon à ce que l'engin "colle" à sa verticale dynamique dans un mouvement d'inclinaison continu.
La somme algébrique des angles α représente à un instant donné l'inclinaison du véhicule par rapport à la verticale réelle et constitue en permanence l'angle que doit avoir l'engin pour négocier au mieux la courbe dans laquelle il se trouve.
En ligne droite ou à l'arrêt l'analyse permanente de l'angle α et l'action résultante exercée par les bras sur le sol permet de contrecarrer toute stabilité défaillante de l'ensemble véhicule-pilote. Les figures 1 à 7 sont des vues par l'arrière représentant le dispositif selon l'invention à différents moments caractéristiques d'une évolution de l'engin.
La figure 8 est une vue de côté mettant en évidence les possibilités d'oscillation des bras de stabilisation. La figure 9 est une vue par l'arrière représentant une autre forme d'exécution des bras de stabilisation.
En référence à ces dessins la figure 1 représente le dispositif selon l'invention pour le véhicule (1), vu par l'arrière, en ligne droite. L'axe vertical (2) de l'ensemble véhicule-pilote se confond avec l'axe vertical (3) du pendule (4), la roue arrière (5) (et la roue avant) de l'engin (1) est perpendiculaire au sol (6). Les longueurs Ll (12) et L2 (13) liées à l'ouverture verticale des bras de stabilisation (8-9), terminés par de petites roues (10-11), sont égales.
La figure 2 représente le dispositif selon l'invention à l'instant tl quand le véhicule (1) amorce une courbe. Le pilote vient d'agir sur l'organe de direction. Sous l'effet de la force centrifuge le pendule (4) est déporté vers l'extérieur de la courbe. Il se cré alors entre l'axe vertical (3) du pendule (4) et l'axe vertical (2) du véhicule (1) un angle αl (7a) non nul. A cet instant l'ordre d'agir sur le mécanisme des bras de stabilisation (8-9) n'a pas encore été transmis. Ll (12) est toujours égal à L2 (13) .
La figure 3 représente ce qui se passe à l'instant t2, éloigné de quelques centièmes de seconde de l'instant tl. Le système de gestion électronique de l'angle α a reçu l'information selon laquelle un angle αl (7a) non nul vient de se créer. Il a transmis au mécanisme des bras de stabilisation (8-9) l'ordre de modifier les longueurs Ll (12) et L2 (13), c'est à dire d'incliner l'engin (1) afin de ramener l'angle αl (7a) à la valeur nulle.
Pendant ce temps le pendule (4) a continué de se déporter par rapport à la nouvelle verticale (2) de l'engin (1), d'un angle additionnel α2 (7b).
La figure 4 représente ce qui se passe à l'instant t3. Selon le même principe qu'à l'instant t2 immédiatement précédent le système de gestion électronique de l'angle α a reçu l'information selon laquelle un angle α2 (7b) non nul vient d'apparaître. Il a à nouveau transmis au mécanisme des bras de stabilisation (8-9) l'ordre de modifier les longueurs Ll (12) et L2 (13), c'est à dire d'incliner encore l'engin (1) afin de ramener l'angle α2 (7b) à la valeur nulle . A ce moment le véhicule (1) est complètement rentré dans la courbe, un angle αx additionnel ne se cré plus. L'axe vertical (2) de l'engin (1) et celui (3) du pendule (4) se confondent. Le véhicule (1) est incliné d'un angle α égal à αl (7a) + α2 (7b) . La figure 5 représente ce qui se passe à l'instant t4.
Le véhicule (1) commence à ammorcer sa sortie du virage. Le pendule (4) est alors ramené vers l'intérieur de la courbe. Il se cré donc entre l'axe vertical (3) du pendule (4) et l'axe vertical (2) du véhicule (1) un angle α3 (7c) non nul. A cet instant l'ordre d'agir sur le mécanisme des bras de stabilisation (8-9) n'a pas encore été transmis.
La figure 6 représente ce qui se passe à l'instant t5. Le système de gestion électronique de l'angle α a reçu l'information selon laquelle un angle α3 (7c) non nul vient d'apparaîte. Il a transmis au mécanisme des bras de stabilisation (8-9) l'ordre de modifier les longueurs Ll (12) et L2 (13), c'est à dire de redresser l'engin (1) afin de ramener l'angle α3 (7c) à la valeur nulle. Pendant ce temps le pendule (4) est revenu à la verticale réelle en se déportant d'un angle additionnel α4 (7d) .
La figure 7 représente ce qui se passe à l'instant t6. Selon le même principe qu'à l'instant t5 immédiatement précédent le système de gestion électronique de l'angle α a reçu l'information selon laquelle un angle α4 ( 7d) non nul vient de se créer entre la verticale (2) de l'engin (1) et la verticale (3) du pendule (4). Il a à nouveau transmis au mécanisme des bras de stabilisation (8-9) l'ordre de modifier les longueurs Ll (12) et L2 (13), c'est à dire de redresser encore l'engin (1) afin de ramener l'angle α4
(7d) à la valeur nulle.
A ce moment le véhicule (1) est complètement sorti de la courbe, un angle αx additionnel n'apparaît plus. L'axe vertical de l'engin (1), celui (3) du pendule (4) et la verticale réelle se confondent. Le véhicule (1) est redressé, la somme algébrique de tous les an est nulle.
Les 7 étapes représentée par les figures 1 à 7 ne sont que des moments caractéristiques d'une évolution du véhicule. Dans la pratique, une étape similaire se produit tous les x centième de seconde au gré de l'évolution de
1 'engin (1) .
La figure 8 est une vue de côté du véhicule (1). Le bras de stabilisation (9) (comme l'autre bras de stabilisation (8) non représenté sur cette vue) se déplace dans un mouvement oscillant autour de son axe (14) en phase avec l'inclinaison de la verticale (3) du pendule (4).
Selon une variante illustrée par la figure 9 les bras de stabilisation (8-9) peuvent être réalisés comme constituant les deux côtés d'un triangle dont la base est le plan du sol (6) et dont le sommet mobile autour d'un axe (15) qui se déplace sur un arc de cercle (16) permet l'inclinaison du véhicule (1). Selon cette invention il est possible de réaliser des véhicules de la largeur d'un scotter mais en supprimant les inconvénients, énoncés plus haut, inhérent à ce type d'engins, alors qu'ils en conserveront tous les avantages, à savoir notamment le très faible encombrement.
Ils pourront être conduit par tous, car il n'est plus besoin de maîtriser l'équilibre de l'engin, et ce dans des conditions de sécurité et de confort inconnues jusqu'à ce jour pour un "deux roues". En effet du fait de sa stabilité assistée ce type de véhicule peut être réalisé autour d'une coque fermée comme une automobile classique. De plus il pourra disposer d'un volant et non plus d'un guidon et d'un confortable siège et non plus d'une selle, qui étaient nécessaires pour entrainer l'inclinaison du véhicule. Selon une variante non illustrée il est également possible de gérer l'assiette de véhicules à stabilité statique, comme une automobile par exemple.
En effet, pour les véhicules à trois, quatre roues et plus, la stabilité à l'arrêt est parfaite. Par contre lorsqu'ils sont en mouvement dans une courbe, le centre d'inertie des ces engins tend, du fait de la force centrifuge et proportionnellement à celle-ci, à se déplacer vers l'extérieur du polygone de sustentation et ainsi à les déséquilibre . Selon cette variante, n'utilisant pas le mécanisme des bras de stabilisation, le pendule devra être libre dans tous les axes du plan horizontal afin de mesurer les forces latérales mais aussi longitudinales qui s'exercent sur le véhicule. Selon cette variante le système de mesure-gestion de l'angle α agira directement sur les organes de suspension de chaque roue du véhicule afin de réduire au maximum l'angle α mais non plus de l'annuler systématiquement.

Claims

R E V E N D I C A T I O N S
1) Dispositif permettant de gérer automatiquement la stabilité de véhicules roulants à stabilité dynamique qui comporte un pendule (4) , libre selon l'axe latéral du véhicule (1), associé à un système de mesure et de gestion
S électronique de l'angle α (7) qui peut apparaître entre la verticale (3) du pendule et celle (2) de l'engin (1) et résultant de l'action de la force centrifuge. La tâche du système de mesure et de gestion consistant en permanence, au rythme de plusieurs centaines d'opérations par seconde, à iO annuler cet angle α. Ce dispositif se caractérise en ce qu'un mécanisme de bras stabilisateurs articulés (8-9) terminés par de petites roues (10-11), situés de part et d'autre de l'engin (1), agit sur ordre du système de gestion de l'angle α , en modifiant les longueurs Ll (12) et L2 (13) if de façon à amener le véhicule (1) à s'incliner d'un angle égal à l'angle α mesuré, pour ainsi annuler ce dernier et faire suivre à l'engin sa verticale dynamique.
2) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que les bras de stabilisation (8-9) peuvent être réalisés
20 comme constituant les deux côtés d'un triangle dont la base est le plan du sol (6) et dont le sommet mobile autour d'un axe (15) se déplace sur un arc de cercle (16).
3) Dispositif selon les revendications 1 et 2 caractérisé en ce que le véhicule, grâce à sa stabilité
25" assistée, peut être réalisé autour d'une coque fermée comme une automobile et disposer d'un volant comme organe de direction, ainsi que d'un siège et non plus d'une selle.
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