L'objectif de cette thèse est d'analyser l'effet des vibrations sur le confort et la stabilité des véhicules routiers face aux variations de différents paramètres comme les coefficients de suspensions, la vitesse du véhicule, les irrégularités de la piste et la position du siège. Pour réaliser cette étude, un modèle mathématique pour simuler le comportement dynamique des véhicules a été mis au point. Ce modèle permet d'utiliser efficacement différents types de suspensions non linéaires comme les suspensions active et semi-active. De plus, en se basant sur des données expérimentales. un modèle de siège non linéaire a été développé. Ce dernier, a pour but de mieux comprendre l'interface entre le siège et le chauffeur.

Nous avons abordé le sujet avec une étude détaillée sur les différents types de vibration et leurs effets sur le corps humain. Nous avons conclu que la plage de fréquence dans le domaine des véhicules terrestres coincide avec les fréquences naturelles du corps humain qui se situent de 1 Hz à 20 Hz. Un profil temporel représentant les irrégularités de la piste a été généré à partir de la densité spectrale de puissance PSD "Power Spectral Density''. Pour formuIer le modèle mathématique de base. nous avons modélisé un quart de véhicule en utilisant des modèles de suspension passive. active et semiactive. La force générée par les modèles non linéaires est basée sur les principes fl "full state feedback lawn et vl "velocity feedback law". Nous avons démontré que le modèle de suspension formulé avec le principe vl pourrait ètre utilisé dans le domaine des véhicules car il consomme moins d'énergie que le modèle fl de plus. sa formule mathématique simple le favorise parce que nous n'avons qu'une seule variable à contrôler. Pour compléter l'analyse, une méthode d'optimisation qui tient compte des facteurs du confort et de la stabilité du véhicule a été développée. Avec une dérivation analytique, nous avons obtenu les paramètres de suspension optimaux.

Afin de vérifier la validité de l'approche retenue, cet algorithme a été généralisé pour simuler les véhicules en 2-D et 3-D. Nous avons démontré que lors du passage du véhicule sur une piste aléatoire, un dos-d'âne simple et double, les modèles de suspensions active et semi-active améliorent le confort de 30% à 50% par rapport au modèle passif. Pour le véhicule en 3-D, l'amélioration était en moyenne de 30% pour l'accélération verticale du chauffeur, 30% pour l'accélération verticale de la masse suspendue et de 50% pour l'accélération de roulis. L'accélération de tangage était au même niveau pour les trois types de suspension à cause de la condition sur le facteur de stabilité développé dans cette étude.

Finalement, les tests dynamiques réalisés sur des sièges réels au centre CONCAVE de l'université Concordia ont permis de calibrer les paramètres inconnus du modèle numérique. Avec la comparaison des résultats expérimentaux et les résultats du modèle. nous avons conclu que les suspensions active et semi-active augmentent le confort de 20% à 30% au niveau du siège. D'après notre analyse, il apparait justifié de concevoir des sièges avec des suspensions active et semi-active, en sachant que la majorité des véhicules dans le domaine de la construction et des mines possédent peu de suspension de base.

The objective of this research is to analyze the influence of vibration on the comfort and the stability of the vehicles for the variation of many parameters like the suspensions coefficients, the vehicle velocity, the road irregularities and the seat position. A mathematical mode1 to simulate the dynamic movement of a vehicle has been developed. This model can use nonlinear suspensions such as active and semiactive suspensions. In the second part of this research, a nonlinear seat model has been developed using experimental data. We have exploited this nonlinear seat to give a better explanation of the interface between the driver and the seat.

With a detailed study of the vibration and its effect on the human body. we have concluded that the natural frequency of the human body (1 to 20 Hz) has the same range of the vibration frequency generated by the road irregularities. A temporal profile based on the power spectrai density (PSD) has been generated. To justify Our mathematical modeI. we have sirnulated a quarter car model with passive, active and semi-active suspension. The force generated by the nonlinear suspension is based on the principles of the full state feedback law (0) and the velocity feedback law (VI). We have showed that the principle vl can be used on the vehicle domain because the energy consumed by it is less than the fl principle and with the VI principle we have only one parameter to control. To complete this analysis, we have developed an optimization method to control the comfort and the stability parameters of the vehicle. Furthermore. with an analytical derivation, we have found the optimal parameters suspensions.

To validate this approach, 3-D and 3-D vehicle rnodels have been analyzed. Results from these models for a random road excitation, a simple bump and a double bump showed that the active and semi-active suspensions increase the comfort level from 30% to 50% compared to the passive suspension. For exarnple. for the 3-D model the comfort increase was in average 30% for the vertical driver acceleration, 30%, for the vertical unsprung mass acceleration and 50% for the roll acceleration. However. the pitch acceleration was in the same level for the three suspensions models because we have controled the pitch movement by introducing specific constraints.

Finally, with the experimental results obtained on the seat at the CONCAVE center of the University of Concordia we have calibrated the numerical seat madel. After a cornparison between the experimental and the numerical results, we have concluded that the active and the semi-active suspension increases the comfort on the seat by 20% to 30% compared to the conventional one. With this analysis. we have concluded that is better to apply the active and semi-active suspension to the seat because in many cases, like the construction and the mining area, the vehicle drivers are exposed to high amplitude vibrations.