Apport de la modélisation bond graph à la conception d'une suspension active

par Vincent Hernette

Thèse de doctorat en Mécanique

Sous la direction de Bernard Gay.

Soutenue en 1995

à l'Ecully, Ecole centrale de Lyon .

mots clés

• Bond graph
• Confort
• Modèles mathématiques
• Hydraulique
• Simulation par ordinateur
• Automobiles -- Ressorts et suspension
• Automobiles -- Tenue de route

Résumé

Ce memoire de these propose une demarche de conception en vue de realiser une suspension automobile active. La methode est basee sur la modelisation bond graph exploitee en simulation dans les domaines frequentiel et temporel. Cette demarche presente deux aspects: d'une part elle repose sur un decoupage du vehicule (organe de suspension, suspension monoroue, suspension bicycle). Les chapitres s'articulent en suivant cette decomposition. D'autre part, elle developpe une analyse systematique des modeles a travers une premiere etude lineaire exploratoire ; affinee par la suite lors de l'etude non lineaire. Le premier chapitre presente les particularites de la suspension oleopneumatique de base. Le compromis confort-tenue de route est mis en evidence a travers des tests simples. Le second chapitre aborde l'etude d'une suspension monoroue. Les lois de commande sont testees dans le cadre d'une strategie d'activation precise. Ces tests s'appliquent a des modeles de plus en plus fideles a la realisation automobile. Le chapitre trois est dedie a la modelisation des organes hydrauliques de commande. Dans un premier temps on aborde l'ensemble correcteur-initiateur, qui distribue le fluide vers les verins de suspension. Dans un deuxieme temps on envisage la conception d'un accelerometre hydraulique base sur le principe d'un regulateur de pression. Le quatrieme chapitre se consacre a la modelisation d'une suspension bicycle transversal pour mieux repondre a la sollicitation de roulis. Il propose une architecture hydraulique interessante qui apporte de l'amortissement en roulis. La derniere partie, resultats et conclusion, montre le bien fonde de cette demarche de conception qui a conduit a la realisation de plusieurs prototypes. Les performances en tangage et roulis sont deduites de releves experimentaux.

Titre traduit

Bond graph contribution to active car suspension design

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Résumé

This work deals with a design procedure allowing the development of active automobile suspensions. Bond graph modeling technics are used to carry out simulations in both the frequency and time domains. The approach presents two different aspect : on the one hand the suspension in broken down into its hierarchical components (quater car diagram, bicycle suspension. . . ) and the chapters are arranged according to this breakdown. On the other hand systematic study of the models is carried outgoing through, first of all, exploratory linear studies followed by more in-depth non-linear studies. The first chapter deals with the specificities of the basic hydraulic suspension. The second chapter is dedicated to the quater car model. Within the framework of a precise activation strategy, control laws are tested through application to increasingly realistic automobile models. The third chapter treats modeling of hydraulic control devices. The flow spool, the valve which supplies liquid to the suspension jack, is first covered. Secondly design of an accelerometer sensor according to the principals of a pressure spool is investigated. The fourth chapter deals with a transversal bicycle suspension model aimed at allowing better control of roll motion (roll-damping). The final section, concerning the results and conclusions, highlights the validity of the design procedure which resulted in the development of several prototypes.