Analyse du confort et de la tenue de route
Analyse du confort
On peut analyser le confort de la suspension mécanique à partir de la courbe de la fonction de transfert déplacement caisse / entrées sol.
On observe que la caisse suit les perturbations du sol jusqu'à environ 1 Hz, puis elle filtre les perturbations de fréquences plus élevées (valeurs du gain très négatives).
Analyse de la tenue de route
On peut analyser la tenue de route de la suspension mécanique à partir de la courbe de la fonction de transfert déplacement roue / entrées sol.
On observe que la roue suit les perturbations du sol jusqu'à environ 10 Hz, puis elle filtre les perturbations de fréquences plus élevées.
Problème du « mal des transports »
Un point souvent critique est le dépassement de consigne obtenu sur la caisse pour la fréquence de 1 Hz. En effet, certains organes du corps humain possèdent des fréquences très proches de 1 Hz, notamment l'estomac, ce qui est à l'origine du « mal de mer » ou plus généralement du « mal des transports ». En conséquence, ce « rebond » vers 1 Hz n'est pas nécessairement souhaitable. L'idée serait alors d'amortir encore plus la suspension afin « gommer » ce dépassement. En effet, si on passe la valeur de l'amortissement à 3000 N/(m/s), ce dépassement devient très limité comme le montre la courbe ci-après :
D'un point de vue tenue de route, l'amélioration est également assez nette. La roue ne risque pas de quitter le sol, ni à la fréquence caisse de 1Hz, ni à la fréquence roue car les deux dépassements sont amoindris. La tenue de route est donc grandement améliorée.
Toutefois, l'augmentation de la valeur de l'amortissement accroît le gain de la fonction de transfert de la caisse pour les moyennes et hautes fréquences. Il y a donc une remontée des vibrations issues de la route et ceci dans des fréquences très désagréables. La suspension est alors trop « raide ». C'est ce que l'on appelle le compromis confort / tenue de route. ; il n'est pas possible d'améliorer les deux critères en même temps. C'est pour cette raison qu'il existe des véhicules typés « sport » à suspension assez raide et des véhicules typés « confort » à suspension plus molle.
L'amortisseur « Skyhook »
Du fait de ce compromis à respecter, un nouveau type d'amortisseur a été « inventé ». En effet, puisqu'il est souhaitable de n'amortir que la caisse seule, il est « possible » de créer un amortisseur du type de celui déjà montré précédemment, qui possède la particularité de n'amortir que la caisse.
Les graphes ci-dessous permettent de comparer les fonctions de transfert pour différents réglages de suspension :
amortisseur classique à 1000 N/(m/s) ;
amortisseur classique à 3000 N/(m/s) ;
amortisseur « Skyhook » à 2000 N/(m/s).
Il apparaît clairement que cet amortisseur « Skyhook » allie les avantages du filtrage sur la caisse à moyennes et hautes fréquences et le suivi de la route dans la gamme 0-10 Hz, le tout sans dépassement de la consigne (donc sans risque de décollement de la roue) : cet amortisseur met donc en défaut le compromis confort / tenue de route. Il est toutefois difficile à réaliser ; dans les faits, on peut mettre en œuvre le « Skyhook » par pilotage de l'amortisseur situé entre la roue et la caisse.
Afin de placer cet amortisseur entre la roue et la caisse, l'amortisseur mécanique est modifié et un « amortisseur piloté » apparaît comme décrit sur la figure ci-dessous :
L'amortisseur passif reste mais celui-ci est piloté par une valve et devient donc « actif ». La force qu'il subit suit la fonction suivante :
en lieu et place de la fonction habituelle :
Ainsi, l'amortissement sera supérieur au niveau de la caisse par rapport à la roue.
La réponse d'un tel amortisseur (2) comparée à un « Skyhook » théorique (1) est décrite sur les graphes ci-dessous.
Les réponses des deux amortisseurs sont identiques. Il subsiste toutefois un obstacle à la mise en œuvre d'un tel amortisseur, qui réside dans un critère jusque là ignoré : le débattement de suspension.
Débattement de suspension
Pour qu'une suspension puisse fonctionner correctement, le débattement autorisé par l'environnement doit être respecté. Celui-ci est en règle général limité par l'encombrement sous le véhicule, ce qui limite le débattement à +/- 10 cm. Le débattement de suspension est obtenu à partir de la fonction de transfert :
Comparaison du débattement d'un amortisseur classique (3000 N/(m/s)) (1) et d'un amortisseur « Skyhook » (2) :
À basse fréquence, l'amortisseur « Skyhook » utilise un débattement significatif. Les entrées sol basse fréquence sont généralement de plusieurs mètres car elles correspondent à des obstacles de type dos d'âne, par exemple. À titre d'exemple, on peut comparer les débattements des deux types d'amortisseurs pour une entrée sol de 1 m à 0,1 Hz.
Pour l'amortisseur standard :
Ce qui donne un débattement de 0,01 m pour 1 m d'entrée sol.
Pour la suspension « Skyhook » :
Ceci donne un débattement de 0.1 m pour 1 m d'entrée sol, soit un débattement dix fois supérieur à celui d'une suspension classique. Il est donc quasiment impossible de mettre en œuvre ce type d'amortisseur.
Pour cette raison, on ne le rencontre que très peu en application sur des véhicules particuliers, en règle générale des véhicules tout-terrain. Le char Leclerc est équipé d'un tel dispositif, ce qui lui permet d'isoler la plateforme de tir des entrées sol et donc de pointer le tube correctement sur sa cible.
En conclusion, trois critères permettant de déterminer quelle suspension est meilleure qu'une autre : le confort, la tenue de route et le débattement de suspension.
