CA2516560A1 - Suspension de siege active - Google Patents

Abstract

Une suspension active pour siège (25) de conducteur d'autobus ou de véhicule lourd, qui comprend un actionneur électrique (16) permettant d'exercer une force entre le plancher du véhicule et l'assise du siège. L'ajustement de hauteur du siège est effectué par l~actionneur électrique (16) ou par un système mécanique indépendant. Un contrôleur (26) génère une consigne de force calculée à partir de mesures obtenues par des capteurs placés à divers endroits sur la suspension. L'actionneur électrique peut être soulagé par des éléments passifs (24) en parallèle ne permettant pas à eux seuls de jouer le rôle de suspension pour l'application considérée.

Description

SUSPENS10N DE S1~CE ACTIVE
Introductïon Ca présente invention a pour objet un dispositif de suspension active pour siège de conducteur de véhicule, notamment un autobus, un véhicule lourd ou un véhicule d'ûsage spécialisé, par exemple un engin de terrassement ou de l'équipement forestier, et dont l'opérateur ou le conducteur est soumis à des vibrations.
Zo Arrière plan technoloaïaue I( est connu que les irrégularités de la route causent la présence de vibrations importantes au poste de conduite des conducteurs d'autobus ou de véhicules lourds tels que des câmions ou des véhicules d'usage spécialisé, par exemple un engin de terrassement ou de l'équipement forestier. L'exposition des conducteurs à ces vibrations rend inconfortable l'exercice de leur travail et peut âvoir une influence négative sur leur état de santé. Afin de réduire l'accélération transmise au niveau de l'assise du conducteur, une suspension est souvent introduiteentre !e plancher du véhicule et l'assise du siège. Cette suspension de siège se doit de minimiser

2 0 l'accélération transmise au conducteur, mais elle doit aussi maintenir faible l'écart de position entre le siège et le plancher par rapport à l'ajustement de hauteur choisi, afin que la position du conducteur par rapport à son poste de conduite (volant, pédales...), ne varie pas de façon trop importânte. La conception de la suspension doit dônc prendre en compte ce compromis.
25 Ainsi, une suspension très molle permettra de réduire considërableiment le niveau d'accélération transmis mais , au priX~ d'un déplacement relatif important. Par contre, une suspension trop raide maintiendra une bonne interaction entre le conducteur et son poste de conduite mais n'offrira qu'une faible réduction de l'accélération transmise.. ~~ .

3 o En prenant en compte les deux éxigences précédemment citées, il est possible de déterminer qualitativement les caractéristiques que doit posséder la transmissibilité d'une suspension dans le domaine fréquentiel.

ötant donné que le signal d'exçitation en position relativement au signal d'excitation en accélération est plus important à basses firéquences (l'amplitude d'un signal harmonique par rapport à sa dérivée 'seconde est inversement proportionnelle au carré de la fréquence), pour étré efficace, une suspension de siège, se doifi d'avoir une transmissibilité presque unitaire en bâsses firéquences car l'influence de la position y est prépondérante, et' quasiment nulle en hautes firéquences oü cette fois (accélération transmise au siège peut-être réduite sans créer de déplacement relatif important entre le siège et le plancher.
Zo Dans le câs des suspensions passives constituées d'un élément ressort et d'un élément amortisseur telles qu'illustrées sur les fiigures 1 et 2, ce sont seulement deux.paramètres (raideur et amortissement) qui peuvent âtre ajustés et qui déteri~ninent le comportement de toute la suspension. Les problèmes de maux de dos ou de santé observés malgré l'i~tilïsation de ce 15 type de suspension démontrent que les suspensions passives ne permettent pas d'atteindre un niveau de çonfôrfi suffiisant. ~ . .
Pour obtenir des perFormances meilleures que celle des systèmes passifs, des solutions alternatives ont déjà été envisagéés.
. Ainsi, des systèmes semi-actifs ont été proposés, dont le principe 2o de foncti6nnement consiste généralement à modifier en temps réel l'amortissement de la suspension en fonction de grandeurs (position, vitesse, accélération...) pouvant âtre mesurées en temps rëel par .des capteurs placés sur la suspension.
Des systèmes semi-actifs du type mentionné ci-dessus ont déjà
25 été mis én oeuvre pour des applications .diverses, notamment pour les suspensions de sièges de véhicules (voir brevet FR-A-2 761 643;,voir aussi l'article de Choi, S.B. et al, A semi-acfive suspension .using ER fluids for a commercial vehicle seat, Journal of intelligent material systems and structures, vol. 9 - August '1998). ,Certaines études (voir l'article de Boileau, 3 o P.E. et al, Essâis en vibrafions de sièges pour autobus urbains. Phase 2:
Évaluation de sièges candidats, IRSST, juin 1997) montrent cependant que leurs performances dans cette utilisation ne sont pas sensiblement meilleures que celles des suspensions passives à amortissemenfi fixe.
Des sysfièmes actifs ont égalemenfi été proposés, dont le principe de foncfiionnement cônsiste à infiroduire u~n actionneur qui applique en temps réel un.efFort sur le siège de manière à, créer au niveau de celui-ci la réponse souhaitée. Contrairement aux suspensions semi-actives uniquemenfi dissipafiives, les systèmes actifs peuvent injecter de l'énergie dans le syst'éme. ~ ll est généralement admis que Ia performance des systèmes actifs esfi supërieure à celle des systèmes semi-actifs.
Des systèmes actifs du type menfiionné ci-dessus ont égalemenfi 1o été déjà appliqués, mais essentiellement à des suspensions de véhicules.
Celles-ci ont été, pour la grânde majorité, mises en oeuvre grâce à des actionneurs hydrauliques qui présentent dé nombreux incônvénients notammenfi d'être volumineux, d'avoir un coût élevé, une consommation d'éilergie excessive et de nécessiter un enfirefiien délicat. Ces actionneurs ï5 hydrauliques peuvent être remplacés par des actionneurs ëlectriques pour des suspensions de véhicules (voir brevét US-A-5 060 959).
Des suspensions actives onfi aussi été envisagëes pour des sièges. Certaines utilïsent: .
-des actionneurs hydrauliques (voir l'article de Stein, G.J. et al, 2 o Aetive vibration control system for fhe drivers seat for off road vehicles, Vefücle system dynamics, 20 (1991 ), pp. 57-78);
-des actionneurs électriques (voir l'article de Kawana, M. et al, Active suspension of truck seat, Shock and Vibration 5 (1998), pp. 35-41; ou la fihèse de Périsse, J., Éfiude, conception et rëalisation d'une suspension 2s active d'uri siège de véhicule routier pour l'amélioration du confort dynamique, Thèse de doctorat, École centrale de Lyon, 1997);
=des acfiionneurs électropneumafiiques (voir l'article de Stein, G.J., A drivers seaf virith active suspension of elecfropneumafic type, Transacfiions of the ASME, vol. 119, April 1997);
3 0 -des actionneurs piézoélectriqûes (voir l'article de Leo, D.J., Active seat isolation forhybrid elecfric vehicles, SPIE, vol. 3674, March 1999).
Dans la plupart des solutions présentées et pour toutes celles

4 utilisant un actionneur électrique, la suspension active est mise en oeuvre en pàrallèle avec urie suspension passive traditionnelle (voir la figure 3). De plus, (a configuration de ce type de suspension passive est telle .que celle-ci pourrait fonctionner de façon autonome, ~ sans la présence d'un' actiônneur électrique. Ce type de configuration implique ~ que les éléments qui constituent ces suspénsions passives, qui sont notamment fëlément ressort et l'élément amortisseur, possèdent 'des caractëristiques qui occasionnent un chemin de transmission passif entre le plancher du ~ véhicule et l'assise du siège qui est relativement important, donc des valeurs relativement ëlevées 1o de raideur et d'amortissement.
Les inconvénients reliés aux systèmes de suspension active couplés en parallèle à une suspension. passive traditionnelle, c'est-à-dire capable de fonctionner de façon autonome et ayant des valeurs de raideur et d'amortissement relativement élevées, sont les suivants:
1. Lorsque les éléments passifs sont importants, ils agissent sur.toute la bande de fréquencé, et donc le contrôleur, pour , que la suspension soit performante, doit compenser . ce chemin de transmission passif sur toute la bande, cé qui est difficilement réalisable en . pratique étant donné que la 2 o présence de bruit sur.les capteurs limite la bande passante utile du contrôleur.
2. Les performances de la loi de commande sont réduites en raison d'une incertitude plus élevée sur les paramètres de ta suspension passive.. En effet, puisque les 25 caractéristiques des composants ~ passifs sont connues ~~
avec une certaine prëcision relative, réduire le chemih de transmission passif nominal permet de réduire l'incertitude sur sa valeur, et donc d'obtenir en pratique un comportement de la. suspension plus performant.
3 0 3. L'effort que doit fournir l'actionneur pour compenser le chemin de transmission peut être plus élevé, étant donné
qu'il doit agir aux fréquences élevées. En basses fréquences, l'actionneur doit aussi fournir un effort pour restreindre l'amplification autour de la fréquence naturelle du système de suspension, toutefois, le chemin de transmission pâssif permet néanmoins de soulager .l'effort

5 ~ de .l'actionneur. aux basses fréquences, notamment en ce qui a trait au poids statique de l'opérateur et du siège.
Résumé de !'invention La présente invention a pour objet une suspension de siège active Zo qui pallie aux problèmes ci-dessus mentionnés.
Plus précisément, l'invention a pour objet une suspension active pour siège de conducteur de véhicule, notamment un autobus, un véhicule lourd : ou un véhicule d'usage spécialisé, par exemple un engin de terrassement ou de l'équipement forestier, dont l'opéréteur ou le cônducteur ~.5 est soumis à des vibrations, et qui comprend un actionneur électrique permettant d'éxercer une :force entre le plancher du véhicule et l'assise du siëge. L'ajustement de hauteur du siège est effectué par l'actionneur électrique ou par un système mécanique indépendant. Un contrôleur génère une commande ~ de force calculée à partir de mesures obtenues par des 2 o capteurs placés à divers endroits sur la suspension. Un .mode de réalisation préféré de l'invention prévoit la possibilité 'de mettre en ~ parallèle à la suspension active, des éléments passifs de suspension qui ôffrent un faible chemin de transmission passif en hautes fréquences comparativement à üne suspension passive traditionnelle optimisée pour l'application considérée.
25 Ces éléments passifs permettént de' réduire le dimensionnement de l'actionneur. Dans la présente invention la valeur des éléments passifs ,est donc telle que ceux-ci ne peuvent assurer à eux seul le rôle de suspension pour l'application considérée.
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description 3 o détaillée mais non limitative qui va suivre et des exemples donnés, qui font référencé aux.dessins annexés.

6 Brève description des dessins Dans les dessins annexés - la figure 1 identifiée comme « art antérieur », est un schéma de fonctionnement d'une suspension ~ passive ressort :-~ amortisseur;
- la figure 2 identifiée comme « art antérieur », est un graphique illustrant la transrnissibilité d'une suspension passive ressort -amortisseur;
- la figure 3 identifiée comme « art antérieur » est un schéma ~o illustrant un siège actif avec suspension passive en parallèle avec l'actionneur;
- la figure 4 est un schéma de principe du siège à lévitation active;
- la figure 5 est un graphique tiré de l'article ci-dessus mentionné
~ de ~ Boileau, P.E, et al., qui illustré la densité spectrale de !'accélération verticale à la base d'un siège d'âutobus;
la figure 6 est une vue en perspective, de dessous, du système de suspension et d'ajustement de hauteur, dans le cas d'un moteur électrique rotatif, pour un premier mode de réalisâtion 2 o préféré de l'invention;
- la figure 7 est une vue de profil du système de suspension et d'ajustement de hautéur, en position haute, d'un premier mode dé réalisation préféré de l'invention;
- la figure 8 est une vue de profil du système de suspension et z5 ~ d'ajustement de haûteur, en position basse, d'un premiér mode de réalisation préféré de (,invention;
- la figure 9 est une vue de profil illustrant l'ensemble siège-suspension d'un premier mode de réalisation préféré de l'invention;
3 0 - la figure 10 est une vue en perspéctive i¿lustrant l'énsemblé
siège-suspension en position basse, d'un second mode de réalisation préféré de l'invention;

7 - la figure 11 est une vue en perspective illustrant l'ensemble siège-suspension en position haute, d'un second mode de réalisation préféré de l'invention;
la figure 12 est une ,vue en yperspective illustrant le fonctionnement du mécanisme transmission par poulies et courroies dentelées, d'un second mode de réalisation préféré
de l'invention; et - la figure 13 est une vue en perspective illustrant le fonctionnement d'une autre réalisation préférée du système de compensation utilisant un système de ressort en compression.
Description détaillée de l'invention L'invention a donc pour objet un siège à lévitation active où le siège repose sur un actionneur électrique en force. Un schéma' de cette suspension de siège . active est illustrë~. sûr la figure' 4: En pratiqué, l'actionneur consiste en un moteur électrique. Le moteur peut étre choisi parmi les différents types disponibles de moteurs électriques. Un ou plusieurs capteûrs fournissent des mesures de grandeurs caractéristiques 2 o telles que la position relative ou la vitesse relative du siège par rapport au plancher, l'accélération du plancher, l'accélération du siège, et ces informations sont .utilisées pour asservir l'actionneur. La boucle d'asservissement est réalisée par un compensateur qui génère la commande à l'actionneur.
~ La loi de commande est' optimisée en tenant cômpte des carâctéristiques spécifiques des perkurbations mesurées au plancher du type de véhicule considéré, par exemple à partir du contenu spectral des vibrations présentes au plancher (voir la figure 5). Dans une réalisation préférée de l'invention, on fait appel pour cela à une théorie de commande 3 0 optimale linéaire. Dans une autre réalisation préférée, on fait appel : à
une théorie de commande optimale non-linéaire. Dans une autre ~ réalisation préférée, la commande est mise en oeuvre de façon adaptative (loi de

8 commande s'adaptant d'elle-méme en fonction de l'évolution des caractéristiques de l'accélération du.plancher ou en fonction de l'évolution de la masse du conducteur présent sur le siège). Dans ~ une autre réalisation préférée, ,la loi de commande est u.ne combinaison de plusieurs des lois .
s ~ précédemment citées.
Évidemment, (inconfort vibratoire se. manifeste aussi pour les conducteurs d'autres types de véhicules tels que tes camiéns ou véhicules lourds. Les caractéristiques du signal d'accélération présent au plancher varient d'un type de véhicule à l'autre, cependant l'invention peut s'appliquer i o à ces différents, cas.
La présente invention propose donc un système asservi tel qu'illustré à la figure 4. Toutefois, afin de permettre de limiter la taille et donc le coGt de ('actionneur, la présente invention envisage aussi la possibilité
de joindre, ~en parallèle à l'actionneur, des éléments de su.spénsion passive qui Z5 ofFrent un faiblé. chemin de transmission passif en hautes fréquences relativement ~ à une suspension pâssive . traditionnelles optimisée pour l'application considérée. Étant donné que la suspension passive traditionnelle optimisée pour une application particulière est celle qui minimise l'accélération transmise pour un~ déplacement. relatif égal au 2 o déplacement relatif maximum acceptable; et que la diminution du chemin de transmission passif en hautes frëquences est lié à un « assouplissement »
. de la suspension passive, alors fa valeur des éléments. passifs dans le cadre de la présente invention est telle que la contrainte maximale de déplacement relatif du conducteur par rapport à son poste de cénduite ne pourrait être 25 respéctée sans l'utilisation conjointe de l'actionneur. ~ ~ ~ .
Ce type de suspension passive se caractérise entre autres, par un élément ressort de faible raideur et des éléments en mouvement de rotation, le cas échéant, de faible inertie.
La présence de l'élément ressort permet de générer une force 3 o vers le haut afin de compenser én totalité ou en partie, le poids statique de l'opérateur et du siège. L'actionneûr n'a dônc plus à souténir cette çharge compensée par l'élément ressort, ce qui contribue à réduire son

9 dimensionnement. Le dispositif composé de l'élément ressort et des moyens de~ fixation est désigné ci=après dans ce texte par l'expression système de compensation.
Le système de compensation de ce mode préféré de l'invention est présent urüquement pour soulager le moteur d'une valeur donnée de poids statique. II peut s'agir du poids statique total du conducteur et de la partie du siège située au dessus de la suspension, ou d'une fraction de ce poids statique. Dans ce dernier cas, le poids statique résultant vû par le moteur correspond au poids de la partie du siège située au dessus de la ~o suspension plus le poids du conducteur moins la force générée par le . système de compensation. Toujours dâns ce dernier cas, le~ poids statique résultant que le moteur voit et doit équilibrer, ne sera pâs ou peu variable sur toute la plage de débattement de la suspension.
L'option d'ajouter une suspension passive de faible transmissibilité
en hautes fréquences, en parallèle à l'actionneur, nécessite~que, les éléments passifs en rôtation possèdent.une faible inertie: Cette inertie consiste par eXemple en l'inertie de rotation dès membrures d'un système de guidage de suspension tel que celui en forme de ciseaux, observé sur les systèmes de suspension passive traditionnelle. ll peut s'agir aussi de l'inertie d'un 2 o système de transmission mécanique pour convertir un mouvement de rotation de l'actionneur en mouvement vertical du siège, dans le cas oû un moteur rotatif est utilisé en guise d'actionneur.
Ce moteur rotâtif ofFrira lui aussi une inertie de rotation minimum afin de réduire de façon optimale le couplage exigé par ce dernier.
~ Selon un mode de réalisation préféré dé cette invention, le . système de compensation est en fait un ensemble de ressorts de type tension qui sont installés en leur donnant une forme en U. Un déplacement latéral des extrémités du ou des ressorts permet d'obtenir une force de réaction de la part du ressort pratiquement constante quelle que soit la valeur 3 o de ~ce déplacement; ce qui correspond à une très faible raideur de ressort. II
est possible de mieux comprendre le fonctionnement de ce type de ressorts à l'aide de la description présentëe plus bas en relation aux figures annexées.
Selon un autre mode dé réalisation préféré de cette invention,.un s~stème de ressorts travaillant. en compression reliés à un levier par un câble, équivaut à 'un système de côrnpensation à faible raideur qui fournit un 5 couple pour~équilibrer la charge siège-opérateur quélle que soif la~
position du siège dans .sa course de suspension. Le couple généré par le système ressorts-levier est relativement constant par le fait que le levier; quelque peu comparable à un quartier d'une poulie, possëde un rayon qui varie selon l'angle de rotation de ce dernier, et dont la valeur de ce rayon a été conçue

10 afin de permettre un couple relativement constant quelle qué soit la compression.du ressort (c'est-à-dire quelle que soit la position du siège dans sa course de suspension). En effet, le couple généré par le système, qui se calcule par le produit de ia force générée par fe ressort multiplié par son bras de levier, soit le rayôn de levier, est ainsi relativement constant. ll sera aussi possib¿e de mieux comprendre le fonctionnemenfi de ce mécanisme à l'aide de la description présentée plus bas à l'exemple 2.
Selon ce dernier. mode de réalisation préféré de l'invention, il est possible aussi ,de rendre ajustable. le système de compensation de sorte que celui-ci puisse en tout temps.équilibrer le poids du siège et de son occupant.
2 o Dans ce cas, si un conducteur d'un poids donné s'assoit sur le système siège - suspension, alors le système équilibrera assez précisément cette valeur de poids du conducteur, additionnée du poids du siège, et cela de façon relativement constante sur toute la plage de hauteur de la suspension. Ainsi le dimensionnement du moteur peut être fait seulement eri fonction de l'effort 2 5 . dynamique qu'ïl doit transmettre. On obtient . cet ajustement de force ou couple, en fonction du poids de l'opërateur en déplaçant la base du ou des ressorts par.un moyen mécanique, électrique ou pneumatique.
Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, il est possible d'obtenir la fonctionnalité, du système de compensation à faible raideur et 3 o ajustable, par le mojren d'un système pneumatique. En effet, un moyen simple pour obtenir une force ou pression constante peut entre autres consister à relier un vérin pneumatique à un réservoir rempli d'air, et dont le

11 PCT/CA2004/000321 11 .
volume est très supérieur ~ aûx~ variations de volume occasionnées par le déplacement du vérin. Ainsi la force exercée par le vérin est pratiquement constanfie quelle que soit la position du piston dans le vérin puisque les variations du volume ,d'air de tout. le , systéme sont considérées comme négligeables. .L'ajustement en foncfiion du poids du conducteur~de la force de réaction exercëe par le vérin peut être réalisé en agissant sur la pression de remplissagé de l'ensemble vérin et réservoir.
Le vérin pneumatique de la réalisation préférée précédente peut aussi être remplacé par un . dispositif pneumatique de typé ballon ("air lo spring"). Dans ce dernier cas toutefois, le choix du ballon est tel que ceiûi-ci présente une force assez constante sur la plage de hauteur désirée lorsque la pression esfi maintenue presque constante, tel qué décrit précédemment.
' LI peut aussi être possible de sélectionner un ballon qui ofFrirait une faible raideur ou une faible variation de force en fonction du déplacemenfi du siège 15 dans sa plage de hauteur, sans être lië à un réservoir.
Selôn un mode de .réalisation préféré de l'invention, le système d'ajustement de hauteur est indépendânfi de la suspension. Un système mécanique à croisillons (ciseaux) est superposé au mécanisme de suspension pour l'ajusfiement de la hauteur. Un des avanfiages relié à cette 2 o configurafiion est qu'advenanfi un bris. de la suspension ou d'une panne de I'acfiionneur, la chute du siège se limite à la valeur de la course d.e la suspension, ce qui représente une valeur beaucoup plus faible que la plage d'ajustement de hauteur.
Toutefois, selon un autre mode de, réalisation préféré de 2 s l'invention, l'âctionnéur peut servir de dispôsitif d'ajustement , de haûteur.
Dans ce dernier cas, un système de sécurité est prévu pour freiner la chute du siège dans l'éventualité d'un bris ou d'une panne de l'actionneur par exempte. .
Dans le cas où un moteur électrique rotafiif esfi utilisé, il faut 3 o transférer le~ mouvement de rofiation du moteur en un mouvement de firanslafiion du ~ siège. Ceci peufi être accomp¿i au moyen de différents mécanismes fiels que d'un pignon et d'une crémaillère, de poulies efi de

12 courroies dentelées de transmission, ou au moyen d'une vis et d'un écrou à
billes. Dans ce dernier cas, ia vis est reliée à l'arbre du moteur alors qu'un écrou à billes est relié à un élëmenfi supportanfi le siège et le. conducteur.
Ainsi, lorsque l'arbre dû moteur ainsi que la vis qui y est reliée, tournenfi dans un sens ou dans l'autre, l'écrou à billes qui permet la réduction de frottemént dans le système, ainsi que la masse supportée qui est reliée à cet écrou à
billes, monteronfi ou descendront.
Dans lé cas où le moteur choisi est de type linéaire, alors un mouvement de translafiibn est directement transmis à la masse supportée permettant à celle-ci de monter ou déscendre selon le besoin.
Afin de permettre au siège de monter efi descendre sans que l'actionneur ait à subir d'autres efforts que celui dans l'axe vertical, un système de guidage est utilisé pour limiter ces autres forces et moments.
Dans le cas où l'actionneur est un moteur électrique e de type rotatif, une réalisafiion préférée de l'invention consiste en un système dè
guidage composé,d'un dispositif à membrures pivotantes dont le principe de fonctionnement est présentë plus bas et illusfiré dans les dessins annexés.
Toujours dans le cas d'un moteur électrique rotatif, mais aussi dans le cas d'un moteur électrique de type linéaire, une autre réalisatïon 2 o préférée de l'invention consiste en un système de guidage composé d'un certain nombre de membrures verticales le long desquelles des roulements linéaires assurent le déplacement du siège en assurant un frottement réduit.
E.xemale 1 ~ Un exemple possible de réalisation de l'invention est illustré sur les figures 6 à 9 des dessins annexés. Dans cefi exemple, le siège 25 est monté sur un ensemble 1 combinanfi des dispositifs d'ajustement de hauteur et de suspension.
Ä ce sujet, ~on notera que le dispositif d'ajusfiement de hauteur ésfi~
3 o indépendant du dispositif de suspension. En effet, le dispositif de suspension est « superposé » au système mécanique à ~ membrures ou croisillons 3 utilisé dans le disposifiif d'ajustement en hauteur. Ce dernier comprend .

13 également~une base 2 fixée au sol et un élément 4 parallèle à fa base 2. Ces deux .éléments 2 et 4 sont reliés entre eux par le système de 'membrures ou croisillons 3 ci-dessus mentionné qui sert à élever l'élément 4 par rapport à
fa base 2 lors.qu'il est âctivé. La figure 7 présente une configuration haute dû
système, tandis que la figure 8 présente une configuration basse.
La figure 7 illustré un mode de réalisation préféré du dispositif 'de suspension utilisé. Ce dispositif intègre un moteur électrique rotatif 16.
Bien entendu, plusieurs éléments sont nécessaires afin de transférer le mouvement de rotation du moteur 16 en un mouvement de translation du Zo siège 25. La rëalisation prëférée qui est illustrée utilise entre autres une vis à
billes 19 et un écrou à billes 23.
. De façon plus détaillée, le pignon 20 de l'arbre 17 du moteur électrique rotatif 16 est relié au pignon 21 de la vis à billes 19 par une courroie de transmission 18. Le roulement 22 ainsi que l'écrou à billes 23 ~15 sont deux points de fixation de la vis à billes 19. Le roulement 22 est relié à
l'élémént supérieur 4 du dispositif d'ajustement de hautéur par un .élérnent~de fixation (non illustré), tandis que l'écrou à billes 23 est relié à l'élément 5 sur lequel est fixé le siège 25. Ainsi, lorsque l'arbre 17 du moteur 16 tourne dans un sens ou dans l'autre, la vis 19 tourne aussi, faisant en sorte que l'écrou à
2 o billes 23 monte oU descend. Donc, par ce même mouvement de l'écrou à
billes 23, l'élément 5 ainsi que le siège 25 qui y. est fixé monteront ou descendront. Inversément, un mouvement vertical du siège 25 et .de l'élé.ment 5 sur lequel il est fixé, produira une rotation de l'arbre 1? du moteur électrique 16.
2 5 ~ Afin' de permettre au siège 25 de monter et' descendre sans qué le moteur 16 agissant cômme actionneur ait à subir d'autres efforts que ceux générés par le mouvement dans t'axe vertical, un système de guidage est utilisé pour limiter ces autres forces et momenfis. Dans le mode de réalisation préféré illustré sur la figure 7, ce système de guidage est composé d'un 3 o dispositif à membrures pivotantes 6 et 7. Ce dispositif comprend aussi un élément supérieur 5 sur lequel est fixé un siège 25, et des roulements 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15. Ces roulements permettent aux membrures 6 et 7 de

14 pivoter avec un frottement réduit lorsque l'élément supérieur 5 de la suspension se déplace par rapport à l'élément supérieur 4 du dispositif d'ajustement de hauteur. Une conséquence reliée à la géométrie de ce système est que l'élément 5 subit un déplacement horizontal en méme temps qu'un déplacement vertical, lorsque les membrures pivotantes 6~ ~et 7 sont en rotation. Toutefois les dimensions des éléments et membrures sont déterminées de sorte que le , déplacemént ,horizontal ést négligèable relativement au déplacement vertical. Ce très léger déplacement horizontal n'affecte donc pas les performances de la suspension.
Zo En raison du lëger déplacement horizontal mentionné
précédemment de l'élément supérieur 5 de la suspension, il est important que la vis à billes 19 puisse pivoter dans le plan du dessin, en méme temps que ses deux points de fixation, c'est-à-dire le roulement 22 et l'écrou à
billes 23. Ainsi, le roulement 22 sera pivotant par rapport à l'ëlément de fixation

15 (non illustré) qui le relie à l'élëment supérieur 4 du système d'ajustement de hauteur. De même, l'écrou à~ billes 23 sera pivotant par ~rapp6rt à l'é¿ément supérieur 5 du système de suspension auquel il est relié. Le moteur électrique 16 étant solidaire à. l'élément 4, la courroie de transmission 18 sera soumise à une légère flexion en raison du pivotement de la vis à bille à
2 o bille 19 dëcrit précédemment.
Tel qu'il appérait sur la figure 6, un système de ressort 24 est fixé
en parallèle au moteur 16. Cé système de ressort 24 permet de générer une force quasi constante sur toute la plage de dëbattement de la suspension.
Ce système est présent uniquement pour soulager le moteur d'une valeur 25 donnée de poids. Ainsi, le pôids statique résûltant vu par le motéur 16 correspond au poids du siège 25 plus celui du conducteur moins la force quasi constante.
Le système.de ressort 24 illustré dans cette réalisation préférée de l'invention consiste essentiellement en un ou plusieurs ressorts de type 3 o tension qui sont installés en leur donnant une forme en U, et dont une extrémitë est reliée à l'élément supérieur 4 du système d'ajustement de hauteur, tandïs 1 que l'autre extrémité est reliée à l'élément supérieur 5 du sysfièmé de suspension. Un déplacement latéral, c'est-à-dire vertical des extrémifiés du ou des ressorts 24 permet d'obtenir une force de réaction de la part du ~ ressort pratiquement constante quelle que soit Ia valeur de ce déplacement. Cette force de réaction a donc pour efFefi de diminuér, le poids 5 apparenfi que doit soulever le moteur 16.
' Un encodeur optique intégré au boîfiier du rriofieur 16 est utilisé à
titre de capteur pour connaître la position relative du siège par rapport à
l'ajustement de hauteur choisi. Cet encodeur optique est relié à un circuit . ~ élecfironiqae intégré dans le boîtier 26 par l'intermédiaire de fils élecfiriques 1o isolés sifiués dans une gaine 27. Le boîtier 26 comprend !'électronique de commande de compenséfieur permettanfi de calculer la force , que doit développer le mofieur en foncfiion dé la mesure de position relative fournie par l'encodeur. Le boîtier 26 comprend aussi l'électronique nécessaire pour que le mofieur produise la force précédemment citée. Les enroulements du z5 mofieur ~ 16 sonfi reliés au circuit électronique infiégré dans le boîtier ~26 par l'intermédiaire d'autres fils électriques .isolés et situés dans la gaine 27.
Le circuit électronique intégré 'dans le boîtier 26 est alimenté par la batterie du ... véhicule pa.r. l'intermédiaire de .fils .électriques isolés 23. . .
2 o Exemple 2 Un second exemple de réalisafiion de l'invention est illustré à l'aide des figures 10 à 12. Cet exemple, qui est décrit dans les paragraphes suivants, présente une base de siège illustrëe aux figure 10 et 11 qui est composéé d'un dispositif de , guidâge de la suspension superposé aux 2 5 systèmes d'âjustement de haufieur et d'ajustement du môuvémént avant-arrière du siège. La figure 10 présente le siège en position basse, fiandis que la figure.11, le présente position haute.
Tout comme pour l'exemple précédent, le dispositif d'ajustement de hauteur esfi indé.pendanfi du dispositif de suspension. Le dispositif 3 o d'ajustement de haufieur, consiste en un système en ciseaux formé des membrures pivotantes 30, 31 et 32. Ces membrures sont le lien entre la base 33 efi l'élément 34. . L'ajustement de haufieur qui permefi l'élévation de

16 l'élément 34 en rapport à la .base 33, s'effectue par le déploiement des membrures 30, 31 et 32. Le déploiemént de ces membrures 30, 31 et 32 est commandé par un moyen mécanique efi/ou électrique non illustré. ~ .
L'étage de suspension se situé entre l'ëlément 34 et l'élément 35.
s L'élément 35 de la suspension constitue l'élément structurel sur lequel sont .
fixës les composantes de dossier 63 et d'assise 64 du siège 29 (le coussin de l'assise est non illustré).
Dans cette rëalisation préférée, le guidage du mouvement de suspension, c'est-à-dire du mouvement vertical du support 35 en rapport à
~.o l'élément 34, s'effectue par le mouvement de roulements linéaires 36 le long de rails 37. Les roulements linéaires 36 sont solidaires .au sûpport 35, et.les rails 37 sont solidaires à l'élément 34, ou vice-versa. Ces éléments de guidage assurent que ies éléments internes de la .suspension (moteur, systèmes de transmission et de compensation) illustrés aux figures 10 à 12 et dëcrit plus bas, ne supportent pas d'effôrts dans des orientations différentes que celle verticale.
Lies figures. 10 et 11, illustrent aussi le mécanisme qui permet (ajustement avant-arrière du siège et de s~ base .constituée de son, système"
d'élëvation de hauteur et de son ëtage de suspension tel que décrit ci-haut.
2 0 Ce mécanisme d'ajûstement avant-arrière ou glissière se compose de rails 38 solidaires à la base 33 et qui peuvent se déplacés par rapport à l'élément 39 fixé au sol et muni de roulements 40.
Ce mode préféré de réalisation de l'invention illustré aux figures et 11 utilise un ballon (air spring) 51 relié à un réservoir pressurisé (non 25 illustré) comme éléments de compensation.qui permet de soûlager en totalité
ou en partie le moteur du poids statique de l'opérateur et du siège. La force générée par le ballon s'exerce entre le, support 35 et l'élément 34 de la suspension (les éléments de fixation du ballon 51 ne sont pas illustrés). Le ballon 51 est sélectionné pour offrir une raideur faible ou très faible, aux 3 o pressions constantes d'air utilisées. Étant donné que. le volume du réservoir est très supérieur aux variations de volume occasionnées par le déploiement du ballon lors du débattement de la suspension, la force exercëe par le

17 ballon est relativement constante puisque ies variations du volume d'air de toufi le système et donc de pression, sont considérées comme négligeables.
Le réservoir pourrait ëtre sélectionné firès petit, voire être éliminé, en sélecfiionnanfi un ballon dont la raideur est faible sur sa toûte sa plage .de variation de hauteur lors du débattement de la suspension, même lorsqu'ufiilisé de façon autonome sans réservoir.
L'ajustement en fonction du poids du conducteur, de la force de réaction exercée par le ballon, peut être réalisé en agissant sur la pression de' remplissage de l'ensemble ballon et réservoir. Ceci s'efFectue par ~.o exemple, au moyeri de dispositifs non illustrés pour recueillir la donnée de poids du conducteur, et de valves pour contrôler. la pression désirée.
évidemment un vérin pourrait être utilisé à la place du ballon 51.
La figure 12 illustre le fonctionnemenfi du dispositif de transmission proposé dans cet exemple de réalisation préférée de l'invention, et qui 25 permet de transférer le mouvement rotatif du moteur 41 en mouvement linéaire afin de perimettre la montée et déscente ~du siègé et de l'opërateur...
Le mode de transmission iflusfiré à la figure 11 utilise un système de courroies dentelées (timing belt. ) 42 et 43, illustrées s~mboliquement, ainsi que des poulies dentelées 44, 45, 46 efi 47. Le nombre de courroies,. de 2o poulies et la dimension dé ces dernières sont déterminés de sorte'à obtenir les rapports de transmission et d'inertie désirés. Ainsi, lorsque l'arbre 48 du moteur tourne dans un sens ou dans l'autre, les courroies et poulies dentelées seront aussi entraînées. Ce moûvement rotatif de l'arbre 48 du moteur va générer. un mouvement linéaire vertical du siège (non illustré), 25 puisque le suppôrt 49 sur lepuel est monté le siège est relié solidairement par un élément 50 à la courroie dentelée 43 installée verticalement.
L'élément 50 illustré symboliquement, est en fait un élément muni de dents qui se fixe à la courroie dentelée 43. .
La figure 13 illustre le ~ fonctionnement d'un autre mode de 3 o réalisation du dispositif de compensation qui permet de soulager le mofieur d'un poids donné. Ce dispositif qui permet de générer un ~ couple

18 relativement çonstant sur toute la plage de débattement de la suspension, fonctionne de fa façon suivante:
Lorsque le supporfi 52, sur lequel est fixé le siège (non illustré), monte et descend pour permettre l'atténuation .des vibrations et des chocs s transmis par le plancher du véhicule, la longueur comprimée du ressort 53 varie, ce qui permet au ressort 53 de gënérer une force proportionnelle à la distance comprimée (F = -kx). Une extrémité du ressort 53 est reliée à un point d'un levier 55 par l'entremise d'un câble et d'un élément de fixation 57 située à l'extrémité de ce ressort. L'autre extrémité du ressort 53, retenue par Zo un élément de fixation 62, est solidaire à la base non illustrée et située sous le mécanisme de suspension. Le rayon du levier 55 varie selon la position angulaire d~e celui-ci. ~ Ce rayon qui constitue le bras de levier de la force issue du ressort 53, est calculé de sorte que le câble 56 qui transmet la force du ressort 53, produise un couple relativement constant par rapport au 'pivot 15 58 du levier 55, Le pivot 58 est aussi solidaire à, un autre levier 59,.celui-ci .
de rayon constant, ,auquel. est fixé l'extrémité d'un .second câble 60.
L'autre extrémité de ce câble 60 est ancrée à,la base d'une merrïbrure verticale 61, laquelle est solidaire au support 52 du siège non illustré.. Le poids du conducteur et du siège fixé au support 52 génère donc un couple par rapport 2 o au pivot 58, par l'entremise de la force transmise au câble 60 qui agit avec un bras de levier égale au rayon du levier 59. Puisque ce~rayon est constant qûelque soit la position angulaire de l'arbre, le couple crée par la charge du conducteur et du siège est donc aussi constante sur toute la plage de débattement de la suspension: Ce couple de chargement qui est soumis au 25 pivot 58 ~west ainsi équilibré par le couple généré par !e~ ,ressort 53.
Évidemment un mécanisme similaire peut-étre conçu en utilisant un ressort extension au lieu d'un ressort compression.
Selon le mode réalisation préférë illustré dans cet exemple, il est aussi possible de rendre ~ajustable le système de génération de force ou de o couple relativement constant de sorte que celui-ci puisse en tout temps équilibrer le poids du siège et de son occupant. II s'agit simplement de déplacer fëlément de fixation 62 de sorte à faire varier la longueur

19 ' comprimée du ressort 53 et donc le couple que celui-ci génère. Lé
déplacement de l'élément de fixation 62 peut se faire au moyen d'un mécânisme pneumatique, électrique ou autre, suite à la détection du poids ôpérateur-siège à équilibrer. La détection du poids peut se fâire à
l'aide'd'un capteur, d'une cellule d~e charge ou autre dispositif prévu à cette fin

Claims (15)

1. Une suspension active pour siège de conducteur de véhicule, ledit siège comprenant une assise, ledit véhicule comprenant un plancher, caractérisée en ce qu'elle comprend :
- un actionneur électrique monté entre le plancher du véhicule et le siège de façon à pouvoir exercer une force entre ledit plancher et l'assise du siège; et - un contrôleur connecté à l'actionneur électrique pour générer une consigne de force calculée à partir de mesures obtenues par au moins un capteur.

2. La suspension active selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comprend aussi :
- un système mécanique indépendant de l'actionneur électrique pour ajuster le siège en hauteur.

3. La suspension active selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce qu'elle comprend en outre :
- un élément élastique de faible chemin de transmission passif en hautes fréquences, capable de générer une force, vers le haut sur l'assise, qui est peu variable lorsque le siège se déplace dans la plage de suspension et qui soutient au moins une partie des charges statiques du' conducteur et du siège portées par l'actionneur électrique.

4. La suspension active selon la revendication 3, caractérisée en ce que l'élément élastique est constitué d'au moins un ressort de tension installé de façon à avoir une forme en U.

5. La suspension active selon la revendication 3, caractérisée en ce que l'élément élastique est constitué d'un cylindre pneumatique.

6. La suspension active selon la revendication 5, caractérisée en ce que le cylindre pneumatique est relié à un réservoir rempli d'air, et dont le volume est très supérieur aux variations de volume occasionnées par le déplacement du cylindre et caractérisée en ce que la suspension active comprend en outre un système de capteurs de déplacement situés autour d'une position d'équilibre du siège, à l'intérieur d'une plage de débattement de la suspension, qui est relié à un système de valves afin de permettre un contrôle de pression du système de réservoir et, du cylindre et de permettre l'ajustement de la force exercée par le cylindre en fonction du poids du conducteur.

7. La suspension active selon la revendication 3, caractérisée en ce que l'élément élastique est constitué d'un ballon pneumatique.

8. La suspension active selon la revendication 7, caractérisée en ce que le ballon pneumatique est relié à un réservoir rempli d'air, et dont le volume est très supérieur aux variations de volume occasionnées par le déplacement, du ballon et caractérisée en ce que, la suspension, active comprend en outre un système de capteurs de déplacement situés autour d'une position d'équilibre du siège, à l'intérieur d'une plage de débattement de la suspension, qui est relié à un système de valves afin de permettre un contrôle de pression du système de réservoir et du ballon et de permettre l'ajustement de la force exercée par le ballon en fonction du poids du conducteur.

9. La suspension active selon la revendication 3, caractérisée en ce que l'élément élastique est constitué d'un système de ressort compression relié, à un levier par un câble, ledit levier, en forme de secteur de poulie, possédant un rayon variable selon l'angle de rotation, et dont la valeur de ce rayon est conçue afin de permettre un couple relativement constant indépendant de la compression du ressort et de la position du siège dans la course de suspension, et ledit système de ressort compression étant relié en outre à une base mobile dont la position est contrôlée par un moyen de positionnement pour ajuster la force exercée par le système de ressort en fonction du poids de l'opérateur.

10. La suspension active selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisée en ce que l'actionneur électrique est un moteur électrique rotatif.

11. La suspension active selon la revendication 10, caractérisée en ce qu'elle comprend en outre:
- un système de transmission pour transférer le mouvement de rotation du moteur en un mouvement de translation du siège, qui se compose de courroies et de poulie dentelées de faible inertie.

12. La suspension active selon la revendication 10, caractérisée en ce qu'elle comprend en outre:
- un système de transmission pour transférer le mouvement de rotation du moteur en un mouvement de translation du siège, qui se compose d'un système vis et écrou à billes de faible inertie.

13. La suspension active selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisée en ce qu'elle comprend en outre:
- un système de guidage constitué de guides linéaires pour permettre au siège de monter et descendre sans que l'actionneur ait à subir des efforts autres que celui dans l'axe vertical.

14. La suspension active selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisée en ce que l'actionneur électrique est un moteur électrique linéaire.

15. La suspension active selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'actionneur électrique permet d'ajuster le siège en hauteur, en plus de sa contribution à la suspension.