WO2008071663A1 - Dispositif de suspension et vehicule automobile equipe d'un tel dispositif - Google Patents

Dispositif de suspension et vehicule automobile equipe d'un tel dispositif Download PDF

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WO2008071663A1
WO2008071663A1 PCT/EP2007/063617 EP2007063617W WO2008071663A1 WO 2008071663 A1 WO2008071663 A1 WO 2008071663A1 EP 2007063617 W EP2007063617 W EP 2007063617W WO 2008071663 A1 WO2008071663 A1 WO 2008071663A1
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vehicle
wheels
suspension
actuators
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Flavien De Bonnevie
Eric Debernard
Jean-Guillaume Meyrignac
Christophe Portaz
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Renault SAS
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    • 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
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    • B60G2800/00—Indexing codes relating to the type of movement or to the condition of the vehicle and to the end result to be achieved by the control action
    • B60G2800/01—Attitude or posture control
    • B60G2800/012—Rolling condition

Definitions

  • the present invention relates to a suspension device for a vehicle comprising suspension actuators, sensors measuring the vertical force of the ground exerted on the wheels of the vehicle as well as the control means of these suspension actuators so as to increase these downward vertical forces. depending on the needs.
  • the present invention relates to a control method of the suspension actuators of a vehicle, and a vehicle equipped with such a device.
  • a suspension device equipping a vehicle must fulfill a function of comfort for the occupants of this vehicle as well as a safety function of maintaining the stability of the vehicle as it rolls.
  • the comfort of the passengers of the vehicle depends on the capacity of the suspension device to filter the shocks and vibrations due to the irregularities that the road presents.
  • Current vehicles generally implement three levels of filtering of these irregularities.
  • the tire is a device that transmits the guiding forces of the vehicle to the road, it also transmits the vertical excitations of shocks and vibrations due to the road.
  • the second level of filtering is operated between the wheels and the chassis of the vehicle.
  • the chassis is suspended above the wheels by means of a suspension device.
  • the elements carried by this suspension are conventionally called “suspended masses".
  • Such a device thus makes it possible to filter the vibrations and jolts due to the irregularities of the road.
  • the filtering of the forces and vibrations is ensured by the trains or half-trains connecting the wheels to their rotary drive member.
  • the half-trains are thus designed to control the plane of the wheels and they contribute substantially to the stability of the vehicle and the comfort of these occupants.
  • a suspension device plays a major role in the stability, therefore the safety, of the vehicle that it equips. Indeed, it contributes to the handling of the vehicle, especially when the latter is stressed significantly in acceleration, braking or cornering by its driver.
  • the suspension device comprises suspension actuators capable of exerting on each of the wheels the moments and the forces to prevent the detachment of the wheels and ensure their follow-up closer to the profile of the road.
  • the suspension device of a vehicle can dampen the jolts, percussion and other rebounds of wheels by damping the vibrations generated by the profile of the road.
  • the suspension actuators have the function of keeping the tires of the vehicle in contact with each other. with the road. In terms of safety, this allows in particular to limit the braking distance of the vehicle to the stop.
  • the vehicles of the prior art are equipped with suspension devices using different measurements and information to fulfill the functions of comfort, that is to say to filter the vibrations generated by the irregularities of the road, and safety, that is to say essentially to keep the wheels in contact with the road.
  • These measurements and information actually represent driving variables and driving requests evaluated by sensors fitted to the vehicle.
  • the driving variables used by the current suspension devices mention may be made of the speed of the vehicle, its lateral acceleration, its longitudinal acceleration, the height of vertical displacement of each wheel and the speed of this vertical deflection.
  • the driving requests include the angle of the steering wheel chosen by the driver, the pressure it exerts on the brake pedals and accelerator.
  • Other variables may also be evaluated to inform the suspension device and allow it to calculate the instructions it must issue to the suspension actuators to perform its functions.
  • the suspension device can be informed of the intensity of the current flowing in a particular suspension actuator or braking actuator.
  • the estimate of the vertical forces is based on an estimate of the vehicle mass, the location of its center of gravity and its longitudinal and lateral accelerations.
  • the mass of the vehicle can vary according to the number of passengers and / or the payload transported, so that the location of the center of gravity can also vary according to the distribution of its mass, while the signals representing the accelerations can be noisy.
  • a vehicle with four wheels is a hyperstatic mechanism of degree one.
  • the information and measures previously listed are therefore insufficient to precisely determine the vertical force exerted on each wheel of the vehicle.
  • the suspension device must then know precisely the stiffnesses and the damping coefficients specific to each subset of suspension. front-rear-right-left. However, these magnitudes depend on the position of each wheel, the elements of the suspension exhibiting a parasitic stiffness, and thus interdependent contributions from the actuators and the passive elements of the suspension device.
  • suspension devices of the prior art are not really able to evaluate such vertical forces.
  • these suspension devices can not optimally regulate the suspension actuators that distribute the vertical forces on each wheel to ensure the comfort and stability of the vehicle.
  • the object of the present invention therefore relates to a suspension device for a motor vehicle whose evaluation of the vertical forces to the wheels is not approximate or disturbed.
  • the present invention relates to a suspension device for a motor vehicle capable of efficiently regulating the vertical forces exerted on the wheels of the vehicle in order to keep each wheel in contact with the road.
  • the present invention firstly relates to a suspension device for a motor vehicle, which comprises suspension actuators acting individually on wheels of the vehicle.
  • This vehicle has physical parameters and is equipped sensors capable of evaluating driving variables and driving requests.
  • this device comprises sensors capable of measuring the vertical force of the ground exerted on each of the wheels, as well as control means for, depending on these parameters, variables and / or requests, calculating and issuing instructions. to at least one of these suspension actuators, so as to increase the vertical force of the ground exerted on one of the wheels.
  • the suspension device object herein is able to accurately measure the vertical forces on the wheels of the vehicle and to regulate accordingly the suspension actuators to keep these wheels in contact with the road.
  • each of these sensors may consist of strain gauges housed in a bearing of one of these wheels.
  • these means can calculate and issue instructions to at least one of the suspension actuators acting on the inner rear wheel at a turn followed by the vehicle.
  • Such a device avoids the detachment of the inner rear wheel when the vehicle approaches a turn in difficult driving conditions.
  • each of the suspension actuators can act on at least one of the wheels through the front and rear half-shafts on which these wheels are mounted.
  • Such suspension actuators are therefore able to generate a vertical force on each of the wheels of the vehicle, namely at the front, rear, right and left.
  • the suspension actuators may comprise at least one anti-roll bar associated with a jack rotary capable of applying a torque on each of the half-shafts.
  • Such a suspension actuator generates an anti-roll torque, which implies the realization of a vertical force down on one and / or the other wheels mounted on these half-shafts.
  • the suspension actuators may comprise at least one linear jack capable of exerting a force on each of the half-shafts.
  • Such a suspension actuator can therefore exert a vertical force on each wheel through the corresponding half-shaft.
  • the suspension actuators may comprise at least one controlled suspension.
  • the physical parameters may include the wheelbase, the front and rear tracks, the mass of the vehicle, the stiffness of the suspension actuators;
  • the rolling variables may comprise the longitudinal and lateral accelerations, the roll angle, the ground height of the front and rear roll centers, the vertical distance separating the roll axis from the inertia center of the suspended masses, the longitudinal distances separating respectively the front wheels and the rear wheels from the center of inertia, the travel and the vertical travel speed of each wheel;
  • - driving requests include the steering wheel angle, the pressure exerted on the brake pedal, the pressure exerted on the accelerator pedal.
  • the present invention relates to a motor vehicle equipped with a device according to the invention.
  • FIG. 1 is a three-dimensional schematic representation illustrating the parameters and variables to be taken into account to establish the balance of the forces exerted on the components of a vehicle according to the present invention.
  • FIG. 2a represents a flowchart illustrating the regulation of a suspension device according to the invention.
  • Figure 2b shows a flowchart illustrating the control of a suspension device object of the present invention.
  • FIG. 3 is a comparative diagram illustrating the measurement of the vertical force exerted on the inner rear wheel as a function of the position of a vehicle in a turn, the continuous line curve corresponds to a vehicle according to the present invention, while that the curve in dashed lines corresponds to a vehicle of the prior art.
  • Figure 1 illustrates all the forces, forces and moments that are exerted on the chassis of the vehicle, that is to say between the wheels and the chassis through the suspension actuators.
  • Figure 1 illustrates the forces due to accelerations that are exerted on the vehicle at its center of gravity.
  • FIG. 1 also shows the geometrical parameters that make up the characteristic physical parameters of the vehicle, as well as the driving variables that characterize the instantaneous conditions in which the vehicle rolls.
  • the first numerical index affixed to a quantity characterizes the longitudinal location of this quantity, that is to say its position at the front or rear of the vehicle.
  • the index 1 represents the front of the vehicle, while the index 2 represents the rear of the vehicle.
  • the second numerical index possibly affixed to a magnitude of Figure 1 represents the lateral or transverse location of this magnitude on the frame.
  • the index 1 designates the left side
  • the index 2 designates the right side.
  • the vertical forces F ⁇ - exerted by each of the wheels on the chassis are respectively noted F ⁇ 1 , F ⁇ 2 , F 22I and F 222 TO designate the forces to the front-right wheels, front-left, rear-right and rear -Left of the vehicle. Indices are also used to differentiate the other quantities shown in Figure 1.
  • the "passive" anti-roll torques C M are distinguished. ⁇ and Ck 2 -G "active" anti-roll pairs C a i and C a2 .
  • the "passive" anti-roll couples C M . ⁇ and c ⁇ . ⁇ are due to the inertia of the suspension springs and front and rear axles that are modeled by their angular stiffness noted C M and Ck 2 .
  • the "active" anti-roll couples C a i and C a 2 are due to the anti-roll suspension actuators which are associated with driving members, such as a rotary jack or a linear jack, so that the values of these "active" pairs C a i and C a 2 can be controlled.
  • m mass of the vehicle
  • V 2 rear track
  • G center of inertia of the suspended masses
  • a r ⁇ x longitudinal acceleration
  • ⁇ y lateral acceleration
  • FIG. 1 therefore makes it possible to establish a balance of the forces exerted on the chassis of the vehicle and thereby determine the intensity of the variable forces by writing the equilibrium equations.
  • FIG. 1 shows the forces F XJ , F Y i and F Z i exerted by the chassis on the front axle in response to the forces F ⁇ i, F Y i and F Z i exerted by this train on the chassis. We did the same for the rear axle (with index 2).
  • equations [XVI] to [XIX] make it possible to precisely determine the vertical forces F ZIJ - exerted by each wheel on the frame regulating the values of the "active" anti-roll pairs C a i and C a 2 while measuring real-time rolling variables contained in equations [XVI] to [XIX], such as longitudinal and lateral accelerations or roll angle.
  • the vehicle object of the invention is indeed equipped with sensors capable of evaluating such driving variables and / or driving requests.
  • the suspension device of the present invention thus makes it possible to drive the anti-roll suspension actuators located on the front and rear axles so as to distribute the vertical forces of the ground exerted on each wheel.
  • these anti-roll suspension actuators are capable of generating anti-roll torque, they are capable of inducing a vertical charge transfer on one or the other of the wheels of the vehicle.
  • each wheel of the vehicle can thus comprise a sensor constituted by strain gauges housed in one of the bearings of this wheel.
  • the strain gauge allows the force to be indirectly measured by elongating elastically. However, such elongation varies the electrical resistance of the gauge.
  • a suspension device makes it possible to establish a control loop so as to achieve precisely the values of the desired vertical forces .
  • the suspension device makes it possible to maintain the inner rear wheel at the turn approached by the vehicle in contact with the ground, that is to say to avoid the detachment of this wheel. Indeed, as explained above, the detachment of the inner rear wheel significantly degrades the stability and handling of the vehicle and its stopping distance.
  • FIG. 2b thus illustrates a control loop making it possible to guarantee a minimum vertical force of the ground F 22J , thus guaranteeing contact between the inner rear wheel and the ground.
  • a computer of the suspension device according to the invention determines the desired minimum downward vertical force F 22J , then regulates the active anti-roll pairs C a i and C a 2 to minimize the difference ⁇ F Z 2 between the downward vertical force F Z 2 j desired and the vertical force of the soil F Z 2 j real.
  • a vehicle according to the invention is therefore equipped with a suspension device according to the invention which makes it possible to avoid the gradual detachment of the inner rear wheel, as shown in the diagram of FIG. can thus observe the shedding of the rear wheel inside the turn, as shown between the instants t v and t D.
  • the curve in solid lines representing the behavior of a vehicle according to the present invention shows that the vertical force of the ground F Z2j exerted on the rear inner wheel at the turn has a minimum threshold F Zm in, so that this wheel does not take off from the roadway.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Vehicle Body Suspensions (AREA)

Abstract

Dispositif de suspension pour véhicule automobile, ledit dispositif comprenant des actionneurs de suspension agissant individuellement sur des roues dudit véhicule, ledit véhicule présentant des paramètres physiques et étant équipé de senseurs aptes à évaluer des variables de roulage (?<SUB>x</SUB>, ?<SUB>y</SUB>, ?, h<SUB>1</SUB>, h<SUB>2</SUB>, h<SUB>0</SUB>, l<SUB>1</SUB>, l<SUB>2</SUB>) et des requêtes de conduite (a, P<SUB>F</SUB>, P<SUB>A</SUB>), dispositif caractérisé en ce qu'il comprend des capteurs aptes à mesurer l'effort vertical du sol (F<SUB>z11</SUB>, F<SUB>z12</SUB>, F<SUB>z21</SUB>, F<SUB>z22</SUB>) exercé sur chacune desdites roues, ainsi que des moyens de commande pour, en fonction desdits paramètres, variables et/ou requêtes, calculer et émettre des consignes vers au moins un desdits actionneurs de manière à augmenter l'effort vertical du sol (F<SUB>z11</SUB>, F<SUB>z12</SUB>, F<SUB>z21</SUB>, F<SUB>z22</SUB>) exercé sur l'une desdites roues.

Description

DISPOSITIF DE SUSPENSION ET VÉHICULE AUTOMOBILE ÉQUIPE D'UN TEL DISPOSITIF DOMAINE DE L'INVENTION
La présente invention concerne un dispositif de suspension pour véhicule comprenant des actionneurs de suspension, des capteurs mesurant l'effort vertical du sol exercé sur les roues du véhicule ainsi que les moyens de commande de ces actionneurs de suspension de façon à augmenter ces efforts verticaux descendants en fonction des besoins.
Par ailleurs, la présente invention concerne un procédé de commande des actionneurs de suspension d'un véhicule, ainsi qu'un véhicule équipé d'un tel dispositif.
ETAT ANTÉRIEURDE LA TECHNIQUE
De manière connue, un dispositif de suspension équipant un véhicule doit remplir une fonction de confort pour les occupants de ce véhicule ainsi qu'une fonction de sécurité consistant à maintenir la stabilité du véhicule lorsqu'il roule. Le confort des passagers du véhicule dépend de la capacité du dispositif de suspension à filtrer les chocs et vibrations dus aux irrégularités que présente la route. Les véhicules actuels mettent généralement en œuvre trois niveaux de filtrage de ces irrégularités.
Tout d'abord, il est possible de filtrer ces vibrations directement entre le sol et la roue, c'est-à-dire au niveau des pneumatiques. Dans la mesure où le pneumatique est un organe qui transmet les efforts de guidage du véhicule à la route, c'est aussi lui qui transmet les excitations verticales des chocs et les vibrations dues à la route.
Le deuxième niveau de filtrage est opéré entre les roues et le châssis du véhicule. Pour traiter les efforts exercés ou subis par le châssis du véhicule selon la direction verticale, on suspend ce châssis au dessus des roues par l'intermédiaire d'un dispositif de suspension. Les éléments portés par cette suspension sont classiquement appelées "masses suspendues". Un tel dispositif permet donc de filtrer les vibrations et les soubresauts dus aux irrégularités de la route. Dans la direction longitudinale et dans la direction latérale, le filtrage des efforts et des vibrations est assuré par les trains ou demi-trains reliant les roues à leur organe d'entraînement en rotation. Les demi-trains sont ainsi conçus pour contrôler le plan des roues et ils contribuent sensiblement à la stabilité du véhicule et au confort de ces occupants.
Par ailleurs, il existe un troisième niveau de filtrage des irrégularités de la route qui intervient entre le châssis et le corps des occupants du véhicule. En effet, les sièges d'un véhicule sont prévus pour minimiser la transmission des vibrations du châssis pour les occupants. Ce niveau de filtrage n'est pas directement en rapport avec l'objet de la présente invention.
Outre le confort des occupants du véhicule, un dispositif de suspension joue un rôle prépondérant pour la stabilité, donc la sécurité, du véhicule qu'il équipe. En effet, il contribue à la tenue de route du véhicule, en particulier lorsque celui-ci est sollicité de manière importante en accélération, en freinage ou en virage par son conducteur. Pour cela, le dispositif de suspension comprend des actionneurs de suspension aptes à exercer sur chacune des roues les moments et les forces permettant d'éviter le décollement des roues et d'assurer leur suivi au plus prés du profil de la route.
De plus, le dispositif de suspension d'un véhicule permet d'amortir les soubresauts, percussions et autres rebonds de roues en amortissant les vibrations que génère le profil de la route. En particulier, lorsque le véhicule roule sur un revêtement routier dégradé, sur une route pavée ou sur des obstacles saillants tels que les nids de poule ou les dos d'âne, les actionneurs de suspension ont pour fonction de maintenir les pneumatiques du véhicule en contact avec la route. En termes de sécurité, cela permet notamment de limiter la distance de freinage du véhicule jusqu'à l'arrêt.
II existe différents procédés de commande du dispositif de suspension d'un véhicule en fonction du profil de la route, des conditions de roulage et/ou des requêtes exprimées par le conducteur en termes de freinage, d'accélération ou de virage. Dans tous les cas, ces différents procédés visent à améliorer la stabilité du véhicule et le confort de ces occupants en maîtrisant les variations des efforts verticaux exercés sur chaque roue ou pneumatique.
Les véhicules de l'art antérieur sont équipés de dispositifs de suspension utilisant différentes mesures et informations pour remplir les fonctions de confort, c'est-à-dire pour filtrer les vibrations générées par les irrégularités de la route, et de sécurité, c'est- à-dire essentiellement pour maintenir les roues en contact avec la route. Ces mesures et ces informations représentent en fait des variables de roulage et des requêtes de conduite évaluées par des senseurs équipant le véhicule.
Parmi les variables de roulage utilisées par les dispositifs de suspension actuels, on peut citer la vitesse du véhicule, son accélération latérale, son accélération longitudinale, la hauteur de débattement verticale de chaque roue et la vitesse de ce débattement vertical. Parmi les requêtes de conduite, on peut citer l'angle du volant choisi par le conducteur, la pression qu'il exerce sur les pédales de frein et d'accélérateur. D'autres variables peuvent également être évaluées pour informer le dispositif de suspension et lui permettre de calculer les consignes qu'il doit émettre vers les actionneurs de suspension pour remplir ses fonctions. Ainsi, le dispositif de suspension peut être informé de l'intensité du courant circulant dans tel ou tel actionneur de suspension ou actionneur de freinage.
Ainsi, l'ensemble de ces informations et mesures collectées par le dispositif de suspension lui permettent d'estimer l'effort vertical exercé sur chaque roue afin de déterminer les consignes à émettre vers les actionneurs de suspension.
Cependant, plusieurs difficultés sont susceptibles de fausser l'estimation de ces efforts verticaux et, partant, de limiter l'efficacité de la suspension du véhicule.
Tout d'abord, lorsque le véhicule roule en régime quasi stationnaire, l'estimation des efforts verticaux est basée sur une estimation de la masse du véhicule, de la localisation de son centre de gravité et de ses accélérations longitudinales et latérales. Or, la masse du véhicule peut varier en fonction du nombre de passagers et/ou de la charge utile transportée, si bien que la localisation du centre de gravité peut également varier en fonction de la répartition de sa masse, tandis que les signaux représentant les accélérations peuvent être bruités.
En outre, un véhicule possédant quatre roues constitue un mécanisme hyperstatique de degré un. Les informations et mesures précédemment énumérées sont donc insuffisantes pour déterminer précisément l'effort vertical exercé sur chaque roue du véhicule. Le dispositif de suspension doit alors connaître précisément les raideurs et les coefficients d'amortissement propres à chaque sous-ensemble de suspension avant-arrière-droite-gauche. Toutefois, ces grandeurs dépendent de la position de chaque roue, des éléments de la suspension présentant une raideur parasite, donc des contributions interdépendantes des actionneurs et des éléments passifs du dispositif de suspension.
D'autre part, les efforts verticaux varient évidemment en fonction des contraintes dynamiques qui s'exercent sur le châssis et sur les roues. Lorsque le véhicule roule à un régime qui n'est pas quasi stationnaire, il faut donc tenir compte des mouvements transitoires du châssis et des inerties qu'il possède localement, ce qui peut s'avérer difficile.
De même, lorsque la roue subit un débattement vertical engendré par les obstacles de la route, l'énergie de tels débattements est absorbée par les éléments du châssis tels que les pneumatiques, les composants d'articulation (rotules, cardans), les amortisseurs etc. Or, cette absorption d'énergie empêche de connaître précisément l'intensité des efforts verticaux qui s'exercent sur chacune des roues du véhicule.
Par conséquent, les dispositifs de suspension de l'art antérieur ne sont pas réellement en mesure d'évaluer de tels efforts verticaux. En conséquence, ces dispositifs de suspension ne peuvent pas réguler de manière optimale les actionneurs de suspension qui permettent de répartir les efforts verticaux sur chaque roue afin d'assurer le confort et la stabilité du véhicule.
L'objet de la présente invention concerne donc un dispositif de suspension pour véhicule automobile dont l'évaluation des efforts verticaux aux roues ne soit pas approximative ni perturbée.
EXPOSE DE L'INVENTION
La présente invention se rapporte à un dispositif de suspension pour véhicule automobile apte à réaliser une régulation efficace des efforts verticaux exercés sur les roues du véhicule afin de maintenir chaque roue en contact avec la route.
La présente invention a d'abord pour objet un dispositif de suspension pour véhicule automobile, qui comprend des actionneurs de suspension agissant individuellement sur des roues du véhicule. Ce véhicule présente des paramètres physiques et il est équipé de senseurs aptes à évaluer des variables de roulage et des requêtes de conduite. Selon l'invention, ce dispositif comprend des capteurs aptes à mesurer l'effort vertical du sol exercé sur chacune des roues, ainsi que des moyens de commande pour, en fonction de ces paramètres, variables et/ou requêtes, calculer et émettre des consignes vers au moins un de ces actionneurs de suspension, de manière à augmenter l'effort vertical du sol exercé sur l'une des roues.
En d'autres termes, le dispositif de suspension objet de la présente est apte à mesurer avec précision les efforts verticaux sur les roues du véhicule et à réguler en conséquence les actionneurs de suspension pour maintenir ces roues en contact avec la route.
En pratique, chacun de ces capteurs peut être constitué par des jauges de déformation logées dans un roulement d'une de ces roues.
Ces capteurs mesurent alors indirectement les forces verticales sur chaque roue, puisqu'une jauge de contraintes mesure généralement un allongement via la variation du courant électrique qui la traverse. De tels capteurs d'effort représentent un encombrement minimal et ils sont positionnés à des endroits où s'exercent effectivement les efforts verticaux à mesurer.
Selon une forme de réalisation pratique de l'invention, ces moyens peuvent calculer et émettre des consignes vers au moins un des actionneurs de suspension agissant sur la roue arrière intérieure à un virage suivi par le véhicule.
Un tel dispositif permet d'éviter le décollement de la roue arrière intérieure lorsque le véhicule aborde un virage dans des conditions de roulage difficiles.
De manière pratique, chacun des actionneurs de suspension peut agir sur au moins une des roues par l'intermédiaire des demi-arbres avant et arrière sur lesquels ces roues sont montées.
De tels actionneurs de suspension sont donc aptes à générer un effort vertical sur chacune des roues du véhicule, à savoir à l'avant, à l'arrière, à droite et à gauche.
Selon une forme de réalisation avantageuse de l'invention, les actionneurs de suspension peuvent comprendre au moins une barre anti-roulis associée à un vérin rotatif apte à appliquer un couple sur chacun des demi-arbres.
Un tel actionneur de suspension génère un couple anti-roulis, ce qui implique la réalisation d'un effort verticale descendant sur l'une et/ou sur l'autre des roues montées sur ces demi-arbres.
Selon une autre forme de réalisation avantageuse de l'invention, les actionneurs de suspension peuvent comprendre au moins un vérin linéaire apte à exercer un effort sur chacun des demi-arbres.
Un tel actionneur de suspension peut donc exercer un effort vertical sur chacune des roue par l'intermédiaire du demi-arbre correspondant.
Selon une forme de réalisation alternative de l'invention, les actionneurs de suspension peuvent comprendre au moins une suspension pilotée.
En pratique :
- les paramètres physiques peuvent comprendre l'empattement, les voies avant et arrière, la masse du véhicule, les raideurs des actionneurs de suspension ; - les variables de roulage peuvent comprendre les accélérations longitudinale et latérale, l'angle de roulis, la hauteur au sol des centres de roulis avant et arrière, la distance verticale séparant l'axe de roulis du centre d'inertie des masses suspendues, les distances longitudinales séparant respectivement les roues avant et les roues arrière du centre d'inertie, le débattement et la vitesse de débattement vertical de chaque roue ;
- les requêtes de conduite comprennent l'angle de volant, la pression exercée sur la pédale de frein, la pression exercée sur la pédale d'accélérateur.
Ainsi, la connaissance de tous ces paramètres physiques, variable de roulage et requête de conduite permet de déterminer complètement le système hyperstatique de degré un que représente le véhicule suspendu au dessus de quatre roues.
D'autre part, la présente invention concerne un véhicule automobile équipé d'un dispositif conforme à l'invention. BRÈVE DESCRIPTION DES FIGURES
La manière dont l'invention peut être réalisée et les avantages qui en découlent ressortiront aussi des exemples de réalisation qui suivent, donnés à titre indicatif et non limitatif, à l'appui des figures annexées parmi lesquelles :
La figure 1 est une représentation schématique tridimensionnelle illustrant les paramètres et les variables à prendre en compte pour établir le bilan des efforts s'exerçant sur les composants d'un véhicule conforme à la présente invention. La figure 2a représente un organigramme illustrant la régulation d'un dispositif de suspension conforme à l'invention.
La figure 2b représente un organigramme illustrant la régulation d'un dispositif de suspension objet de la présente invention.
La figure 3 est un diagramme comparatif illustrant la mesure de l'effort vertical exercé sur la roue arrière intérieure en fonction de la position d'un véhicule dans un virage, la courbe en trait continue correspond à un véhicule conforme à la présente invention, tandis que la courbe en traits pointillés correspond à un véhicule de l'art antérieur.
MODES DE RÉALISATION DE L'INVENTION
La figure 1 illustre tous les efforts, forces et moments qui s'exercent au niveau du châssis du véhicule, c'est-à-dire entre les roues et le châssis par l'intermédiaire des actionneurs de suspension. De plus, la figure 1 illustre les forces dues aux accélérations qui s'exercent sur le véhicule au niveau de son centre de gravité. Sur la figure 1, on a également représenté les paramètres géométriques qui composent les paramètres physiques caractéristiques du véhicule, ainsi que des variables de roulage qui caractérisent les conditions instantanées dans lesquelles roule le véhicule.
De manière générale, la notation des paramètres représentés sur la figure 1 permet de distinguer les grandeurs de même nature en fonction de leur localisation sur le châssis.
En effet, le premier indice numérique apposé à une grandeur caractérise la localisation longitudinale de cette grandeur, c'est-à-dire sa position à l'avant ou à l'arrière du véhicule. L'indice 1 représente donc l'avant du véhicule, tandis que l'indice 2 représente l'arrière du véhicule. De plus, le deuxième indice numérique éventuellement apposé à une grandeur de la figure 1 représente la localisation latérale ou transversale de cette grandeur sur le châssis.
Ainsi, l'indice 1 désigne le coté gauche, tandis que l'indice 2 désigne le coté droit. Par conséquent, les efforts verticaux F^- exercés par chacune des roues sur le châssis sont notés respectivement FΛ1, F^2, F22I et F222POUr désigner les forces aux roues avant-droite, avant- gauche, arrière-droite et arrière-gauche du véhicule. Les indices sont également employés pour différencier les autres grandeurs représentées sur la figure 1.
Parmi les couples anti-roulis illustrés sur la figure 1, on distingue les couples antiroulis « passifs » CM. θ et Ck2-G des couples anti-roulis « actifs » Cai et Ca2. En effet, les couples anti-roulis « passifs » CM.Θ et c^.θ sont dus aux inerties des ressorts de suspension et des essieux avant et arrière que l'on modélise par leurs raideurs angulaires notées CM et Ck2. En revanche, les couples anti-roulis « actifs » Cai et Ca2 sont dus aux actionneurs de suspension anti-roulis qui sont associés à des organes moteurs, tels qu'un vérin rotatif ou un vérin linéaire, si bien que l'on peut commander les valeurs de ces couples « actifs » Cai et Ca2.
Les paramètres physiques caractérisant le véhicule sont notés : m : masse du véhicule
Vi :voie avant
V2: voie arrière
E : empattement CM : raideur angulaire modélisant les actionneurs de suspension avant
Ck2 : raideur angulaire modélisant les actionneurs de suspension arrière
Sur cette figure, les variables de roulage sont notées comme suit :
G : centre d'inertie des masses suspendues Ar : axe de roulis du véhicule h0 : distance verticale séparant le centre d'inertie G de l'axe de roulis Ar γx : accélération longitudinale γy : accélération latérale θ : angle de roulis hi : hauteur au sol du centre de roulis avant h2 : hauteur au sol du centre de roulis arrière
Li : distance longitudinale séparant le train avant du centre d'inertie G
L2 : distance longitudinale séparant le train arrière du centre d'inertie G
Cai : couple délivré par l'actionneur avant Ca2 : couple délivré par l'actionneur arrière
La figure 1 permet donc d'établir un bilan des efforts s 'exerçant sur le châssis du véhicule et, partant, de déterminer l'intensité des efforts variables en écrivant les équations d'équilibre. Sur la figure 1, on a représenté les forces FXJ, FYi et FZi exercées par le châssis sur le train avant en réaction aux forces Fχi, FYi et FZi qu'exercent ce train sur le châssis. On a fait de même pour le train arrière (avec l'indice 2).
Ainsi, les équations d'équilibre du train avant s'écrivent :
Figure imgf000011_0001
De même, les équations d'équilibre du train arrière du véhicule s'écrivent :
Figure imgf000011_0002
[VIII] -^ F22I + hi(Fχ2i + Fx22) + Ca2 + ck2θ = -^ F222
Les équations d'équilibre du châssis de la caisse du véhicule s'écrivent :
Figure imgf000011_0003
[XII] LiF21+ mγχho = L2F22
[XIII] L1Fx1+ mγxho.θ =L2FX2 [XIV] Cal + Ca2 + (ckl+ck2)θ = rngho.θ + mγxho
De l'équation [XIV], on déduit l'angle de roulis :
[XV] θ = mγxho - (Cal + Ca2) / (ckl + ck2 - mgho)
Puis, en remplaçant dans les équations [IX], [X] et [XI] les forces F par leurs expressions issues des équitations d'équilibre des trains avant et arrière ([I] à [VIII]), puis en soustrayant deux à deux les équations intermédiaires obtenues, on aboutit aux expressions des efforts verticaux Fzij- suivantes : rvΛ,τπ I2 1 1 1 Ji1L2 1 Jφ Ji0
[XVI] Fzl l=^ii-g - - Cal - - çklθ - - -T my ' ( 2 V[ ^1***
Figure imgf000012_0001
[XVIII] - (I+M)In,,
Figure imgf000012_0002
[X,X] Fz22=img + ±c,2 - J- C12Θ+-L M. m,, - (I - £)£--*
IE V1 V2 V2 E 2 V2 E
Or, les équations [XVI] à [XIX] permettent de déterminer précisément les efforts verticaux FZÎJ- exercés par chaque roue sur le châssis régulant les valeurs des couples anti-roulis « actifs » Cai et Ca2 tout en mesurant en temps réel les variables de roulage contenues dans les équations [XVI] à [XIX], comme les accélérations longitudinale et latérale ou l'angle de roulis. Le véhicule objet de l'invention est en effet équipé de senseurs aptes à évaluer de telles variables de roulage et/ou requêtes de conduite.
Le dispositif de suspension de la présente invention permet donc de piloter les actionneurs de suspension anti-roulis situés sur les trains avant et arrière de manière à répartir les efforts verticaux du sol exercés sur chaque roue. En effet, dans la mesure où ces actionneurs de suspension anti-roulis sont capables de générer un couple antiroulis, ils sont capables d'induire un transfert de charges vertical sur l'une ou l'autre des roues du véhicule. On peut aussi faire varier la raideur anti-roulis avant ou arrière Cki Ck2 pour moduler les Fz , dans la mesure où il s'agit de paramètres propres au châssis.
Comme le dispositif de suspension objet de la présente invention est équipé de capteurs mesurant l'effort vertical du sol exercé sur chaque roue du véhicule, il est possible de mettre en place des boucles de régulation. Conformément à l'invention, chaque roue du véhicule peut ainsi comprendre un capteur constitué par des jauges de déformation logées dans un des roulements de cette roue. En général, la jauge de contrainte permet de mesurer de manière indirecte la force en s 'allongeant de façon élastique. Or, un tel allongement fait varier la résistance électrique de la jauge. On peut donc connaître la force en faisant circuler un courant à travers la jauge.
Par conséquent, un dispositif de suspension conforme à la présente invention permet d'établir une boucle de régulation de manière à atteindre précisément les valeurs des efforts verticaux FZÎJ- souhaités. Ainsi, lorsque l'on souhaite augmenter l'effort vertical du sol sur une ou plusieurs roue(s), afin de maintenir le confort et/ou la stabilité du véhicule pour des variables de roulage et des requêtes de conduites données. La figure 2a illustre une telle boucle de régulation dans laquelle on détermine préalablement les efforts verticaux FZÎJ- souhaités, puis on mesure les efforts verticaux Fzij réels et on régule les couples anti-roulis « actifs » Cai et CΆ2 afin de minimiser l'écart ΔFZ= FZÎJ- souhaités - FZÎJ- réels.
Selon une forme de réalisation particulière de l'invention, le dispositif de suspension permet de maintenir la roue arrière intérieure au virage abordé par le véhicule en contact avec le sol, c'est-à-dire d'éviter le décollement de cette roue. En effet, comme exposé précédemment, le décollement de la roue arrière intérieure dégrade considérablement la stabilité et la tenue de route du véhicule ainsi que sa distance d'arrêt.
La figure 2b illustre ainsi une boucle de régulation permettant de garantir un effort vertical du sol F22J minimum, donc de garantir le contact ente la roue arrière intérieure et le sol. Pour cela, lorsque le dispositif de suspension mesure une accélération latérale γy importante, ce qui signifie que le véhicule se trouve dans un virage relativement contraignant. Un calculateur du dispositif de suspension conforme à l'invention détermine alors la force verticale descendante F22J minimum souhaitée, puis régule les couples anti-roulis actifs Cai et Ca2 pour minimiser l'écart ΔFZ2 entre la force verticale descendante FZ2j souhaitée et l'effort vertical du sol FZ2j réel.
Ainsi, un véhicule conforme à l'invention est donc équipé d'un dispositif de suspension conforme à l'invention qui permet d'éviter le décollement progressif de la roue arrière intérieure, comme l'illustre le diagramme de la figure 3. Les capteurs peuvent ainsi observer le délestage de la roue arrière intérieure au virage, tel que représenté entre les instants tv et tD.
Sur cette figure, on a représenté l'effort vertical du sol FZ2j- exercé sur la roue arrière intérieure au virage en fonction du temps. Jusqu'à l'instant tv qui représente le début de la mise en virage du véhicule, l'effort vertical du sol exercé sur la roue arrière intérieure FZ2j- est relativement important et passe par une valeur maximale FZmax.
Dans le virage, l'augmentation de γy diminue continûment l'effort vertical FZ2j- exercé sur la roue arrière intérieure au virage, ce qui est représenté sur le diagramme de la figure 3 par la pente que présentent les courbes.
Dans le cas d'un véhicule de l'art antérieur (traits pointillés), dont le dispositif de suspension n'est pas apte à mesurer ni à influencer l'effort vertical du sol exercé sur la roue arrière intérieure, cette roue décolle de la chaussée à partir de l'instant tv où l'effort vertical du sol FZ2j devient nul.
Au contraire, la courbe en trait plein représentant le comportement d'un véhicule conforme à la présente invention montre que l'effort vertical du sol FZ2j- exercé sur la roue arrière intérieure au virage présente un seuil minimal FZmin, si bien que cette roue ne décolle pas de la chaussée. Ainsi, la sécurité et le confort des passagers sont préservés par le dispositif de suspension objet de la présente invention.
D'autres formes de réalisation sont possibles sans pour autant sortir du cadre de la présente invention.

Claims

REVENDICATIONS
1. Dispositif de suspension pour véhicule automobile, ledit dispositif comprenant des actionneurs de suspension agissant individuellement sur des roues dudit véhicule, ledit véhicule présentant des paramètres physiques et étant équipé de senseurs aptes à évaluer des variables de roulage (γx, γy, θ, hi, h2, ho, Li, L2) et des requêtes de conduite (α, PF, PA), dispositif caractérisé en ce qu'il comprend des capteurs aptes à mesurer l'effort vertical du sol (Fzπ, Fzi2, Fz2i, Fz22) exercé sur chacune desdites roues, ainsi que des moyens de commande pour, en fonction desdits paramètres, variables et/ou requêtes, calculer et émettre des consignes vers au moins un desdits actionneurs de manière à augmenter l'effort vertical du sol (Fzπ, Fzi2, Fz2i, Fz22) exercé sur l'une desdites roues.
2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que chacun desdits capteurs est constitué par des jauges de déformation logées dans un roulement d'une desdites roues.
3. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que lesdits moyens calculent et émettent des consignes vers au moins un desdits actionneurs agissant sur la roue arrière intérieure à un virage suivi par ledit véhicule (G).
4. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que chacun desdits actionneurs agit sur au moins une desdites roues par l'intermédiaire des demi-arbres avant et arrière sur lesquels lesdites roues sont montées.
5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que lesdits actionneurs comprennent au moins une barre anti-roulis associée à un vérin rotatif apte à appliquer un couple sur chacun desdits demi-arbres.
6. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que lesdits actionneurs comprennent au moins un vérin linéaire apte à exercer un effort sur chacun desdits demi-arbres.
7. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que lesdits actionneurs comprennent au moins une suspension pilotée.
8. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que :
- lesdits paramètres physiques comprennent l'empattement (E), les voies avant (Vi) et arrière (V2), la masse dudit véhicule (m), les raideurs (cki, Ck2) des actionneurs de suspension ;
- lesdites variables de roulage comprennent les accélérations longitudinale (γx) et latérale (γy), l'angle de roulis (θ), la hauteur au sol des centres de roulis avant (hi) et arrière (h2), la distance verticale (ho) séparant l'axe de roulis du centre d'inertie (G) des masses suspendues, les distances longitudinales (Ii et I2) séparant respectivement les roues avant et les roues arrière dudit centre d'inertie (G), le débattement et la vitesse de débattement vertical de chaque roue ;
- lesdites requêtes de conduite comprennent l'angle de volant (α), la pression exercée sur la pédale de frein (PF), la pression exercée sur la pédale d'accélérateur (PA).
9. Véhicule automobile (G) présentant des paramètres physiques et étant équipé de senseurs aptes à évaluer des variables de roulage (γx, γy, θ, hi, h2, ho, Li, L2) et des requêtes de conduite (α, PF, PA), caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif selon l'une des revendications 1 à 8.
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