Quels défis techniques empêchent le déploiement de suspensions actives pures?

Il existe différents types de suspension active, notamment: pneumatique et magnétique , mais à ma connaissance, dans la pratique, ils sont tous classés comme semi-actifs, puisqu’il existe d’autres composants non actifs (par exemple, des barres de suspension et des barres stabilisatrices) qui font également partie de la suspension du véhicule.

Il me semble que si nous pouvions avoir un seul actionneur à chaque roue et omettre tous les composants passifs actuellement utilisés (et leur poids!), Cela serait très intéressant pour certaines applications dans lesquelles le coût n'est pas le principal obstacle, tel que comme certaines séries de course et pour certaines voitures de sport très haut de gamme.

Alors, Existe-t-il des obstacles techniques à la création d'une suspension active pure? ? Si c'est vrai, que sont-ils?

Je n'ai pas encore trouvé d'article ou de source expliquant cela.

Pour répondre à votre question spécifique, non, il n'y a pas d'obstacle technique.

Cela dit , il existe des raisons pour lesquelles les composants passifs sont toujours utilisés.

Coût

Comme vous l'avez peut-être deviné, le coût est probablement la principale raison pour laquelle les suspensions actives sont encore rares. Vous mentionnez certaines applications où le coût est Moins important (ce n'est jamais sans importance), mais considérez le coût par performance par rapport au coût simple. Une suspension passive bien conçue gérera la majorité des cas de conduite, ne comportera qu'une seule fréquence de résonance (en ignorant les harmoniques, difficiles à activer sur un véhicule), et fonctionnera généralement bien pour minimiser le NVH. Leur mise en œuvre coûte très peu, car nous les utilisons depuis un certain temps déjà. En tant que tels, les gains supplémentaires par rapport aux suspensions passives existantes ne nécessitent pas d’investissements importants et offrent toujours des niveaux de performance croissants. Le coût par performance est donc minime.

De l'autre côté, les suspensions actives permettent un contrôle parfait du corps. Vous pouvez complètement isoler la cabine de tout mouvement de roue. Bien sûr, cela nécessite une multitude de capteurs et d’actionneurs que la voiture n’aurait normalement pas et qui coûtent beaucoup plus cher que leurs homologues passifs. Il y a aussi le coût de développement d'un système de contrôle (vous ne pouvez pas simplement y insérer un contrôleur PID) et d'actionneurs robustes dans un boîtier suffisamment petit pour répondre aux besoins d'espace. Tout cela est faisable mais coûteux. Pour tout cet investissement, vous obtenez (peut-être) une atténuation d'ordre de grandeur en haut de tous les systèmes passifs? 10dB n’est pas vraiment impressionnant dans la plupart des scénarios de conduite. Par conséquent, à moins que vous changiez de style de conduite / de surface, cela ne vaut pas la peine.

La parallélisation

En l’absence d’un meilleur terme, il n’est pas logique de passer à l’activité complète lorsque vous pouvez associer une suspension passive à une suspension active (ex. ClearMotion ). Cela réduit considérablement les coûts de développement tout en offrant les mêmes (ou mieux, comme nous le verrons bientôt) comme un système purement actif. Pour fournir une analogie, vous dites en réalité: "Nous pouvons modéliser une résistance avec une suite de transistors, nous devons donc remplacer chaque résistance par cette suite de transistors." Oui , nous pouvez . Non , nous ne devrait pas .

Consommation d'énergie

Je ne considère pas cela comme un obstacle technique, car le courant peut toujours être rendu disponible, mais les systèmes actifs exigent absurde quantités de puissance. Imaginez comment remplacer un ressort par des composants actifs. Lévitation électromagnétique? Vis mère avec jauges de contrainte? Toute méthode de remplacement d’une suspension passive par une suspension active consomme énormément d’énergie pour effectuer le même travail.

Malheureusement, je n'ai pas la source, mais les systèmes ClearMotion (autrefois du Levant) ne pouvaient supporter qu'un virage de 1 g environ 10 secondes avant que le système ne doive être désactivé pour éviter de surcharger la capacité électrique du véhicule. Bien sûr, c'est une charge assez lourde pendant un certain temps, mais imaginez une route particulièrement sinueuse. Le manuel d'utilisation de mon Focus EV indique en effet que le support de direction assistée (électronique, bien entendu) diminuera l'assistance de direction si vous tournez trop en raison de la puissance requise (et de la surchauffe). C'est un système de direction assistée , qui n'exige pas autant de puissance qu'une suspension semi-active. Vous pouvez toujours obtenir plus de puissance sur le système, mais à un moment donné, vous devez vous demander si cela en vaut la peine.

Poids

Vous parlez de réduire le poids. La meilleure façon de le faire serait d'utiliser des ressorts composites plus récents avec des amortisseurs légers. C'est à peu près tout ce qu'il y a dans le système, donc c'est tout le poids qu'il ajoute. Inversement, un système actif nécessite de gros conducteurs, notamment des compresseurs d'air pour les ressorts pneumatiques, des électroaimants pour les fluides magnétorhéologiques, des capteurs de déplacement, etc. Certains ajoutent à la masse non suspendue. Certains non. De toute façon, vous pouvez vous retrouver avec plus poids, en particulier si vous prenez en compte la production d'énergie sous la forme d'une batterie plus grande, d'un supercondensateur ou d'un alternateur plus grand.

Alors que nous pouvez résoudre les problèmes techniques, ce ne sont pas des défis qui méritent vraiment d'être résolus.

Pour reprendre ce que dit Hari Ganti, ce n’est pas tant que la technologie n’existe pas, mais plutôt qu’elle n’est pas assez efficace (actuellement) pour faciliter un tel investissement.

Fondamentalement, je dirais que le seul aspect technique qui empêche ces systèmes d’exister est de faire progresser la technologie existante.

Hari mentionne:

Je ne considère pas cela comme un obstacle technique car le pouvoir peut toujours être mis à disposition, mais les systèmes actifs nécessitent des quantités de puissance absurdes.

Tant que nous n’avons pas de mini-générateurs de fusion embarqués ou que les lois de la thermodynamique ne sont pas révolutionnaires, nous n’avons pas de méthode pour générer ou stocker l’énorme quantité d’énergie qui serait utilisée par un système pleinement actif tel que les systèmes EM. . Pour moi, les systèmes EM sont idéaux car vous pouvez ajuster (presque) instantanément les valeurs de sortie et le champ magnétique fournit également un tampon constant. Mais la pression dont vous parlez d'un système comme celui-ci est énorme. Nous pourrions voir dans les années à venir ce début de déploiement dans les classes supérieures de la course, mais imaginons d’alimenter environ 16 électro-aimants pour contrôler 3 000 livres à 4+ Gs… Je veux dire que nous parlons de 12 000 livres de force soudaine et en contrôlant de manière stable le changement de direction en quelques millisecondes avec une précision inférieure à un pouce ... cela va représenter beaucoup de puissance.

Cela dit, sur le marché de la consommation, les systèmes passifs remplissent également le rôle de sécurité intégrée. Si vous avez une de ces voitures haut de gamme avec une assistance magnétique active, que se passera-t-il en cas de problème au milieu du virage? Eh bien, il revient au système uniquement passif et vous permet de traverser le virage car il n’est que aider avec le travail . Si vous êtes pleinement actif, vous êtes dans un mauvais endroit. Même en tournant dans une voie qui borde le trafic venant en sens inverse. Si votre suspension donne complètement, vous vous retrouvez soudainement à tourner et à vous déplacer plus ou moins que prévu. Si vous avez de la chance, il vous suffit de déplacer un garde-corps ou un véhicule qui roule dans la même direction. Si vous n’êtes pas chanceux, vous sortez d’une falaise ou vous vous retrouvez penchés à l’avant d’un semi. Ce sont les cauchemars des fabricants qui entrent en jeu. Tout comme Toyota qui a ces problèmes avec la commande d'accélérateur entièrement électronique - espérez le meilleur, planifiez le pire.

Pour terminer, je ne crois pas que ce serait rentable. Lorsque vous parlez de systèmes hydrauliques massifs, vous parlez de poids et de forces énormes, mais ils manquent tous de vitesse. Comme dans la plupart des cas de nos jours, plus un produit est volumineux, plus son potentiel d'exploitation est lent. Prenez des trains par exemple. Une seule locomotive est autorisée à voyager (nombre composé) à 75 mi / h, mais ajoute 2 millions de tonnes de fret et ne doit pas dépasser 15 mi / h. Donc, vraiment, le coût incroyablement cosmique provient de R & D. Et nous avons déjà des systèmes passifs et hybrides qui fonctionnent très bien, très Eh bien, Benz investit 40 millions de dollars dans un système pleinement actif. Le marché va-t-il le restituer? Douteux. Personnellement, je ne paierais pas 500 000 $ pour une classe C.