Influence of Air Spring Pressure on Ride Comfort and Dynamic Response of an Electric Vehicle under Random Road Excitation
Cette étude examine comment les variations de pression des ressorts pneumatiques affectent le confort de roulement et la réponse dynamique des véhicules électriques sur des excitations routières aléatoires, révélant que des pressions plus élevées augmentent la rigidité de la suspension et les charges de roue tout en réduisant le confort, identifiant ainsi des plages de pression optimales pour équilibrer ces facteurs concurrents à travers différentes classes de routes et vitesses.
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Tout véhicule circulant sur une route doit mener une lutte constante entre deux besoins concurrents. Le premier est le besoin d'isoler les passagers de la texture rugueuse et irrégulière de la chaussée, afin de maintenir une conduite souple et confortable. Le second est le besoin de maintenir les pneus fermement pressés contre le sol, garantissant que le véhicule puisse diriger, freiner et accélérer en toute sécurité. Si un système de suspension est trop souple, la voiture peut donner l'impression d'être un bateau sur une vague, isolant le conducteur de la route mais risquant une perte de contrôle lorsque les pneus rebondissent. Si le système est trop rigide, les pneus restent ancrés, mais chaque bosse est transmise directement aux passagers, transformant la conduite en une expérience saccadée. Pour les véhicules électriques, cet équilibre est encore plus délicat car les batteries lourdes et les configurations de moteurs uniques modifient la façon dont la voiture pèse et se déplace, rendant les réglages traditionnels de la suspension moins efficaces.
Dans une étude récente, des chercheurs se sont donné pour mission de trouver l'équilibre précis pour les véhicules électriques équipés de ressorts pneumatiques. Contrairement aux ressorts en acier traditionnels, qui ont une rigidité fixe, les ressorts pneumatiques utilisent du gaz comprimé pour supporter le poids du véhicule. En modifiant la pression de ce gaz, les ingénieurs peuvent modifier la sensation de rigidité ou de souplesse de la suspension. L'équipe de l'Université de technologie de l'éducation de Vinh Long au Vietnam a étudié comment différents niveaux de pression d'air affectent un véhicule circulant sur des routes de qualités variables, allant des autoroutes lisses aux pistes extrêmement accidentées. Ils ont simulé le véhicule circulant à des vitesses comprises entre 30 et 60 kilomètres par heure sur quatre types de surfaces routières distinctes, allant de bonne à extrêmement mauvaise. Leur objectif était de déterminer les réglages de pression idéaux pour maintenir le confort de conduite sans sacrifier la sécurité du contact du pneu avec la route.
Les chercheurs ont construit un modèle numérique détaillé d'un véhicule électrique, le traitant comme un système complexe doté de sept pièces mobiles pour capturer la façon dont la carrosserie et les roues réagissent aux bosses. Ils ont soumis ce véhicule virtuel à des vibrations aléatoires imitant les conditions de conduite réelles, testant quatre niveaux de pression d'air spécifiques : 400 000, 600 000, 800 000 et 1 000 000 de Pascals. À mesure qu'ils augmentaient la pression, l'air à l'intérieur des ressorts devenait plus difficile à comprimer, rendant la suspension plus rigide. Les résultats étaient clairs et cohérents sur tous les types de routes : une pression plus élevée entraînait une conduite plus rude. Lorsque la pression était à son niveau le plus bas, le véhicule absorbait bien les bosses, mais à mesure que la pression augmentait jusqu'à son maximum, la carrosserie du véhicule commençait à trembler plus violemment. Sur les routes les plus lisses testées, l'augmentation de la pression du réglage le plus bas au plus élevé a provoqué un bond de près de 41 % de la vibration moyenne ressentie par les passagers.
Cette augmentation de la rigidité a également eu un impact direct sur l'interaction des pneus avec la route. Bien qu'une suspension plus rigide puisse sembler maintenir les pneus en place, les simulations ont montré l'effet inverse sur les terrains accidentés. À mesure que la pression augmentait, les pneus étaient plus susceptibles de rebondir et de perdre contact avec le sol, surtout à des vitesses élevées. Les chercheurs ont mesuré cela à l'aide d'un facteur indiquant à quel point le poids sur le pneu fluctue. Sur les routes les plus accidentées, lorsque le véhicule circulait rapidement avec une pression d'air élevée, les pneus étaient sur le point de se décoller entièrement de la surface. Cette perte de contact est critique car un pneu qui ne touche pas la route ne peut ni diriger ni freiner efficacement. L'étude a révélé que sur les surfaces les plus irrégulières, les réglages de pression les plus élevés réduisaient considérablement l'adhérence des pneus, créant un scénario où le véhicule pourrait devenir instable.
La qualité de la surface de la route a joué un rôle crucial dans la performance de ces réglages de pression. Sur les routes lisses et de haute qualité, le véhicule pouvait tolérer une gamme de pressions plus large, les réglages compris entre 400 000 et 800 000 Pascals offrant un compromis raisonnable entre confort et sécurité. Cependant, à mesure que la surface de la route devenait plus accidentée, la marge d'erreur se réduisait. Sur les routes de qualité moyenne, les chercheurs ont recommandé d'abaisser la pression entre 400 000 et 600 000 Pascals pour maintenir la sécurité. Sur les routes très mauvaises et extrêmement accidentées, les simulations ont suggéré que le réglage de pression le plus bas était le seul moyen de rendre la conduite tolérable et de maintenir les pneus en contact avec le sol. Dans ces conditions difficiles, conduire à grande vitesse combiné à une pression d'air élevée créait une tempête parfaite d'inconfort et de danger, avec une carrosserie de véhicule secouée violemment et des pneus luttant pour maintenir leur adhérence.
L'étude a également souligné que la relation entre la vitesse et la pression n'est pas linéaire. Rouler plus vite sur une route accidentée avec une suspension rigide amplifie les effets négatifs, faisant rebondir davantage le véhicule et provoquant des pertes de contact plus fréquentes des pneus. Les chercheurs ont noté que, bien que leurs conclusions fournissent un guide clair pour ces conditions spécifiques, elles sont basées sur des simulations informatiques plutôt que sur des tests routiers physiques. Le modèle ne tenait pas compte de toutes les variables possibles, telles que les changements de charge de cargaison du véhicule ou la dynamique thermique complexe à l'intérieur des ressorts pneumatiques. Néanmoins, les résultats offrent une feuille de route pratique pour les ingénieurs et les conducteurs. Ils suggèrent que, pour que les véhicules électriques restent confortables et sûrs, la pression de l'air dans la suspension ne doit pas être fixée à une valeur unique. Au contraire, elle doit être ajustée de manière dynamique, en abaissant la pression à mesure que la route devient plus accidentée ou que le véhicule accélère, garantissant ainsi que la voiture reste une plateforme stable pour ses passagers tout en gardant ses pieds fermement au sol.
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