Brevet FR2887186A1 — publié le 20061222

La présente invention concerne un véhicule urbain et un dispositif de récupération d'énergie pour ce véhicule. Il existe des véhicules urbains, tels que des bus équipés. - d'un dispositif réversible de récupération d'énergie comprenant: d'au moins un accumulateur hydraulique rechargeable contenant un fluide sous pression et capable d'emmagasiner de l'énergie hydraulique sous forme d'énergie hydrostatique et de restituer de l'énergie hydraulique à partir de l'énergie hydrostatique emmagasinée, d'un moteur hydraulique réversible d'appoint équipé d'un arbre d'entraînement en rotation d'au moins une roue du véhicule, ce moteur étant propre à transformer de l'énergie hydraulique restituée par l'accumulateur en une énergie mécanique de rotation de l'arbre et, en alternance, à transformer de l'énergie mécanique de rotation de l'arbre entraîné par la ou chaque roue en de l'énergie hydraulique transmise à l'accumulateur pour y être emmagasinée sous forme d'énergie hydrostatique, et - d'un dispositif de propulsion du véhicule apte à entraîner en rotation les roues du véhicule, ce dispositif étant mécaniquement indépendamment du dispositif de récupération d'énergie. Le fait que le dispositif de propulsion du véhicule soit mécaniquement indépendant du dispositif de récupération d'énergie permet de maintenir la propulsion du véhicule même en cas de défaillance du dispositif de récupération d'énergie. Typiquement, le dispositif de propulsion comprend un moteur thermique équipé d'un arbre de sortie. Cet arbre de sortie est mécaniquement accouplé aux roues motrices par l'intermédiaire d'un réducteur. En effet, l'arbre de sortie tourne à une vitesse bien supérieure à celle des roues. Dans les véhicules existants, l'arbre du moteur hydraulique est directement entraîné en rotation par l'arbre de sortie du moteur thermique et tourne donc lui-même à une vitesse bien supérieure à celle des roues. L'arbre d'entraînement du moteur hydraulique est donc lui aussi mécaniquement accouplé aux roues du véhicule par l'intermédiaire d'un réducteur de vitesse de rotation. Ce dispositif de récupération d'énergie fonctionne correctement, cependant son rendement énergétique mérite d'être amélioré. L'invention vise donc à proposer un véhicule équipé d'un dispositif de récupération d'énergie dont le rendement énergétique est amélioré. L'invention a donc pour objet un véhicule urbain dans lequel l'arbre du moteur hydraulique est directement accouplé mécaniquement à la roue pour tourner à la même vitesse que la roue lorsque l'arbre entraîne la roue ou vice versa. Dans le véhicule ci-dessus, l'arbre du moteur hydraulique est directement accouplé à la roue, c'est-à-dire sans passer par l'intermédiaire d'un réducteur de vitesse de rotation. L'arbre et la roue tournent donc à la même vitesse, lorsqu'ils sont mécaniquement accouplés l'un à l'autre. Dans les véhicules existants, l'utilisation d'un réducteur pour raccorder l'arbre du moteur hydraulique aux roues se traduit nécessairement par une déperdition d'énergie sous forme de frottements et de chaleur à l'intérieur du réducteur. Dès lors, le dispositif de récupération d'énergie équipant le véhicule ci-dessus présente un meilleur rendement énergétique, puisque des pertes d'énergie sous forme de frottements et de chaleur sont éliminées. Les modes de réalisation de ce véhicule peuvent comporter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes: - le dispositif de propulsion comprend un moteur de traction équipé d'un arbre de sortie mécaniquement accouplé à une ou plusieurs roues motrices pour les entraîner en rotation; - le dispositif de récupération d'énergie est uniquement adapté pour être mécaniquement accouplé à la ou aux roues non motrices du véhicule; - le dispositif de récupération d'énergie est uniquement adapté pour être mécaniquement accouplé à la ou 10 aux roues motrices; - le dispositif de récupération d'énergie comporte un mécanisme commandable d'embrayage/débrayage déplaçable entre une position ouverte dans laquelle la transformation par le moteur hydraulique de l'énergie mécanique de rotation de la roue en énergie hydraulique emmagasinable est inhibée, et une position fermée dans laquelle la transformation par le moteur hydraulique de l'énergie mécanique de rotation de la roue en énergie hydraulique emmagasinable est activée; - le dispositif de récupération d'énergie comporte une unité de commande propre à commander automatiquement l'ouverture du mécanisme d'embrayage/débrayage lorsque la vitesse du véhicule dépasse un seuil prédéterminé. Ces modes de réalisation du véhicule présentes en 25 outre les avantages suivants - accoupler mécaniquement l'arbre du moteur hydraulique uniquement aux roues non motrices simplifie l'installation du dispositif de récupération d'énergie à l'intérieur du véhicule; -accoupler l'arbre du moteur hydraulique à la ou aux roues motrices permet d'installer le dispositif de récupération d'énergie dans le même emplacement que celui prévu pour le dispositif de propulsion du véhicule; - le mécanisme d'embrayage/débrayage permet d'isoler le dispositif de récupération d'énergie du dispositif de propulsion en cas, par exemple, de défaillance du dispositif de récupération d'énergie; - le débrayage automatique du moteur hydraulique au- delà d'un seuil prédéterminé de vitesse permet de limiter l'usure et les risques d'endommagement du moteur hydraulique. L'invention a également pour objet un dispositif de 10 récupération d'énergie adapté pour être mis en oeuvre dans le véhicule ci-dessus. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins sur lesquels: - la figure 1 est une illustration schématique d'un véhicule urbain équipé d'un dispositif de récupération d'énergie, -la figure 2 est un organigramme d'un procédé de 20 récupération d'énergie mis en uvre dans le véhicule de la figure 1, et - la figure 3 est un autre mode de réalisation d'un véhicule urbain équipé d'un dispositif de récupération d'énergie. La figure 1 représente un véhicule urbain 2 destiné à rouler dans un environnement urbain dans lequel de nombreux arrêts et redémarrages sont nécessaires sur de courtes périodes de temps. Ici, le véhicule 2 est, par exemple, un véhicule de transport en commun tel qu'un bus. Ce véhicule 2 est équipé d'un dispositif 4 de propulsion thermique propre à entraîner en rotation des roues motrices. Seule une roue motrice 6 est représentée sur la figure 1. Le dispositif 4 est, par exemple, un moteur thermique, tel qu'un moteur diesel équipé d'un arbre de sortie 8 mécaniquement accouplé par l'intermédiaire, entre autre, d'un réducteur de vitesse de rotation, à la roue 6 pour l'entraîner en rotation. Le dispositif 4 est raccordé à une source d'énergie 10, ici, un réservoir de carburant. Le véhicule 2 est également équipé d'un dispositif 20 de récupération d'énergie permettant, en alternance, soit d'emmagasiner de l'énergie à partir de l'énergie mécanique de rotation des roues du véhicule 2, soit au contraire de restituer de l'énergie mécanique à ces roues à l'aide de l'énergie précédemment emmagasinée. A cet effet, le dispositif 20 comprend un accumulateur hydraulique haute pression 22 et un accumulateur hydraulique basse pression 24. L'accumulateur 22 comprend en outre un réservoir indéformable 25 à l'intérieur duquel est logé un ballon 26 de gaz. Le gaz est, par exemple, de l'azote. Le ballon 26 est prévu pour que la pression du gaz varie, par exemple, entre 110 et 330 bars. A l'extérieur du ballon 26, le réservoir 25 comprend un fluide incompressible sous pression, tel qu'un liquide. Ici ce liquide est de l'huile. L'accumulateur 24 présente une structure identique à celle de l'accumulateur 22 et comporte donc un réservoir indéformable 28 à l'intérieur duquel est logé un ballon 30. Le ballon 30 est ici prévu pour que la pression du gaz qu'il contient varie entre, par exemple, 3 et 20 bars. Ces accumulateurs 22 et 24 sont aptes à emmagasiner de l'énergie hydraulique sous forme d'énergie hydrostatique et à restituer de l'énergie hydraulique à partir de l'énergie hydrostatique emmagasinée. Les accumulateurs 22 et 24 sont raccordés hydrauliquement à un bloc de commutation hydraulique 34 par l'intermédiaire respectivement de tuyaux 36 et 38. Les tuyaux 36 et 38 permettent d'acheminer du fluide respectivement des accumulateurs 22 et 24 vers le bloc 34 et vice versa. Le bloc 34 est également hydrauliquement raccordé à une sortie 40 et une entrée 42 d'un moteur hydraulique réversible 44 par l'intermédiaire respectivement de tuyaux 46 et 48. Le bloc 34 permet de raccorder hydrauliquement la sortie 40 et l'entrée 42 respectivement aux tuyaux 36 et 38, et en alternance, respectivement aux tuyaux 38 et 36. Le bloc 34 permet donc de croiser et de décroiser les raccordements hydrauliques entre le moteur hydraulique 44 et les tuyaux 36 et 38. A cet effet, le bloc 34 comporte, par exemple, quatre vannes commandables 50 à 53. La vanne 50 est directement raccordée d'un côté au tuyau 36 et de l'autre côté au tuyau 46. La vanne 51 est directement raccordée d'un côté au tuyau 38 et de l'autre côté au tuyau 48. La vanne 52 est raccordée d'un côté au tuyau 36 et de l'autre côté au tuyau 48 et la vanne 53 est raccordée d'un côté au tuyau 38 et de l'autre côté au tuyau 46. Les moteurs hydrauliques sont connus et le moteur 44 ne sera donc pas décrit plus en détail. La description d'un tel moteur hydraulique pourra, par exemple, être trouvée dans la demande de brevet française publiée sous le numéro FR 2 834 012. Le moteur 44 est équipé d'un arbre 56 apte à être mécaniquement accouplé aux roues non motrices du véhicule 2. Sur la figure 1, seule une roue non motrice 58 est représentée. Un mécanisme 60 d'embrayage/débrayage est prévu pour accoupler directement l'arbre 56 à un essieu 62 de la roue 58 et, en alternance, pour désaccoupler mécaniquement l'arbre 56 de l'essieu 62. Le mécanisme 60 est commandable. Le dispositif 20 a également une unité 64 de commande du bloc 34 et du mécanisme 60 en fonction, ici, de la vitesse du véhicule 2 mesurée par un capteur 66 et des positions d'une pédale d'accélération 68 et d'une pédale de frein 70 mesurées respectivement par des capteurs de position 72 et 74. L'unité 64 est, par exemple, réalisée à l'aide de calculateurs électroniques programmables aptes à exécuter des instructions enregistrées sur un support d'enregistrement d'informations. A cet effet, l'unité 64 est raccordée à une mémoire 76 contenant des instructions pour l'exécution du procédé de la figure 2. Le fonctionnement du véhicule 2 va maintenant être décrit en regard du procédé de la figure 2. Après la mise en marche du véhicule 2, le dispositif 4 entraîne en rotation la roue 6 et le véhicule 2 roule. La rotation de la roue 6 entraîne du même coup la rotation de la roue 58, car celles-ci sont solidaires du châssis du véhicule 2 et reposent toutes les deux sur la route. Lorsque le conducteur du véhicule 2 enfonce la pédale de frein 70, lors d'une étape 80, le calculateur 64 vérifie alors que le véhicule roule à une vitesse inférieure à un seuil S1 prédéterminé et que la pression à l'intérieur du réservoir 25 est inférieure à 330 bars. Le seuil S1 est, par exemple, égal ou inférieur à 40km/h. Dans l'affirmative, le procédé entre dans une phase 82 de récupération d'énergie. Au début de cette phase, l'unité 64 commande l'ouverture des vannes 50 et 51 et la fermeture des vannes 52 et 53. La fermeture du mécanisme 60 est également commandée pour accoupler directement l'arbre 56 à l'essieu 62. Dans ces conditions, l'arbre 56 tourne à la même vitesse que la roue 58. Lors de la phase de récupération d'énergie, le dispositif 20 fonctionne en accumulateur d'énergie. Plus précisément, l'énergie mécanique de rotation de la roue 58 entraîne la rotation de l'arbre 56, ce qui entraîne par l'intermédiaire du moteur 44, une circulation de fluide de l'accumulateur 24 vers l'accumulateur 22. Ainsi, le fluide stocké dans le réservoir 28 circule dans le tuyau 38, traverse la vanne 51, entre par l'entrée 42 dans le moteur 44, ressort par la sortie 40, traverse la vanne 50 pour finalement s'accumuler à l'intérieur du réservoir 25. L'accumulation de fluide à l'intérieur du réservoir 25 se fait à l'encontre de la force de sollicitation exercée par le ballon 26. Dès lors, l'accumulateur 22 emmagasine l'énergie hydraulique liée à la circulation de fluide sous la forme d'énergie hydrostatique. Plus la pression augmente à l'intérieur du réservoir 25, plus la quantité d'énergie hydrostatique emmagasinée est importante. Ainsi, lors de la phase de récupération d'énergie, le moteur 44 transforme l'énergie mécanique de rotation de la roue 58 en énergie hydraulique et cette énergie hydraulique est emmagasinée sous forme d'énergie hydrostatique à l'intérieur de l'accumulateur 22. Ce prélèvement d'énergie mécanique se traduit par une décélération du véhicule 2. En parallèle aux étapes 80 et 82, l'unité 64 vérifie en permanence, lors d'une étape 86, si: - le conducteur a enfoncé la pédale d'accélération, et - au même instant la vitesse du véhicule 2 est 30 inférieure au seuil S1r et - au même instant la pression à l'intérieur du réservoir 25 est strictement supérieure à 110 bars. Dans l'affirmative, le procédé entre dans une phase 88 de restitution dénergie. Au début de cette phase 88, l'unité 64 commande la fermeture des vannes 50 et 51 et l'ouverture des vannes 52 et 53. Dès lors, le fluide stocké sous pression dans l'accumulateur 22 est propulsé à l'intérieur du tuyau 36, traverse la vanne 52 et entre dans le moteur 44 par l'entrée 42. Ensuite, le fluide ressort par la sortie 40, traverse la vanne 53 et vient s'accumuler à l'intérieur du réservoir 28. Ce déplacement du fluide d'un réservoir où la pression est plus élevée vers un autre réservoir où la pression est plus basse est transformé en un mouvement de rotation mécanique de l'arbre 56 par le moteur 44. En parallèle, au début de la phase 88, l'unité 64 commande la fermeture du mécanisme 60, de manière à accoupler directement l'arbre 56 à l'essieu 62. Ainsi, le mouvement de rotation de l'arbre 56 est transmis à l'essieu 62, ce qui facilite la propulsion du véhicule 2. Lorsque ni la pédale d'accélération, ni la pédale de frein n'ont été enfoncées ou lorsque la vitesse du véhicule est supérieure au seuil S1r ou encore si la pression dans l'un des réservoirs 25, 28 a atteint sa valeur minimale ou maximale le calculateur 64 procède systématiquement à une phase 90 de repos. Lors de la phase 90, le calculateur 64 commande la fermeture de toutes les vannes 50 à 53 et l'ouverture du mécanisme 60 pour désaccoupler l'arbre 56 de l'essieu 62. Dans cette phase de repos, aucun fluide ne circule dans les tuyaux 36, 38, 46 et 48. L'accumulateur 22 conserve donc l'énergie hydrostatique emmagasinée en vue d'une utilisation ultérieure. A l'issue de l'étape 90, le procédé retourne aux étapes 80 et 86. La figure 3 représente un véhicule 100 correspondant à un autre mode de réalisation du véhicule 2. Le véhicule 100 diffère du véhicule 2 principalement par le fait qu'il comporte un dispositif 102 de récupération d'énergie apte à être directement mécaniquement accouplé à des roues motrices 104, 106 du véhicule 100. Le véhicule 100 comprend un dispositif 108 de propulsion du véhicule 2. Ce dispositif 108 est équipé d'un moteur thermique 110 dont l'arbre de sortie est raccordé à l'entrée d'une boîte de vitesses 112. Un arbre secondaire de la boîte de vitesse entraîne par l'intermédiaire d'une courroie 114 un arbre d'entrée 116 commun à deux différentiels 118 et 120. La sortie du différentiel 118 est mécaniquement accouplée à un essieu 122 de la roue 104. Une sortie du différentiel 120 est mécaniquement accouplée à un essieu 124 de la roue 106. Les différentiels 118 et 120 présentent des rapports entre la vitesse de rotation de l'arbre 116 et la vitesse de rotation respectivement des arbres 122 et 124 différents de 1. Le dispositif 102 de récupération d'énergie est, par exemple, identique au dispositif 20 à l'exception du fait que l'arbre 56 du moteur hydraulique 44 est adapté pour être directement mécaniquement accouplé à la fois aux essieux 122 et 124, de manière à ce que le moteur hydraulique 44 tourne à la même vitesse que les roues 104 et 106. Dans le cas particulier représenté sur la figure 3, l'arbre 56 traverse, par exemple, de part en part le moteur 44, les extrémités de l'arbre 56 étant raccordées respectivement aux extrémités des essieux 122 et 124 par l'intermédiaire de mecanismes d'embrayage/débrayage respectifs 130, 132. Les mécanismes 130 et 132 sont, par exemple, identiques au mécanisme 60 et permettent en plus un glissement dans le cas où les essieux 122 et 124 ne tournent pas à la même vitesse. Les autres éléments du dispositif 102, tels que les accumulateurs ou l'unité de commande sont identiques à ceux décrits en regard de la figure 1 et n'ont pas été représentés sur la figure 3. Le fonctionnement du véhicule 100 découle de celui 10 décrit en regard du procédé de la figure 2 et ne sera donc pas décrit ici en détail. De nombreux autres modes de réalisation sont possibles. Par exemple, la source d'alimentation 10 peut être placée à l'extérieur du véhicule. Ceci est, par exemple, le cas lorsque le véhicule 2 est un trolleybus dont le dispositif de propulsion comporte un moteur électrique alimenté à partir de caténaires fixes par l'intermédiaire d'un pantographe. L'enseignement donné ci-dessus s'applique également à d'autres véhicules que des bus, comme par exemple à des tramways, des trains ou des véhicules automobiles électriques. En variante, les accumulateurs 22, 24 à ballons de gaz sont remplacés par des accumulateurs hydrauliques à ressorts ou par d'autres types d'accumulateurs hydrauliques. Pour limiter l'encombrement du dispositif 20, il est possible de loger le moteur hydraulique 44 à l'intérieur de la roue et plus précisément entre la jante de la roue 58 et l'essieu 62. Dans ce cas l'essieu 62 est fixe et le moteur 44 entraîne en rotation directement la jante de la roue 58. Le mécanisme d'embrayage/débrayage est alors intégré au moteur 44. Le mécanisme d'embrayage/débrayage 60 peut être intégré au moteur 44. Dans ce cas là, par exemple, lorsque le mécanisme 60 est ouvert, l'entrée 42 est mise en communication fluidique directement avec la sortie 40 et le moteur 44 tourne en roue libre. Dans ces conditions, une rotation de l'arbre 56 n'entraîne aucune circulation hydraulique propre à être emmagasinée par un accumulateur hydraulique. D'autres mécanismes de débrayage/embrayage peuvent être prévus pour isoler mécaniquement le dispositif de récupération d'énergie, des roues. REVENDICATIONS 1. Véhicule urbain équipé de roues, ce véhicule comportant. un dispositif réversible (20; 102) de récupération d'énergie comprenant: ^ au moins un accumulateur hydraulique rechargeable (22, 24) contenant un fluide sous pression et capable d'emmagasiner de l'énergie hydraulique sous forme d'énergie hydrostatique et de restituer de l'énergie hydraulique à partir de l'énergie hydrostatique emmagasinée, un moteur hydraulique réversible (44) d'appoint équipé d'un arbre (56) d'entraînement en rotation d'au moins une roue du véhicule, ce moteur étant propre à transformer de l'énergie hydraulique restituée par l'accumulateur en une énergie mécanique de rotation de l'arbre et, en alternance, à transformer de l'énergie mécanique de rotation de l'arbre entraîné par la ou chaque roue en de l'énergie hydraulique transmise à l'accumulateur pour y être emmagasinée sous forme d'énergie hydrostatique, et - un dispositif (4; 108) de propulsion du véhicule apte à entraîner en rotation les roues du véhicule, ce dispositif étant mécaniquement indépendamment du dispositif de récupération d'énergie, caractérisé en ce que l'arbre du moteur hydraulique est directement accouplé mécaniquement à la roue pour tourner à la même vitesse que la roue lorsque l'arbre entraîne la roue ou vice versa. 2. Véhicule selon la revendication 1, équipé d'au moins deux roues, caractérisé en ce que: - le dispositif de propulsion comprend un moteur de traction équipé d'un arbre de sortie mécaniquement accouplé à une ou plusieurs roues motrices pour les entraîner en rotation, et - le dispositif (20) de récupération d'énergie est uniquement adapté pour être mécaniquement accouplé à la ou 5 aux roues non motrices du véhicule. 3. Véhicule selon la revendication 1, caractérisé en ce que: - le dispositif de propulsion comprend un moteur de traction équipé d'un arbre de sortie mécaniquement accouplé à une ou plusieurs roues motrices du véhicule pour les entraîner en rotation, et - le dispositif (102) de récupération d'énergie est uniquement adapté pour être mécaniquement accouplé à la ou aux roues motrices. 4. Véhicule selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dispositif de récupération d'énergie comporte un mécanisme commandable (60; 130, 132) d'embrayage/débrayage déplaçable entre une position ouverte dans laquelle la transformation par le moteur hydraulique de l'énergie mécanique de rotation de la roue en énergie hydraulique emmagasinable est inhibée, et une position fermée dans laquelle la transformation par le moteur hydraulique de l'énergie mécanique de rotation de la roue en énergie hydraulique emmagasinable est activée. 5. Véhicule selon la revendication 4, caractérisé en ce que le dispositif de récupération d'énergie comporte une unité de commande propre à commander automatiquement l'ouverture du mécanisme d'embrayage/débrayage lorsque la vitesse du véhicule dépasse un seuil prédéterminé. 6. Dispositif de récupération d'énergie adapté pour être mis en oeuvre dans un véhicule conforme à l'une quelconque des revendications précédentes, ce dispositif comportant. - au moins un accumulateur hydraulique rechargeable (22, 24) contenant un fluide sous pression et capable d'emmagasiner de l'énergie hydraulique sous forme d'énergie hydrostatique et de restituer de l'énergie hydraulique à partir de l'énergie hydrostatique emmagasinée, -un moteur hydraulique réversible (44) d'appoint équipé d'un arbre (56) d'entraînement en rotation d'au moins une roue du véhicule, ce moteur étant propre à transformer de l'énergie hydraulique restituée par l'accumulateur en une énergie mécanique de rotation de l'arbre et, en alternance, à transformer de l'énergie mécanique de rotation de l'arbre entraîné par la ou chaque roue en de l'énergie hydraulique transmise à l'accumulateur pour y être emmagasinée sous forme d'énergie hydrostatique, caractérisé en ce que l'arbre du moteur hydraulique est directement accouplé mécaniquement à la roue pour tourner à la même vitesse que la roue lorsque l'arbre entraîne la roue ou vice versa.