Brevet FR2987318A1 — 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 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 connaît 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. Il est connu également, notamment des documents EP1468169 et EP1907700, une technologie de type « floating-cup » (cylindres flottants) permettant d'obtenir des rendements mécanique et hydraulique supérieurs à ceux atteints par les technologies de pompes conventionnelles. 25 On se référera à ces documents pour la description détaillée de cette technologie. 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 3 0 US2005070390 ou W02005075233). 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 présentent des architectures simples sur le papier mais dont l'implantation dans le compartiment moteur et dans le soubassement arrière est difficile du fait de l'encombrement relativement important de ces architectures. 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 est logé un moteur hydraulique comprenant une glace de distribution, une plaque supportant des cylindres flottants, une plaque de maintien axial des cylindres flottants sur la plaque de support, disposés de part et d'autre d'un plateau fixe commun et des pistons fixes disposés entre le plateau et les cylindres flottants et coopérant avec eux ; ledit moteur hydraulique convertissant l'énergie provenant d'un fluide sous pression en énergie mécanique sous la forme d'un couple entrainant un différentiel, contenu dans le même carter, et dont les arbres de sorties sont couplés aux roues motrices du véhicule ; ledit différentiel comportant un boîtier contenant des pignons satellites coopérant avec des pignons planétaires solidaires des arbres de sortie du différentiel, couplés aux roues motrices du véhicule 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 fixes et cylindres flottants (floating-cup). 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 2 0 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 25 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 30 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 hydraulique selon l'invention. Sur les figures, les mêmes références numériques désignent les mêmes composants. Le module hydraulique compact 12 selon l'invention comprend un carter 16 dans lequel est logé un moteur hydraulique 11. Le module hydraulique comprend, également logé dans le même carter, un différentiel dont les arbres de sorties 18 sont couplés aux roues motrices du véhicule. Le différentiel comporte un boîtier 4 contenant des pignons satellites 1 coopérant avec des pignons planétaires 2, solidaires des arbres de sortie du différentiel, couplés aux roues motrices du véhicule (non représentées). Les extrémités libres de l'axe du porte satellite 14 sont solidairement liées au boîtier du différentiel. Les pignons satellites coopèrent avec les pignons planétaires pour distribuer le couple vers les arbres de sortie. Le différentiel est monté en rotation à l'intérieur du moteur hydraulique, et 2 0 l'axe de rotation XX' du moteur hydraulique est confondu avec l'axe de rotation du différentiel. Le boîtier du différentiel comporte deux demi-boîtiers présentant chacun un flasque. Les deux flasques sont fixés solidairement entre eux, notamment par 25 boulonnage (rivetage ou sertissage), et définissent le plateau commun à des premier et second sous-ensembles du moteur hydraulique, gauche respectivement droit, disposés de part et d'autre du plateau commun et centrés sur l'axe de rotation du différentiel. Il est disposé au centre du carter du module hydraulique ; le plateau 3 0 commun s'étendant suivant un plan perpendiculaire au plan par lequel passe l'axe de rotation du moteur hydraulique. Le plan de jonction 10 des deux flasques définit un plan de symétrie vertical du différentiel, du moteur hydraulique et par conséquent, du module hydraulique. Les composants des premier et second sous-ensembles du moteur hydraulique sont identiques et disposés symétriquement par rapport au plan de jonction des deux flasques. Chaque sous-ensemble du moteur hydraulique comporte une série de pistons gauche 6, respectivement droit 7, dont les premières extrémités sont fixées au plateau commun et dont les deuxièmes extrémités sont reçues à coulissement dans un ensemble de cylindres flottants supportés par une plaque support 17. La plaque support est plaquée contre une glace de distribution, elle-même 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 de jonction des deux flasques d'un angle déterminé non nul (de l'ordre de 15°à 22°). Les cylindres flottants comportent des chemises recevant à coulissement respectivement les deuxièmes extrémités des pistons. Le fond des chemises comporte un orifice assurant une communication avec la glace de distribution, au travers de la plaque support, pour le passage du fluide en mode aspiration (basse pression) ou en en mode refoulement (haute pression) du moteur hydraulique. Une plaque de maintien axial 3 des cylindres flottants est disposée sur la face ouverte des cylindres ; la plaque de maintien étant munie d'ouvertures venant en regard des ouvertures des chemises des cylindres. Chaque demi-boîtier du différentiel comporte une extension cylindrique centrée sur l'axe de rotation du moteur hydraulique qui s'étend suivant une direction opposée au flasque. Cette extension définit un arbre du moteur hydraulique comportant un logement interne recevant un des arbres de sortie 18 du différentiel solidaire du pignon planétaire. Chaque arbre du moteur hydraulique comporte un premier épaulement définissant une première portée cylindrique sur laquelle est monté un pallier 5, notamment un roulement à billes (à rouleaux conique ou butée combinée à un palier), permettant de supporter l'arbre du moteur hydraulique en rotation dans le carter du module hydraulique. Chaque demi-boîtier est conformé pour présenter une portée rotulaire, adjacente à la première, recevant un joint homocinétique à billes à centre fixe 15 du type à bille, à tripode ou autre, voire coulissant, supportant et entraînant en rotation la glace de distribution, la plaque support, les cylindres flottants et la plaque de maintien. Le module hydraulique est ainsi constitué d'un différentiel classique intégré à l'intérieur d'un moteur hydraulique à pistons fixes et cylindres flottants (floating-cup). Le moteur hydraulique 11 comporte deux sous-ensembles qui sont symétriques par rapport au plan de jonction 10. Chaque sous-ensemble (gauche et droit) comporte un ensemble de pistons fixes gauche 6 et droit 7, un ensemble de cylindres flottants gauche et droit 9, un plateau fixe 8 commun aux deux sous-ensembles droit et gauche du moteur et qui fait partie du boitier du différentiel 4. L'assemblage des deux demi-boîtiers du différentiel est réalisé par boulonnage ; la vis correspondant à la partie encastrée du piston. Un autre type 2 0 d'assemblage tel que le rivetage le frettage est possible. Le moteur hydraulique 11 transforme le débit / pression hydraulique des accumulateurs et/ou de la pompe, en couple mécanique. Le couple produit par le moteur 11 est appliqué au plateau fixe 8. L'effort de compression des pistons se décompose en une poussée axiale 25 et une poussée radiale sur le plan incliné de la plaque support et des glaces. Cet effort est transmis, à travers l'axe du porte satellite 14, aux pignons satellites 1 et par la suite, aux pignons planétaires 2 qui sont solidaires des roues (non représentées). A ce stade, on retrouve le fonctionnement d'un différentiel classique. 3 0 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 et les pignons satellites ne tournent pas. Dans un deuxième cas de figure, les deux arbres de sortie ne tournent pas à la même vitesse : les pignons satellites sont alors entraînés et transfèrent une rotation supplémentaire à l'arbre de roue qui tourne alors à une vitesse supérieure. Ainsi, la boîte de vitesses classique et la couronne du différentiel sont remplacées par un moteur hydraulique qui produit un couple à partir de la pression hydraulique stockée dans les accumulateurs ou fournis par une ou plusieurs pompes et l'applique directement au boîtier du différentiel. La présente invention est applicable quel que soit le nombre de pistons dans le moteur/pompe hydraulique et le nombre de satellites dans le différentiel. 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. Elle est applicable quel que soit le type de joint homocinétique utilisé. 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.25 REVENDICATIONS1. Module hydraulique compact (12) pour fournir une puissance motrice à un véhicule, comprenant un carter (16) dans lequel est logé un moteur hydraulique (11) comprenant une glace de distribution (13), une plaque (17) supportant des cylindres flottants (9), une plaque de maintien axial (3) des cylindres flottants sur la plaque de support, disposés de part et d'autre d'un plateau fixe commun (10) et des pistons fixes (6, 7) disposés entre le plateau et les cylindres flottants et coopérant avec eux ; ledit moteur hydraulique convertissant l'énergie provenant d'un fluide sous pression en énergie mécanique sous la forme d'un couple entrainant un différentiel, contenu dans le même carter, et dont les arbres de sorties (18) sont couplés aux roues motrices du véhicule ; ledit différentiel comportant un boîtier contenant des pignons satellites (1) coopérant avec des pignons planétaires (2) solidaires des arbres de sortie du différentiel, couplés aux roues motrices du véhicule 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 boîtier du différentiel comporte deux demi-boîtiers présentant chacun un flasque ; les deux flasques étant fixés solidairement entre eux et définissant le plateau commun à des premier et second sous-ensembles du moteur hydraulique, disposés de part et d'autre du plateau commun et centrés sur l'axe de rotation du différentiel ; chaque sous-ensemble du moteur hydraulique comportant une série de pistons dont les premières extrémités sont fixées au plateau commun et dont les deuxièmes extrémités sont reçue à coulissement dans les cylindres flottants ; la plaque support étant plaquée 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 les cylindres flottants comportent des chemises recevant les deuxièmesextrémités des pistons ; le fond des chemises communiquant avec la glace de distribution au travers de la plaque support pour le passage du fluide en mode aspiration ou en 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 ; le plateau commun s'étendant 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 demi-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 solidaire du pignon planétaire. 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 lequel est monté un pallier (5) permettant de supporter l'arbre du moteur hydraulique en 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 support et la glace de distribution, est inclinée par rapport au plan de jonction des deux flasques d'un angle déterminé non nul. 8. Module hydraulique selon la revendication précédente, caractérisé en chaque demi-boîtier est conformé pour présenter une portée rotulaire, adjacente 3 0 à la première, définissant une partie d'un joint homocinétique (15) supportant en rotation la glace de distribution, la plaque support, les cylindres flottants et la plaque de maintien. 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.