L'étude d’un système de suspension magnétique actif

Thèmes abordés

Système de suspension magnétique actif, modélisation, voiture, champ magnétique, circuit de commande

Résumé du document

Ce système de suspension automobile est développé par l'entreprise Bose, depuis de nombreuses années. Il répond à une demande des équipementiers automobiles: en effet, toute suspension automobile classique (mécanique) doit faire face à deux objectifs contradictoires : le confort du passager, ce qui correspond à une suspension la plus souple possible, et la tenue de route, qui impose une certaine raideur à la suspension. D'où l'idée de développer un système actif, qui puisse répondre en temps réel aux excitations imposées par le profil de route afin d'isoler au mieux le châssis de la voiture des aspérités de la route.

Extraits

[...] Afin de se rapprocher du système réel, nous avons mis en place un système de commande électronique, détaillé ici pour pouvoir commuter deux bobines l'une après l'autre à des temps choisi. Dans le cas de 4 bobines, le principe est le même mais le schéma électrique est plus complexe. Ce système d'interrupteur commandé doit pouvoir résister au fort courant circulant dans les bobines ce qui nous a conduit à utiliser des transistors de puissance de type MOSFET (2€ l'unité). Ceux-ci sont passants si la tension appliquée à leurs bornes (entre Gain et Source) excède 4V, bloqués sinon. Le courant passe entre Drain et Source. [...]

[...] Il a donc fallu rajouter ce terme d'amortissement (de type frottement fluide). L'origine physique de ce terme est encore à discuter: il pourrait s'agir d'une induction de la bobine dans l'aimant (qui est conducteur), ou bien à cause de la présence du champ magnétique radial qui est à l'origine d'une force de Laplace opposée au mouvement: Résultats de l'expérience conduite : On s'aperçoit que la position de l'aimant semble correspondre à une sinusoïde modulée par une exponentielle décroissante, ce qui voudrait dire que le système conserve une évolution linéaire. [...]

[...] Soit une erreur sur le modèle d'environ en moyenne On peut dire, compte tenu de l'imprécision de mesure (2mm) que l'on est capable de prévoir parfaitement la position d'équilibre de l'aimant au sein du système pour une configuration d'alimentation donnée. IV.Etude dynamique : réponse dans le cas d'une bosse Obtention d'un circuit de commande Replaçons maintenant le système dans son contexte : pour créer le mouvement de l'aimant, nous allons jouer sur le passage de cet aimant de position d'équilibre en position d'équilibre, en commutant les unes après les autres les alimentations des bobines : l'aimant sautera ainsi d'une position à l'autre, ce qui correspond au « mouvement longitudinal contrôlé » dont il était question en introduction. [...]

[...] Nos bobines devant supporter ce courant, du fil de cuivre assez gros est nécessaire. Nous avons donc fait bobiner 4 bobines indépendantes situées les unes au-dessus des autres (photo), comportant chacune 500 spires afin de pouvoir alimenter à notre convenance l'une ou l'autre des bobines. L Bobine 1 (500 spires) Bobine 2 A2 A1 Aimant (néodyme-fer-bore) z R C4 C2 C1 Guide pour l'aimant Latispro Capteur optique O L Bobine 1 (500 spires) Bobine 2 A2 A1 Aimant (néodyme-fer-bore) z R C4 C2 C1 Guide pour l'aimant Latispro Capteur optique O Voilà à présent le schéma du système que nous avons réalisé, visible sur la photo précédente. [...]

[...] Modélisation d'un système de suspension magnétique active Modélisation adoptée Afin de conduire notre expérience, il nous faut choisir les deux principaux composants à utiliser dans notre système. Pour ce qui est de l'aimant, nous choisirons un aimant au Néodyme-Fer-Bore, qui représente le meilleur compromis puissance/prix (cf. caractéristiques). Il s'agit d'un aimant cylindrique, de masse suffisamment faible et suffisamment puissant pour que le champ magnétique créé par les bobines puisse le faire « tenir » au milieu du système, comme en « lévitation » : l'aimant semble, dans nos premières expériences, se stabiliser environ au centre des bobines (là où le champ magnétique est le plus fort). [...]