FR2635570A1

FR2635570A1 - Hydraulic transmission device applied to motor vehicles

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Publication number: FR2635570A1
Application number: FR8810725A
Authority: FR
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1988-08-09
Filing date: 1988-08-09
Publication date: 1990-02-23

Abstract

The engine 1, clutch 2, gearbox 3 assembly drives a hydraulic pump 4 supplying the four motors 9 for the wheels. A control member 22, receiving information from a sensor 21 of the angle of rotation of the steering wheel, and from a flowmeter 32 of the total flow rate, controls regulators 8 making it possible to control the relative flow rates supplying the motors. It is thus possible to control the slipping of the wheels during a bend and to eliminate the skidding effect.

Description

DISPOSITIF DE TRANSMISSION HYDRAULIQUE
APPLIQUE AUX AUTOMOBILES
Les Transmissions Hydrauliques sont généralement employées dans la motorisation d'engins de travaux publics ou de machines Industrielles necessitant un mouvement lent et puissant
Un autre usage de ce genre de systèmes peut être la transmission de mouvements entre le moteur et les roues d'une automobile. De plus ce qenre de dispositif permet un contrôle aisé du mouvement de chaque roue, ce qui est tres difficile a realiser sur une transmission purement mécanique.HYDRAULIC TRANSMISSION DEVICE
APPLICABLE TO AUTOMOBILES
Hydraulic Transmissions are generally used in the motorization of public works machinery or industrial machines requiring a slow and powerful movement
Another use of this kind of systems may be the transmission of movements between the engine and the wheels of an automobile. In addition this device qenre allows easy control of the movement of each wheel, which is very difficult to achieve on a purely mechanical transmission.

Pour une automobile, transmettre le mouvement aux roues consiste à passer par une chaine cinématique consprenant en sortie de boite de vitesses un differentiel, et pour chaque roue motrice un cardan, un arbre de transmission et un autre cardan. Si la voiture est à quatre roues motrices. les différentiels pourront être au nombre de trois. De plus, st la voiture est à usage sportif, le différentlel sera a glissement limité pour limiter le patinage des roues
Pour ce type de véhicules, une solution de remplacement consisterait à utiliser une transmission hydraulique (figure N0 1).Le moteur (1) du véhicule transmet le mouvement rotatif à travers l'embrayage (2) a la boite de vitesses (3) La boite de vitesse (3) entraîne alors en rotation une pompe oleo-hydraulique (4). La pompe (4) met en circulatlon un fluide (huile) à travers des tuyaux dans un seul sens vers le distributeur (5). Suivant sa position, le distributeur (5) permet de selectionner le point mort, la marche avant ou la marche arrière. Au point mort, le fluide va retourner vers la pompe à travers un antiretour (12), un filtre (13), un refroidisseur (38) et un réservolr (14).For an automobile, transmitting the movement to the wheels is to go through a kinematic chain consprenant output gearbox a differential, and for each drive wheel a gimbal, a transmission shaft and another cardan. If the car is four-wheel drive. the differentials may be three in number. In addition, if the car is for sports use, the other is limited slip to limit wheel spin.
For this type of vehicle, an alternative solution would be to use a hydraulic transmission (Figure N0 1). The engine (1) of the vehicle transmits the rotary movement through the clutch (2) to the gearbox (3). gear box (3) then drives in rotation a oleo-hydraulic pump (4). The pump (4) circulates a fluid (oil) through pipes in a single direction to the distributor (5). Depending on its position, the distributor (5) makes it possible to select neutral, forward or reverse. In neutral, the fluid will return to the pump through a non-return valve (12), a filter (13), a cooler (38) and a reserve (14).

En marche, avant le fluide est transrriis dans un sens donné dans le circuit secondaire, ce qui permet de faire avancer le vehicule en marche avant. En marche arrière, I'entrée et le retour du circuit secondaire sont croisés, ce qui permet de faire reculer le véhicule. Le fluide est ensuite transmis vers un répartiteur 6. chargé de le distribuer en des proportions egales ou non vers roues A et B (ou chenilles) du véhicule Le fluide est ensuite amené pour chaque roue jusque sur le moteur hydraulique 9 de la roue 10 par un tuyau, et un flexible 37 permettant de suivre les mouvements de suspension et de direction des roues. Le moteur hydraulique entraine en direct la roue 10. Il n'est plus nécessaire d'utiliser de cardan.Le retour du fluide s'effectue a travers le collecteur li qui récupère le retour des circuits provenant des moteurs 9. Le fluide est alors renvoyé vers le réservoir à travers le distributeur 5. Ce schéma correspond aux véhicules a chenille ou aux véhicules à deux roues ou.plus avec deux roues motrices. Ce dernier type de vehicule est le plus répandu. Il s'agit des classiques véhicules a traction avant ou propulsion arrière. Par rapport à une disposition mécanique classique, le dispositif hydraulique décrit, qui n'est employé que sur les véhicules lents (appareils de chantier, grues, etc) n'apporte pas une simplification suffisante et ne s'est pas répandu sur les voitures de tourisme.In operation, before the fluid is transrriis in a given direction in the secondary circuit, which allows to advance the vehicle forward. In reverse, the input and return of the secondary circuit are crossed, which allows to back the vehicle. The fluid is then transmitted to a distributor 6 responsible for distributing it in equal proportions or not to wheels A and B (or tracks) of the vehicle. The fluid is then fed for each wheel onto the hydraulic motor 9 of the wheel 10. a pipe, and a flexible hose 37 for monitoring the suspension and steering movements of the wheels. The hydraulic motor directly drives the wheel 10. It is no longer necessary to use gimbal. The fluid is returned through the manifold li which recovers the return of the circuits from the motors 9. The fluid is then returned to the tank through the distributor 5. This diagram corresponds to tracked vehicles or two-wheeled vehicles or more with two driving wheels. This last type of vehicle is the most widespread. These are the classic front-wheel drive or rear-wheel drive vehicles. Compared to a conventional mechanical arrangement, the hydraulic device described, which is only used on slow vehicles (construction equipment, cranes, etc.) does not provide sufficient simplification and has not spread on the cars of tourism.

Conformément à la présente invention, il est prévu un dispositif de transmission hydraulique appliqué à des véhicules automobiles comprenant, outre le moteur, I'embrayage et la boite de vitesse, un circuit pompe comprenant une pompe hydraulique, un réservoir et un distributeur, et un circuit moteur comportant un répartiteur pour distribuer le fluide, des moteurs de roues, et un collecteur, caractérisé par son application a un vehicule a quatre roues au moins et quatre roues motrices, le répartiteur et le collecteur ayant chacun une voie d'entrée et quatre voies de sortie. According to the present invention, there is provided a hydraulic transmission device applied to motor vehicles comprising, in addition to the motor, the clutch and the gearbox, a pump circuit comprising a hydraulic pump, a reservoir and a distributor, and a motor circuit comprising a distributor for distributing the fluid, wheel motors, and a manifold, characterized by its application to a vehicle having at least four wheels and four driving wheels, the distributor and the manifold each having an entry way and four exit routes.

Les avantages de ce système sont nombreux:
- 11 n'est plus necessaire de positionner le moteur en fonction de la position des roues
- suppression du ou des différentiels
- suppression des arbres de transmission genant souvent la conception dune voiture a quatre roues motrices
- suppression des cardans de transmission
- suppression de la marche arrière dans la boîte de vitesse
Le gros avantage de ce système est l'indépendance totale de la position du moteur par rapport aux roues. En effet, dans la plupart des véhicules à quatre roues motrices, le moteur est situé sur un essieu, ce qui facilite la transmission du mouvement aux roues de cet essieu, par contre le mouvement doit aussi être transmis aux autres roues par un arbre central.Ajouter a cela que si le systeme est evolue, il peut posséder jusqu'à trois différentiels: central, avant et arrière. The advantages of this system are numerous:
- It is no longer necessary to position the engine according to the position of the wheels
- removal of the differential (s)
- removal of drive shafts often leading to the design of a four-wheel drive car
- suppression of transmission gimbals
- removal of reverse gear in the gearbox
The big advantage of this system is the total independence of the motor position relative to the wheels. Indeed, in most four-wheel drive vehicles, the engine is located on an axle, which facilitates the transmission of movement to the wheels of the axle, against the movement must also be transmitted to the other wheels by a central shaft. Add to that that if the system is upgraded, it can have up to three differentials: central, front and rear.

Les pompes à employer doivent être du type à engrenages extérieurs ou intérieurs (Gerotor). La pornpe peut-être unidirectionnelle, la marciie arriere Si nécessaire etant fait par le distributeur Il est nécessaire qu'elle puisse admettre des vitesses de rotation élevées pouvant aller jusqu'a 5000 tours par minute- (6000 en pointe) suivant l'étagement choisi pour la boite de vitesses. La pompe devra aussi pouvoir passer toute la puissance motrice
Les moteurs hydrauliques pourront être du mêrne type que la pompe, la contrainte de vitesse de rotation est sensiblement la même (Exemple une roue de voiture 155-70-14 qui roule à 180 km/h tourne ai 4480 tr/mn).Par contre, la puissance est approximativement divisez par le nombre de roues motrices
Selon une caractéristique importante de la présente invention, le circuit moteur comporte un débitmètre pour mesurer le débit global du fluide fourni aux quatre moteurs des quatre roues et pour chaque moteur de roue, un régulateur, les régulateurs étant commandés par un organe de contrôle recevant des informations du débitmètre, et d'un capteur indicatif de la position angulaire du volant.The pumps to be used must be of the external or internal gear type (Gerotor). The pornpe can be unidirectional, the marciie rear If necessary being made by the distributor It is necessary that it can admit high speeds of rotation up to 5000 revolutions per minute (6000 peak) depending on the chosen staging for the gearbox. The pump must also be able to pass all the motive power
The hydraulic motors may be of the same type as the pump, the rotational speed constraint is substantially the same (eg a 155-70-14 car wheel that rolls at 180 km / h rotates at 4480 rpm). , the power is approximately divide by the number of driving wheels
According to an important characteristic of the present invention, the motor circuit comprises a flowmeter for measuring the overall flow rate of the fluid supplied to the four engines of the four wheels and for each wheel motor, a regulator, the regulators being controlled by a control member receiving flow meter information, and a sensor indicative of the angular position of the steering wheel.

Il est alors possible de contrôler le patinage des roues
En employant une transmission hydraulique, on simplifie grandement le système tout en ayant la possibilité de le rendre plus efficace. Le système aritipatinage des roues peut être ou non utilisé, il va permettre de contrôler le débit de fluide arrivant sur chaque moteur hydraulique de roue à partir d'un système programme en usine
De plus, sl on ajuste les débits des différents circuits hydrauliques des roues et que l'on choisit des types de moteurs différents pour l'avant et l'arriere, la puissance motrice sera alors repartie de façon differente entre l'avant et l'arrière.It is then possible to control wheel slip
By employing a hydraulic transmission, the system is greatly simplified while having the possibility of making it more efficient. The aritipatinage system of the wheels may or may not be used, it will make it possible to control the flow of fluid arriving on each hydraulic wheel motor from a system programmed in the factory.
In addition, when the flow rates of the various hydraulic circuits of the wheels are adjusted and different types of engines are selected for the front and the rear, the driving power will then be distributed differently between the front and the rear. back.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description suivante, donnée a titre d'exemple non limitatif, en regard des dessins ci-)oints, et qui feront bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. Other features and advantages of the invention will become apparent from the following description, given by way of non-limiting example, with reference to the drawings below, and which will make it clear how the invention can be implemented.

Sur les dessins,
la figure 1 est un schéma d'un ensernble de moteur et transmission hydraulique classique a deux roues motrices;
La fig. 2 est un schéma d'un ensemble moteur et transmission hydraulique selon l'invention, appliqué à uri véhicule a quatre roues motrices;
La fig. 3 est un plan schématique illustrant les differents rayons de giration des quatre roues d'un véhicule pour un braquage donné d'une des roues avant
La fig 4 est un diagramme illustrant un systeme antipatinage sur transmission hydraulique, et
La fig. 5 est une variante du système de la fig.4.On the drawings,
Figure 1 is a diagram of a set of engine and conventional two-wheel drive hydraulic transmission;
Fig. 2 is a diagram of a motor and hydraulic transmission assembly according to the invention, applied to a four-wheel drive vehicle;
Fig. 3 is a schematic diagram illustrating the different radii of gyration of the four wheels of a vehicle for a given deflection of one of the front wheels
FIG. 4 is a diagram illustrating a traction control system on hydraulic transmission, and
Fig. 5 is a variant of the system of fig.4.

Le schéma de la figure 2 représente l'application de l'invention a un véhicule automobile a quatre roues motrices clOA, 10s, 10C, OC > lOli > Il comporte les éléments du dispositif de la figure 1, avec les mêmes références: un moteur 1, un embrayage 2 une boîte de vitesse 3 et une pompe hydraulique 4. Un circuit pompe 4 comprenant outre la pompe, le distributeur 5, un clapet anti-retour 12, un filtre 13, un refroidisseur 38 et un réservoir 14. Le distributeur 5 a trois positions, avant, point mort et arrière. The diagram of FIG. 2 represents the application of the invention to a motor vehicle with four driving wheels clOA, 10s, 10C, OC> 10l> It comprises the elements of the device of FIG. 1, with the same references: an engine 1, a clutch 2 a gearbox 3 and a hydraulic pump 4. A pump circuit 4 comprises in addition to the pump, the distributor 5, a non-return valve 12, a filter 13, a cooler 38 and a reservoir 14. The distributor 5 has three positions, forward, dead and back.

Dans la forme de réalisation de l'invention la plus simple, le repartiteur 6 et le distributeur tl sont a une voie d'entree et quatre voies de sortie. Ce sont des organes inertes, sans partie mobile. In the simplest embodiment of the invention, the distributor 6 and the distributor t1 are one input channel and four output channels. They are inert organs, without moving parts.

Sur la plupart des véhicules haut de gamme se développe actuellement les systèmes d'antiblocage des roues en cas de freinage, d'autre part commencent aussi a apparaitre des systemes d'antipatinage (Mercédès) pour sol glissant. Dû à la transmission classique utilisée, ces systèmes sont très compliqués, de plus ils sont généralement incompatibles avec les systèmes antiblocages de roue et doivent être debrayés en cas de freinage
Conformément a une réalisation avantageuse de la présente invention, le dispositif est perfectionné par un système de contrôle de glissement. A cette fin, le circuit moteur comporte un débitmètre 32 mesurant le debit total du circuit (a noter qu'il pourrait être situe aussi bien sur le circuit pompe).Chaque circuit moteur comporte en série un régulateur 8 commandant le débit relatif de chaque moteur, avec un antiretour 7 permettant de bypasser le régulateur en marche arrière. Par ailleurs, le volant 2(1 de direction du véhicule est muni d'un capteur 21 que mesure l'angle de rotation du volant. Les informations recueillies par ce capteur, ainsi que la mesure du débimètre 32 sont injectées dans un organe de contrôle 22, qui cornmande les quatre régulateurs 8 des quatre moteurs de roues
On peut controler la vitesse de rotation de chaque roue en fonction du debit total de fluide et de l'angle de braquage du volant.On most high-end vehicles, the anti-lock braking systems are being developed at the moment of braking, while the traction control systems (Mercedes) for slippery ground are also beginning to appear. Due to the conventional transmission used, these systems are very complicated, in addition they are generally incompatible with anti-lock wheel systems and must be disengaged in case of braking
According to an advantageous embodiment of the present invention, the device is improved by a sliding control system. To this end, the motor circuit comprises a flowmeter 32 measuring the total flow of the circuit (note that it could be located on the pump circuit) .Each motor circuit comprises in series a regulator 8 controlling the relative flow of each motor , with a non-return valve 7 to bypass the regulator in reverse. Furthermore, the steering wheel 2 (1 of vehicle steering is provided with a sensor 21 that measures the angle of rotation of the steering wheel.The information collected by this sensor, as well as the measurement of the flowmeter 32 are injected into a control organ 22, which controls the four regulators 8 of the four wheel motors
The rotational speed of each wheel can be controlled according to the total fluid flow and the steering angle of the steering wheel.

Pour un véhicule a deux roues directrices (voir figure 3), soit E empattement du véhicule
A entraxe des roues (on suppose l'entraxe des roues avants egaie a celui des roues arrières)
V angle de rotation du volant
O angle de braquage de la roue avant gauche
Ravg rayon de giration de la roue avant gauche
Rayd rayon de giration de la roue avant droite
Rarg rayon de giration de roue arrière gauche
Rard rayon de giration de la roue arrière droit
L'angle de braquage de la roue avant gauche (ou droite) est une
fonction de l'angle de braquage du volant et est spécifique à chaque véhicule. On appellera cette fonction F.For a vehicle with two-wheel steering (see Figure 3), ie E wheelbase of the vehicle
At the center distance of the wheels (it is assumed that the distance between the front wheels and the rear wheels is equal)
V steering wheel rotation angle
O steering angle of the left front wheel
Ravg radius of gyration of the front left wheel
Rayd radius of gyration of the right front wheel
Rarg radius of gyration of rear wheel left
Rare radius of gyration of the right rear wheel
The steering angle of the left (or right) front wheel is
depending on the steering angle of the steering wheel and is specific to each vehicle. This function will be called F.

Onaalors O = F(V)
On obtient Ravg = E / sin (F(V))
Ravd =[E2 + ( E I tg(F(v))- A )31;2
Rarg = E ( I / < sin (f(Vl)) 2 - I ) 1(2
Rard = E / tg(F(V)) - A
Si le véhicule tourne d'un angle a radian et si toutes les roues ont
le même diametre d, le nombre de tours de roue sera
Navg = a Ravg / d
Navd = a Ravd X d
Narg =a Rarg / d
Nard = a Rard / d
Donc le nombre de tours de chaque roue est fonction de l'angle de
braquage du volants de l'empattement, de l'entraxe des roues, du diametre
des roues et de la distance parcourue.Les conclusions peuvent aussi bien s'appliquer à une voiture dont les roues arrlères sont aussi directrices.Onaalors O = F (V)
We get Ravg = E / sin (F (V))
Ravd = [E2 + (EI tg (F (v)) - A) 31; 2
Rarg = E (I / <sin (f (Vl)) 2 - I) 1 (2
Rard = E / tg (F (V)) - A
If the vehicle is turning from an angle to a radian and if all the wheels have
the same diameter d, the number of wheel revolutions will be
Navg = a Ravg / d
Navd = a Ravd X d
Narg = a Rarg / d
Nard = a Rard / d
So the number of turns of each wheel is a function of the angle of
steering wheels wheelbase, wheel spacing, diameter
wheels and the distance traveled.The conclusions can be applied to a car whose steering wheels are also steered.

Le calcul est alors simpleernent un peu plus compliqué.The calculation is then simply a little more complicated.

La vitesse de rotation, elle sera fonction du debit ce qui est une caractéristique des moteurs employés. The speed of rotation, it will depend on the flow which is a characteristic of the engines used.

Donc avec un capteur angulaire monté sur la colonne de direction, on peut connaître l'angle de braquage, avec un débitmètre dans le circuit hydraulique principal, on peut connaitre le débit total, on peut alors reguler le débit de fluide sur chaque moteur de roue par des régulateurs. So with an angular sensor mounted on the steering column, we can know the steering angle, with a flow meter in the main hydraulic circuit, we can know the total flow, we can then regulate the flow of fluid on each wheel motor by regulators.

3-2) Contrôle par adressage directe
Ce système est le plus simple ai réaliser, voir figure 6. Un capteur angulaire (2 1) permet de reperer la posltlon du volant (20). De méme, un débitmètre (32) permet de connaitre le débit total de la pompe hydraulique. Ces deux données sont envoyées vers un générateur d'adresses mémoires qui va adresser quatre rnémoir-es: (23), (24), (25). 3-2) Direct addressing control
This system is the simplest to achieve, see Figure 6. An angular sensor (2 1) allows to locate the posltlon of the steering wheel (20). Likewise, a flow meter (32) makes it possible to know the total flow rate of the hydraulic pump. These two data are sent to a memory address generator which will address four messages: (23), (24), (25).

(26), dans lesquelles sont programmees respectivement les pnsitions des régulateurs de débit (8A), (8B), (8C), (8D) en fonction du débit total et de l'angle e braquage. Une interface de puissance (27), (28), (29), (30) permet ensuite de commander le réyulateur de débit (8A), (8B), (8C), 8D)
Il sera donc nécessaire de déterminer les caractéristiques préalablement en usine , cecl pourra être fait par auto apprentissage sur un véhicule prototype du même type comportant en plus un débitmètre sur chaque moteur hydraulique
En variante, (voir figure 5) > l'ensemble générateur d'adresse plus mémoire peut être remplacé par un système à microprocesseur (33) chargé d'effectuer le même travail d'après une caractéristique qu'il aurait en memoire
Avec l'évolution des composants hydrauliques, il est parfaitement possible de remplacer sur un véhicule une transmission mécanique classique par une transmission hydraulique comme décrite dans les pages precedentes. De plus, cette transmission aura t'avantage d'entre beaucoup plus facilement contrôlable pour supprimer l'effet de patinage. (26), wherein the flow regulator (8A), (8B), (8C), (8D), respectively, are programmed as a function of the total flow rate and the steering angle. A power interface (27), (28), (29), (30) then makes it possible to control the flow rate remyulator (8A), (8B), (8C), 8D)
It will therefore be necessary to determine the characteristics previously in the factory, it can be done by self-learning on a prototype vehicle of the same type including in addition a flow meter on each hydraulic motor
Alternatively, (see FIG. 5), the more memory address generator set may be replaced by a microprocessor system (33) responsible for performing the same work according to a characteristic that it would have in memory.
With the evolution of hydraulic components, it is perfectly possible to replace on a vehicle a conventional mechanical transmission by a hydraulic transmission as described in the previous pages. In addition, this transmission will have the advantage of being much more easily controllable to suppress the skating effect.

Claims

REVEt4DlCATIuIS

1 - Hydraulic transmission deviceappl ied to motor vehicles comprising, in addition to the engine 1, the clutch 2 and the gearbox 3, a pump circuit comprising a hydraulic pump 4, a reservolr 10 and a distributor 5, and a motor circuit comprising a distributor 6 for distributing the fluid, motors 9 of wheels 10, and a manifold 11, characterized by its application to a vellula at least four wheels and four driving wheels, the distributor 6 and the collector 1 1 each having an entrance channel and four exit lanes.

2 - Device according to claim I characterized in that the motor circuit comprises a debimeter 32 for measuring the overall flow of the fluid supplied to the four motors 9 of the four wheels 10 and for each wheel motor 9, a regulator 8, the controllers being controlled by a control member 22 receiving information flow meter 32. and a sensor indicative of the angular position of the steering wheel

3 - Device according to one of claims 1 and 2, characterized in that the motors for washing and rear are different and the flow rates of the different circuits are adjusted according to the power of the motors.