FR3144074A1 - Système hydraulique amélioré pour la sécurisation du freinage d’engin électrique. - Google Patents
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Abstract
Système hydraulique amélioré pour la sécurisation du freinage d’engin électrique Système pour le freinage d’un engin comprenant un ensemble moteur électrique (M, M1, M2), un circuit primaire (100), au moins un circuit hydraulique secondaire (300) comprenant une pompe hydraulique secondaire (310), un moyen de stockage de courant (450) apte à stocker le courant généré par l’ensemble moteur électrique fonctionnant dans le mode générateur lors d’un fonctionnement nominal, un organe de freinage (330) disposé à un refoulement de la pompe hydraulique secondaire (310) et calibré pour être passant lors du fonctionnement nominal, et pour définir une restriction au refoulement de la pompe hydraulique secondaire (310) lors d’une situation de dysfonctionnement dans lequel le moyen de stockage de courant (450) n’est plus apte à stocker le courant généré par l’ensemble moteur électrique (M, M1, M2). Figure pour l’abrégé : Fig. 1.
Description
La présente invention concerne un circuit hydraulique pour le freinage d’un engin à transmission électromécanique ou électrohydraulique tel qu’un compacteur mais pas uniquement.
Les engins électriques, notamment les machines de types « off-road » telles que les compacteurs électriques à rouleaux ou autres engins de chantier, ou de manutention, ou de travail du sol, comprennent généralement un circuit principal réalisant une fonction principale telle que la transmission pour la traction et le déplacement de la machine, le levage d’une charge ou l’orientation d’une tourelle, et des circuits hydrauliques secondaires pour réaliser des fonctions auxiliaires telles l’assistance de direction ou la génération des pressions de pilotage ou de gavage.
Par ailleurs, dans de tels engins électriques « off-road », relativement lents, il est connus, outre les freins manuels à frictions, d’utiliser le freinage régénératif, ce dernier constituant un important levier d’optimisation énergétique. Le freinage régénératif consiste à utiliser temporairement un moteur électrique comme générateur, afin de générer un couple résistant sur l’arbre de transmission par exemple. Ce couple résistant entraine le freinage de l’engin lorsque ce dernier est entrainé par sa propre inertie ou par la gravité par exemple.
La puissance électrique ainsi générée peut être stockée par exemple dans une batterie, la transmission de cette puissance électrique et le chargement de la batterie étant généralement gérées par un contrôleur, par exemple un calculateur.
Toutefois, des cas de défaillances dans le système électrique sont susceptibles de limiter la capacité de retenue de la transmission. Par exemple, lorsque la batterie est complètement chargée ou en fin de charge, le calculateur peut limiter voire interdire le retour de courant dans la batterie, avec comme conséquence l’impossibilité de générer un couple de retenue suffisant. Des avaries telles qu’un dysfonctionnement du calculateur lui-même, un défaut de communication entre les variateurs et les autres organes, ou un endommagement d’un conducteur électrique, empêchant le transfert de la puissance électrique générée vers la batterie, peuvent également se produire.
Compte-tenu de la faible inertie et des faibles frottements du moteur électrique, en cas de perte de la capacité de régénération de la batterie, il est quasiment impossible de limiter la vitesse du moteur électrique et donc celle de l’engin. Il existe alors un risque important de survitesse des composants dans l’intervalle de temps requis pour détecter un défaut et actionner un organe de sécurité tel qu’un frein à friction ou autre.
Les solutions existantes, telles que la création d’une zone tampon dans la batterie restant disponible pour accepter un complément d’énergie en cas de nécessité, ou l’utilisation de résistances électriques de freinage, n’apportent pas une réponse suffisamment satisfaisantes en terme de sécurité et de coûts.
La présente invention vise ainsi à répondre au moins partiellement à ces problématiques.
Le présent exposé concerne un système pour le freinage d’un engin à transmission électromécanique ou électrohydraulique, comprenant :
- un ensemble moteur électrique apte à fonctionner dans un mode moteur ou dans un mode générateur,
- un circuit primaire adapté pour réaliser une mise en rotation d’organes de déplacement de l’engin par l’ensemble moteur électrique,
- au moins un circuit hydraulique secondaire pour la réalisation de fonctions auxiliaires de l’engin, comprenant une pompe hydraulique secondaire apte à être entrainée en rotation par l’ensemble moteur électrique,
- un moyen de stockage de courant apte à stocker le courant généré par l’ensemble moteur électrique fonctionnant dans le mode générateur lors d’un fonctionnement nominal,
- un organe de freinage disposé à un refoulement de la pompe hydraulique secondaire et calibré pour être passant lors du fonctionnement nominal, et pour définir une restriction au refoulement de la pompe hydraulique secondaire lors d’une situation de dysfonctionnement dans lequel le moyen de stockage de courant n’est plus apte à stocker le courant généré par l’ensemble moteur électrique.
- un ensemble moteur électrique apte à fonctionner dans un mode moteur ou dans un mode générateur,
- un circuit primaire adapté pour réaliser une mise en rotation d’organes de déplacement de l’engin par l’ensemble moteur électrique,
- au moins un circuit hydraulique secondaire pour la réalisation de fonctions auxiliaires de l’engin, comprenant une pompe hydraulique secondaire apte à être entrainée en rotation par l’ensemble moteur électrique,
- un moyen de stockage de courant apte à stocker le courant généré par l’ensemble moteur électrique fonctionnant dans le mode générateur lors d’un fonctionnement nominal,
- un organe de freinage disposé à un refoulement de la pompe hydraulique secondaire et calibré pour être passant lors du fonctionnement nominal, et pour définir une restriction au refoulement de la pompe hydraulique secondaire lors d’une situation de dysfonctionnement dans lequel le moyen de stockage de courant n’est plus apte à stocker le courant généré par l’ensemble moteur électrique.
Cette configuration permet, lors de la situation de dysfonctionnement empêchant le transfert de la puissance électrique générée par l’ensemble moteur électrique fonctionnant dans le mode générateur, vers le moyen de stockage de courant, de consommer l’énergie qui n’est pas absorbable par le moyen de stockage de courant, et permet ainsi de dissiper cette énergie en chaleur dans le fluide hydraulique du circuit secondaire, en créant une surcharge temporaire sur ce dernier grâce à l’organe de freinage. Cela permet d’améliorer la sécurité du freinage en cas de dysfonctionnement électrique, cette solution étant par ailleurs peu couteuse et utilisant des composants hydrauliques déjà présents sur ces engins.
Dans certains modes de réalisation, l’organe de freinage est ajustable mécaniquement ou pilotable à distance.
Dans certains modes de réalisation, le circuit primaire est un circuit hydraulique, l’ensemble moteur électrique comprenant un unique moteur électrique apte à entrainer conjointement en rotation une pompe hydraulique primaire adaptée pour alimenter le circuit hydraulique primaire et la pompe hydraulique secondaire, le circuit hydraulique secondaire étant un circuit de gavage et la pompe hydraulique secondaire étant une pompe de gavage, l’organe de freinage étant adapté pour définir une restriction au refoulement de la pompe de gavage lors de la situation de dysfonctionnement, de manière à générer un couple résistant sur un arbre du moteur électrique entrainant en rotation la pompe de gavage et la pompe primaire.
Dans certains modes de réalisation, l’ensemble moteur électrique comprend au moins un moteur électrique primaire apte à réaliser une mise en rotation des organes de déplacement, et un moteur électrique secondaire apte à entrainer la pompe hydraulique secondaire, dans lequel lors de la situation de dysfonctionnement, le moteur électrique primaire fonctionnant dans le mode générateur est apte à transmettre la puissance électrique générée au moteur électrique secondaire fonctionnant dans le mode moteur.
Dans certains modes de réalisation, le système comprend un contrôleur apte à piloter l’organe de freinage et/ou l’ensemble moteur électrique pour créer une surcharge au refoulement de la pompe hydraulique secondaire par l’intermédiaire de l’organe de freinage lors de la situation de dysfonctionnement.
Dans certains modes de réalisation, le circuit primaire est un circuit électromécanique, le au moins un moteur électrique primaire étant apte à entrainer directement un arbre des organes de déplacement, le circuit hydraulique secondaire étant un circuit de refroidissement pour le refroidissement du au moins un moteur électrique primaire.
Dans certains modes de réalisation, le circuit primaire est un circuit hydraulique, le moteur électrique primaire étant apte à entrainer en rotation une pompe hydraulique primaire adaptée pour alimenter le circuit hydraulique primaire, le circuit hydraulique secondaire étant un circuit de gavage et la pompe hydraulique secondaire étant une pompe de gavage.
Dans certains modes de réalisation, l’organe de freinage est un limiteur de débit, le système comprenant en outre un limiteur de pression disposé sur le circuit hydraulique secondaire au refoulement de la pompe hydraulique secondaire et en parallèle du limiteur de débit, et étant adapté pour laisser échapper un débit de fluide vers un réservoir à partir d’un seuil de pression lors de la situation de dysfonctionnement, et pour ne pas laisser échapper de débit lors du fonctionnement nominal.
Le présent exposé concerne également un procédé de pilotage d’un système pour le freinage d’un engin à transmission électromécanique ou électrohydraulique comprenant :
- un circuit primaire adapté pour réaliser une mise en rotation d’organes de déplacement de l’engin par un ensemble moteur électrique apte à fonctionner dans un mode moteur ou dans un mode générateur,
- au moins un circuit hydraulique secondaire pour la réalisation de fonctions auxiliaires de l’engin, comprenant une pompe hydraulique secondaire apte à être entrainée en rotation par l’ensemble moteur électrique,
- un moyen de stockage de courant apte à stocker le courant généré par l’ensemble moteur électrique fonctionnant dans le mode générateur lors d’un fonctionnement nominal,
- un organe de freinage disposé à un refoulement de la pompe hydraulique secondaire, le procédé comprenant le calibrage de l’organe de freinage pour qu’il soit passant lors du fonctionnement nominal, et pour qu’il définisse une restriction au refoulement de la pompe hydraulique secondaire lors d’une situation de dysfonctionnement dans lequel le moyen de stockage de courant n’est plus apte à stocker le courant généré par l’ensemble moteur électrique.
- un circuit primaire adapté pour réaliser une mise en rotation d’organes de déplacement de l’engin par un ensemble moteur électrique apte à fonctionner dans un mode moteur ou dans un mode générateur,
- au moins un circuit hydraulique secondaire pour la réalisation de fonctions auxiliaires de l’engin, comprenant une pompe hydraulique secondaire apte à être entrainée en rotation par l’ensemble moteur électrique,
- un moyen de stockage de courant apte à stocker le courant généré par l’ensemble moteur électrique fonctionnant dans le mode générateur lors d’un fonctionnement nominal,
- un organe de freinage disposé à un refoulement de la pompe hydraulique secondaire, le procédé comprenant le calibrage de l’organe de freinage pour qu’il soit passant lors du fonctionnement nominal, et pour qu’il définisse une restriction au refoulement de la pompe hydraulique secondaire lors d’une situation de dysfonctionnement dans lequel le moyen de stockage de courant n’est plus apte à stocker le courant généré par l’ensemble moteur électrique.
Dans certains modes de réalisation, l’ensemble moteur électrique et l’organe de freinage sont pilotés par un contrôleur.
Dans certains modes de réalisation, l’ensemble moteur électrique comprend au moins un moteur électrique primaire apte à réaliser une mise en rotation des organes de déplacement, et un moteur électrique secondaire apte à entrainer la pompe hydraulique secondaire, le procédé comprenant la détection de la situation de dysfonctionnement et le pilotage de l’ensemble moteur électrique pour que le moteur électrique primaire fonctionnant dans le mode générateur transmette la puissance électrique générée au moteur électrique secondaire fonctionnant dans le mode moteur.
Dans certains modes de réalisation, le procédé comprend le contrôle de l’état de la charge du moyen de stockage de courant et, lorsque la charge du moyen de stockage de courant est supérieure ou égale à une valeur seuil prédéterminée, le contrôle de l’organe de freinage pour qu’il définisse une restriction au refoulement de la pompe hydraulique secondaire.
L’invention et ses avantages seront mieux compris à la lecture de la description détaillée faite ci-après de différents modes de réalisation de l’invention donnés à titre d’exemples non limitatifs. Cette description fait référence aux pages de figures annexées, sur lesquelles :
Les figures représentent des exemples de système selon différents modes de réalisation de l’invention qui se distinguent notamment par le fait que l’ensemble moteur électrique permettant d’entrainer différents organes du système, comprend un ou plusieurs moteurs électriques selon les modes de réalisation.
On illustre schématiquement sur la la représentation d’un système selon un premier mode de réalisation de l’invention, dans le cadre d’une transmission électrohydraulique et dans lequel l’ensemble moteur électrique comprend un unique moteur électrique pour entrainer les fonctions d’avancement et auxiliaires.
Le système tel que représenté comprend un circuit de traction, ou circuit primaire 100, un circuit secondaire de vibration 200 et un circuit secondaire de gavage 300.
Le circuit primaire 100 comprend une pompe primaire 110, qui est dans cet exemple une pompe hydraulique à cylindrée variable. La pompe hydraulique 110 est reliée à deux moteurs hydrauliques 120 et 130 adaptés pour entrainer en rotation des organes de déplacement, respectivement 125 et 135 d’un véhicule, ou engin, par exemple des billes ou rouleaux. La nature des organes de déplacement varie selon la nature de l’engin, notamment s’il s’agit d’un compacteur simple, avec un rouleau unique et un essieu muni de roues, ou d’un compacteur tandem avec deux rouleaux. De manière alternative, pour des engins autres qu’un compacteur, les organes de déplacement pourraient être des roues ou des chenilles. Le circuit primaire 100 tel que représenté est un circuit hydraulique en boucle fermée.
Le circuit de vibration 200 comprend une pompe secondaire de vibration 210 reliée à deux moteurs hydrauliques 220 et 230 adaptés pour entrainer en rotation des éléments adaptés pour générer des vibrations, par exemple des masses excentrées non représentées. La pompe secondaire 210 est dans cet exemple une pompe hydraulique à cylindrée variable.
Dans l’exemple illustré, les deux moteurs hydrauliques 220 et 230 sont adaptés pour entrainer en rotation deux éléments vibrants, respectivement 225 et 235, ce qui correspond typiquement à un compacteur tandem comprenant deux rouleaux. On comprend que dans le cas d’un compacteur comprenant un unique rouleau, le circuit secondaire 200 peut alors ne comprendre qu’un unique moteur hydraulique entrainant en rotation un unique élément vibrant.
Dans l’exemple illustré, une valve de bipasse 240 est montée en parallèle du moteur hydraulique 230, ce qui permet ainsi d’activer soit les deux moteurs hydrauliques 220 et 230, soit uniquement le moteur hydraulique 220. La valve de bipasse 240 est typiquement une valve à commande électrique.
Le circuit de vibration 200 tel qu’illustré est un circuit hydraulique en boucle fermée.
Le système comprend un unique moteur électrique M. Le moteur M présente un arbre d’entrainement 10 adapté pour entrainer conjointement en rotation la pompe primaire 110 et la pompe secondaire de vibration 210. Les deux pompes 110 et 210 sont par exemple couplées à un même arbre 10 du moteur primaire M. Sur les figures, pour la clarté des dessins, l’arbre 10 est représenté partiellement, c’est-à-dire de manière interrompue sur sa longueur.
La pompe primaire 110 peut par exemple être une pompe à arbre traversant de manière à permettre d’accoupler la pompe secondaire 210. D’une manière alternative, chaque pompe contient une portion d’arbre et un attachement entre la pompe primaire 110 et la pompe secondaire 210.
Ainsi, en fonctionnement, le moteur primaire M va entrainer en rotation à la fois la pompe primaire 110 et la pompe secondaire de vibration 210, de manière à permettre à ces deux pompes hydrauliques de délivrer un débit pour alimenter respectivement le circuit primaire 100 et le circuit secondaire 200.
Le système comprend en outre un circuit secondaire de gavage 300. Le circuit de gavage 300 comprend une pompe secondaire de gavage 310 adaptée pour délivrer un débit de gavage.
La pompe de gavage 310 est couplée directement à l’arbre 10 du moteur primaire M, ou via des moyens de connexion tels que des engrenages, de manière à être entrainée en rotation conjointement avec la pompe primaire 110 et la pompe secondaire 210, de la même manière que l’entrainement entre la pompe primaire 110 et la pompe secondaire de vibration 210.
Le circuit de gavage 300 peut comprendre des éléments adaptés notamment pour prélever une pression de pilotage permettant le pilotage de différents organes hydrauliques afin de réaliser par exemple l’assistance hydraulique de direction. On désigne généralement ces éléments par la référence numérique 315, le détail de ces éléments n’étant pas l’objet de l’invention. La flèche sortant de ces éléments 315 symbolise la direction de fluide hydraulique vers les organes hydrauliques non représentés.
Le circuit de gavage 300 est relié au circuit primaire 100 et au circuit de vibration 200 via des blocs de sécurité, respectivement 150 et 250.
Chaque bloc de sécurité 150 et 250 réalise une fonction de protection contre les surpressions, et de gavage du circuit hydraulique associé. On définit ainsi pour le bloc de sécurité 150 un organe de gavage 152 et un organe de décharge 154, et pour le bloc de sécurité 250 un organe de gavage 252 et un organe de décharge 254. Chaque organe de gavage 152 et 252 comprend typiquement un ou plusieurs clapets anti-retour adaptés pour réaliser un gavage à l’admission de la pompe hydraulique 110 ou 210 associée.
Chaque organe de décharge 154 et 254 comprend typiquement une soupape ou valve tarée formant limiteur de pression adaptés pour réaliser une protection en surpression. Chaque soupape tarée est configurée de manière à réaliser un échappement de fluide dès lors que la pression dans l’une des conduites du circuit associé dépasse la valeur seuil de tarage. Cet échappement de fluide peut par exemple être dirigé depuis une conduite que l’on qualifie de haute pression du circuit vers une conduite que l’on qualifie de basse pression du circuit, ou vers le réservoir R.
La valeur de tarage de chaque organe de tarage 154 et 254 est typiquement définie en fonction des pressions admissibles par les différents composants des circuits hydrauliques primaire 100 et secondaire 200, notamment en fonction des pressions maximales admissibles par les moteurs hydrauliques 120, 130, 220 et 230. A titre d’exemple, l’organe de décharge 154 associé au circuit primaire 100 peut être calibré à une pression de l’ordre de 350 bar, et l’organe de décharge 254 associé au circuit secondaire 200 peut être calibré à une pression de l’ordre de 210 bar. Ces pressions dépendent des composants choisis pour chaque circuit, primaire ou secondaire.
Chaque bloc de sécurité 150 et 250 assure ainsi une pression minimale dans le circuit primaire 100 et le circuit secondaire 200 via les organes de gavage 152 et 252 dès lors que la pompe de gavage 310 est actionnée, et réalise une décharge de pression lorsque la pression dans l’un de ces circuits primaire 100 ou secondaire 200 dépasse une valeur de tarage via les organes de décharge 154 et 254.
Le système comprend également un contrôleur 20, typiquement un calculateur ou une unité de commande électronique communément désignée sous l’acronyme en langue anglaise ECU.
Le contrôleur 20 est adapté pour piloter le moteur électrique M de manière à fournir un couple suffisant pour entrainer la pompe primaire 110 et les pompes secondaires 210, 310 de manière à atteindre des performances souhaitées en termes de vitesse de déplacement et de vibration. De préférence, le contrôleur 20 pilote le moteur M pour fournir une puissance égale à la somme des puissances nécessaires pour les circuits primaires 100 et secondaire 200.
Le pilotage réalisé par le contrôleur 20 est typiquement réalisé en fonction d’informations et de consignes appliquées par un utilisateur, notamment la vitesse de déplacement souhaitée et la fréquence de vibration souhaitée.
En fonctionnement, le moteur électrique M entraine en rotation la pompe primaire 110 et la pompe secondaire 210. La modulation de la cylindrée des pompes hydrauliques 110 et 210, typiquement par le contrôleur 20, permet de faire varier le débit délivré dans le circuit primaire 100 et dans le circuit secondaire 200.
Par ailleurs, le moteur électrique M est de préférence un moteur quatre quadrants apte à fonctionner dans un mode moteur et dans un mode générateur dans les deux sens de rotation. Dans le mode moteur, le moteur électrique M transmet un couple d’entrainement à la pompe primaire 110 qui elle-même actionne les moteurs hydrauliques 120, 130 via le fluide circulant dans le circuit primaire 100.
A l’inverse, dans le mode générateur, les rouleaux 125, 135 mises en rotation par exemple par l’inertie de la machine (le compacteur) ou dans une descente, entrainent les moteurs hydrauliques 120, 130 et donc tout le circuit primaire 100, notamment la pompe primaire 110. Cette dernière entraîne elle-même le moteur électrique M qui génère ainsi une puissance électrique. Le contrôleur 20 contrôle le moteur électrique M pour fonctionner dans le mode générateur, et pour transférer la puissance électrique ainsi générée vers un moyen de stockage de courant 450, par exemple un accumulateur électrique tel qu’une batterie. Cette génération de puissance électrique crée un couple résistant sur l’arbre 10 qui permet par extension de freiner les organes de déplacement 125 et 135.
Le fonctionnement décrit ci-dessus correspond à un fonctionnement nominal de l’engin, en l’absence de toute avarie ou dysfonctionnement électrique. A l’inverse, une situation de dysfonctionnement électrique (plus simplement nommée « dysfonctionnement » dans la suite) implique une situation dans laquelle la puissance électrique générée par le moteur M ne peut plus être stockée dans le moyen de stockage de courant 450, soit parce que ce dernier est en fin de charge ou déjà entièrement chargé, soit parce qu’une anomalie électrique empêche ce transfert. Dans cette situation, le moteur électrique M ne peut plus générer de courant électrique, et ne peut donc plus créer de couple résistant sur l’arbre 10 dont la vitesse ne peut par conséquent plus être limitée par ce moyen.
Pour pallier cet inconvénient, le système selon l’invention comprend un organe de freinage 330 disposé sur un circuit secondaire, dans cet exemple à un refoulement de la pompe de gavage 310. L’organe de freinage 330 peut être un limiteur de débit, tel qu’une valve, adapté pour être passant ou pour définir une restriction au refoulement de la pompe de gavage 310 selon les conditions de fonctionnement.
Plus précisément, l’organe de freinage 330 est prévu pour être passant lors du fonctionnement nominal du système, et pour définir une restriction lors d’un dysfonctionnement. En d’autres termes, l’organe de freinage 330 est calibré de telle sorte que lors du fonctionnement nominal, un débit de fluide hydraulique reste en dessous d’un seuil de débit à partir duquel il définit une restriction, et que le débit soit au-dessus de ce seuil de débit lors d’un dysfonctionnement.
Dans cet exemple, l’organe de freinage 330 est piloté par le contrôleur 20 qui détecte la survenue d’un dysfonctionnement provocant l’augmentation de la vitesse de rotation du moteur M, et qui ajuste en conséquence le calibrage de l’organe de freinage 330 pour ajuster le degré de restriction du débit généré par la pompe de gavage 310 lors du dysfonctionnement, et donc pour ajuster le couple résistant et le freinage induit sur l’arbre 10.
De manière alternative ou en complément, l’organe de freinage 330 peut être ajusté mécaniquement lors de la fabrication du système, afin d’être calibré en fonction des seuils de débit définis lors de l’étude et du dimensionnement du système. Ainsi, en cas de dysfonctionnement lors du freinage des organes de déplacement 125, 135, l’inertie de ces derniers va tendre à accélérer le moteur M. Cela va entrainer une augmentation du débit délivré par la pompe de gavage 310. Lorsque le débit devient supérieur au seuil de débit, l’organe de freinage 330 est alors engagé de telle sorte à restreindre le passage du fluide. Ainsi, dans un tel mode de réalisation, le pilotage de l’organe de freinage 330 par le contrôleur 20 n’est pas requis, le seuil de déclenchement étant défini par le dimensionnement de l’organe de freinage 330, faisant de ce système de freinage, un système passif.
Quel que soit le mode utilisé pour calibrer l’organe de freinage 330 (calibrage mécanique ou ajustement du calibrage par le contrôleur), ce dernier permet lors d’un dysfonctionnement d’appliquer un couple de freinage, et ainsi de réaliser une fonction de dissipation de l’énergie lorsque les moyens de stockage 450 ne peuvent plus assurer la fonction de frein moteur. La surcharge temporaire sur la pompe de gavage 310 est directement proportionnelle à l’augmentation de vitesse du moteur électrique M.
On notera en outre que même lorsque l’organe de freinage 330 définit une restriction de l’écoulement lors d’un dysfonctionnement, l’écoulement n’est pas entièrement bloqué et un débit et une pression suffisante du fluide hydraulique s’écoule en aval de l’organe de freinage 330, ce qui permet au circuit de gavage 300 d’assurer sa fonction de gavage y compris pendant le laps de temps au cours duquel le freinage est réalisé par dissipation d’énergie sur le circuit secondaire de gavage 300.
Le contrôleur 20 peut être adapté de manière à déterminer l’état de charge de l’organe de stockage de courant 450, et à conditionner l’actionnement de l’organe de freinage 330 à la détection d’un état de charge de l’organe de stockage de courant 450 supérieur à une valeur seuil prédéterminée, typiquement supérieur ou égal à 90%, supérieur ou égal à 95%, ou égal à 100%. Ainsi, lorsque l’organe de stockage de courant 450 présente un état de charge inférieur à ladite valeur seuil, l’énergie est dissipée par le moteur électrique M qui est entrainé de manière à réaliser une restitution d’énergie et de charge de l’organe de stockage de courant 450. Lorsque l’organe de stockage de courant 450 présente un état de charge supérieur ou égal à ladite valeur seuil, ce dernier ne peut plus être employé pour réaliser une fonction de dissipation d’énergie. Le contrôleur 20 actionne alors typiquement l’organe de freinage 330.
Le système comprend en outre un limiteur de pression 340 disposé sur le circuit de gavage 300, en aval de la pompe de gavage 310 et en parallèle de l’organe de freinage 330. Le limiteur de pression 340 est par ailleurs relié au réservoir R.
Le limiteur de pression 340 peut être une soupape tarée, permettant de réaliser un échappement de fluide vers le réservoir R lorsque la pression au refoulement de la pompe de gavage 310 dépasse une valeur seuil prédéterminée, qui est ici définie par la pression de tarage du limiteur de pression 340. Alternativement, le limiteur de pression 340 peut être également piloté par le contrôleur 20.
Le limiteur de pression 340 est réglé de telle sorte à ne pas laisser échapper de débit lors du fonctionnement nominal. En cas de dysfonctionnement, la pression au refoulement de la pompe augmente du fait de la restriction de débit imposée par l’organe de freinage 330, jusqu’à la valeur seuil de pression, par exemple 200 bar, permettant l’ouverture du limiteur de pression 340. On comprend donc que le limiteur de pression 340, notamment sa valeur de tarage, définit le freinage maximal possible sur l’arbre 10.
La présence du limiteur de pression 340 permet de sécuriser le système en limitant le risque de pression excessive au refoulement de la pompe de gavage 310 dues à l’organe de freinage 330, lors des phases de freinage.
Le système et le procédé proposés permettent ainsi d’optimiser la dissipation d’énergie tout en maintenant une fonction de récupération d’énergie et de charge de l’organe de stockage de courant 450. Ils permettent en outre une alternative économique aux solutions existantes pour la sécurisation du freinage, par exemple les résistances électriques de freinage, en utilisant des composants hydrauliques (limiteur de débit, soupape tarée), déjà présents pour la plupart, sur les systèmes hydrauliques.
On illustre schématiquement sur la la représentation d’un système selon un deuxième mode de réalisation de l’invention, dans le cadre d’une transmission électrohydraulique et dans lequel l’ensemble moteur électrique comprend un moteur électrique primaire M1 apte à réaliser une mise en rotation des organes de déplacement, et un moteur électrique secondaire M2 apte à entrainer deux pompes hydrauliques secondaires.
Comme dans le premier mode de réalisation, le circuit primaire 100 comprend une pompe hydraulique primaire 110 (à cylindrée fixe dans cet exemple) entrainée en rotation par le moteur électrique primaire M1, et reliée à trois moteurs hydrauliques 120, 130 et 140 adaptés pour entrainer en rotation des organes de déplacement, respectivement 125, 135 et 145, d’un véhicule ou engin, par exemple des billes, des roues ou des rouleaux. Le circuit primaire 100 tel que représenté est un circuit hydraulique en boucle fermée.
Le moteur électrique secondaire M2 entraine conjointement deux pompes hydrauliques secondaires 210 et 310. La pompe hydraulique secondaire 210 alimente des éléments 215 permettant de réaliser des fonctions auxiliaires de l’engin telles que l’assistance à la direction, ces éléments n’étant pas l’objet de l’invention.
La pompe hydraulique secondaire 310 est une pompe de gavage alimentant le circuit de gavage 300 de manière similaire au circuit de gavage décrit précédemment en référence au premier mode de réalisation. En particulier, le circuit de gavage 300 est un circuit ouvert adapté pour délivrer une pression via la pompe de gavage 310, cette pression de gavage étant notamment employée pour réaliser un gavage dans la conduite basse pression du circuit primaire de traction 100, mais elle peut également être employée pour le pilotage d’un frein 320 ou pour appliquer des pressions de pilotage. Le frein 320 peut être relié aux roues 125, 135, 145. Le frein 320 peut être un frein négatif qui s’applique en l’absence de pression de commande, et qui se relâche lorsqu’on applique une pression.
Comme dans le cadre du premier mode de réalisation, le circuit de gavage 300 est relié au circuit primaire 100 via un bloc de sécurité 150 comprenant un organe de gavage 152 et un organe de décharge 154.
Le circuit de gavage 300 est en outre relié à un réservoir R via deux clapets anti retour tarés 360 et 365 montés en série et en parallèle du bloc de sécurité 150. Un bloc d’échange 350 est typiquement interposé entre les deux clapets anti retour tarés 360 et 365.
Le bloc d’échange 350 contient typiquement un sélecteur de la plus basse des deux pressions parmi les deux lignes du circuit primaire de traction 100, et réalisant une fuite calibrée de la branche à plus basse pression du circuit primaire 100 via le clapet anti retour taré 365, pour renouveler l’huile en direction du réservoir R, en particulier pour en assurer la filtration et le refroidissement.
La pression de tarage du clapet anti retour taré 365 détermine l’échappement de fluide du circuit primaire 100 et donc le débit de fluide traversant le bloc d’échange 350. Ainsi, la pression minimale dans les lignes du circuit primaire 100 fermé est définie par le tarage du clapet de sortie 365 du bloc d’échange 350. En outre, le tarage des deux clapets tarés 360 et 365 définit la pression de gavage appliquée via le bloc d’échange 150 au circuit de primaire de traction 100.
Comme dans le premier mode de réalisation, le circuit de gavage 300 comprend un organe de freinage 330 disposé à un refoulement de la pompe de gavage 310, et un limiteur de pression 340 disposé en aval de la pompe de gavage 310 et en parallèle de l’organe de freinage 330, et par ailleurs relié au réservoir R. Le fonctionnement de l’organe de freinage 330 (son calibrage) et du limiteur de pression 340, notamment lors du fonctionnement nominal et d’un dysfonctionnement, est similaire à celui décrit dans le cadre du premier mode de réalisation.
Le contrôleur 20 est configuré de manière à piloter le moteur électrique primaire M1 de manière à entrainer la pompe primaire 110 en rotation, à piloter le moteur électrique secondaire M2 de manière à entrainer les pompes secondaires 210, 310 en rotation, et optionnellement à piloter l’organe de freinage 330 et/ou le limiteur de pression 340.
Lors d’une phase de freinage dans le cadre du fonctionnement nominal, le contrôle 20 pilote le moteur primaire M1 pour qu’il fonctionne en mode générateur. Les roues 125, 135, 145 entrainées par l’inertie de la machine entrainent les moteurs hydrauliques 120, 130, 140 (qui fonctionnent alors comme des pompes hydrauliques), qui entrainent eux-mêmes la pompe hydraulique 110 (qui fonctionne alors comme un moteur hydraulique) entrainant en rotation le moteur primaire M1. La puissance électrique ainsi générée par ce dernier est transmise et stockée dans la batterie 450. Le couple résistant ainsi généré sur l’arbre reliant le moteur primaire M1 et la pompe hydraulique 110 entraine un freinage de celui-ci, et donc des roues 125, 135, 145.
En cas de dysfonctionnement, lorsqu’il n’est plus possible de transférer le courant électrique du moteur primaire M1 vers la batterie 450, le contrôleur 20 modifie le chemin du courant électrique pour transférer ce dernier du moteur primaire M1 vers le moteur secondaire M2. Cet afflux de puissance électrique vers le moteur électrique secondaire M2 entraine une augmentation de la sa vitesse de rotation, et donc de la vitesse de rotation de la pompe de gavage 310. Compte tenu de l’augmentation de débit qui en découle, et de la présence de l’organe de freinage 330 calibré de manière appropriée de la manière décrite dans le cadre du premier mode de réalisation, une surpression a lieu au refoulement de la pompe de gavage 310.
Ainsi, comme pour le premier mode de réalisation, le système permet de dissiper l’énergie créée par l’augmentation de la vitesse du moteur primaire M1 lors d’un dysfonctionnement, en chaleur dans le fluide du circuit secondaire de gavage 300.
En outre, cette configuration permet de continuer à utiliser le moteur primaire M1 en mode générateur même lorsqu’il n’est plus possible de transférer le courant vers la batterie 450 (par exemple parce qu’elle est entièrement chargée), en transférant le courant électrique vers le moteur secondaire M2. Il est ainsi possible pour le moteur primaire M1 de générer une puissance électrique équivalente à celle dissipée sur le circuit de gavage 300, permettant le ralentissement et la sécurisation de l’engin.
On illustre schématiquement sur la la représentation d’un système selon un troisième mode de réalisation de l’invention, dans le cadre d’une transmission électromécanique et dans lequel l’ensemble moteur électrique comprend un premier groupe moteur apte à réaliser une mise en rotation des organes de déplacement, et un deuxième groupe moteur apte à entrainer deux pompes hydrauliques secondaires.
Le circuit primaire 100 est un circuit électrique comprenant le premier groupe moteur, lui-même comprenant quatre moteurs électriques primaires M1a, M1b, M1c et M1d entrainant chacun respectivement un organe de déplacement 125, 135, 145 et 155 d’un véhicule ou engin, par exemple des roues, soit directement, soit par l’intermédiaire d’un réducteur, de type planétaire par exemple mais pas uniquement. Contrairement aux circuits hydrauliques selon le premier et le deuxième mode de réalisation, dans lesquels le moteur primaire entraine les organes de déplacement via une pompe hydraulique et des moteurs hydrauliques, les moteurs primaires M1a, M1b, M1c et M1d entrainent en rotation les roues 125, 135, 145 et 155, soit directement à vitesse égale, soit via un réducteur de vitesse.
Le deuxième groupe moteur comprend un unique moteur électrique secondaire M2 entrainant conjointement deux pompes hydrauliques secondaires 210 et 310. La pompe hydraulique secondaire 210 alimente des éléments 215 permettant de réaliser des fonctions auxiliaires de l’engin telles que l’assistance à la direction, ces éléments n’étant pas l’objet de l’invention.
La pompe hydraulique secondaire 310 permet d’alimenter un circuit secondaire de refroidissement 300 permettant le refroidissement des moteurs électriques primaires. En particulier, le circuit de refroidissement 300 est un circuit ouvert prélevant un liquide (par exemple de l’huile) dans le réservoir R pour l’acheminer vers un répartiteur 370. Le répartiteur 370 distribue l’huile vers chacun des moteurs électriques primaires M1a, M1b, M1c et M1d, au contact desquels un refroidissement par transfert de chaleur a lieu, par exemple par l’intermédiaire d’un échangeur de chaleur (non représenté).
Un clapet anti retour taré 375 peut être disposé en aval du répartiteur 370. Sa valeur de tarage définit la pression maximale qu’il est possible d’appliquer au fluide destiné à refroidir les moteurs primaires. Au-delà de cette pression maximale, le clapet anti retour taré 375 s’ouvre et le liquide de refroidissement est alors acheminé vers le réservoir R.
Le fluide ayant refroidi les moteurs est ensuite acheminé vers un collecteur 380 dans lequel il est mélangé puis redirigé vers le réservoir R. Optionnellement, un débitmètre 385 est disposé en aval du collecteur 380, permettant de s’assurer que le débit de fluide de refroidissement est suffisant et d’ajuster la vitesse de la pompe secondaire 310, et donc du moteur secondaire M2 en conséquence.
Le circuit secondaire de refroidissement 300 comprend un organe de freinage 330 disposé à un refoulement de la pompe secondaire 310, et un limiteur de pression 340 disposé en aval de la pompe secondaire 310 et en parallèle de l’organe de freinage 330, et par ailleurs relié au réservoir R. Le fonctionnement de l’organe de freinage 330 et du limiteur de pression 340, notamment lors du fonctionnement nominal et d’un dysfonctionnement, est similaire à celui décrit dans le cadre des deux premiers modes de réalisation.
Le contrôleur 20 est configuré de manière à piloter le premier groupe moteur, de manière à entrainer les roues 125, 135, 145, 155 en rotation. De préférence, le contrôleur 20 entraine conjointement les quatre moteurs électriques primaires M1a, M1b, M1c, M1d. Le contrôleur 20 est en outre configuré de manière à piloter le moteur électrique secondaire M2 de manière à entrainer les pompes secondaires 210, 310 en rotation, et optionnellement à piloter l’organe de freinage 330 et/ou le limiteur de pression 340.
Le procédé de commande des différents composants par le contrôleur 20 en cas de dysfonctionnement est similaire à celui du deuxième mode de réalisation et permet d’obtenir les mêmes effets. En particulier, en cas de dysfonctionnement empêchant de transférer le courant électrique des moteurs primaires M1a, M1b, M1c, M1d vers la batterie 450, le contrôleur 20 modifie le chemin du courant électrique pour transférer ce dernier des moteurs primaires vers le moteur secondaire M2.
Les exemples décrits en référence à ces trois modes de réalisation ne sont pas limitatifs, l’invention pouvant s’appliquer à d’autres types de dispositifs et d’engins. L’invention permet ainsi de sécuriser le fonctionnement du système en cas d’avarie, tout en conservant les capacités de régénération d’énergie lors des phases de fonctionnement nominal, en utilisant des composants dont la robustesse et la simplicité permettent un déploiement rapide sur un grand nombre d’applications.
Bien que la présente invention ait été décrite en se référant à des exemples de réalisation spécifiques, il est évident que des modifications et des changements peuvent être effectués sur ces exemples sans sortir de la portée générale de l'invention telle que définie par les revendications. En particulier, des caractéristiques individuelles des différents modes de réalisation illustrés/mentionnés peuvent être combinées dans des modes de réalisation additionnels. Par conséquent, la description et les dessins doivent être considérés dans un sens illustratif plutôt que restrictif.
Il est également évident que toutes les caractéristiques décrites en référence à un procédé sont transposables, seules ou en combinaison, à un dispositif, et inversement, toutes les caractéristiques décrites en référence à un dispositif sont transposables, seules ou en combinaison, à un procédé.
Claims (12)
- Système pour le freinage d’un engin à transmission électromécanique ou électrohydraulique, comprenant :
- un ensemble moteur électrique (M, M1, M2) apte à fonctionner dans un mode moteur ou dans un mode générateur,
- un circuit primaire (100) adapté pour réaliser une mise en rotation d’organes de déplacement (125, 135) de l’engin par l’ensemble moteur électrique,
- au moins un circuit hydraulique secondaire (300) pour la réalisation de fonctions auxiliaires de l’engin, comprenant une pompe hydraulique secondaire (310) apte à être entrainée en rotation par l’ensemble moteur électrique (M, M1, M2),
- un moyen de stockage de courant (450) apte à stocker le courant généré par l’ensemble moteur électrique fonctionnant dans le mode générateur lors d’un fonctionnement nominal,
- un organe de freinage (330) disposé à un refoulement de la pompe hydraulique secondaire (310) et calibré pour être passant lors du fonctionnement nominal, et pour définir une restriction au refoulement de la pompe hydraulique secondaire (310) lors d’une situation de dysfonctionnement dans lequel le moyen de stockage de courant (450) n’est plus apte à stocker le courant généré par l’ensemble moteur électrique (M, M1, M2). - Système selon la revendication 1, dans lequel l’organe de freinage (330) est ajustable mécaniquement ou pilotable à distance.
- Système selon la revendication 1 ou 2, comprenant un contrôleur (20) apte à piloter l’organe de freinage (330) et/ou l’ensemble moteur électrique (M, M1, M2) pour créer une surcharge au refoulement de la pompe hydraulique secondaire (310) par l’intermédiaire de l’organe de freinage (330) lors de la situation de dysfonctionnement.
- Système selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel le circuit primaire (100) est un circuit hydraulique, l’ensemble moteur électrique comprenant un unique moteur électrique (M) apte à entrainer conjointement en rotation une pompe hydraulique primaire (110) adaptée pour alimenter le circuit hydraulique primaire (100) et la pompe hydraulique secondaire (310), le circuit hydraulique secondaire (300) étant un circuit de gavage et la pompe hydraulique secondaire (310) étant une pompe de gavage, l’organe de freinage (330) étant adapté pour définir une restriction au refoulement de la pompe de gavage (310) lors de la situation de dysfonctionnement, de manière à générer un couple résistant sur un arbre (10) du moteur électrique (M) entrainant en rotation la pompe de gavage (310) et la pompe primaire (110).
- Système selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel l’ensemble moteur électrique comprend au moins un moteur électrique primaire (M1, M1a, M1b, M1c, M1d) apte à réaliser une mise en rotation des organes de déplacement (125, 135, 145, 155), et un moteur électrique secondaire (M2) apte à entrainer la pompe hydraulique secondaire (310), dans lequel lors de la situation de dysfonctionnement, le moteur électrique primaire (M1) fonctionnant dans le mode générateur est apte à transmettre la puissance électrique générée au moteur électrique secondaire (M2) fonctionnant dans le mode moteur.
- Système selon la revendication 5, dans lequel le circuit primaire (100) est un circuit électromécanique, le au moins un moteur électrique primaire (M1a, M1b, M1c, M1d) étant apte à entrainer directement un arbre des organes de déplacement (125, 135, 145, 155), le circuit hydraulique secondaire (300) étant un circuit de refroidissement pour le refroidissement du au moins un moteur électrique primaire (M1a, M1b, M1c, M1d).
- Système selon la revendication 5, dans lequel le circuit primaire (100) est un circuit hydraulique, le moteur électrique primaire (M1) étant apte à entrainer en rotation une pompe hydraulique primaire (110) adaptée pour alimenter le circuit hydraulique primaire (100), le circuit hydraulique secondaire (300) étant un circuit de gavage et la pompe hydraulique secondaire (310) étant une pompe de gavage.
- Système selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel l’organe de freinage (330) est un limiteur de débit, le système comprenant en outre un limiteur de pression (340) disposé sur le circuit hydraulique secondaire (300) au refoulement de la pompe hydraulique secondaire (310) et en parallèle du limiteur de débit (330), et étant adapté pour laisser échapper un débit de fluide vers un réservoir (R) à partir d’un seuil de pression lors de la situation de dysfonctionnement, et pour ne pas laisser échapper de débit lors du fonctionnement nominal.
- Procédé de pilotage d’un système pour le freinage d’un engin à transmission électromécanique ou électrohydraulique comprenant :
- un circuit primaire (100) adapté pour réaliser une mise en rotation d’organes de déplacement (125, 135) de l’engin par un ensemble moteur électrique (M, M1, M2) apte à fonctionner dans un mode moteur ou dans un mode générateur,
- au moins un circuit hydraulique secondaire (300) pour la réalisation de fonctions auxiliaires de l’engin, comprenant une pompe hydraulique secondaire (310) apte à être entrainée en rotation par l’ensemble moteur électrique,
- un moyen de stockage de courant (450) apte à stocker le courant généré par l’ensemble moteur électrique (M, M1, M2) fonctionnant dans le mode générateur lors d’un fonctionnement nominal,
- un organe de freinage (330) disposé à un refoulement de la pompe hydraulique secondaire (310), le procédé comprenant le calibrage de l’organe de freinage (330) pour qu’il soit passant lors du fonctionnement nominal, et pour qu’il définisse une restriction au refoulement de la pompe hydraulique secondaire (310) lors d’une situation de dysfonctionnement dans lequel le moyen de stockage de courant (450) n’est plus apte à stocker le courant généré par l’ensemble moteur électrique (M, M1, M2). - Procédé selon la revendication 9, dans lequel l’ensemble moteur électrique (M, M1, M2) et l’organe de freinage (330) sont pilotés par un contrôleur (20).
- Procédé selon la revendication 9 ou 10, dans lequel l’ensemble moteur électrique comprend au moins un moteur électrique primaire (M1, M1a, M1b, M1c, M1d) apte à réaliser une mise en rotation des organes de déplacement (125, 135, 145, 155), et un moteur électrique secondaire (M2) apte à entrainer la pompe hydraulique secondaire (310), le procédé comprenant la détection de la situation de dysfonctionnement et le pilotage de l’ensemble moteur électrique pour que le moteur électrique primaire (M1, M1a, M1b, M1c, M1d), fonctionnant dans le mode générateur, transmette la puissance électrique générée au moteur électrique secondaire (M2), fonctionnant dans le mode moteur.
- Procédé selon l’une quelconque des revendications 9 à 11, comprenant le contrôle de l’état de la charge du moyen de stockage de courant (450) et, lorsque la charge du moyen de stockage de courant (450) est supérieure ou égale à une valeur seuil prédéterminée, le contrôle de l’organe de freinage (330) pour qu’il définisse une restriction au refoulement de la pompe hydraulique secondaire (310).
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|---|---|---|---|---|
| DE19604134A1 (de) * | 1996-02-06 | 1997-08-07 | Bosch Gmbh Robert | Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung der Bremsanlage von Kraftfahrzeugen mit elektrischem Antrieb |
| EP3832033A1 (fr) * | 2019-11-26 | 2021-06-09 | J.C. Bamford Excavators Limited | Système hydraulique |
-
2023
- 2023-05-16 FR FR2304860A patent/FR3144074A1/fr active Pending
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