Brevet FR2971741A1 — publié le 20120824

CHAINE DE TRACTION D'UN VEHICULE HYBRIDE UTILISANT UNE ENERGIE HYDRAULIQUE La présente invention concerne une chaîne de traction pour un véhicule hybride utilisant une énergie hydraulique, un procédé de commande de cette chaîne de traction, ainsi qu'un véhicule hybride comportant une telle chaîne de traction. Certains types de véhicules hybrides comportent une chaîne de traction comprenant un moteur thermique qui entraîne une pompe hydraulique, afin de recharger des accumulateurs de pression hydraulique pour stocker cette énergie. Une machine hydraulique reliée à des roues motrices, peut fonctionner en moteur pour délivrer une puissance mécanique à ces roues motrices en prélevant de l'énergie stockée dans les accumulateurs de pression, ou en pompe pour charger ces accumulateurs en freinant le véhicule, de manière à récupérer l'énergie cinétique de ce véhicule. La machine hydraulique est généralement à cylindrée variable, pour ajuster les niveaux de couple et de puissance qui sont délivrés ou absorbés. Cette utilisation d'énergie hydraulique stockée permet d'optimiser le fonctionnement du moteur thermique, et de réduire sa consommation ainsi que les émissions de gaz polluants. Le stockage d'énergie hydraulique permet de plus de rouler en mode hydraulique avec zéro émission, appelé mode « ZEV », le moteur thermique restant à l'arrêt. Un type de chaîne de traction connu, présenté notamment par le document US-AI-2010/0151989, comporte dans une première version, un moteur thermique relié à un générateur électrique de recharge de batteries de stockage d'énergie électrique, qui alimentent une machine électrique de traction reliée aux roues motrices, une machine hydraulique connectée à des accumulateurs de pression assurant aussi en parallèle la traction du véhicule. Dans une deuxième version, le moteur thermique est relié à une pompe hydraulique de recharge d'accumulateurs de pression, qui alimentent une machine hydraulique de traction reliée aux roues motrices, une machine électrique connectée à des batteries, est reliée à la fois à la machine hydraulique et aux roues motrices, pour assurer aussi en parallèle la traction du véhicule. Un problème qui se pose avec ce type de véhicule hybride, pour les deux versions de chaîne de traction, est que l'on ne peut pas effectuer une recharge des accumulateurs de pression par une machine électrique, indépendamment du fonctionnement de la machine hydraulique de traction, et donc des conditions de roulage du véhicule. Les conditions spécifiques de fonctionnement au cours de cette recharge qui pourraient donner le meilleur rendement, résultent alors d'un compromis avec les conditions de roulage. La présente invention a notamment pour but d'éviter ces inconvénients de la technique antérieure, en proposant une chaîne de traction comprenant un stockage d'énergie électrique et hydraulique, qui permette d'optimiser les consommations ainsi que les recharges d'énergie dans les différents cas de fonctionnement du véhicule. Elle propose à cet effet une chaîne de traction d'un véhicule hybride, comportant un moteur thermique entraînant une pompe hydraulique connectée à des accumulateurs de pression, qui délivrent une pression hydraulique à une première machine hydraulique de traction entraînant des roues motrices du véhicule, et comportant une machine électrique connectée à des batteries, caractérisée en ce que cette machine électrique est liée en rotation à une deuxième machine hydraulique de charge qui est connectée aux accumulateurs de pression. Un avantage de cette chaîne de traction est que pendant le fonctionnement de la première machine hydraulique de traction prélevant un fluide dans les accumulateurs de pression pour réaliser l'entraînement du véhicule, on peut faire tourner la machine électrique pour entraîner la machine hydraulique de charge dans des conditions indépendantes et optimales, de manière à réaliser une recharge de ces accumulateurs avec le meilleur rendement. La chaîne de traction selon l'invention peut de plus comporter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, qui peuvent être combinées entre elles. Avantageusement, les accumulateurs de pression comportent des éléments haute pression et des éléments basse pression connectés aux bornes de chaque machine ou pompe hydraulique, pour soumettre ces machines à la différence de pression entre ces éléments. Avantageusement, le moteur électrique et la machine hydraulique de charge associée, comportent une puissance maximale correspondant à une partie de la puissance nominale du véhicule, suffisante pour les accélérations modérées ou les vitesses moyennes du véhicule qui sont habituellement demandées en cycle urbain. Avantageusement, les batteries comportent un dimensionnement permettant de contenir une quantité énergie correspondant à des parcours 15 urbains inférieurs à cent kilomètres. Avantageusement, le système hydraulique est dimensionné pour délivrer à lui seul la puissance nominale de traction du véhicule. L'invention a aussi pour objet un procédé de contrôle d'une chaîne de traction comportant l'une quelconque des caractéristiques précédentes, qui 20 dans le cas où les accumulateurs de pression contiennent une quantité d'énergie supérieure à un niveau minimum de charge, démarre le véhicule uniquement avec l'énergie hydraulique stockée. Le procédé de contrôle peut aussi dans le cas où les accumulateurs de pression contiennent une quantité d'énergie inférieure à un niveau 25 maximum de charge, délivrer un couple de traction uniquement à partir de l'énergie électrique stockée si la demande est inférieure à la puissance électrique disponible, et compléter avec une puissance hydraulique dans le cas où la demande est supérieure, et si les accumulateurs de pression comportent une réserve d'énergie. 30 Dans le cas où les accumulateurs de pression ne comportent pas de réserve d'énergie, le procédé peut compléter la puissance délivrée avec une puissance provenant du moteur thermique. Avantageusement, lors d'une recharge des batteries par un réseau d'alimentation extérieur, le procédé de contrôle recharge en même temps les accumulateurs de pression à partir de la machine électrique en prélevant de l'énergie sur le réseau. L'invention a de plus pour objet un véhicule hybride disposant d'une chaîne de traction comportant l'une quelconque des caractéristiques précédentes. L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques et avantages apparaîtront plus clairement à la lecture de la description ci-après donnée à titre d'exemple et de manière non limitative, en référence aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est un schéma d'un véhicule hybride selon l'invention, vu de dessus ; et - la figure 2 est un graphique présentant en fonction du temps, un exemple de répartition de la puissance de recharge ou de décharge des accumulateurs de pression ou des batteries, pour ce véhicule hybride. La figure 1 présente une chaîne de traction 1 d'un véhicule dont le côté avant comprend un moteur thermique 4 entraînant une pompe 6 qui fait partie d'une transmission hydrostatique 8, pour recharger des accumulateurs de pression de pression 10 à partir de ce moteur thermique. La transmission hydrostatique 8 comporte une machine hydraulique de traction 14 à cylindrée variable, qui prélève le fluide hydraulique sous pression stocké dans les accumulateurs de pression 10, pour dans un mode de fonctionnement en moteur, entraîner les roues avant motrices 12 du véhicule par des arbres de roues 2. La machine hydraulique de traction 14 de la transmission hydrostatique 8, peut aussi être entraînée par les roues motrices 12 pour recharger dans un mode de fonctionnement en générateur, les accumulateurs de pression 10 de manière à récupérer une énergie cinétique du véhicule en le freinant. Les accumulateurs de pression 10 peuvent comporter un seul élément de stockage, ou une série d'éléments reliés ensemble pour stocker une plus grande quantité d'énergie. Avantageusement, les accumulateurs de pression 10 comportent des éléments haute pression et des éléments basse pression connectés aux bornes de chaque machine ou pompe hydraulique, pour former un réseau haute et un réseau basse pression de manière à obtenir un flux de fluide allant de l'un à l'autre lorsqu'il traverse ces machines. Cette disposition permet de récupérer dans l'accumulateur basse pression, une partie de l'énergie délivrée lors d'une décharge de l'accumulateur haute pression. La chaîne de traction 1 comporte de plus une machine électrique 20 connectée à des batteries 22, qui est liée en rotation à une deuxième machine hydraulique de charge 24 connectée aux accumulateurs de pression 10. La machine hydraulique de charge 24 peut comporter une cylindrée variable. La machine électrique 20 peut fonctionner en moteur, en prélevant une puissance électrique dans les batteries 22 pour entraîner la machine hydraulique de charge 24 travaillant en pompe, qui génère alors une pression de recharge des accumulateurs de pression 10. A l'inverse la machine électrique 20 peut fonctionner en générateur électrique, en prélevant une puissance hydraulique dans les accumulateurs de pression 10 qui font tourner la machine hydraulique de charge 24 travaillant en moteur, pour entraîner cette machine électrique qui génère alors un courant de recharge des batteries 22. Le dimensionnement des composants de la chaîne de traction 1 est réalisé de manière à optimiser le fonctionnement du moteur électrique 20 et de la machine hydraulique de charge 24 associée, pour délivrer des puissances faibles ou moyennes inférieures à un seuil P1, correspondant à une partie de la puissance nominale du véhicule, suffisante pour les accélérations modérées ou les vitesses moyennes du véhicule qui sont demandées habituellement en cycle urbain. En particulier, la vitesse de rotation du moteur électrique 20 et de la machine hydraulique de charge 24, ainsi que la cylindrée de cette machine hydraulique sont optimisées pour ces gammes de puissance faibles ou moyennes inférieures au seuil P1. De cette manière ont obtient des machines et des installations de commande comportant une masse, des dimensions et un coût modéré. Le dimensionnement des accumulateurs de pression 10 et de la machine hydraulique de traction 14, est réalisé aussi de manière à pouvoir délivrer à eux seul la puissance nominale de traction du véhicule, correspondant en particulier à des fortes accélérations. La chaîne de traction 1 est pilotée par un calculateur de gestion, qui en fonction de la demande du conducteur et des conditions de roulage, règle les paramètres des différents composants de cette chaîne, en particulier le couple et la vitesse délivrés par le moteur thermique 4 et par la machine électrique 20, et les cylindrées variables des machines hydrauliques 14, 24. Pour le démarrage du véhicule et si les accumulateurs de pression 10 sont suffisamment chargés au dessus d'un seuil minimum, on utilise d'abord l'énergie contenue dans ces accumulateurs pour alimenter en pression la machine hydraulique de traction 14. Un exemple de fonctionnement de la chaîne de traction 1 est présenté figure 1, montrant au cours d'un roulage urbain en mode zéro émission effectué pendant le temps t, avec des accumulateurs de pression 10 chargés en dessous d'un seuil maximum de pression, le niveau de puissance de traction P qui est positif dans le cas d'une traction du véhicule, ou négatif dans le cas d'un freinage de ce véhicule, la chaîne de traction absorbant alors cette puissance. Pour le roulage urbain comprenant des vitesses limitées et des accélérations modérées nécessitant une puissance de traction faible ou moyenne inférieure au seuil P1, les batteries 22 alimentent la machine électrique 20 qui produit par la machine hydraulique de charge 24, un complément de puissance hydraulique délivrée aux accumulateurs de pression 10 puis à la machine hydraulique de traction 14. La puissance limitée délivrée par la machine électrique 20 est suffisante pour cette demande. On a alors avec ce niveau de puissance faible ou moyen inférieur au seuil P1, une optimisation du rendement, le moteur électrique 20 et la machine hydraulique de charge 24 ayant étés en particulier dimensionnés spécialement pour cet usage. Dans le cas où une forte puissance ponctuelle supérieure au seuil P1 est nécessaire, par exemple si le conducteur demande une forte accélération qui normalement ne se prolonge pas en cycle urbain, et si les accumulateurs de pression 10 sont suffisamment chargés, la chaîne de traction 1 utilise alors l'énergie hydraulique contenue dans ces accumulateurs qui peuvent délivrer une forte puissance instantanée, pour fournir le surcroît de puissance 30 nécessaire au dessus de ce seuil de puissance P1, indiqué par des hachures sur la figure 2. Dans le cas où une forte puissance ponctuelle supérieure au seuil P1 est demandée, et si les accumulateurs de pression 10 sont insuffisamment chargés, alors la chaîne de traction 1 démarre le moteur thermique 4 pour délivrer tout ou partie du surcroît de puissance 30 au dessus de ce seuil P1. Avantageusement, les batteries 10 sont dimensionnées pour contenir une quantité d'énergie correspondant à des parcours urbains de longueur limitée de quelques dizaines de kilomètres, notamment inférieure à cent kilomètres, ce qui permet de prévoir des batteries comportant une masse réduite pour diminuer les pertes générées par la masse du véhicule, et limiter leur volume et leur coût. Au cours d'un freinage du véhicule, l'énergie hydraulique récupérée par la machine hydraulique de traction 14 travaillant en pompe, est utilisée prioritairement pour remplir les accumulateurs de pression 10, et ensuite pour recharger les batteries 22 en entraînant la machine électrique 20 par la machine hydraulique de charge 24, à partir de la pression hydraulique. On notera que la charge des accumulateurs de pression 10 peut généralement absorber une forte puissance adaptée aux freinages importants du véhicule, alors que la charge des batteries 22 est limitée à une puissance plus faible, surtout dans ce cas où on a dimensionné le système électrique pour des puissances modérées. Pour un roulage à grande vitesse, le moteur thermique 4 est démarré, il fournit alors l'essentiel de la puissance nécessaire pour la traction du véhicule. Au cours des différents cycles d'utilisation, dans le cas où les accumulateurs de pression 10 et les batteries 22 sont complètement déchargés, alors la chaîne de traction 1 démarre le moteur thermique 4 pour délivrer par la transmission hydrostatique 8 la puissance nécessaire, et prolonger fortement l'autonomie du véhicule qui peut être similaire à celle d'un véhicule conventionnel comprenant seulement un moteur thermique. Lors d'un arrêt prolongé du véhicule, le conducteur recharge les batteries 22 par une prise branchée sur un réseau d'alimentation extérieur. Lors de cette recharge électrique, avantageusement la chaîne de traction 1 profite de la source d'énergie extérieure pour charger en même temps les accumulateurs de pression 10, en prélevant de l'énergie sur le réseau pour faire tourner la machine électrique 20 et la machine hydraulique de charge 24. On réalise ainsi un véhicule comportant différentes sources d'énergies adaptées chacune particulièrement à certains cas d'utilisation, de manière à les dimensionner au plus juste pour ces cas. On dispose notamment d'une énergie électrique stockée dans les batteries 22 permettant des parcours urbains limités en mode zéro émission et nécessitant une puissance moyenne, qui constituent la majorité des parcours dans le cas d'un véhicule urbain. On dispose aussi d'une réserve de puissance élevée comprenant une quantité d'énergie limitée toujours en mode zéro émission, avec la pression hydraulique stockée. Et on dispose enfin d'une puissance élevée comprenant une forte réserve d'énergie pour une grande autonomie, avec le moteur thermique. REVENDICATIONS1 - Chaîne de traction d'un véhicule hybride, comportant un moteur thermique (4) entraînant une pompe hydraulique (6) connectée à des accumulateurs de pression (10), qui délivrent une pression hydraulique à une première machine hydraulique de traction (14) entraînant des roues motrices (12) du véhicule, et comportant une machine électrique (20) connectée à des batteries (22), caractérisée en ce que cette machine électrique (20) est liée en rotation à une deuxième machine hydraulique de charge (24) qui est connectée aux accumulateurs de pression (10). 2 - Chaîne de traction selon la revendication 1, caractérisée en ce que les accumulateurs de pression (10) comportent des éléments haute pression et des éléments basse pression connectés aux bornes de chaque machine (14, 24) ou pompe (6) hydraulique, pour soumettre ces machines à la différence de pression entre ces éléments. 3 - Chaîne de traction selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que le moteur électrique (20) et la machine hydraulique de charge (24) associée, comportent une puissance maximale correspondant à une partie de la puissance nominale du véhicule, suffisante pour les accélérations modérées ou les vitesses moyennes du véhicule qui sont habituellement demandées en cycle urbain. 4 - Chaîne de traction selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que les batteries (22) comportent un dimensionnement permettant de contenir une quantité énergie correspondant à des parcours urbains inférieurs à cent kilomètres. 5 - Chaîne de traction selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le système hydraulique est dimensionné pour délivrer à lui seul la puissance nominale de traction du véhicule. 6 - Procédé de contrôle d'une chaîne de traction selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que dans le cas où les accumulateurs de pression (10) contiennent une quantité d'énergiesupérieure à un niveau minimum de charge, il démarre le véhicule uniquement avec l'énergie hydraulique stockée. 7 - Procédé de contrôle d'une chaîne de traction selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que dans le cas où les accumulateurs de pression (10) contiennent une quantité d'énergie inférieure à un niveau maximum de charge, il délivre un couple de traction uniquement à partir de l'énergie électrique stockée si la demande est inférieure à la puissance électrique disponible (P1), et complète avec une puissance hydraulique (30) dans le cas où la demande est supérieure, et si les accumulateurs de pression (10) comportent une réserve d'énergie. 8 - Procédé de contrôle selon la revendication 7, caractérisé en ce que dans le cas où les accumulateurs de pression (10) ne comportent pas de réserve d'énergie, il complète la puissance délivrée avec une puissance provenant du moteur thermique (4). 9 - Procédé de contrôle d'une chaîne de traction selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que lors d'une recharge des batteries (22) par un réseau d'alimentation extérieur, il recharge en même temps les accumulateurs de pression (10) en prélevant de l'énergie sur le réseau. 10 - Véhicule hybride disposant d'une chaîne de traction de ce véhicule, caractérisé en ce que cette chaîne de traction est réalisée selon l'une quelconque des revendications 1 à 5.