Brevet FR2987317A1 — publié le 20130830

MODULE HYDRAULIQUE COMPACT POUR VEHICULE HYBRIDE HYDRAULIQUE La présente invention concerne les véhicules hybrides hydrauliques et se rapporte plus particulièrement à un module hydraulique comportant un ou plusieurs moteurs hydrauliques, couplés au différentiel du véhicule pour fournir une puissance motrice aux roues du véhicule. Un véhicule hybride hydraulique se différencie d'un véhicule hybride électrique par sa source de puissance hydraulique en lieu et place d'une source de puissance d'origine électrique. Dans un véhicule hybride hydraulique, la boîte de vitesses classique est remplacée ou complétée par un circuit hydraulique fermé. Une source d'énergie rotative (souvent un moteur thermique voire électrique) entraîne une ou plusieurs pompes hydrauliques volumétriques, de préférence à cylindrée variable, de haute précision. La pompe hydraulique transforme l'énergie mécanique en énergie hydraulique. Cette énergie est stockée dans un ou des accumulateurs haute pression et elle est ensuite restituée dans le/les moteurs hydrauliques pour propulser le véhicule. Ainsi, les moteurs hydrauliques transforment l'énergie hydraulique en énergie mécanique. On connaît plusieurs types d'architecture pour des transmissions hybrides hydrauliques : - une architecture dite « série », - une architecture dite « parallèle » ou - une architecture dite à « dérivation » (dérivation de puissance mettant en oeuvre un ou plusieurs trains épicycloïdaux). Avec une transmission de type « parallèle », le système hydraulique vient en général se greffer sur la transmission classique du véhicule, ayant comme rôle d'optimiser le système initial. Une transmission de type « série », remplace complètement l'architecture de la transmission classique : elle comporte une liaison hydraulique entre le moteur thermique et la roue. La transmission de type « dérivation » est une architecture mixte permettant d'obtenir une transmission série ou parallèle. On connait également différents types des pompes ou moteurs hydrauliques couplés à ces différentes architectures de transmission hydrauliques. La pompe (ou le moteur, en fonction du sens de rotation et de son utilisation) hydraulique, utilisée pour de telles transmissions, est souvent une pompe volumétrique à pistons, notamment des pompes à pistons axiaux en ligne avec un barillet tournant. L'autre famille de pompe volumétrique utilisée aussi, est celle des pompes à piston radiaux. Dans une pompe volumétrique, le fluide est isolé dans une chambre à volume variable pour être transféré de la zone d'aspiration (basse pression) vers la zone de refoulement (haute pression). Ce type de pompe est dit volumétrique car elle véhicule un volume de fluide à chaque tour de fonctionnement : ce volume par tour de fonctionnement est appelé cylindrée. Généralement, pour les pressions hydrauliques élevées (supérieure à 300 bars), on utilise des pompes à pistons axiaux de type à patins ou à rotules pour 2 0 les axes brisés ou des pompes à piston radiaux sur galet. Dans le cadre d'une transmission hydraulique, l'entraînement d'un différentiel avec un moteur hydraulique nécessite l'encombrement d'un différentiel et d'un ou deux moteurs hydrauliques (voir notamment les documents US2005070390 ou W02005075233). 25 On greffe ces composants hydrauliques sur le boîtier des différentiels avant (pour les tractions avant), arrière pour les propulsions et avant et/ou arrière et/ou central pour les véhicules tout terrain (4x4). Ces solutions sont technologiquement pratiques mais prennent beaucoup de place dans le compartiment moteur et dans le soubassement arrière et rendent l'implantation 3 0 difficile. Un but de la présente invention est de proposer un module hydraulique compact avec une architecture simple, facile à implanter dans un véhicule tout en conservant au maximum l'architecture organique du véhicule que l'on veut hybrider hydrauliquement. A cet effet, l'invention a pour objet un module hydraulique compact pour fournir une puissance motrice à un véhicule, comprenant un carter dans lequel sont logés un premier et un second moteur hydraulique, montés en opposition, un des deux moteurs étant supporté en rotation par l'autre, chaque moteur comprenant une glace de distribution, un barillet, un plateau et des pistons axiaux sur rotules disposés entre le plateau et le barillet et coopérant avec eux ; lesdits moteurs hydrauliques convertissant l'énergie provenant d'un fluide sous pression, en énergie mécanique sous la forme d'un couple entraînant un différentiel, contenu dans le même carter et dont les arbres de sortie sont couplés aux roues motrices du véhicule ; ledit différentiel comportant un organe de couplage axial apte à accoupler les deux moteurs hydrauliques et configurés pour distribuer le couple vers les arbres de sortie, dans lequel le différentiel est monté en rotation à l'intérieur du moteur hydraulique, et l'axe de rotation du moteur hydraulique est confondu avec l'axe de rotation du différentiel. L'intérêt principal de cette invention est le gain de place acquis grâce à l'intégration du différentiel à l'intérieur d'un moteur hydraulique avec le principe des pistons axiaux sur rotules. Le volume sous le capot et/ou sous le plancher du véhicule, est équivalent au volume d'un ou de deux moteurs hydrauliques pour un véhicule hybride hydraulique. Le boîtier du différentiel sert de corps de pompe du moteur hydraulique. Ce qui permet de gagner un volume sous le capot équivalent au volume du différentiel, tout en conservant le même différentiel classique. Pour l'hybridation hydraulique série, cette intégration supprime le couple pignon/ couronne de différentiel. Un module unique servira de différentiel et de pompe hydraulique. Ce qui permettra de gagner de la place sous le capot et aussi de simplifier l'architecture de l'hybride hydraulique. On utilise les mêmes roulements de paliers de différentiel et d'arbre de support de moteur hydraulique. La lubrification du différentiel est effectuée par l'huile du moteur hydraulique. (Différentiel de type étanche). L'implantation des composants du mode hydraulique est totalement symétrique. Le sous-ensemble de droite est identique à celui de gauche. En inversant le sens des plateaux, pour des moteurs à cylindrée variable, on peut avantageusement utiliser le module hydraulique pour faire de la récupération d'énergie au freinage ou un roulage en marche arrière. Ces fonctions peuvent également être obtenues en inversant et en contrôlant hydrauliquement les sortie basse pression et haute pression. Les moteurs hydrauliques deviennent alors des pompes qui rechargent l'accumulateur haute pression. Le fait d'intégrer le moteur hydraulique et le différentiel dans un même carter d'un module hydraulique permet de conserver au maximum l'architecture organique du véhicule que l'on veut hybrider hydrauliquement. Ainsi, il n'y aura pas de modification au niveau des portes moyeux des roues, modification souvent nécessaire pour l'intégration du moteur hydraulique et de son réducteur. Un réducteur est indispensable quand on veut réduire les dimensions du moteur et donc, pour la même puissance à passer, on doit augmenter son régime qui devient alors incompatible avec celui des roues du véhicule. Ce type de montage est néfaste pour le confort de la suspension, car on augmente les masses non-suspendues (poids moteur et réducteur ajouté à celui de la roue). L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages ressortiront à la lecture de la description qui suit, donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif et faite en référence aux dessins sur lesquels : - la figure 1 illustre le schéma fonctionnel, en coupe longitudinale, du module hydraulique selon l'invention ; et - la figure 2 illustre le dessin en coupe longitudinale du module 3 0 hydraulique selon l'invention. Sur les figures, les mêmes références numériques désignent les mêmes composants. Le module hydraulique 11 selon l'invention comprend un carter 16 dans lequel sont logés un premier et un second moteur hydraulique 14 et 15, respectivement gauche et droit, montés en opposition. L'un 15 des deux moteurs est supporté librement en rotation par l'autre 14 via des paliers à aiguilles (ou rouleaux) 2. Les moteurs hydrauliques gauche et droit convertissent l'énergie provenant d'un fluide sous pression, en énergie mécanique sous la forme d'un couple entraînant un différentiel, contenu dans le même carter et dont les arbres de sortie 3 sont couplés aux roues motrices du véhicule (non représentées). Le différentiel comporte deux boîtiers 4, montés en opposition, présentant chacun un flasque ; chaque flasque définissant le plateau de chacun des premier et second moteurs hydrauliques, centrés sur l'axe XX' de rotation du différentiel. Il est disposé au centre du carter du module hydraulique ; les plateaux s'étendant parallèlement entre eux, suivant un plan perpendiculaire au plan par lequel passe l'axe de rotation du moteur hydraulique. Le différentiel est monté en rotation à l'intérieur du moteur hydraulique, et l'axe de rotation XX' du moteur hydraulique est confondu avec l'axe de rotation du différentiel. Le différentiel comporte un organe de couplage axial 1, notamment une butée à rouleaux (à billes ou à aiguilles), disposée entre, et en contact avec, les faces des flasques qui sont en regard l'une de l'autre. La butée axiale est apte à coopérer avec les deux moteurs hydrauliques gauche et droit, de manière à distribuer le couple vers les arbres de sortie couplés aux roues. Les faces des deux flasques, en regard l'une de l'autre, définissent respectivement un plan de roulement pour les rouleaux de la butée axiale. Les rouleaux peuvent être remplacés par des billes ou des aiguilles. Chaque moteur, gauche et droit, comprend une glace de distribution 12, un barillet 8, un plateau 9 et des pistons axiaux sur rotules 6, 7 disposés entre le plateau et le barillet et coopérant avec eux. Les premières extrémités des pistons sont couplées au plateau par une liaison rotule et les deuxièmes extrémités sont reçues à coulissement dans les cylindres (ou chemises) du barillet ; le barillet étant plaqué contre la glace de distribution en appui sur la paroi interne du carter du module hydraulique. La paroi sur laquelle sont plaqués le barillet et la glace de distribution, est inclinée par rapport au plan des plateaux d'un angle déterminé non nul (de l'ordre de 15° à 22°). Les barillets comportent un nombre déterminé de chemises recevant respectivement les deuxièmes extrémités des pistons ; le fond des chemises communiquant avec la glace de distribution pour le passage du fluide en mode aspiration ou en en mode refoulement du moteur hydraulique. Chaque boîtier du différentiel comporte une extension cylindrique centrée sur l'axe de rotation du moteur hydraulique, s'étendant suivant une direction opposée au flasque ; ladite extension définissant un arbre du moteur hydraulique comportant un logement interne recevant un des arbres de sortie du différentiel ; l'arbre de sortie étant couplé en rotation avec l'arbre du moteur hydraulique. Chaque arbre du moteur hydraulique comporte un premier épaulement définissant une première portée cylindrique sur laquelle est monté un pallier 5 permettant de supporter l'arbre du moteur hydraulique à rotation dans le carter du module hydraulique. Chaque arbre du moteur hydraulique comporte un deuxième épaulement définissant une seconde portée cylindrique, adjacente à la première, sur laquelle est monté un joint homocinétique à billes à centre fixe 13 supportant en rotation le barillet et la glace de distribution. On retrouve le fonctionnement d'un différentiel classique, mettant en oeuvre une transmission de couple libre entre les deux arbres de roue d'un 25 même essieu. Deux cas de figures peuvent se présenter : Dans un premier cas de figure, les deux arbres de sortie, reliés respectivement aux roues, tournent à la même vitesse : l'effort de rotation est donc réparti équitablement sur chacune des roues. 3 0 Dans un deuxième cas de figure, les deux arbres de sortie ne tournent pas à la même vitesse (cas du virage) : il y alors une rotation différentielle entre les deux moteurs hydrauliques. Ainsi, la boîte de vitesses classique et la couronne du différentiel et ses composants internes sont remplacées par deux moteurs hydrauliques qui produisent un couple à partir de la pression hydraulique stockée dans les accumulateurs, ou fournis par une pompe, et l'applique directement aux arbres de roue d'un même essieu. La présente invention est applicable quel que soit le nombre de pistons dans le moteur/pompe hydraulique, le nombre de satellites dans le différentiel et le type de joint homocinétique. Elle peut s'appliquer également à d'autres technologies de pompes comme les pompes à pistons radiaux. Elle est applicable pour des différentiels avant et/ou les différentiels arrière pour des véhicules à deux roues motrices et les différentiels centraux pour des véhicules à quatre roues motrices. Dans une variante, le module hydraulique selon l'invention peut comporter un différentiel avec une couronne au cas où on veut ajouter à la transmission hydrostatique une boîte de vitesses classique avec un ou plusieurs rapports. Dans ce cas, la boîte de vitesses classique transmet le couple au différentiel par la couronne du différentiel et le moteur hydraulique transmet le couple au différentiel par le boîtier du différentiel. Elle est aussi valable quel que soit le type de pilotage (en pression et/ou en débit) des moteurs hydrauliques. Le pilotage, en débit et en pression des deux moteurs hydrauliques, de façon séparée permet de bénéficier des configurations différentielles suivantes : - différentiel libre (comme la plupart des différentiels mécaniques) ; - différentiel à glissement limité avec un taux de blocage variable et pilotable ; - différentiel bloqué (type pont bloqué sur véhicule 4x4) ; - fonction ASR pour amélioration de la motricité ; - fonction ESP pour les véhicules 4x4.30 REVENDICATIONS1. Module hydraulique compact (11) pour fournir une puissance motrice à un véhicule, comprenant un carter (16) dans lequel sont logés un premier (14) et un second (15) moteur hydraulique, montés en opposition, un des deux moteurs étant supporté en rotation par l'autre, chaque moteur comprenant une glace de distribution (12), un barillet (8), un plateau (9) et des pistons axiaux sur rotules (6, 7) disposés entre le plateau et le barillet et coopérant avec eux ; lesdits moteurs hydrauliques convertissant l'énergie provenant d'un fluide sous pression, en énergie mécanique sous la forme d'un couple entraînant un différentiel, contenu dans le même carter et dont les arbres de sortie (3) sont couplés aux roues motrices du véhicule ; ledit différentiel comportant un organe de couplage axial (1) apte à accoupler les deux moteurs hydrauliques et configurés pour distribuer le couple vers les arbres de sortie, dans lequel le différentiel est monté en rotation à l'intérieur du moteur hydraulique, et l'axe de rotation (XX') du moteur hydraulique est confondu avec l'axe de rotation du différentiel. 2. Module hydraulique selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le différentiel comporte deux boîtiers (4), montés en opposition, présentant chacun un flasque ; chaque flasque définissant le plateau de chacun des premier et second moteurs hydrauliques, centrés sur l'axe de rotation du différentiel ; les deux moteurs hydrauliques étant couplés axialement entre eux par une butée axiale (1) centrée sur l'axe de rotation du différentiel, disposée entre les deux plateaux ; chaque moteur comportant une série de pistons dont les premières extrémités sont couplées au plateau par une liaison rotule et les deuxièmes extrémités sont reçues à coulissement dans le barillet ; le barillet étant plaqué contre la glace de distribution en appui sur la paroi interne du carter du module hydraulique. 3. Module hydraulique selon la revendication précédente, caractérisé en ce que chaque barillet comporte des chemises recevant respectivement lesdeuxièmes extrémités des pistons ; le fond des chemises communiquant avec la glace de distribution pour le passage du fluide en mode aspiration ou en mode refoulement du moteur hydraulique. 4. Module hydraulique selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le différentiel est disposé au centre du carter du module hydraulique ; les plateaux s'étendant parallèlement entre eux, suivant un plan perpendiculaire au plan par lequel passent l'axe de rotation du moteur hydraulique. 5. Module hydraulique selon la revendication précédente, caractérisé en ce que chaque boîtier du différentiel comporte une extension cylindrique centrée sur l'axe de rotation du moteur hydraulique, s'étendant suivant une direction opposée au flasque ; ladite extension définissant un arbre du moteur hydraulique comportant un logement interne recevant un des arbres de sortie du différentiel ; l'arbre de sortie étant couplé en rotation avec l'arbre du moteur hydraulique. 6. Module hydraulique selon la revendication précédente, caractérisé en ce que chaque arbre du moteur hydraulique comporte un premier épaulement définissant une première portée cylindrique sur laquelle est monté un pallier (5) permettant de supporter l'arbre du moteur hydraulique à rotation dans le carter du module hydraulique. 7. Module hydraulique selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la paroi sur laquelle sont plaqués le barillet et la glace de distribution, est inclinée par rapport au plan des plateaux d'un angle déterminé non nul. 8. Module hydraulique selon la revendication précédente, caractérisé en ce que chaque arbre du moteur hydraulique comporte un deuxième épaulement définissant une seconde portée cylindrique, adjacente à la première, en ce qu'un 3 0 joint homocinétique (13) est monté sur la deuxième portée cylindrique supportant en rotation le barillet et la glace de distribution. 9. Véhicule hybride hydraulique comportant un module hydraulique compact selon l'une des revendications précédentes. 10. Véhicule hybride hydraulique selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le véhicule est un véhicule hybride série.