WO2014087019A1 - Transmission hydrostatique de véhicule avec engagement de moteurs selon leurs plages de fonctionnement optimales - Google Patents

Transmission hydrostatique de véhicule avec engagement de moteurs selon leurs plages de fonctionnement optimales Download PDF

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WO2014087019A1
WO2014087019A1 PCT/EP2013/075973 EP2013075973W WO2014087019A1 WO 2014087019 A1 WO2014087019 A1 WO 2014087019A1 EP 2013075973 W EP2013075973 W EP 2013075973W WO 2014087019 A1 WO2014087019 A1 WO 2014087019A1
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WO
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motor
output shaft
values
hydraulic
primary
Prior art date
Application number
PCT/EP2013/075973
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Inventor
Gilles Lemaire
Christophe Gouzou
Jean Heren
Mathieu CORDONNIER
Original Assignee
Poclain Hydraulics Industrie
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H47/00—Combinations of mechanical gearing with fluid clutches or fluid gearing
    • F16H47/02—Combinations of mechanical gearing with fluid clutches or fluid gearing the fluid gearing being of the volumetric type
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60K—ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
    • B60K17/00—Arrangement or mounting of transmissions in vehicles
    • B60K17/04—Arrangement or mounting of transmissions in vehicles characterised by arrangement, location, or kind of gearing
    • B60K17/10—Arrangement or mounting of transmissions in vehicles characterised by arrangement, location, or kind of gearing of fluid gearing
    • B60K17/105—Units comprising at least a part of the gearing and a torque-transmitting axle, e.g. transaxles

Definitions

  • the present invention relates to the field of transmissions for vehicles comprising hydraulic drive means. STATE OF THE ART
  • Both types of heat engine and electric may be present on the same vehicle in the case of a hybrid engine.
  • Conventional thermal engines conventionally the primary means of vehicle propulsion, however, have an optimum range of use restricted to the desired speed range for the vehicle, and are not able to work at rest and at low speed. It is the same for electric motors, which have a very low efficiency at low speed. These electric motors have low efficiencies at very low speed and a mass density and low power density. Their high-speed energy consumption imposes an important dimensioning, both of the motor and the batteries.
  • the present invention thus aims to provide a system improving the vehicle transmissions, and in particular the transmission performance at low speed and for the stopped start, while using the prime mover in an optimum range of use.
  • the proposed system provides a driving pleasure for vehicles with a combustion engine, it optimizes the operation of hybrid electric-electric or pure electric engines. It also makes it possible to perform very simply additional functions such as coast stop, slow speed movement commonly known as “inching”, stop-start, energy recovery and restitution, and a 4-wheel drive connection.
  • the invention proposes a hydrostatic transmission system of a vehicle, characterized in that it comprises:
  • a slow hydraulic motor with radial pistons configured to rotate at the speed of said wheel, -
  • a gear train forming a mechanical chain between the primary shaft and the output shaft via a secondary shaft.
  • variable displacement hydraulic pump adapted to be selectively coupled or disengaged from the primary shaft and adapted to supply pressure to said slow hydraulic motor
  • control adapted to control the rotational drive of the output shaft by the slow hydraulic motor, or the primary shaft according to the speed of the output shaft.
  • said control is adapted to define a plurality of ranges of rotational speed values of the output shaft:
  • Said command is then typically adapted to, when the rotational speed of the output shaft is out of the first range of values, disengage said slow hydraulic motor.
  • the speed of the output shaft is distributed over the following ranges:
  • the first range of values ranges from 0 revolutions per minute to a value of between 400 and 600, typically 500 revolutions per minute; the second range of values comprises the values beyond 400, 600 or 500 revolutions per minute.
  • said system further comprises a differential mounted on the output shaft and dividing it into a first and a second output shaft, said differential comprising a differential housing comprising housing gears adapted to cooperate with sprockets connected to said output shafts and thus lead said output shafts, the radial piston slow hydraulic motor being coupled to said differential, and comprising
  • one of said sets being rotatably mounted relative to the differential case, and the other one of said sets being rotatably mounted relative to the differential case so as to allow the differential gearbox to be rotated by said slow hydraulic motor radial pistons.
  • Said primary engine is for example a heat engine or an electric motor.
  • said system further comprises a fast motor of the hydraulic motor type with axial pistons or electric motor, said control being adapted to define a plurality of ranges of rotational speed values of the output shaft:
  • said system further comprises at least one hydraulic accumulator, said system being configured so that during braking of the vehicle, the pump and / or the hydraulic motor or motors have a reversible operation and load said hydraulic accumulator in pressure to perform a function of energy recovery.
  • Said at least one hydraulic accumulator is then typically adapted to selectively power the hydraulic pump so that it has a motor operation and provides assistance for driving the primary shaft.
  • the pump is typically adapted to operate as a motor being powered by said at least one hydraulic accumulator, and thus provide assistance of the primary motor for driving the input shaft.
  • the invention also relates to a method for controlling the drive of an output shaft to which a wheel of a vehicle is connected, in which the driving of said output shaft is controlled according to the desired speed, so as to that the output shaft is rotated selectively by
  • a primary motor by means of a gear train forming a mechanical chain between the primary shaft and the output shaft as a function of the speed of the output shaft.
  • Said control method is advantageously implemented by means of a system as presented above.
  • said first and second ranges of values may have common values.
  • said hydraulic motor slow so that it loads a hydraulic accumulator and thus performs a function of energy recovery.
  • FIG. 1 shows a schematic view of a system according to one aspect of the invention
  • FIG. 2 is a schematic view of a variant of the system shown in FIG. 1;
  • FIG. 3 schematically shows the different modes of operation of such a system
  • FIG. 4 is a schematic view of a variant of the system presented in FIG.
  • FIG. 5 schematically shows the different modes of operation of a variant of such a system according to one aspect of the invention.
  • the common elements are identified by identical reference numerals.
  • a hydraulic apparatus will be used to designate an apparatus that can function as an engine or as a hydraulic pump.
  • a hydraulic apparatus conventionally comprises a plurality of pistons disposed in housings, and reciprocating in contact with a cam in the case of a radial piston apparatus, or a broken axis, or a plate in the case of an axial piston apparatus.
  • Hydraulic devices with radial pistons operate at speeds conventionally described as slow, for example between 0 and 300 revolutions per minute, whereas axial piston hydraulic devices and electric motors commonly used for electric traction operate at fast speeds, typically between 300 and 5000 rpm.
  • the output shaft of a transmission rotating at the speed of the wheels, must be able to rotate between 0 and 1500 rpm for a light vehicle, and it must be able to turn in the reverse direction between 0 and -300 rpm.
  • the range of 0 to +/- 300 rpm it is necessary to have high torque to perform sloping maneuvers or spot obstacles, as well as satisfactory starts.
  • the maximum speed of a hydraulic machine of this type can vary between 200 and 800 rpm depending on the number of cam lobes chosen.
  • a hydraulic machine with small axial pistons with a reduced number of cam lobes will have a higher maximum speed respectively and a lower torque
  • a hydraulic machine with large axial pistons dimensions, with a high number of cam lobes will have respectively a lower maximum speed and a higher torque
  • the engineer will choose more particularly a machine of this type having a maximum speed of the order of 500 rpm, which allows to bring the vehicle up to 50 km / h, so as to circulate pleasantly in urban cycle without changing mode.
  • the engineer will particularly choose a machine of this type having a maximum speed of the order of 200 to 300 rpm, which will give a better aptitude. at startup, the slow motor being relayed easily and smoothly by an axial piston machine.
  • the hydraulic devices are conventionally configured so as to be able to alternate between a service configuration in which the pistons are in contact with the cam for the radial piston and cam machines, or in which the angle of the broken axis or the plate is not zero for fast machines, or a freewheel configuration in which the rotation of the hydraulic apparatus is at zero displacement.
  • This zero displacement is obtained by zero inclination of the axis or plate for fast machines, and for example by retracting pistons in their respective slots for radial piston and cam machines.
  • Figure 1 shows a schematic view of a system according to one aspect of the invention.
  • This figure shows a driving axle 1 of the vehicle, in this case a steering axle.
  • the driving axle 1 as presented comprises a differential 2, dividing the driving axle 1 into two sub-axles 11 and 12, each carrying a wheel, respectively 13 and 14.
  • the vehicle comprises a primary motor M, for example an engine thermal or an electric motor, associated with a gear train 3 forming a mechanical chain between the primary shaft 31 and the driving axle 1, adapted to allow driving of the driving axle 1 by the primary motor M according to an architecture well known to those skilled in the art.
  • a primary motor M for example an engine thermal or an electric motor
  • a first hydraulic device 41 is connected to a primary shaft 31 of the gear train 3, the driving axle 1 is equipped with a second hydraulic device 42, and an optional fast motor 43, in one embodiment.
  • a third hydraulic apparatus is selectively mounted to be selectively coupled to a secondary shaft 32 of the gear train 3 by means of a clutch 44 to drive the driving axle 1.
  • the clutch can also be made under the shape of a dog.
  • the apparatus 41 may also be equipped with a clutch 47 to selectively engage or disengage it from the primary shaft 31, this clutch 47 may for example be embodied in the form of a dog clutch.
  • the first hydraulic device 41 is for example an axial piston hydraulic apparatus, and generally has a pump operation. It will be referred to in the rest of the text by the name pump 41. Nevertheless, a use in engine mode is possible to perform startups of the primary engine, or a turbo mode or "boost" in case of undersizing of the primary motor to support the latter.
  • the second hydraulic apparatus 42 is a radial piston hydraulic apparatus, and has a motor operation.
  • Such a hydraulic apparatus advantageously operates at low rotational speeds, and produces a high torque for a small space requirement.
  • This slow motor 42 is advantageously arranged so as to rotate at the speed of the wheels, for example by being mounted on the driving axle 1. It is well understood that is thus designated by a motor rotating at a wheel speed a motor running at the speed of its associated wheel in the case of a motor linked to a single wheel, each wheel of an axle then being equipped with a clean engine, or a motor rotating at the average speed of the associated wheels in the case of a motor linked to several wheels mounted on a shaft equipped with a differential, for example according to the particular embodiment presented below.
  • the slow motor 42 is associated with the differential 2 of the driving axle 1, thus forming an assembly comprising a differential 2 linking a first and a second output shaft, in this case the two sub-axles 11 and 12.
  • the differential has for example a known structure comprising a differential housing comprising housing gears adapted to cooperate with sprockets connected to said output shafts and thus drive said output shafts.
  • the slow motor 42 is then advantageously coupled to the differential 2, the slow motor 42
  • a cylinder block defining a second set, one of said sets being rotatably mounted relative to the differential case, and the other one of said sets being rotatably mounted relative to the differential case so as to allow the differential case to be rotated by said hydraulic apparatus.
  • Such a hydraulic apparatus structure allows to drive it to the speed of the wheels, or more precisely to the average speed of rotation of the two sub-axles 11 and 12.
  • driving the driving axle can be achieved for example by means of a ring gear disposed on the assembly rotatably connected to the differential housing, with which cooperates a gear toothed gear straight or inclined or a bevel gear connected to a shaft of the gear train or an output shaft of an engine.
  • the drive wheels of the vehicle may be independent; they are typically each equipped with a slow motor 42 as shown.
  • the slow motor or motors 42 may be offset on another axle than that driven by the fast motor 43, the slow motor or motors 42 being always at the speed of the wheels to which they are connected.
  • the optional fast motor 43 is for example an axial piston hydraulic apparatus, and has a motor operation.
  • Such a hydraulic apparatus advantageously operates at speeds higher than that of the slow motor 42, and produces a lower torque than that of the slow motor 42.
  • the fast motor 43 is for example linked to the output shaft without gear ratio, or selectively coupled to a gearbox or gearbox secondary shaft 32 having one or more gear ratios to drive in rotation the output shaft as shown in Figure 1.
  • the motors 42 and 43 are reversible machines, which can operate in "4 quadrants", that is to say, produce a motor or resistant torque, and in both directions of rotation.
  • the structure presented further comprises a control 5, comprising, for example, a computer and a plurality of valves adapted to selectively connect the pump 41 to the slow motor 42 and / or, where appropriate, to the fast motor 43.
  • This control 5 can be realized under the form of a structural block, or composed of several spatially distributed elements in the structure.
  • the optional fast motor 43 is an electric motor as shown in FIG.
  • the system comprises an electric machine E mounted for example on the primary shaft 31 of the gear train 3, adapted to generate an electric current during the application of an input movement.
  • the electric machine E and the fast motor 43 are connected to a converter 45 adapted typically to convert the direct current generated by the electric machine E into alternating current in order to supply the fast motor 43.
  • the converter 45, the electric machine E and the fast motor 43 are typically connected to the control 5 which carries out their control, and typically comprises an electronic control unit.
  • the system shown in FIG. 2 further comprises a battery 46 connected to the converter 45, said battery 46 being able to be charged for example during the braking of the vehicle or when its driving is not possible. not realized by the fast motor 43 to perform a storage function and energy restoration.
  • the system presented makes it possible to selectively drive the driving axle 1 either mechanically by means of gears of the gear train 3, or by means of one or more motors 42 and / or where appropriate 43, or even by means of a combination of a mechanical drive and a motor drive 42 or where appropriate 43.
  • the control 5 then drives the gear train 3 so that the mechanical connection between the gear train 3 and the driving axle 1 is disengaged, and the pump 41 feeds the slow motor 42 which is in service configuration and thus carries out the driving of the driving axle 1.
  • the control 5 controls the pump 41 and, if appropriate, its associated clutch 47, as well as the fast motor 43 and, if appropriate, its associated clutch 44 so that that the pump 41 feeds both the fast motor 43 and the slow motor 42, the latter being in the service configuration and thus jointly carrying out the driving of the driving axle 1.
  • the control 5 controls the displacement of 41 and, if appropriate, 43 so that the speed of the primary engine M is on values desired.
  • This rotational speed can be chosen on criteria of comfort, economy, silence, or power.
  • the speed of the primary motor M can be controlled by 5, and vary throughout the different modes of use of the transmission.
  • the primary motor M it is possible to keep the primary motor M at a relatively constant speed, for example in the range of 1500 to 2000 revolutions / min.
  • the control 5 drives the slow motor 42 so that it switches to freewheel configuration.
  • the drive of the driving axle 1 is then carried out only by the fast motor 43.
  • the displacement of the pump 41 is modified by the control 5 to take into account the reduction in the displacement of the engines to be powered, only 43 being in function.
  • control 5 While the control 5 continues to drive the displacement of 41 and 43 as a function of the requested setpoint, the speed of rotation of the driving axle 1 then continues to increase until a third threshold value S3 is reached; the control 5 then drives the gear train 3 so that it mechanically engages the driving axle 1 so that it is rotated by the primary motor M via the gear train 3.
  • the drive of the driving axle 1 is then performed jointly by the fast motor 43 and the primary motor M.
  • the speed of the vehicle is related to the speed of the primary motor M.
  • the primary motor M must vary its speed so that the speed of the vehicle changes.
  • the speed of rotation of the driving axle 1 then continues to increase until reaching a fourth threshold value S4; the control 5 drives the fast motor 43 so that it switches in the freewheel configuration and / or disengages from the driving axle 1.
  • their cubic capacity is varied so as to reduce it gradually to zero, while remaining synchronized with the speed of rotation imposed on the pump 41 and the fast motor 43 by the gear train 3.
  • the pump 41 can then be disengaged, or be switched to a freewheel configuration.
  • the driving of the driving axle 1 is then carried out by the primary motor M via the gear train 3.
  • the gear train 3 can define additional threshold values associated with different mechanical reduction ratios.
  • the first value range can be understood in forward and reverse, from -VI to + V1 through zero
  • the various steps described above are carried out in the opposite direction:
  • the first threshold value SI is typically between 150 revolutions per minute and 200 revolutions per minute, for example equal to 150 revolutions per minute.
  • the second threshold value S 2 is typically between 200 revolutions per minute and 300 revolutions per minute, for example equal to 200 revolutions per minute.
  • the third threshold value S3 is typically between 200 revolutions per minute and 300 revolutions per minute, for example equal to 300 revolutions per minute, it being understood that the third threshold value
  • S3 is greater than or equal to the second threshold value S2.
  • the fourth threshold value S4 is typically between 700 revolutions per minute and 900 revolutions per minute, typically equal to 800 revolutions per minute.
  • FIG. 3 schematically represents an example of staggering of these different threshold values and the associated value ranges.
  • the positive values are taken arbitrarily to correspond to a forward movement of the vehicle, and the negative values to a reverse of the vehicle considered.
  • This graph shows the different threshold values SI, S2, S3 and S4, as well as the associated value ranges VI, V2, V3, V4 and V5.
  • This graph in particular explains the function of the slow motor 42, used only for very low speeds of the vehicle, and disengaged as soon as the vehicle reaches a speed of the order of 20 kilometers per hour, at 5 or 10 kilometers per hour. It is also clear that for high speeds of the vehicle, the drive is by the primary motor M alone or associated with the fast motor 43.
  • This graph also shows reverse gear, for which it is possible to define a first negative threshold value -SI and the associated range -SI, it being understood that the speed in reverse is conventionally limited on the vehicles, and that one can therefore consider limiting to the mode of operation corresponding to the driving of the driving axle 1 by the slow motor 42 of this first negative threshold value -SI until the vehicle stops.
  • FIG. 4 shows a variant of the system shown in FIG. 1, not including the fast motor 43 and the associated clutch 44.
  • a hydraulic apparatus having a maximum speed of the order of 500 revolutions per minute will be chosen more particularly, which makes it possible to take a vehicle up to around 50 km / h, so as to circulate pleasantly in the urban cycle without changing the mode .
  • This variant makes it possible to advantageously realize a recovery-restitution of energy below the first threshold value, by using the reversibility of the Ient42 engine.
  • control 5 typically comprises valves for distributing the hydraulic flows and is connected to one or more accumulators.
  • the slow motor 42 is powered.
  • This variant also makes it possible to advantageously realize a recovery-restitution of energy above the first threshold value, by using the reversibility of the hydraulic pump 41.
  • the Ient42 engine is in the out of service configuration, and only the pump hydraulic 41 is connected by the control 5 to the accumulators.
  • the hydraulic pump 41 is energized depending on whether energy recovery, energy restitution or assistance from the primary motor M is required.
  • FIG. 5 diagrammatically represents an example of staggering of these different threshold values and the associated value ranges for a system as represented in FIG. 4 not including the fast motor 43.
  • this figure is represented a graph with the abscissa X the speed of a vehicle in kilometers per hour, and Y the speed of the wheels in revolutions per minute.
  • the positive values are taken arbitrarily to correspond to a forward movement of the vehicle, and the negative values to a reverse of the vehicle considered.
  • a first range of values W1 corresponding to a drive realized only by the slow hydraulic motor 42 a second range of values W2 corresponding to a drive carried out jointly by the slow hydraulic motor, is represented in this figure. 42 and the primary motor M via the gear train, and a third range of values W3 corresponding to a drive performed only by the primary motor M via the gear train.
  • the second range of values W2 thus corresponds to an overlap of the operating mode in which the drive is carried out by the slow hydraulic motor 42 and the operating mode in which the drive is carried out by the primary motor M via the gear train 3.
  • FIG. 4 shows the different threshold values from which one goes from one range of values to the next
  • the first threshold value T1 is for example between 400 revolutions per minute and 600 revolutions per minute, for example equal to 500 revolutions per minute.
  • the second threshold value T2 is for example between 500 revolutions per minute and 800 revolutions per minute, for example equal to 700 revolutions per minute, it being understood that the second threshold value T2 is greater than or equal to the first threshold value T1.
  • the various devices are exploited in their optimum efficiency ranges, whether they are hydraulic units or the primary thermal or electric motor.
  • a primary motor such as a thermal or electrical engine only in its optimum utilization range, the lowest speeds of the output shaft being obtained via the intermediate one or more adapted hydraulic devices possibly associated with a motor or electric, in this case a hydraulic pump with variable displacement driven by the primary motor and a hydraulic motor with radial pistons for very low speeds, and possibly a hydraulic motor with axial pistons or an electric motor for intermediate speeds.
  • the present invention makes it possible to maintain it in an optimum range of use, and to vary the displacement of the hydraulic pump to control the speed of rotation of the hydraulic motors and thus the speed of the output shaft.
  • the slow hydraulic motor can thus advantageously replace one or more gear ratios of a gear train or a conventional gearbox, corresponding for example to the first gear, or to the first speeds and to the reverse gear.
  • the slow hydraulic motor advantageously makes it possible to perform forward and reverse.
  • the proposed system makes it possible to achieve ranges of values for which the drive axle 1 is driven jointly by several motors, which ensures fluidity and stability. flexibility during transitions when switching between different threshold values and ranges of values.
  • the present invention also makes it possible to produce a system with efficient energy recovery by means of hydraulic accumulators mounted in replacement of the pump 41 and / or in addition to the pump 41.
  • the motors 42 and 43 being reversible, they then take a pump operation which can advantageously be used to load one or more hydraulic accumulators, such a battery charge can be operated in replacement or in conjunction with the pump 41 for driving the motors 42 and 43 during acceleration of the vehicle.
  • the hydraulic pump 41 can also be used during the braking phases, even if the motors 42 and 43 are decoupled from the wheels, the pump 41 being then driven by the mechanical transmission between the wheels and the primary motor M to supply accumulators hydraulic.
  • Such energy storage can also be used by the hydraulic pump 41, which is reversible, and can thus be used as a motor to act on the primary shaft 31, and perform a function of assistance of the primary motor M, commonly called "boost".
  • Such hydraulic accumulators also make it possible to obtain a high torque at start-up, and load over very short intervals, unlike electric accumulators for which the energy recovery is carried out over longer time intervals.
  • One consequence is to allow optimal energy recovery in the urban cycle, that is to say having a very good recovery-recovery performance, including very intense and very short cycles.
  • the volume of components needed is very minimal compared to the volume of batteries necessary for the same recovery by the electrical way. It thus becomes possible to achieve excellent energy recovery-restitution in urban cycle with significant weight and space savings compared to an electrical solution.
  • fast motor 43 is of the electric type, it is possible to define an electric hybrid vehicle having a very high recoverability-energy recovery capacity, and to minimize the weight and the volume of the electric transmission motor and the batteries.
  • This energy recovery can be discriminated and controlled by the command.
  • the recovery of electrical energy is advantageously used for the phases of engine braking or braking is not required, for example in descents.

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Abstract

La présente invention concerne un système de transmission hydrostatique de véhicule, caractérisé en ce qu'il comprend : - un moteur primaire entraînant en rotation un arbre primaire, - un arbre de sortie adapté pour entraîner une roue en rotation, - un moteur hydraulique lent à pistons radiaux configuré de manière à tourner à la vitesse de ladite roue - un train de pignons formant une chaîne mécanique entre l'arbre primaire et l'arbre de sortie via un arbre secondaire. - une pompe hydraulique à cylindrée variable adaptée pour être sélectivement couplée ou désengagée de l'arbre primaire et adaptée pour alimenter en pression ledit moteur hydraulique, - une commande, adaptée pour piloter l'entraînement en rotation de l'arbre de sortie par le moteur hydraulique lent, ou par l'arbre primaire en fonction de la vitesse de l'arbre de sortie.

Description

TRANSMISSION HYDROSTATIQUE DE VEHICULE AVEC ENGAGEMENT DE MOTEURS SELON LEURS PLAGES DE FONCTIONNEMENT OPTIMALES. DOMAINE TECHNIQUE GENERAL
La présente invention concerne le domaine des transmissions pour véhicules comprenant des moyens d'entraînement hydrauliques. ETAT DE L'ART
Les systèmes de transmissions conventionnels permettent d'exploiter un moteur thermique ou électrique dans sa plage d'utilisation optimale afin d'obtenir une vitesse souhaitée sur un arbre de sortie, en utilisant plusieurs rapports de réduction typiquement au moyen de roues dentées et de crabots.
Les deux types de moteur thermique et électrique peuvent être présents sur le même véhicule dans le cas d'une motorisation hybride. Les moteurs thermiques formant conventionnellement le moyen de propulsion primaire de véhicules ont toutefois une plage d'utilisation optimale restreinte par rapport à la plage de vitesse souhaitée pour le véhicule, et ne sont pas capables de travailler à l'arrêt et à faible vitesse. Il en est de même pour les moteurs électriques, qui ont un rendement très faible à basse vitesse. Ces moteurs électriques ont des rendements faibles à très basse vitesse et une densité volumique et massique de puissance faible. Leurs consommations énergétiques à haute vitesse imposent un dimensionnement important, aussi bien du moteur que des batteries.
Pour ces raisons, il est nécessaire de prévoir un embrayage et de multiples étages de réduction pour les moteurs thermiques, et des limitations de puissance et des systèmes de refroidissement contraignants pour les moteurs électriques. On connaît également les systèmes complexes associant un moteur hydraulique de type rapide, par exemple un moteur hydraulique à pistons axiaux et plateau incliné, à un moteur thermique, cette association permettant de réaliser une assistance sélective du moteur thermique par le moteur hydraulique. Cependant, les systèmes connus conduisent à une exploitation de tels moteurs hydrauliques pour des plages d'utilisation ayant un rendement peu avantageux. Par exemple pour un moteur rapide à plateau inclinable, le taux de fuite en position de petite cylindrée est élevé, tandis que le rendement en position de grande cylindrée est faible. La plage de bon rendement d'une telle machine est donc réduite.
La présente invention vise ainsi à proposer un système améliorant les transmissions de véhicules, et en particulier le rendement de transmission à faible vitesse et pour le démarrage arrêté, tout en utilisant le moteur primaire dans une plage d'utilisation optimale.
De cette manière, le système proposé procure un agrément de conduite pour les véhicules à moteur thermique, il optimise le fonctionnement des motorisations hybrides thermique-électrique ou électriques pures. Il permet en outre de réaliser très simplement des fonctions supplémentaires telles que l'arrêt en côte, le déplacement à vitesse lente communément appelé « inching », le stop-start, la récupération- restitution d'énergie, et un branchement 4 roues motrices.
PRESENTATION DE L'INVENTION
A cet effet, l'invention propose un système de transmission hydrostatique de véhicule, caractérisé en ce qu'il comprend :
- un moteur primaire entraînant en rotation un arbre primaire,
- un arbre de sortie adapté pour entraîner une roue en rotation,
- un moteur hydraulique lent à pistons radiaux configuré de manière à tourner à la vitesse de ladite roue, - un train de pignons formant une chaîne mécanique entre l'arbre primaire et l'arbre de sortie via un arbre secondaire.
- une pompe hydraulique à cylindrée variable adaptée pour être sélectivement couplée ou désengagée de l'arbre primaire et adaptée pour alimenter en pression ledit moteur hydraulique lent,
- une commande, adaptée pour piloter l'entraînement en rotation de l'arbre de sortie par le moteur hydraulique lent, ou par l'arbre primaire en fonction de la vitesse de l'arbre de sortie. En variante, ladite commande est adaptée pour définir une pluralité de plages de valeurs de vitesses de rotation de l'arbre de sortie :
- une première plage de valeurs pour laquelle l'arbre de sortie est entraîné par le moteur hydraulique lent
- une deuxième plage de valeurs pour laquelle l'arbre de sortie est entraîné par le moteur primaire par par l'intermédiaire dudit train de pignons ; lesdites première et deuxième plages de valeurs pouvant présenter des valeurs communes.
Ladite commande est alors typiquement adaptée pour, lorsque la vitesse de rotation de l'arbre de sortie est hors de la première plage de valeurs, désengager ledit moteur hydraulique lent.
Selon une autre variante, la vitesse de l'arbre de sortie est répartie sur les plages suivantes :
- la première plage de valeurs s'étend de 0 tours par minute à une valeur comprise entre 400 ou 600, typiquement 500 tours par minute ; - la deuxième plage de valeurs comprend les valeurs au-delà de 400, 600 ou 500 tours par minute.
Selon un mode de réalisation particulier, ledit système comprend en outre un différentiel monté sur l'arbre de sortie et le divisant en un premier et un second arbres de sortie, ledit différentiel comprenant un boîtier de différentiel comprenant des pignons de boîtier adaptés pour coopérer avec des pignons liés auxdits arbres de sortie et ainsi entraîner lesdits arbres de sortie, le moteur hydraulique lent à pistons radiaux étant couplé audit différentiel, et comprenant
- un distributeur et une came multilobes définissant un premier ensemble,
- un bloc cylindres définissant un second ensemble,
l'un desdits ensembles étant monté fixe en rotation par rapport au boitier de différentiel, et l'autre desdits ensembles étant monté tournant par rapport au boitier de différentiel de manière à permettre l'entrainement en rotation du boitier de différentiel par ledit moteur hydraulique lent à pistons radiaux.
Ledit moteur primaire est par exemple un moteur thermique ou un moteur électrique. En variante, ledit système comprend en outre un moteur rapide du type moteur hydraulique à pistons axiaux ou moteur électrique, ladite commande étant adaptée pour définir une pluralité de plages de valeurs de vitesses de rotation de l'arbre de sortie :
- une première plage de valeurs pour laquelle l'arbre de sortie est entraîné uniquement par le moteur hydraulique lent;
- une deuxième plage de valeurs pour laquelle l'arbre de sortie est entraîné conjointement par le moteur hydraulique lent et par le moteur rapide ;
- une troisième plage de valeurs pour laquelle l'arbre de sortie est entraîné par le moteur hydraulique rapide uniquement ;
- une quatrième plage de valeurs pour laquelle l'arbre de sortie est entraîné conjointement par le moteur rapide et par le moteur primaire par l'intermédiaire d'un train de pignons ;
- une cinquième plage de valeurs pour laquelle l'arbre de sortie est entraîné uniquement par le moteur primaire par l'intermédiaire d'un train de pignons. En variante, ledit système comprend en outre au moins un accumulateur hydraulique, ledit système étant configuré de manière à ce que lors d'un freinage du véhicule, la pompe et/ou le ou les moteurs hydrauliques présentent un fonctionnement réversible et chargent ledit accumulateur hydraulique en pression afin de réaliser une fonction de récupération d'énergie.
Ledit au moins un accumulateur hydraulique est alors typiquement adapté pour pouvoir sélectivement alimenter la pompe hydraulique de sorte qu'elle présente un fonctionnement de moteur et réalise une assistance pour l'entraînement de l'arbre primaire.
En variante, la pompe est typiquement adaptée pour fonctionner en tant que moteur en étant alimentée par ledit au moins un accumulateur hydraulique, et ainsi réaliser une assistance du moteur primaire pour l'entraînement de l'arbre primaire.
L'invention concerne également un procédé de pilotage de l'entraînement d'un arbre de sortie auquel est liée une roue d'un véhicule, dans lequel on pilote l'entraînement dudit arbre de sortie en fonction de la vitesse souhaitée, de manière à ce que l'arbre de sortie soit entraîné en rotation sélectivement par
- un moteur hydraulique lent,
- un moteur primaire par l'intermédiaire d'un train de pignons formant une chaîne mécanique entre l'arbre primaire et l'arbre de sortie en fonction de la vitesse de l'arbre de sortie.
Ledit procédé de pilotage est avantageusement mis en œuvre au moyen d'un système tel que présenté précédemment.
Selon un mode de réalisation particulier dudit procédé, on définit
- une première plage de valeurs pour laquelle l'arbre de sortie est entraîné par le moteur hydraulique lent ;
- une deuxième plage de valeurs pour laquelle l'arbre de sortie est entraîné par le moteur primaire par l'intermédiaire dudit train de pignons, lesdites première et deuxième plages de valeurs pouvant présenter des valeurs communes.
En variante, pour des valeurs de rotation de l'arbre de sortie étant en dehors de la première plage, on désengage ledit moteur hydraulique.
Selon un mode de réalisation particulier, lors d'un freinage du véhicule, pilote ledit moteur hydraulique lent de manière à ce qu'il charge un accumulateur hydraulique et réalise ainsi une fonction de récupération d'énergie.
Au-delà d'une valeur seuil, on pilote alors typiquement une pompe hydraulique réversible de manière à ce qu'elle soit alimentée un accumulateur hydraulique, et qu'elle réalise une assistance du moteur primaire.
PRESENTATION DES FIGURES
D'autres caractéristiques, buts et avantages de l'invention ressortiront de la description qui suit, qui est purement illustrative et non limitative, et qui doit être lue en regard des dessins annexés, sur lesquels :
- La figure 1 présente une vue schématique d'un système selon un aspect de l'invention ;
- La figure 2 présente une vue schématique d'une variante du système présenté sur la figure 1 ;
- La figure 3 présente schématiquement les différents modes de fonctionnement d'un tel système,
- La figure 4 présente une vue schématique d'une variante du système présenté sur la figure 1,
- La figure 5 présente schématiquement les différents modes de fonctionnement d'une variante d'un tel système selon un aspect de l'invention. Sur l'ensemble des figures, les éléments communs sont repérés par des références numériques identiques.
DESCRIPTION DETAILLEE
En remarque préliminaire, on note que dans l'ensemble du présent texte, on désignera par appareil hydraulique un appareil pouvant fonctionner en tant que moteur ou que pompe hydraulique. Un appareil hydraulique comprend de manière conventionnelle une pluralité de pistons disposés dans des logements, et effectuant des mouvements de va et vient au contact d'une came dans le cas d'un appareil à pistons radiaux, ou d'un axe brisé ou d'un plateau dans le cas d'un appareil à pistons axiaux.
Les appareils hydrauliques à pistons radiaux fonctionnent à des vitesses conventionnellement qualifiées de lentes, par exemple comprises entre 0 et 300 tours par minute, tandis que les appareils hydrauliques à pistons axiaux et les moteurs électriques couramment utilisés pour la traction électrique fonctionnent à des vitesses rapides, comprises typiquement entre 300 et 5000 tours par minute.
On note également que l'arbre de sortie d'une transmission, tournant à la vitesse des roues, doit pouvoir tourner entre 0 et 1500 tr/mn pour un véhicule léger, et il doit pouvoir tourner dans le sens de la marche arrière entre 0 et -300 tr/mn. D'autre part, dans la plage de 0 à +/- 300 tr/mn, il est nécessaire de disposer d'un couple élevé pour réaliser des manœuvres en pente ou sur des obstacles ponctuels, ainsi que des démarrages satisfaisants.
La vitesse maximale d'une machine hydraulique de ce type peut varier entre 200 et 800tr/mn suivant le nombre de lobes de came choisi.
D'une manière générale, une machine hydraulique à pistons axiaux de petites dimensions, avec un nombre de lobes de cames réduit aura une vitesse maximale respectivement plus élevée et un couple plus faible, tandis qu'une machine hydraulique à pistons axiaux de grandes dimensions, avec un nombre de lobes de cames élevé aura une vitesse maximale respectivement plus faible et un couple plus élevé.
Dans le cadre d'une application avec machine hydraulique à pistons axiaux tournant à la vitesse de la roue seul, l'ingénieur choisira plus particulièrement une machine de ce type ayant une vitesse maximale de l'ordre de 500 tr/mn, ce qui permet d'emmener le véhicule jusqu'à 50 km/h, de manière à circuler agréablement en cycle urbain sans changer de mode.
Dans le cadre d'une application avec moteur à pistons axiaux et moteur à pistons radiaux, l'ingénieur choisira particulièrement une machine de ce type ayant une vitesse maximale de l'ordre de 200 à 300 tr/mn, ce qui donnera une meilleure aptitude au démarrage, le moteur lent étant relayé facilement et sans a coup par une machine à pistons axiaux.
Les appareils hydrauliques sont conventionnellement configurés de manière à pouvoir alterner entre une configuration de service dans laquelle les pistons sont en contact de la came pour les machines à pistons radiaux et à cames, ou dans laquelle l'angle de l'axe brisé ou du plateau n'est pas nul pour les machines rapides, ou une configuration de roue libre dans laquelle la rotation de l'appareil hydraulique se fait à cylindrée nulle. Cette cylindrée nulle s'obtient par l'inclinaison nulle de l'axe ou du plateau pour les machines rapides, et par exemple par rétractation des pistons dans leurs logements respectifs pour les machines à pistons radiaux et à came.
La figure 1 présente une vue schématique d'un système selon un aspect de l'invention.
Sur cette figure, on représente un essieu menant 1 de véhicule, en l'occurrence un essieu directeur. L'essieu menant 1 tel que présenté comprend un différentiel 2, divisant l'essieu menant 1 en deux sous-essieux 11 et 12, portant chacun une roue, respectivement 13 et 14. Le véhicule comprend un moteur primaire M, par exemple un moteur thermique ou un moteur électrique, associé à un train de pignons 3 formant une chaîne mécanique entre l'arbre primaire 31 et l'essieu menant 1, adapté pour permettre l'entraînement de l'essieu menant 1 par le moteur primaire M selon une architecture bien connue de l'Homme du métier.
Dans le mode de réalisation représenté, un premier appareil hydraulique 41 est relié à un arbre primaire 31 du train de pignons 3, l'essieu menant 1 est équipé d'un deuxième appareil hydraulique 42, et un moteur rapide 43 optionnel, en l'occurrence un troisième appareil hydraulique, est monté de manière à pouvoir être sélectivement couplé à un arbre secondaire 32 du train de pignons 3 au moyen d'un embrayage 44 afin d'entraîner l'essieu menant 1. L'embrayage peut également être réalisé sous la forme d'un crabot.
L'appareil 41 peut également être équipé d'un embrayage 47 pour l'engager ou le désengager sélectivement de l'arbre primaire 31, cet embrayage 47 pouvant par exemple être réalisé sous la forme d'un crabot.
Ces embrayages permettent de désengager les appareils hydrauliques associés lorsqu'ils ne sont pas utilisés, évitant ainsi tout couple parasite inutile.
Le premier appareil hydraulique 41 est par exemple un appareil hydraulique à pistons axiaux, et présente en général un fonctionnement de pompe. On s'y référera dans la suite du texte par l'appellation pompe 41. Néanmoins, un usage en mode moteur est possible pour effectuer des démarrages du moteur primaire, ou un mode turbo ou « boost » en cas de sous-dimensionnement du moteur primaire pour soutenir ce dernier.
Le deuxième appareil hydraulique 42 est un appareil hydraulique à pistons radiaux, et présente un fonctionnement de moteur.
On s'y référera dans la suite du texte par la désignation moteur lent 42.
Un tel appareil hydraulique fonctionne avantageusement à des vitesses de rotations faibles, et produit un couple élevé pour un encombrement restreint.
Ce moteur lent 42 est avantageusement disposé de manière à tourner à la vitesse des roues, par exemple en étant monté sur l'essieu moteur 1. On comprend bien que l'on désigne ainsi par un moteur tournant à vitesse des roues un moteur tournant à la vitesse de sa roue associé dans le cas d'un moteur lié à une roue unique, chaque roue d'un essieu étant alors équipée d'un moteur propre, ou un moteur tournant à la vitesse moyenne des roues associées dans le cas d'un moteur lié à plusieurs roues montées sur un arbre équipé d'un différentiel, par exemple selon le mode de réalisation particulier présenté ci-après.
Selon un mode de réalisation particulier, le moteur lent 42 est associé au différentiel 2 de l'essieu menant 1, formant ainsi un ensemble comprenant un différentiel 2 liant un premier et un second arbres de sortie, en l'occurrence les deux sous-essieux 11 et 12. Le différentiel présente par exemple une structure connue comprenant un boitier de différentiel comprenant des pignons de boitier adaptés pour coopérer avec des pignons liés auxdits arbres de sortie et ainsi entraîner lesdits arbres de sortie.
Le moteur lent 42 est alors avantageusement couplé au différentiel 2, le moteur lent 42
- un distributeur et une came multilobes définissant un premier ensemble,
- un bloc cylindres définissant un second ensemble, l'un desdits ensembles étant monté fixe en rotation par rapport au boîtier de différentiel, et l'autre desdits ensembles étant monté tournant par rapport au boîtier de différentiel de manière à permettre l'entraînement en rotation du boîtier de différentiel par ledit appareil hydraulique.
Une telle structure est décrite dans la demande de brevet FR1259208 au nom de la demanderesse, non publiée à ce jour, cette demande de brevet à laquelle l'Homme du métier pourra se référer présente plusieurs structures trouvant une application particulière dans le présent système.
Une telle structure d'appareil hydraulique permet de l'entraîner à la vitesse des roues, ou plus précisément à la vitesse de rotation moyenne des deux sous-essieux 11 et 12.
Dans le cas d'une telle structure, l'entraînement de l'essieu menant peut être réalisé par exemple au moyen d'une couronne dentée disposée sur l'ensemble lié en rotation au boîtier du différentiel, avec laquelle coopère une roue dentée à denture droite ou inclinée ou un pignon conique lié à un arbre du train de pignons ou un arbre de sortie d'un moteur.
En variante, les roues motrices du véhicule peuvent être indépendantes ; elles sont alors typiquement chacune équipées d'un moteur lent 42 tel que présenté.
En variante, le ou les moteurs lents 42 peut être déporté sur un autre essieu que celui entraîné par le moteur rapide 43, le ou les moteurs lents 42 étant toujours à la vitesse des roues auxquelles ils sont liés. Le moteur rapide 43 optionnel est par exemple un appareil hydraulique à pistons axiaux, et présente un fonctionnement de moteur.
Un tel appareil hydraulique fonctionne avantageusement à des vitesses plus élevées que celle du moteur lent 42, et produit un couple plus faible que celui du moteur lent 42. Le moteur rapide 43 est par exemple lié à l'arbre de sortie sans rapport de démultiplication, ou bien couplé de manière sélective à un arbre secondaire 32 de train de pignon ou de boite de vitesse présentant un ou plusieurs rapports de démultiplication pour entraîner en rotation l'arbre de sortie comme représenté sur la figure 1.
Les moteurs 42 et 43 sont des machines réversibles, qui peuvent avoir un fonctionnement « en 4 quadrants », c'est-à-dire produire un couple moteur ou résistant, et dans les deux sens de rotation.
La structure présentée comprend en outre une commande 5, comprenant par exemple un calculateur et une pluralité de valves adaptés pour relier sélectivement la pompe 41 au moteur lent 42 et/ou le cas échéant au moteur rapide 43. Cette commande 5 peut être réalisée sous la forme d'un bloc structurel, ou composé de plusieurs éléments répartis spatialement dans la structure.
En variante, le moteur rapide 43 optionnel est un moteur électrique tel que présenté sur la figure 2.
Dans ce mode de réalisation, le système comprend une machine électrique E montée par exemple sur l'arbre primaire 31 du train de pignons 3, adapté pour générer un courant électrique lors de l'application d'un mouvement d'entrée.
La machine électrique E et le moteur rapide 43 sont reliés à un convertisseur 45 adapté typiquement pour convertir le courant continu généré par la machine électrique E en courant alternatif afin d'alimenter le moteur rapide 43.
Le convertisseur 45, la machine électrique E et le moteur rapide 43 sont typiquement reliés à la commande 5 qui réalise leur pilotage, et comprend typiquement une unité de contrôle électronique.
Le système présenté sur la figure 2 comprend en outre une batterie 46 liée au convertisseur 45, ladite batterie 46 pouvant être chargée par exemple lors du freinage du véhicule ou lorsque son entraînement n'est pas réalisé par le moteur rapide 43 afin de réaliser une fonction de stockage et de restitution d'énergie.
Le système présenté permet de réaliser un entraînement sélectif de l'essieu menant 1 soit mécanique au moyen d'engrenages du train de pignons 3, soit au moyen d'un ou des moteurs 42 et/ou le cas échéant 43, soit encore au moyen d'une association d'un entraînement mécanique et d'un entraînement par un moteur 42 ou le cas échéant 43.
On considère dans un premier temps un système tel que présenté sur les figures 1 et 2, pour un véhicule à l'arrêt dans lequel l'essieu menant 1 est le seul essieu menant. On décrit ci-après les différentes étapes lors d'une augmentation progressive de la vitesse de rotation de l'essieu menant 1.
Afin de commencer l'entrainement de l'essieu menant 1, un couple important est nécessaire au démarrage.
La commande 5 pilote alors le train de pignons 3 de manière à ce que le la liaison mécanique entre le train de pignons 3 et l'essieu menant 1 soit désengagée, et que la pompe 41 alimente le moteurs lent 42 qui est en configuration de service et réalise ainsi l'entrainement de l'essieu menant 1.
Lorsque la vitesse de l'essieu menant 1 atteint une première valeur seuil SI, la commande 5 pilote la pompe 41 et le cas échéant son embrayage associé 47, ainsi que le moteur rapide 43 et le cas échéant son embrayage associé 44 de manière à ce que la pompe 41 alimente à la fois le moteur rapide 43 et le moteur lent 42, ces derniers étant en configuration de service et réalisant ainsi conjointement l'entrainement de l'essieu menant 1.
La commande 5 pilote la cylindrée de 41 et le cas échéant de 43 de telle manière que le régime du moteur primaire M soit sur des valeurs souhaitées. Cette vitesse de rotation peut être choisie sur des critères de confort, d'économie, de silence, ou de puissance.
Le régime du moteur primaire M peut être piloté par 5, et varier tout au long des différents modes d'utilisation de la transmission.
Par exemple, il est possible de conserver le moteur primaire M à un régime relativement constant, à titre d'exemple dans la fourchette de 1500 à 2000 tours/mn.
Lorsque la vitesse de l'essieu menant 1 atteint une deuxième valeur seuil S2, la commande 5 pilote le moteur lent 42 de manière à ce qu'il bascule en configuration de roue libre. L'entraînement de l'essieu menant 1 est alors réalisé uniquement par le moteur rapide 43.
La cylindrée de la pompe 41 est modifiée par la commande 5 pour tenir compte de la diminution de la cylindrée des moteurs à alimenter, seul 43 étant en fonction.
Tandis que la commande 5 continue de piloter la cylindrée de 41 et 43 en fonction de la consigne demandée, la vitesse de rotation de l'essieu menant 1 continue alors d'augmenter jusqu'à atteindre une troisième valeur seuil S3 ; la commande 5 pilote alors le train de pignons 3 de manière à ce qu'elle engage mécaniquement l'essieu menant 1 de sorte qu'il soit entraîné en rotation par le moteur primaire M par l'intermédiaire du train de pignons 3.
L'entraînement de l'essieu menant 1 est alors réalisé conjointement par le moteur rapide 43 et par le moteur primaire M .
Le choix des vitesses de rotation est fait de manière à ce que l'engagement du système de verrouillage des pignons se fasse lorsque les vitesses de rotation des deux arbres sont à la vitesse idéale appropriée pour un verrouillage sans craquements.
Lorsque le train de pignons 3 est engagé, la vitesse du véhicule est liée à la vitesse du moteur primaire M . Le moteur primaire M doit donc varier sa vitesse pour que la vitesse du véhicule change. La vitesse de rotation de l'essieu menant 1 continue ensuite d'augmenter jusqu'à atteindre une quatrième valeur seuil S4 ; la commande 5 pilote le moteur rapide 43 de manière à ce qu'il bascule en configuration de roue libre et/ou se désengage de l'essieu menant 1. Par le pilotage par la commande 5 de la pompe 41 et du moteur rapide 43, on fait varier conjointement leur cylindrée de manière à la ramener progressivement à zéro, tout en restant synchronisé avec la vitesse de rotation imposée à la pompe 41 et au moteur rapide 43 par le train de pignon 3.
La pompe 41 peut alors être désengagée, ou être basculée en configuration de roue libre.
L'entraînement de l'essieu menant 1 est alors réalisé par le moteur primaire M par l'intermédiaire du train de pignons 3.
Au-delà de cette quatrième valeur seuil S4, le train de pignons 3 peut définir des valeurs seuils additionnelles associées à différents rapports de réduction mécaniques.
On définit ainsi plusieurs plages de valeurs correspondant aux différents modes de fonctionnement :
- De l'arrêt (zéro tours par minute) à la première valeur seuil SI : une première plage de valeurs VI .
- De la première valeur seuil SI à la deuxième valeur seuil S2 : une deuxième plage de valeurs V2.
- De la deuxième valeur seuil S2 à la troisième valeur seuil S3 : une troisième plage de valeurs V3.
- De la troisième valeur seuil S3 à la quatrième valeur seuil S4 : une quatrième plage de valeurs V4.
- Au-delà de la quatrième valeur seuil S4 : une cinquième plage de valeurs V5.
La première plage de valeur peut se comprendre en marche avant et en marche arrière, soit de -VI à +V1 en passant par zéro Lors d'une réduction de la vitesse de l'essieu menant 1, les différentes étapes décrites précédemment sont réalisées dans le sens inverse :
- Entrainement par le moteur primaire M via le train de pignons 3 jusqu'à la quatrième valeur seuil S4 ;
- Entrainement par le moteur primaire M via le train de pignons 3 et par le moteur rapide 43 de la quatrième valeur seuil S4 jusqu'à la troisième valeur seuil S3 ;
- Entrainement par le moteur rapide 43 de la troisième valeur seuil S3 jusqu'à la deuxième valeur seuil S2 ;
- Entrainement par le moteur rapide 43 et le moteur lent 42 de la deuxième valeur seuil S2 jusqu'à la première valeur seuil SI ;
- Entrainement par le moteur lent 42 uniquement de la première valeur seuil SI jusqu'à l'arrêt du véhicule. On liste ci-après plusieurs exemples pour les différentes valeurs seuils, ces exemples étant purement illustratifs et en aucun cas limitatifs :
- La première valeur seuil SI est typiquement comprise entre 150 tours par minute et 200 tours par minute, par exemple égale à 150 tours par minute.
- La deuxième valeur seuil S2 est typiquement comprise entre 200 tours par minute et 300 tours par minute, par exemple égale à 200 tours par minute.
- La troisième valeur seuil S3 est typiquement comprise entre 200 tours par minute et 300 tours par minute, par exemple égale à 300 tours par minute, étant entendu que la troisième valeur seuil
S3 est supérieure ou égale à la deuxième valeur seuil S2.
- La quatrième valeur seuil S4 est typiquement comprise entre 700 tours par minute et 900 tours par minute, typiquement égale à 800 tours par minute.
La figure 3 représente schématiquement un exemple d'échelonnement de ces différentes valeurs seuil et les plages de valeurs associées. On représente ainsi sur cette figure un graphe ayant en abscisse X la vitesse d'un véhicule en kilomètres par heure, et en ordonnée Y la vitesse des roues en tours par minute. Les valeurs positives sont prises de manière arbitraire pour correspondre à une marche avant du véhicule, et les valeurs négatives à une marche arrière du véhicule considéré.
On repère sur ce graphe les différentes valeurs seuil SI, S2, S3 et S4, ainsi que les plages de valeurs associées VI, V2, V3, V4 et V5.
Ce graphe explicite en particulier la fonction du moteur lent 42, utilisé uniquement pour des vitesses très faibles du véhicule, et désengagé dès que le véhicule atteint une vitesse de l'ordre de 20 kilomètres par heure, à 5 ou 10 kilomètres par heure près. On voit par ailleurs clairement que pour des vitesses élevées du véhicule, l'entraînement se fait par le moteur primaire M seul ou associé avec le moteur rapide 43.
On repère également sur ce graphe la marche arrière, pour laquelle on peut définir une première valeur seuil négative -SI et la plage -SI associée, étant entendu que la vitesse en marche arrière est conventionnellement limitée sur les véhicules, et que l'on peut donc envisager de se limiter au mode de fonctionnement correspondant à l'entraînement de l'essieu menant 1 par le moteur lent 42 de cette première valeur seuil négative -SI jusqu'à l'arrêt du véhicule. La figure 4 présente une variante du système présenté sur la figure 1 ne comprenant pas le moteur rapide 43 ainsi que l'embrayage associé 44. Dans le cadre de cette variante avec un appareil hydraulique à pistons axiaux tournant à la vitesse de la roue seul, on choisira plus particulièrement un appareil hydraulique ayant une vitesse maximale de l'ordre de 500 tours par minute, ce qui permet d'emmener un véhicule jusqu'à environs 50 km/h, de manière à circuler agréablement en cycle urbain sans changer de mode. Cette variante permet de réaliser avantageusement une récupération- restitution d'énergie en dessous de la première valeur de seuil, en utilisant la réversibilité du moteur Ient42.
A cet effet, la commande 5 comprend typiquement des valves pour distribuer les flux hydrauliques et est raccordée à un ou plusieurs accumulateurs.
Suivant qu'il est demandé une récupération d'énergie, une restitution d'énergie, ou une assistance du moteur primaire M, le moteur lent 42 est alimenté.
Cette variante permet également de réaliser avantageusement une récupération-restitution d'énergie en dessus de la première valeur de seuil, en utilisant la réversibilité de la pompe hydraulique 41. Dans ce cas, le moteur Ient42 est en configuration hors service, et seule la pompe hydraulique 41 est connectée par la commande 5 aux accumulateurs.
Suivant qu'il est demandé une récupération d'énergie, une restitution d'énergie, ou une assistance du moteur primaire M, la pompe hydraulique 41 est alimentée.
La figure 5 représente schématiquement un exemple d'échelonnement de ces différentes valeurs seuil et les plages de valeurs associées pour un système tel que représenté sur la figure 4 ne comprenant pas le moteur rapide 43. Comme pour la figure 3, on représente sur cette figure un graphe ayant en abscisse X la vitesse d'un véhicule en kilomètres par heure, et en ordonnée Y la vitesse des roues en tours par minute. Les valeurs positives sont prises de manière arbitraire pour correspondre à une marche avant du véhicule, et les valeurs négatives à une marche arrière du véhicule considéré.
On représente ainsi sur cette figure une première plage de valeurs Wl correspondant à un entraînement réalisé uniquement par le moteur hydraulique lent 42, une deuxième plage de valeurs W2 correspondant à un entraînement réalisé conjointement par le moteur hydraulique lent 42 et par le moteur primaire M via le train de pignons, et une troisième plage de valeurs W3 correspondant à un entraînement réalisé uniquement par le moteur primaire M via le train de pignons.
La deuxième plage de valeurs W2 correspond ainsi à un chevauchement du mode de fonctionnement où l'entraînement est réalisé par le moteur hydraulique lent 42 et du mode de fonctionnement où l'entraînement est réalisé par le moteur primaire M via le train de pignons 3.
De la même manière que sur la figure 3, on définit une plage de fonctionnement -Wl correspondant sensiblement à l'équivalent de la plage Wl mais en marche arrière.
On repère sur la figure 4 les différentes valeurs seuil à partir desquelles on passe d'une plage de valeurs à la suivante ;
- Une première valeur seuil Tl à la transition entre la première plage de valeurs Wl et la deuxième plage de valeurs W2,
- Une deuxième valeur seuil T2 à la transition entre la deuxième plage de valeurs W2 et la troisième plage de valeurs W3.
La première valeur seuil Tl est par exemple comprise entre 400 tours par minute et 600 tours par minute, par exemple égale à 500 tours par minute.
La deuxième valeur seuil T2 est par exemple comprise entre 500 tours par minute et 800 tours par minute, par exemple égale à 700 tours par minute, étant entendu que la deuxième valeur seuil T2 est supérieure ou égale à la première valeur seuil Tl .
On remarque ainsi plusieurs caractéristiques avantageuses du système ainsi proposé.
En premier lieu, on exploite ainsi les différents appareils dans leurs plages de rendement optimales, qu'il s'agisse des appareils hydrauliques ou du moteur primaire thermique ou électrique. En effet, le système présenté permet ainsi d'utiliser un moteur primaire tel qu'un moteur thermique ou électrique uniquement dans sa plage d'utilisation optimale, les vitesses les plus faibles de l'arbre de sortie étant obtenues via l'intermédiaire d'un ou plusieurs appareils hydrauliques adaptés éventuellement associés à un moteur ou électrique, en l'occurrence une pompe hydraulique à cylindrée variable entraînée par le moteur primaire et un moteur hydraulique à pistons radiaux pour les vitesses très faibles, et éventuellement un moteur hydraulique à pistons axiaux ou un moteur électrique pour les vitesses intermédiaires.
En effet, au lieu de faire varier la vitesse de rotation du moteur primaire M comme on le réalise conventionnellement, la présente invention permet de le maintenir dans une plage d'utilisation optimale, et de faire varier la cylindrée de la pompe hydraulique pour piloter la vitesse de rotation des moteurs hydrauliques et donc la vitesse de l'arbre de sortie. Le moteur hydraulique lent peut ainsi avantageusement remplacer un ou plusieurs rapports d'un train de pignons ou d'une boite de vitesse conventionnelle, correspondant par exemple à la première vitesse, ou aux premières vitesses et à la marche arrière.
L'utilisation d'un moteur hydraulique lent pour des vitesses lentes permet ainsi d'utiliser un moteur tournant à la vitesse de l'arbre de roue considéré, sans rapport de réduction, ce qui permet ainsi d'obtenir un rendement supérieur avec un composant de grande densité de puissance, donc peu encombrant. Lorsque la vitesse de l'essieu considéré augmente, le moteur lent passe en configuration de roue libre pour éviter une traînée parasite ou un couple résistant inutile.
Le moteur hydraulique lent permet avantageusement de réaliser la marche avant et la marche arrière.
Par ailleurs, le système proposé permet de réaliser des plages de valeurs pour lesquelles l'entraînement de l'essieu menant 1 est réalisé conjointement par plusieurs moteurs, ce qui assure une fluidité et une souplesse lors des transitions lors du passage entre les différentes valeurs seuils et plages de valeurs.
La présente invention permet en outre de réaliser un système à récupération d'énergie performant au moyen d'accumulateurs hydrauliques montés en remplacement de la pompe 41 et/ou en complément de la pompe 41.
En effet, lors du freinage de l'essieu menant 1, les moteurs 42 et 43 étant réversibles, ils prennent alors un fonctionnement de pompe qui peut avantageusement être exploité afin de charger un ou plusieurs accumulateurs hydrauliques, une telle charge d'accumulateurs pouvant être exploitée en remplacement ou conjointement à la pompe 41 pour entraîner les moteurs 42 et 43 lors de l'accélération du véhicule.
La pompe hydraulique 41 pourra également être utilisée lors des phases de freinage, même si les moteurs 42 et 43 sont découplés des roues, la pompe 41 étant alors entraînée par la transmission mécanique entre les roues et le moteur primaire M afin d'alimenter des accumulateurs hydrauliques.
Un tel stockage d'énergie pourra également être utilisé par la pompe hydraulique 41, qui est réversible, et peut ainsi être utilisée en tant que moteur pour agir sur l'arbre primaire 31, et réaliser une fonction d'assistance du moteur primaire M, communément appelée « boost ».
De tels accumulateurs hydrauliques permettent en outre d'obtenir un couple important au démarrage, et se chargent sur des intervalles très courts, contrairement à des accumulateurs électriques pour lesquels la récupération d'énergie se réalise sur des intervalles de temps plus importants. Une conséquence est de permettre une récupération d'énergie optimale en cycle urbain, c'est-à-dire ayant un très bon rendement de récupération-restitution, y compris sur des cycles très intenses et très courts. Le volume de composants nécessaires est très minime par rapport au volume de batteries nécessaires pour la même récupération par la voie électrique. Il devient donc possible de réaliser une excellente récupération-restitution d'énergie en cycle urbain avec un gain de poids et d'encombrement significatif par rapport à une solution électrique.
Si le moteur rapide 43 est du type électrique, on peut définir un véhicule hybride électrique ayant une aptitude à la récupération-restitution d'énergie très élevée, et minimiser le poids et le volume du moteur électrique de transmission et des batteries.
Il est alors particulièrement intéressant sur un véhicule équipé d'un système tel que présenté de réaliser une récupération d'énergie en cas de freinage en utilisant en priorité les composants hydrauliques, lorsque ceux-ci sont engagés dans l'une de leur plage de vitesse.
Cette récupération d'énergie peut être discriminée et commandée par la commande.
La récupération d'énergie électrique est quant à elle avantageusement utilisée pour les phases de frein moteur ou le freinage n'est pas demandé, par exemple dans les descentes.

Claims

Revendications
1. Système de transmission hydrostatique de véhicule, caractérisé en ce qu'il comprend :
- un moteur primaire (M) entraînant en rotation un arbre primaire (31),
- un arbre de sortie (1) adapté pour entraîner une roue en rotation,
- un moteur hydraulique lent (42) à pistons radiaux configuré de manière à tourner à la vitesse de ladite roue
- un train de pignons (3) formant une chaîne mécanique entre l'arbre primaire (31) et l'arbre de sortie (1) via un arbre secondaire (32),
- une pompe hydraulique (41) à cylindrée variable adaptée pour être sélectivement couplée ou désengagée de l'arbre primaire (31), et adaptée pour alimenter en pression ledit moteur hydraulique lent (42),
- une commande (5), adaptée pour piloter l'entraînement en rotation de l'arbre de sortie (1) par le moteur hydraulique lent (42), ou par l'arbre primaire (31) en fonction de la vitesse de l'arbre de sortie (1).
2. Système selon la revendication 1, dans lequel ladite commande est adaptée pour définir des plages de valeurs de vitesses de rotation de l'arbre de sortie (1) :
- une première plage de valeurs (Wl) pour laquelle l'arbre de sortie (1) est entraîné uniquement par le moteur hydraulique lent (42);
- une deuxième plage de valeurs (W3) pour laquelle l'arbre de sortie est entraîné par le moteur primaire (M) par l'intermédiaire dudit train de pignons (3) ;
lesdites première et deuxième plages de valeurs (Wl, W3) pouvant comprendre une pluralité de valeurs communes (W2).
3. Système selon la revendication 2, dans lequel ladite commande (5) est adaptée pour, lorsque la vitesse de rotation de l'arbre de sortie (1) est en dehors de la première plage de valeurs, désengager ledit moteur lent (42).
4. Système selon l'une des revendications 2 ou 3, dans lequel
- la première plage de valeurs s'étend de 0 tours par minute à une valeur comprise entre 400 et 600, typiquement 500 tours par minute ;
- la deuxième plage de valeurs comprend les valeurs au-delà de 400, 600 ou 500 tours par minute.
5. Système selon l'une des revendications 1 à 4, comprenant en outre un différentiel (2) monté sur l'arbre de sortie et le divisant en un premier ( 11) et un second ( 12) arbres de sortie, ledit différentiel comprenant un boitier de différentiel comprenant des pignons de boitier adaptés pour coopérer avec des pignons liés auxdits arbres de sortie et ainsi entraîner lesdits arbres de sortie, le moteur hydraulique lent à pistons radiaux étant couplé audit différentiel, et comprenant
- un distributeur et une came multilobes définissant un premier ensemble,
- un bloc cylindres définissant un second ensemble,
l'un desdits ensembles étant monté fixe en rotation par rapport au boitier de différentiel, et l'autre desdits ensembles étant monté tournant par rapport au boitier de différentiel de manière à permettre l'entrainement en rotation du boitier de différentiel par ledit moteur hydraulique lent à pistons radiaux.
6. Système selon l'une des revendications 1 à 5, dans lequel ledit moteur primaire (M) est un moteur thermique ou électrique.
7. Système selon l'une des revendications 1 à 6, comprenant en outre un moteur rapide (43) du type moteur hydraulique à pistons axiaux ou moteur électrique, ladite commande (5) étant adaptée pour définir une pluralité de plages de valeurs de vitesses de rotation de l'arbre de sortie :
- une première plage de valeurs (VI) pour laquelle l'arbre de sortie ( 1) est entraîné uniquement par le moteur hydraulique lent (42); - une deuxième plage de valeurs (V2) pour laquelle l'arbre de sortie (1) est entraîné conjointement par le moteur hydraulique lent (42) et par le moteur rapide (43) ;
- une troisième plage de valeurs (V3) pour laquelle l'arbre de sortie (1) est entraîné par le moteur hydraulique rapide (43) uniquement ;
- une quatrième plage de valeurs (V4) pour laquelle l'arbre de sortie (1) est entraîné conjointement par le moteur rapide (43) et par le moteur primaire (M) par l'intermédiaire d'un train de pignons (3) ;
- une cinquième plage de valeurs (V5) pour laquelle l'arbre de sortie (1) est entraîné uniquement par le moteur primaire (M) par l'intermédiaire d'un train de pignons (3).
8. Système selon l'une des revendications 1 à 7, comprenant en outre au moins un accumulateur hydraulique, ledit système étant configuré de manière à ce que lors d'un freinage du véhicule, la pompe (41) et/ou le ou les moteurs hydrauliques (42 et 43) présentent un fonctionnement réversible et chargent ledit accumulateur hydraulique en pression afin de réaliser une fonction de récupération d'énergie.
9 Système selon la revendication 8, dans lequel ledit au moins un accumulateur hydraulique est adapté pour pouvoir sélectivement alimenter la pompe hydraulique (41) de sorte qu'elle présente un fonctionnement de moteur et réalise une assistance pour l'entrainement de l'arbre primaire (31).
10. Système selon l'une des revendications 8 ou 9, dans lequel la pompe (41) est adaptée pour fonctionner en tant que moteur en étant alimentée par ledit au moins un accumulateur hydraulique, et ainsi réaliser une assistance du moteur primaire (M) pour l'entrainement de l'arbre primaire (31).
11. Procédé de pilotage de l'entrainement d'un arbre de sortie auquel est liée une roue d'un véhicule, dans lequel on pilote l'entrainement dudit arbre de sortie (1) en fonction de la vitesse souhaitée, de manière à ce que l'arbre de sortie (1) soit entraîné en rotation sélectivement
- un moteur hydraulique lent (42) configuré de manière à tourner à vitesse de ladite roue, ou
- un moteur primaire (M) par l'intermédiaire d'un train de pignon, l'entraînement étant piloté de manière sélective en fonction de la vitesse de l'arbre de sortie.
12. Procédé selon la revendication 9, dans lequel on définit
- une première plage de valeurs (Wl) pour laquelle l'arbre de sortie est entraîné uniquement par le moteur hydraulique lent (42);
- une deuxième plage de valeurs (W3) pour laquelle l'arbre de sortie est entraîné par le moteur primaire par l'intermédiaire dudit train de pignons ;
lesdites première et deuxième plages de valeurs (Wl, W3) pouvant comprendre une pluralité de valeurs communes (W2).
13. Procédé selon l'une des revendications 11 ou 12, dans lequel lors d'un freinage du véhicule, on pilote ledit moteur hydraulique lent (42) de manière à ce qu'il charge un accumulateur hydraulique et réalise ainsi une fonction de récupération d'énergie.
14. Procédé selon la revendication 13, dans lequel au-delà d'une valeur seuil, on pilote une pompe hydraulique (41) réversible de manière à ce qu'elle soit alimentée un accumulateur hydraulique, et qu'elle réalise une assistance du moteur primaire (M).
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