Brevet FR2473423A1 — publié le 19810717

Roue a diamètre variable du type roue sphérique et son appl- cation aux véhicules a transtission hydrostatique. La présente invention s'applique plus spécialement aux véhicules à transmission hydrostatique dans lesquels un moteur thermique entraine une pompe hydraulique qui alimente une pluralité de moteurs hydrauliques lesquels entralnent les roues. Elle s'applique plus spécialement parmi les véhicules de ce type, à ceux dits à récupération d'énergie par volant d'inertie. Le problème rencontré avec les véhicules à transmission hydrostatique est l'obtention, la fois, d'un couple au démarrage important et d'une vitesse de rotation élevée à couple faible, c' est-à-dire l'adaptation du couple produit par le moteur au couple résistant sur la jante ou, pour le freinage avec récupération d'énergie, l'obtention d'une vitesse de la roue qui, compte tenu de la démultiplication, soit supérieure a la vitesse du volant à inertie pour que la puissance absorbée en freinage sur la roue tende à accroître la vitesse du volant avec le problème inverse pour la restitution de l'énergie cinétique du volant sous forme d'effort d'entrainement sur la roue. Dans les transmissions hydrostatiques connues, l'adaptation du couple moteur au couple résistant est obtenue soit par variation de la cylindrée de la pompe, une cylindrée réduite donnant un faible débit sous une pression élevée,et inverse ment, soit par un moteur à cylindrée variable, une cylindrée importante donnant un couple élevé et une faible cylindrée donnant un couple réduit avec une vitesse de rotation relati vexent élevée. Il est même possible, pour obtenir une plus grande gamme de rapport de transmission, de combiner une pompe à cylindrée variable avec des moteurs à cylindrée variable. Dans tous les cas on aboutit à un circuit hydraulique complexe car il faut prévoir, en plus du circuit d'alimentation proprement dit, un circuit de commande des vérins de réglage des cylindrées.En outre les pompes et moteurs à cylindrée variable sont beaucoup plus complexes, d'une technique beaucoup plus délicate et d'un encombrement beaucoup plus important que les pompes et moteurs à cylindrées fixes de puissance nominale équivalente. Dans les transmissions hydrostatique à pompe et moteurs à cylindrées fixes on peut, il est vrai, obtenir un couple au démarrage élevé mais le débit croit Froportionnellement à la vitesse et les limitations rencontrées en ce qui concerne ce débit font que la vitesse maximale est réduite. Le freinage par récupération d'énergie par volant d'inertie nécessite un variateur mécanique et un dispositif complexe pour la prise de puissance sur les roues et la restitution de puissance aux roues quelles que soient les vitesses relatives du volant à inertie et des roues. Enfin, dans ce type de véhicule, il est souhaitable, d'une part, pour pouvoir réduire la puissance du moteur thermique, d'autre part, pour pouvoir le faire fonctionner à son reyime optimum et enfin pour réduire la complexité de l'ensemble, d'associer à la rotation le moteur thermique, la pompe et le volant à inertie et de faire en sorte qu'au freinage la pompe agisse comme récepteur pour accélérer la vitesse du volant, les moteurs agissant alors comme des pompes entrainées par les roues mais il faut alors que pour une même distance parcourue le débit des moteurs tende à être supérieur au débit de la pompe tournant à une vitesse fonction de celle du volant. La présente invention a pour but de réaliser un véhicule dans lequel l'adaptation entre la puissance motrice et la puissance a la jante est assurée par une variation du diamètre utile de la roue. Pour une puissance motrice donnée correspondant à une vitesse de rotation donnée, la vitesse de rotation de la roue est fixée et le rapport de trans-formation entre le couple moteur et le couple à la jante assure un couple à la jante d'autant plus élevé que le diamètre de roulement de la roue est plus faible, le chemin parcouru par tour de roue étant plus faible et inversement. Ceci est d'ailleurs applicable non seulement et de façon préférentielle aux véhicules hydrostatiques mais également à tous les véhicules à transmission mécanique ou électrique. On se référera cependant ci-après aux véhicules à transmission hydrostatique. La présente invention a en conséquence pour objet un véhicule caractérisé en ce que la surface de roulement des roues motrices est une surface de révolution dont le diamètre croit sur au moins une partie de la génératrice à partir du cercle situé le plus près du sommet correspondant à l'axe de la roue, l'axe de la roue pouvant être incliné par rotation autour d'un axe d'articulation sensiblement horizontal qui lui est perpendiculaire, pour déplacer le cercle de roulement le long de la génératrice. De préférence la surface de révolution est un anneau sphérique qui peut être délimité entre une calotte sphérique de rayon tres faible voire nul et un grand cercle compris entre la demi-sphère ou les trois quarts de sphère. Selon un mode de réalisation particulier l'axe de la roue ou fusée est monté sur un pivot d'axe sensiblement parallèle à l'axe du véhicule et soumis à l'action d'un vérin suscepti ble de faire basculer la fusée autour du pivot en déplaçant l'axe de la fusée vers la verticale. Eventuellement l'amplitude du basculement peut être telle que l'axe de roue dépasse la verticale, la roue assurant une traction dans le sens inverse du sens de rotation du moteur. Selon un mode de réalisation la fusée est constituée par un moteur hydraulique et le vérin est alimenté sous une pression fonction de la pression d'alimentation du moteur. Avec ce mode de réalisation lorsque le couple résistant oppose au moteur croît, le vérin fait basculer la fusée pour réduire le diamètre du cercle de roulement et donc accroître la force de traction à la jante. Au contraire lorsque le couple résistant opposé au moteur décroît, le vérin laisse revenir la fusée vers sa position horizontale, ce qui accroît le diamètre du cercle de roulement et donc la vitesse. Selon une autre caractéristique une force antagoniste est opposée à l'action du vérin, cette force antagoniste déterminant le couple au delà duquel la roue diminue de diamètre. Selon une autre caractéristique le freinage est obtenu par mise en oeuvre du vérin de manière à faire basculer la fusée autour du pivot en déplaçant l'axe de la fusée vers la verticale pour réduire le diamètre du cercle de roulement. On augmente ainsi la vitesse de rotation des roues, donc du moteur associé à oelles-ci lequel accroit son débit et agit comme pompe vis-à-vis de la pompe laquelle agit comme récepteur pour accroître la vitesse du volant d'inertie. Selon une autre caractéristique la transm.ission de puissance entre le moteur thermique et les roues est assurée par une pompe à cylindrée fixe accouplée à un volant d'inertie alimentant,par un circuit avec une vanne de court-circuit commandée par l'accélérateur, les moteurs à cylindrée fixe. melon un mode de réalisation préférentiel, le volant d'inertie entraIne,par l'intermédiaire d'un différentiel, deux pompes de cylindrées différentes branchées en parallèle, la canalisation de sortie de la petite pompe étant étranglée. Avec ce mode de réalisation, le couple résistant sur la pompe de grande cylindrée est, au démarrage, très élevé et seule est entratnée la pompe de petite cylindrée et haute pression. Lorsque la vitesse de la petite pompe s'accélère et en raison de l'étranglement, son couple résistant sur le différentiel croit et la pompe de grande cylindrée est entraînée, ce qui accroît le débit global des pompes sous faible pression et permet une vitesse plus élevée pour une même vitesse de rotation du volant d'inertie. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée d'un mode de réalisation faite ci-après avec référence aux dessins ci-annexés dans lesquels La figure 1 est une vue schématique en élévation et coupe partielle d'une roue motrice d'un véhicule conforme à l'invention; la figure 2 est une vue correspondant à la figure 1 avec la roue roulant sur.un cercle de diamètre réduit et la figure 3 est une vue en plan schématique de la transmission hydrostatique d'un véhicule utilisant de telles roues motrices. La roue dans le mode de réalisation représenté à titre de simple exemple comporte une jante 1 comportant essentiellement une surface de révolution 2 associée à l'axe de sortie 3 du moteur hydraulique 4 par des voiles ou rayons 5. Sur cette jante est monté un pneumatique 6 dont la surface de roulement est hémsphérique, le pneumatique étant accroché de façon étanche par des talons 7 sur les bords libres de la surface 2 et maintenu au centre, d e façon étanche sur l'axe 8 de la jante,par une rondelle 9 et un boulon 10. Une valve 11 montée sur la surface interne de la jante permet de gonfler le pneumatique. Pour permettre d'incliner l'axe de la roue sensiblement jusqu'à la verticale et selon un exemple de réalisation donné à titre d'illustration,îe moteur 4 est fixé par deux bouts d'axes diamétraux 11 à l'extrémité de jumelles 12 articulées en 13 sur le châssis. Sur un tourillon latéral 14 est articulée l'extrémité d'une biellette 15 dont l'autre extrémité est articulée, simultanément avec l'extrémité libre d'une biellette 16 articulée d'autre part sur le châssis, en 17 à l'extrémité de la tige d'un vérin 18. Le corps du vérin 18 est articulé en 19 sur le châssis.Un ressort 20 monté dans le corps du vérin sollicite celui-ci au raccourcissement tandis que la pression dans la chambre 21 tend à allonger le vérin 18 en faisant basculer-par ouverture de l'angle entre les biellettes 15 et 16, le moteur 4 dans la direction amenant son axe en position verticale comme illustré dans la figure 2. Bien entendu et comme en ce qui concerne la réalisation de la roue elle-même de nombreuses variantes du mode de réalisation décrit pour la suspension sont possibles. La transmission hydrostatique également décrite à titre d'exemple comporte un moteur thermique non représenté associé à un volant à inertie 23. Sur l'axe 24 de ce volant est monté un pignon conique 25 qui engrene avec la grande couronne 26 d'un différentiel 27 dont les deux arbres de sortie constituent les arbres d'entrée de deux pompes hydrauliques, une pompe de petite cylindrée 28 et une pompe de plus grande cylindre 29. Ces deux pompes sont couplées en parallèle sur le circuit 30 d'alimentation des moteurs 4 avec une canalisation de retour 31. Un ajutage d'étranglement 32 est est prévu sur le refoulement de la pompe 28 pour régler le débit au-dela duquel la pompe 29 va commencer à débiter. Une conduite de court-circuit 33 avec un clapet anti-retour 34 interconnecte le refoulement et l'aspiration des pompes, cette conduite pouvant être coupée par une vanne 35 soumise à l'action de la pédale d'accélérateur 36. Cette vanne peut entre à étranglement progressif. Tant que la vanne 35 est ouverte les pompes 28 et 29 débitent à vide. Dès que l'on actionne la pédale 36, le débit des pompes est envoyé aux moteurs 4. Les chambres 21 des vérins 18 sont en communication par la canalisation 37-38 avec la canalisation 30. Si au moment ou l'on agit sur la pédale 36, les roues sont sur un grand diamètre avec le véhicule à l'arret, le couple résistant sur la roue est élevé et les moteurs étant à l'arrêt la pression va monter dans la canalisation 30 donc dans la chambre 21 des vérins 18. Cette pression excèdant la force du ressort 20, le vérin s'allonge et l'axe de la roue bascule jusqu'd ce que le couple exercé par le moteur 4 sous ladite pression excède le couple résistant à la roue qui a décru du fait de la réduction de diamètre du cercle de roulement de la roue. Le véhicule démarre et au fur et à mesure qu'il accroît sa vitesse, le débit du moteur 4 croit, et la pression dans la canalisation 30 décroît de sorte que le vérin 18 se raccourcit et la roue 1 augmente le diamètre de son cercle de roulement. Si on libère la pédale d'accélérateur, la pression dans la canalisation 30 et la chambre.21 tombe. Le vérin 18 prend sa longueur minimale et les roues roulent sur leur cercle de roulement de grand diamètre. Les moteurs 4 débitent dans la canalisation 31, le débit passant par les pompes 28 et 29. De construCtion, le débit total des pompes 28 et 29 à vide est supérieur à celui des moteurs 4 entraînés par les roues tournant sur leur cercle de grand diamètre, sauf si la vitesse tend à s'accélérer par suite d'une déclivité auquel cas les moteurs 4 vont agir comme des pompes et les pompes 28 et 29 comme récepteurs pour absorber de l'énergie en accélérant le volant 23 ce qui est analogue au fonctionnement en frein moteur. Si on veut freiner le véhicule en récupérant de l'énergie, il faut par contre accroître la vitesse de rotation des moteurs 4 agissant en pompe pour une même vitessé du véhicule et donc réduire le diamètre du cercle de roulement.Ceci est possible par action sur la pédale de frein 39 qui par une vanne 40 coupe la communica- tion entre la canalisation 37 des chambres 21 des vérins et la canalisation 30 dans laquelle règne la seule pression de gavage et met celle-ci en corilmunication par une canalisation 41 avec un accumulateur de pression 42. Les vérins 18 s'allongent pour réduire le diamètre du cercle de roulement des roues 1 donc accélérer la vitesse de rotation des roues et par conséquent des moteurs 4 pour une même vitesse du véhicule.Les pompes qui tournent à une vitesse fonction du volant vont recevoir un débit accru en provenance des moteurs et leur vitesse et celle du volant va tendre à croitre en absorbant de l'énergie prélevée sur les roues, ce qui va tendre à ralentir la rotation des roues donc à les freiner en agissant en sens opposé à l'action d'accélération résultant de la réduction du diamètre du cercle de roulement. Pour limiter 11 action de freinage une chambre de contrepression 43 de la vanne 40 peut être mise en communication avec la conduite 31. I1 faut toutefois remarquer que- les roues ne peuvent en aucun cas se bloquer car les moteurs entraînés par les roues et agissant comme pompes doivent toujours avoir un débit au moins équivalent à celui des pompes entraînées par le volant inertie. Les modes de réalisation ci-dessus décrits à titre d'exemples sont susceptibles de recevoir de nombreuses modifications sans sortir du cadre des revendications ci-annexées. Revendications 1. Un véhicule caractérisé en ce que la surface de roulement des roues motrices est une surface de révolution dont le diamètre croit sur au moins une partie de la génératrice à partir du cercle situé le plus près du sommet correspondant à l'axe de la roue, l'axe de la roue pouvant être incliné par rotation autour d'un axe d'articulation sensiblement horizontal qui lui est perpendiculaire, pour déplacer le cercle de roulement le long de la génératrice. 2. Un véhicule selon la revendication 1, caractérisé en ce que la surface de révolution est un anneau sphérique qui peut être délimité entre une calotte sphérique de rayon très faible voire nul et un grand cercle compris entre la demi-sphère ou les trois quarts de sphère. 3. Un véhicule selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'axe de la roue ou fusée est monté sur un pivot d'axe sensiblement parallèle à l'axe du véhicule et souris à l'action d'un vérin susceptible de faire basculer la fusée autour du pivot en déplaçant l'axe de la fusée vers la verticale. 4. Un véhicule selon la revendication 3, caractérisé en ce que la fusée est constituée par un moteur hydraulique et le vérin est alimenté sous une pression fonction de la pression d'alimentation du moteur. 5. Un véhicule selon la revendication 4, caractérise en ce qu'une force antagoniste est opposée à l'action du verin, cette force antagoniste déterminant le couple au delà duquel la roue diminue de diamètre. 6, Un véhicule selon l'une quelconque des revendications 4 et 5, caractérisé en ce que le freinage est obtenu par mise en oeuvre du vérin de maniere à faire basculer la fusée autour du pivot en déplaçant l'axe de la fusée vers la verticale pour réduire le diamètre du cercle de roulement. 7. Un véhicule selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la transmission de puissance entre le moteur thermique et les roues est assurée par une pompe a cylindrée fixe accouplée à un volant d'inertie alimentant, par un circuit avec une vanne de court-circuit commandée par l'accélérateur, les moteurs à cylindrée fixe. 8. Un véhicule selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le volant d'inertie entraîne, par l'intermédiaire d'un différentiel, deux pompes de cylindrées différentes branchées en parallèle, la canalisation de sortie de la petite pompe étant étranglée.