La présente invention concerne une transmission variable

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La présente invention concerne une suspension destinée à stabiliser des charges et en
particulier des véhicules terrestres, en asservissant leur attitude par la prise en compte
des perturbations du terrain et des perturbations subies par le véhicule comme la force
centrifuge, les accélérations ou décélérations, les variations de charge, afin de ne plus
ressentir de perturbations au niveau du véhicule, tout en minimisant la consommation
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d’énergie et de puissance au niveau des actionneurs.
Les suspensions classiques comprennent en général un amortisseur. Or celui-ci présente
l’inconvénient de transmettre les irrégularités du sol aux moyennes fréquences (de 1 à
10Hz), dès qu’elles représentent une vitesse verticale importante. Certaines suspensions
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pilotées compensent les mouvements du véhicule pendant les virages ou les
accélérations, mais pas les irrégularités permanentes du sol. Les véhicules sont donc
inconfortables pour les longs trajets, en particulier pour certaines personnes qui souffrent
du dos.
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L’invention a donc pour but de fournir une stabilisation motorisée destinée à ne plus sentir
de vibrations ou de secousses au niveau du véhicule, ceci malgré les irrégularités du sol
et les variations de charge du véhicule. Cette suspension est assez complexe à réaliser,
mais elle présente un confort de conduite très appréciable. Elle est conçue pour minimiser
la puissance et le travail à fournir, elle peut stabiliser à moins d’un millimètre dans la
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plupart des cas une charge de 400kg avec deux actionneurs de 100W.
Les formes, dimensions et dispositions des différents éléments pourront varier dans la
limite des équivalents comme d’ailleurs les matières utilisées pour leur fabrication, sans
changer pour cela la conception générale de l’invention décrite ici.
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Cette invention concerne une suspension stabilisatrice asservissant l’attitude d’une
charge (1) et en particulier servant à stabiliser un véhicule terrestre roulant en
compensant les mouvements de la base de la suspension (2) et les forces subies par la
charge (1) et en particulier celles dues aux virages, aux accélérations et décélérations
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tout en minimisant la consommation d’énergie et la puissance nécessaire.
Elle est caractérisée en ce qu’elle comporte au moins un actionneur élastique et en
particulier au moins deux actionneurs élastiques en parallèle (A et B), chacun d’eux étant
constitué d’au moins un des éléments suivants : actionneur pneumatique, actionneur
pneumatique en série avec un élément élastique, actionneur hydraulique en série avec un
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élément élastique, actionneur électrique en série avec un élément élastique, l’un des
actionneurs élastiques (B), dit secondaire, étant destiné à soulager l’autre (A), dit
principal, des charges importantes afin que l’actionneur élastique principal (A) puisse
fournir plus facilement de l’énergie dans les deux sens pour stabiliser la charge (1).

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Cette suspension peut être utilisée en un ou plusieurs exemplaires, en particulier un par
roue ou un par essieu pour stabiliser des automobiles, poids lourds, véhicules ferroviaires
ou tout véhicule terrestre roulant.
Une autre caractéristique est qu’elle inclut au moins un élément élastique supplémentaire
(C), et en particulier pneumatique, destiné à soulager au moins un des actionneurs (A et
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B) des charges permanentes, et en particulier à équilibrer les forces maximales et
minimales que doit fournir l’actionneur secondaire (B).
Une autre caractéristique de la suspension stabilisatrice est qu’elle inclut un amortisseur
(D) dont le débit de fluide, utilisé pour s’opposer aux variations de mouvement, est
commandé automatiquement.
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Une autre caractéristique est qu’au moins l’un des actionneurs élastiques est constitué au
moins d’une enveloppe élastique séparée en deux volumes, l’un fermé renfermant un
fluide compressible, l’autre étant alimenté par un fluide incompressible, et en particulier de
deux enveloppes élastiques, l’une destinée à fournir des efforts dans un sens, l’autre dans
l’autre.
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Une autre caractéristique de la suspension stabilisatrice est la disposition des différents
éléments, les deux actionneurs élastiques (A et B) et l’amortisseur (D) étant regroupés au
moins en partie à l’intérieur de l’élément élastique (C) de forme cylindrique creuse.
Une autre caractéristique de la suspension stabilisatrice est la présence d’un capteur (M)
sur la charge (1) constitué d’une masse asservie fournissant au moins l’information de
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vitesse verticale absolue de la charge (1) obtenue à partir de la vitesse de commande
servant à asservir la masse à zéro.
Une autre caractéristique de cette suspension stabilisatrice est d’obtenir les informations
d’accélération et de position absolue de la charge (1) par dérivée et intégrale de la vitesse
absolue fournie par le capteur (M).
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Une autre caractéristique de cette suspension stabilisatrice est la loi de commande de
l’actionneur principal (A), la grandeur de commande, et en particulier la vitesse ou le débit
de commande, assurant au moins une des fonctions suivantes : contrer la vitesse
verticale absolue de la charge (1), contrer l’accélération verticale de la charge (1), contrer
les écarts de position verticale absolue de la charge (1), absorber les mouvements de la
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base de suspension (2), compenser immédiatement les écarts entre la charge (1) et la
base de suspension (2) quand la garde de sécurité est dépassée.
Une autre caractéristique de cette suspension stabilisatrice est la loi de commande de
l’actionneur secondaire (B), la grandeur de commande, et en particulier la vitesse ou le
débit de commande, étant fonction de la force moyenne de l’actionneur principal (A) afin
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de laisser celui-ci travailler à moyenne nulle, sauf en cas de saturation de celui-ci, où
l’actionneur secondaire (B) fournit le complément de force à la charge (1).
Une autre caractéristique de cette suspension stabilisatrice est la loi de commande de
l’amortisseur (D) dont le débit de fluide, utilisé pour s’opposer aux variations de

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mouvement, est commandé automatiquement, celui-ci étant normalement libre et étant
réduit au moins dans un des cas suivants : aux fréquences importantes qui ne
transmettent pas de vibration indésirable à la charge (1) et en particulier seulement
pendant les phases de compression pour laisser de l’efficacité aux actionneurs (A et B),
dans les cas où la garde minimale de la suspension n’est plus respectée, dans les cas de
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variation de charge importante en attendant que les actionneurs (A et B) prennent le
relais, dans le cas de variation brutale de la géométrie du terrain, dans les cas de panne
de la stabilisation, où le débit réduit est la position par défaut pour que l’amortisseur (D)
serve en secours.
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Un mode de réalisation de l’invention est décrit ci-après, à titre d’exemple non limitatif,
avec référence aux dessins annexés dans lesquels :
La figure 1 représente une coupe longitudinale de la suspension.
La figure 2 représente une coupe transversale de la suspension.
La figure 3 représente le schéma du capteur.
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La figure 4 représente le schéma de principe de la suspension.
La figure 5 représente l’efficacité des différents actionneurs aux différentes fréquences.
La figure 6 représente le comportement de la suspension à toutes les fréquences.
La figure 7 représente le comportement de la suspension en variations brutales du terrain.
La figure 8 représente le comportement de la suspension en variations de charge.
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Pour réaliser cette stabilisation, il est important de pouvoir stabiliser la charge à toutes les
fréquences (Fig.4 et 5) . L’élément principal de la suspension est le ressort principal (C)
qui va filtrer la plupart des fréquences s’il est de faible raideur. La raideur de tous les
éléments élastiques s’ajoutant, la raideur totale doit être de l’ordre de 4000N/m, donc la
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raideur du ressort principal (C) doit être de l’ordre de 1500 à 2000N/m. Aux hautes
fréquences (>10Hz), la base de la suspension (2) qui a une masse non négligeable,
possède une énergie non pilotable par un actionneur et qu’il faut contrer avec un
amortisseur piloté (D). L’inconvénient d’un amortisseur est qu’il transmet les vibrations du
sol vers la charge (1), ceci n’est pas gênant au-dessus de 10Hz, car la charge (1) filtre les
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vibrations, mais indésirable aux moyennes fréquences (de 1 à 10HZ). Cet amortisseur (D)
doit être donc rendu inactif aux fréquences inférieures à 10Hz, en rendant le débit libre
entre les compartiments de l’amortisseur (D). A partir de 5 à 10Hz, lorsque les vibrations
commencent à se propager au véhicule, l’actionneur principal (A) entre en action de 5 Hz
jusqu’à des fréquences plus basses (0,3Hz) où l’actionneur secondaire (B) entre en action
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pour prendre en charge les forces permanentes de telle sorte que l’actionneur principal
(A) travaille à moyenne nulle. En cas de saturation de l’actionneur principal (A),
l’actionneur secondaire (B) prend instantanément le relais de l’actionneur principal (A) et
assure le complément. De plus l’amortisseur (D) dont le débit est laissé libre en temps

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normal, c’est-à-dire qu’il produit une force nulle, doit être commandé dans les cas
critiques où les deux actionneurs sont en saturation pour provoquer une force résistive
importante en cas de besoin.
Élément élastique (C) : celui-ci doit avoir une raideur faible de l’ordre de 2000N/m, aussi il
est préférable d’utiliser un élément pneumatique. De plus si la charge de la suspension
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est par exemple de 300kg, pour que l’actionneur secondaire (B) n’ait pas à supporter des
variations de charge importantes de 0 à 150kg supplémentaires, il est préférable que
l’élément élastique (C) prenne en charge la valeur moyenne soit 375kg et que
l’actionneur secondaire (B) ait une charge de plus ou moins 75kg. Par exemple, pour une
charge de 375kg, des valeurs cohérentes sont pour le ressort élastique (C) : 18,5 bars de
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pression, 3,5 litres de volume, 20 cm2 de section de pression. Cet élément élastique peut
être réalisé avec deux membranes élastiques formant un cylindre ayant des rayons
respectifs d’environ 5 et 9 cm, rassemblées entre elles sur un cylindre métallique de 7cm
de rayon et de 4mm d’épaisseur pour obtenir la section de 20cm2.
Actionneur principal (A) : ce peut être un actionneur électrique, hydraulique ou
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pneumatique ; dans ce dernier cas, il n’y a pas forcément besoin d’élément élastique
supplémentaire. Dans les autres cas, la raideur peut être assez importante (5000N/m),
car il est plus facile de transmettre les forces. Des dimensions cohérentes pour un
élément pneumatique sont 5bars de pression, 200cm3 de volume, et 15cm2 de section de
poussée. Un actionneur de 100W peut suffire. Dans le cas d’un actionneur hydraulique,
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on peut utiliser une membrane élastique à deux compartiments pour contenir le fluide
compressible servant de ressort dans l’un et le fluide incompressible alimenté par un
tuyau dans l’autre. Deux actionneurs de ce type sont montés tête-bêche pour fournir des
forces dans les deux sens. La commande de cet actionneur utilise les informations
suivantes : accélération verticale du châssis (g), vitesse verticale absolue du châssis (v),
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position verticale absolue du châssis (x), écart de position entre roue et châssis x0,
vitesse verticale absolue de la roue (v0). Il faut élaborer un écart de position filtré xf qui est
la combinaison de l’écart de position entre roue et châssis x0 aux basses fréquences
(<1Hz) et la position absolue (x) aux hautes fréquences (>1Hz). D’autre part si la distance
de garde (par exemple 5cm) n’est plus respectée (|x0| > 0,05), xf devient égal
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instantanément à x0. Dans le cas de la commande d’un actionneur en vitesse et en
particulier en hydraulique, on peut commander le débit de fluide (Qa). Celui-ci sera du
type : Qa = -kg . g – kv . v – kx . xf + kv0 . v0. Des valeurs cohérentes sont kg = 1, kv = 20,
kx = 30, kv0 = 1. De plus en cas d’écart important entre roue et châssis, (par exemple
supérieur à 5cm), l’actionneur principal doit immédiatement fournir le débit maximal en
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sens inverse. Cette commande peut être réalisée par des éléments hydrauliques ou par
un calculateur.
Actionneur secondaire (B) : ce peut être un actionneur électrique, hydraulique ou
pneumatique ; dans ce dernier cas, il n’y a pas forcément besoin d’élément élastique

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supplémentaire. Dans les autres cas, la raideur doit être assez faible (1000N/m) pour ne
pas gêner l’actionneur principal et pour conserver une raideur globale faible. Des
dimensions cohérentes pour un élément pneumatique sont 3bars de pression, 200cm3 de
volume, et 5cm2 de section de poussée. Un actionneur de 100W peut suffire. Dans le cas
d’un actionneur hydraulique, on peut utiliser une membrane élastique à deux
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compartiments pour contenir le fluide compressible servant de ressort dans l’un et le
fluide incompressible alimenté par un tuyau dans l’autre. Deux actionneurs de ce type
sont montés tête-bêche pour fournir des forces dans les deux sens. La commande de cet
actionneur utilise les informations suivantes : limitation de puissance en débit (Qalim) de
l’actionneur principal (A), la force Fa (ou la pression) sur l’actionneur principal (A). Dans le
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cas de la commande d’un actionneur hydraulique, on peut commander le débit de fluide
(Qb). Celui-ci vaut : Qb = (Qa lim – Qa) si l’actionneur principal (A) est en limitation de
puissance et sinon – kFa . Fa avec KFa de l’ordre de 0,001. L’actionneur secondaire
porte donc secours à l’actionneur principal en priorité, et sinon prend à son compte la
force moyenne supportée par l’actionneur principal (A) afin que celui-ci travaille au
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maximum à moyenne nulle.
Amortisseur piloté (D) : le débit de fluide circulant dans cet amortisseur (D) est commandé
automatiquement. Celui-ci est laissé normalement libre, c’est-à-dire hors fonctionnement.
Il doit entrer en fonctionnement que pour les fréquences élevées (>10Hz) où l’énergie
verticale de la roue doit être absorbée, car en dessous de ces fréquences, les vibrations
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sont transmises à la charge (1). Le coefficient d’amortissement  est donc proportionnel à
la composante haute fréquence de la vitesse relative charge/roue (1/2) obtenue par un
filtre passe-haut à 10Hz sur cette vitesse. Pour que les actionneurs (A et B) puissent
assurer l’asservissement, il est préférable que l’amortisseur (D) ne travaille qu’à la
compression pour absorber les énergies verticales montantes, ce qui laisse les temps de
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descente de la roue (1g max) pour piloter la suspension. L’amortisseur (D) doit être
également être rendu actif dans les cas où la garde minimale de la suspension n’est plus
respectée, dans les cas de variation de charge importante en attendant que les
actionneurs (A et B) prennent le relais, dans le cas de variation brutale de la géométrie du
terrain, dans les cas de panne de la stabilisation, où le débit réduit est la position par
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défaut pour que l’amortisseur (D) serve en secours.
Capteur châssis (M) : celui-ci doit fournir au moins l’information de vitesse verticale
absolue qui est l’information de base. Il peut fournir également les informations
d’accélération verticale et de position verticale absolue. Celui-ci peut être réalisé à l’aide
d’un ressort supportant une petite masse. La raideur doit être très faible de l’ordre de
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50N/m pour une masse de 500g. L’asservissement à zéro se fait en commandant un débit
(Qm) proportionnel au déplacement de la masse, la force (Fm) ou la pression. Ce débit
Qm représente la vitesse verticale absolue (v). Un circuit dérivateur permet d’obtenir
l’accélération (g). Un intégrateur permet d’obtenir la position absolue (x). On peut obtenir