Suspensions actives et semi-actives : fonctionnement, affinités et différences

La suspension est généralement caractérisée par une composant élastique (généralement un ressort métallique hélicoïdal) et un amortisseur hydraulique capable de dissiper de l’énergie. Les unités de suspension plus sophistiquées offrent la possibilité d’intervenir sur les réglages des deux composants pour permettre une plus grande personnalisation du véhicule. Comme illustré dans ce précédent article, la modification de la précharge du ressort ne modifie pas la raideur de l’ensemble, qui est une propriété intrinsèque du ressort, mais la limite au-delà de laquelle il commence à se déformer. En intervenant sur l’amortissement hydraulique, par contre, on a des effets sur la courbe de freinage hydraulique en compression et en extension.

Jusqu’à il y a quelques années, dans le monde de la moto, la façon la plus courante de modifier le réglage de la suspension était mécaniquement et statiquement. Cette typologie est appelée passif car, une fois le calibrage initial établi, le mouvement du système de suspension est induit uniquement par le profil de la route et les contraintes dynamiques. Dernièrement, la plus grande diffusion des dispositifs de commande électronique a permis de transférer la technologie, jusqu’alors réservée au monde du quatre roues, à celui du deux roues. Récemment, même si elles représentent aujourd’hui un créneau étroit sur le marché, l’utilisation des suspensions à gestion électronique s’est également développée dans le secteur du cycle. Au niveau macroscopique, les suspensions peuvent être classées en trois groupes : les suspensions actives et semi-actives et passives. Le dernier type, comme mentionné, est représenté par les suspensions « traditionnelles ». Dans cet article, nous allons nous concentrer sur les actifs et adaptatifs. Ceux qui ne sont pas particulièrement familiers avec le schéma sous-jacent du système masse-ressort-amortisseur peuvent trouver une explication rapide du symbolisme qui, grâce auquel vous remarquerez l’ajout du contrôleur et de l’actionneur dans le système (semi) actif par rapport au système passif. Le but est de contrôler « activement » le déplacement relatif entre les masses suspendues (m_b) et non suspendu (m_t).

SUSPENSIONS ACTIVES ET SEMI-ACTIVES

Les suspensions actives permettent de gérer en continu, c’est-à-dire de contrôler en temps réel, à la fois l’amortissement et les variations d’assiette. Les informations fournies par les différents capteurs tels que les gyroscopes, les accéléromètres et la centrale inertielle (IMU) permettent de surveiller la dynamique du véhicule en mouvement. L’information est traitée par l’unité de contrôle qui renvoie les signaux de sortie nécessaires au fonctionnement des actionneurs qui font varier physiquement la hauteur des masses suspendues. Pour que le système soit efficace, il doit être très réactif. Pour obtenir une vitesse d’intervention élevée, et donc un contrôle en temps réel, il est nécessaire que les actionneurs soient capables de délivrer une puissance élevée. Monter ou abaisser une moto, dans un intervalle de temps très court, nécessite de tels actionneurs qu’ils ont du mal à installer à bord. L’utilisation de ces systèmes est en effet plus répandue dans le domaine automobile où l’encombrement et le poids représentent deux limites moins contraignantes.

Type d’actionneurs plombier la pression interne du système varie généralement grâce à l’association d’une pompe haute pression et d’un piston radial. Un exemple de cette application est le système d’auto-nivellement qui permet de maintenir la hauteur du véhicule constante lorsque la charge varie. Le système est également utile pour réduire la hauteur de la voiture à mesure que la vitesse augmente afin d’améliorer les performances aérodynamiques.
Les circuits hydrauliques se caractérisent par une latence intrinsèque dans la réponse qui est compensée par les suspensions électromécanique. Ce type de suspension, grâce à l’utilisation de moteurs électromagnétiques, est en mesure d’offrir une réponse d’intervention plus rapide et donc plus efficace. Ce mécanisme de suspension particulier est capable de communiquer avec les systèmes d’aide à la conduite modernes et de plus en plus répandus. Radar et caméras parvenant à « lire » les conditions de la chaussée fournissant des informations précieuses au système de contrôle qui est ainsi en mesure d’intervenir avec une plus grande promptitude et rapidité.

Les différents capteurs embarqués sont capables de lire le déplacement de la suspension et de fournir des signaux d’entrée à l’unité de contrôle qui, de la même manière que le réglage du trim, envoie des signaux aux actionneurs pour intervenir sur l’amortissement. Sur la base de différentes stratégies de contrôle, le confort peut être préféré aux performances maximales. Dans cette optique, la plus grande diffusion des dispositifs à commande électronique a élargi la possibilité de faire varier le « caractère » de la moto, selon les différents besoins, même pour les segments de marché intermédiaires. Possibilité auparavant réservée uniquement au haut de gamme. Les actionneurs nécessaires au réglage de l’amortissement nécessitent beaucoup moins d’énergie que les dispositifs de variation d’attitude. Les actionneurs sont généralement de électrovannes entraînés par des moteurs solénoïdes ou pas à pas. Les vannes sont actionnées pour réguler le débit d’huile en modifiant le passage libre offert. La résistance plus ou moins grande induite au passage de l’huile dans les conduits modifie la courbe de réponse de la suspension. Le résultat obtenu est similaire à celui obtenu en intervenant manuellement sur les registres mécaniques.
L’avantage est le réglage autonome du système de contrôle même lorsque le véhicule est en mouvement. Les actionneurs qui gèrent la quantité d’amortissement sont, comme mentionné, peu énergivores et de plus, étant également légers, ils n’impactent pas de manière significative le poids final du véhicule. Il s’agit d’un aspect très important qui a déterminé la plus grande diffusion de la suspension semi-active sur deux roues, par rapport aux systèmes pleinement actifs qui nécessitent des mécanismes plus complexes et lourds. Le système moto est évidemment beaucoup plus léger que son homologue à quatre roues. Par conséquent, la même augmentation de poids en termes absolus sera fortement défavorable en termes relatifs sur le vélo. Cet aspect se reflète de manière prépondérante et négative sur la dynamique de conduite. En parvenant à limiter la prise de poids, l’avantage offert par la suspension électronique en termes de confort et de stabilité n’est pas atténué. La logique de fonctionnement du système est gérée grâce à des algorithmes complexes capables de travailler à des fréquences élevées. Lors des différentes phases de conduite, telles que l’accélération ou le freinage, un transfert de charge est déclenché qui peut être contrecarré en intervenant sur le coefficient d’amortissement des suspensions avant et arrière simples.

Il est réitéré que les suspensions actives sont capables de gérer et de faire varier à la fois la variation d’assiette et l’amortissement en temps réel. La suspension semi-active, quant à elle, ne gère en continu que l’amortissement et l’assiette ne peut être ajustée statiquement qu’en fonction de divers paramètres tels que la charge (avec ou sans passager), les conditions de surface de la route, l’utilisation prévue (piste ou route). Quel que soit le type de système utilisé, l’assiette est gérée en intervenant sur la précharge du ressort. Dans le cas d’une suspension pneumatique, le réglage se fait en intervenant sur la valeur de la pression interne. Avec un exemple pratique, supposons que vous augmentez la précharge du ressort. Il est compressé d’une certaine quantité. Cette opération se traduit par un abaissement moindre des masses suspendues sous le poids du vélo lui-même et du cycliste. En fait, la hauteur statique a été modifiée. D’autre part, en réduisant la précharge du ressort, par rapport à la condition de référence, la suspension s’enfoncera davantage sous le poids du système vélo plus cycliste, réduisant la hauteur des masses suspendues. En ce qui concerne les systèmes de commande pour le réglage de l’amortissement, rien ne change par rapport à ce qui a déjà été illustré pour les suspensions actives. Il existe différents types de systèmes sur le marché.

SOPENSIONI MAGNETOREOLOGICHE

En plus de ceux déjà analysés, les système d’amortissement à commande magnétorhéologique. Le fluide magnétorhéologique est un fluide contenant des particules métalliques qui réagissent à la présence d’un champ magnétique en modifiant les propriétés physiques. Plus précisément, un fluide magnétorhéologique soumis à un champ magnétique a la propriété de faire varier instantanément et de manière réversible sa viscosité proportionnellement à l’intensité du champ. Les particules ferreuses ont des dimensions comprises entre 3 et 10 microns, en suspension dans le liquide, et représentent un pourcentage en volume compris entre 10 et 40 %. En présence du champ magnétique, les particules en suspension, du fait du phénomène de polarisation, se disposent en structures ordonnées parallèlement aux lignes d’écoulement du champ. Au fur et à mesure que le débit augmente, les particules s’agrègent en formant des colonnes qui réduisent la mobilité du fluide en augmentant la viscosité.
La principale caractéristique de l’utilisation d’un fluide magnétorhéologique est la possibilité de faire varier l’amortissement de la suspension en ne faisant varier que la viscosité de l’huile sans avoir à introduire d’appareils supplémentaires. Dans les suspensions non magnétoréoligiques, pour faire varier l’amortissement, il est nécessaire d’intervenir sur la section variable des conduits parcourus par l’huile. Ainsi, comme vu précédemment, pour obtenir un comportement adaptatif, le système doit être équipé d’un actionneur à gestion électronique. Au contraire, dans les suspensions magnétorhéologiques la section des passages reste constante, ce qui change c’est la propriété physique du fluide. Parmi les avantages des suspensions magnétoréoligiques, il y a une plus grande simplicité de construction, compacité et fiabilité car il y a moins de pièces mobiles. Cette fonctionnalité nécessite également moins d’énergie au système pour fonctionner ….