Brevet FR2678696A1 — publié le 19930108

Boîte de vitesses à variation continue entre deux rapports discrets. La présente invention concerne une boîte de vitesses comprenant un rapport court et un rapport long fixes pour assurer la transmission mécanique entre un moteur d'entraînement et les roues motrices d'un véhicule. Plus particulièrement, l'invention vise à améliorer les performances de véhicules équipés d'un moteur à traction électrique. En effet, les véhicules électriques actuellement connus sur le marché sont soit monovitesses, c'est-à-dire avec un seul rapport de transmission mécanique entre le moteur électrique et les roues motrices du véhicule, soit multivitesses. Les véhicules électriques monovitesses présentent des performances limitées notamment en démarrage en côte, en accélération, et en vitesse de pointe. Les véhicules électriques multivitesses présentent l'avantage théorique de pouvoir utiliser la chaîne de propulsion dans sa plage de meilleur rendement. Cependant ils sont difficiles à conduire car la réponse du moteur électrique à une consigne d'accélération ou de décélération est très différente de celle d'un moteur thermique. Et à moins d'une formation (hors de portée des particuliers), la consommation en accélération et la récupération d'énergie au freinage sont très dégradées, surtout avec une boîte pour voiture thermique où le nombre de rapports est surabondant. Pour un véhicule électrique, le nombre de vitesses idéal est deux. On connaît par les brevets français 73 26 083 et 75 18 850, des systèmes de transmission à variation continue pour équiper des véhicules électriques. Dans ces systèmes connus, un variateur de vitesses à courroie commandé par la pédale d'accélérateur et/ou la pédale de freins afin d'assurer un réglage progressif de l'allure du véhicule en supprimant la nécessité de changement de vitesses, mais ces systèmes ont un assez mauvais rendement. L'objet de la présente invention est de pallier les inconvénients précités des véhicules électriques classiques en proposant une boîte de vitesses simple avec un excellent rendement en transmission. La boîte de vitesses selon l'invention comprend deux rapports de vitesse discrets à grand taux de couverture comparables à une première et une troisième d'une boîte de vitesses équipant un véhicule automobile classique. Lesdits rapports discrets, appelés respectivement rapport court et rapport long, assurent la transmission sauf lors des changements des rapports. Selon l'invention, la boîte de vitesses comprend en outre un variateur permettant d'effectuer un passage progressif et sans perte par frottement de la démultiplication courte à la longue, ou inversement, desdits rapports tout en continuant à assurer la transmission du couple moteur ou frein. Le variateur de l'invention comprend deux poulies reliées l'une à l'autre par un feuillard sous forme de bande qui s'enroule sur la poulie motrice en se déroulant de la poulie réceptrice, lesdites poulies étant tantôt motrices tantôt réceptrices selon les modes de fonctionnement du variateur. Compte tenu du fait que la vitesse des roues du véhicule varie peu pendant le changement de vitesses, c'est la poulie motrice, accouplée directement ou indirectement au moteur électrique qui verra sa vitesse varier fortement en fonction du temps: en diminution si elle reçoit un couple moteur: c'est une montée de vitesses; en augmentation si c'est la poulie reliée aux roues qui est motrice: c'est un rétrogradage frein. L'ensemble de la boîte est agencé pour respecter les impératifs suivants: la bande du variateur ne peut travailler qu'en étant tendue, . chaque extrémité de la bande est fixée à sa poulie, . toute utilisation du variateur ne peut s'effectuer qu'en sens inverse de l'utilisation précédente. Après mise en rotation du variateur, les repères respectifs des engrenages et des poulies font que les arbres à accoupler sont amenés en synchronisme aussi bien au début qu'à la fin de la variation, ce qui assure une grande douceur de manoeuvre. Lorsque la vitesse de rotation correspond à celle du rapport discret désiré, un dispositif approprié permet le-désaccouplement des poulies et l'enclenchement de ce rapport. Le processus inverse permet de revenir au rapport initial. L'invention sera mieux comprise à l'étude de la description détaillée d'un exemple de réalisation de l'invention à titre nullement limitatif et illustré par les dessins 1 à 3 annexés représentant des schémas synoptiques des fonctionnements de la boîte de vitesses de l'invention. Comme illustré sur le schéma, la boîte de vitesses comprend un rapport court ou une chaîne cinématique "courte" la, un rapport long ou une chaîne cinématique "longue" lb, un variateur 2 avec une première poulie 3 une seconde poulie 4 et une bande 5 enroulée sur et reliant les poulies 3, 4 entre elles. Un moteur d'entraînement 6 est pourvu d'un arbre de transmission 7a, 7b transmettant le couple d'entrnînement.-Les chaînes cinématiques courte la et longue lb présentent chacune des engrenages et un arbre d'entrée 8a, 8b, deux arbres intermédiaires 9a, 10a et 9b, 10b, et un arbre de sortie I la, I lb pouvant transmettre le couple mécanique à un pignon de différentiel 12a, 12b. Chaque sortie du différentiel (unique, et non représentée) est couplée classiquement à l'un des deux arbres de roue correspondants. Les deux poulies 3, 4 du variateur 2 comportent chacune un arbre 3a, 3b et 4a, 4b pouvant être relié aux arbres intermédiaires 10a, 9a de la chaîne courte la et 10b, 9b de la chaîne longue lb respectivement. La bande 5 du variateur 2 comporte deux marquages de référence représentant respectivement le début de bande et la fin de bande. Un capteur est associé au variateur 2 pour détecter le passage des marquages sur la bande 5 permettant de déclencher un moyen de commande d'accouplement. Dans le cas d'une montée de vitesses sous le couple moteur, l'état initial de la boîte de vitesses est sur le rapport court, c'est-à-dire le pignon différentiel 12a est relié mécaniquement à l'arbre de transmission 7a du moteur 6 via la chaîne courte la. Le variateur 2 est dans la configuration "début de bande", ce qui signifie qu'au cours de la précédente manoeuvre qui était forcément un rétrogradage, le variateur a par inertie dépassé la position correspondant à la synchronisation. Le régime de passage des rapports du moteur 6 est atteint en accélérant le véhicule. La chaîne longue lb est amenée à sa vitesse de synchronisation par accouplement avec le pignon de différentiel 12b. Le variateur 2 est ensuite accouplé via l'arbre 3a de la poulie 3 et l'arbre intermédiaire 10a à la chaîne courte la et rattrape la position correspondante à la synchronisation. Le marquage de début de bande (non représenté) du variateur 2 passe devant un capteur, non représenté, qui permet de relier le variateur 2 à la chaîne longue lb via les arbres 4b et 9b. Les deux pignons de différentiel 12a et 12b sont alors simultanément entraînés pendant un très court instant. Le variateur 2 dans sa configuration début de bande corrige le rapport long lb pour l'amener à la même démultiplication que le rapport court la de façon à éviter le blocage du système. Le régime moteur commence à baisser, la démultiplication diminuant. Le véhicule continue néanmoins à accélérer sous le couple moteur qui est déjà transmis et même davantage puisque l'énergie cinétique perdue par le moteur 6 est récupérée par le véhicule. Le pignon de différentiel 12a est désaccouplé de la chaîne courte la. La figure 2 montre schématiquement l'état cinématique de l'ensemble pendant cette phase. Le trait fort fléché entre le moteur 6 et le pignon de différentiel 12b représente l'entraînement de ce dernier par le moteur via la chaîne courte la, le variateur 2 et la chaîne longue lb. La flèche 13 représente le sens de déroulement de la bande 5. La flèche 14 représente la position d'attente de la chaîne longue lb pour être accouplée à l'arbre d'entraînement 7b du moteur 6. Lorsque le marquage de fin de bande du variateur 2 passe devant le capteur non représenté, le rapport long lb est enclenché, c'est-à-dire le couplage de l'arbre d'entrée 8b et de l'arbre de transmission 7b est réalisé. Les deux accouplements rapport long et rapport court entraînent leurs chaînes respectives la, lb pendant un très court instant. Le variateur 2 dans sa configuration fin de bande corrige le rapport court la pour l'amener à la même démultiplication que le rapport long lb pour éviter un blocage du système. A l'état final, la boîte de vitesses est sur le rapport long, c'est-àdire le moteur 6 entraîne le pignon différentiel 12b via la chaîne longue lb, tous les autres arbres étant désaccouplés. En cas de rétrogradage de vitesse sous le couple frein, l'état initial de la boîte de vitesses est sur le rapport long lb. Le variateur 2 est dans la configuration fin de bande. La manoeuvre est symétrique à celle de montée précédemment décrite avec le sens de rotation du variateur 2 inversé. Le régime de passage du moteur étant atteint avec le ralentissement du véhicule, la chaîne courte la est amenée à sa vitesse de synchronisation par accouplement avec le pignon de différentiel 12a. Le variateur 2 est accouplé via les arbres 4a et 9a à la chaîne courte et rattrape la position correspondant à la synchronisation. Le marquage fin de bande du variateur 2 passe devant le capteur non représenté qui permet le couplage entre les arbres 3b et 10b de façon à permettre l'entraînement du moteur 6 simultanément par les deux pignons de différentiel 12a, 12b, l'entraînement du moteur étant assuré via la chaîne longue lb d'une part, et par le variateur 2 et la chaîne courte la d'autre part. Le variateur 2, dans sa configuration fin de bande corrige le rapport court la pour l'amener à la même démultiplication que le rapport long lb. Le régime moteur commence à monter, la démultiplication augmentant. Le véhicule continue à ralentir sous le couple frein qui est transmis, et même augmenté puisque l'énergie cinétique gagnée par le moteur est récupérée sur le véhicule. Le pignon de différentiel 12b est désaccouplé de la chaîne longue lb. La figure 3 montre schématiquement l'état cinématique de l'ensemble pendant cette phase. Le trait fort fléché entre le moteur 6 et le pignon de différentiel 12a représente l'entraînement de ce dernier par le moteur via la chaîne longue lb, le variateur 2 et la chaîne courte la. La flèche 15 représente le sens de déroulement de la bande du variateur. La flèche 16 représente la position d'attente de la chaîne courte la pour être directement accouplée à l'arbre d'entraînement 7a du moteur 6. Le marquage de début de bande du variateur 2 passe devant le capteur non représenté et le rapport court la est enclenché. Pendant un très court instant, les deux accouplements du moteur sont entraînés par leurs chaînes respectives la et lb. Le variateur 2 dans sa configuration début de bande corrige le rapport long lb pour l'amener à la même démultiplication que le rapport court la pour éviter le blocage du système. A l'état final, la boîte de vitesses est sur le rapport court la, les autres arbres du système étant désaccouplés. La boîte de vitesses de l'invention peut assurer non seulement le fonctionnement normal du véhicule comme précédemment décrit mais également le fonctionnement exceptionnel tel que l'inversion d'un changement de vitesses en cours de réalisation avec retour à la situation initale sans attendre l'achèvement de la première manoeuvre, et le rétrogradage en côte. La boîte de vitesses de l'invention permet en effet la permutation rapide des modes de fonctionnement en cours de variation de vitesses par inversion du sens de rotation des poulies 3, 4. Il suffit que les dispositifs d'accouplement correspondants aient une fonction de synchronisation adaptée à l'inertie du variateur 2. L'inversion d'une montée en cours de manoeuvre s'effectue lorsque le conducteur doit freiner pendant le changement des rapports. L'état initial de la boîte de vitesses correspond à l'entraînement du pignon de différentiel 12b par l'arbre de transmission 7a du moteur 6 via successivement la chaîne courte la, le variateur 2 et la chaîne longue lb. Lors du déclenchement de l'inversion, le couple moteur devient nul, le moteur 6, le variateur 2 et les chaînes respectives la, lb étant désaccouplés et tournant à vide. Aussitôt, le variateur 2 est synchronisé en sens inverse par un synchroniseur non représenté, mais situé entre les extrémités en vis-à-vis des arbres 9a et 4a, et adapté à l'inertie relativement faible du variateur 2. L'inversion du variateur 2 est réalisée par un changement de couplage de l'arbre 3a à l'arbre 4a avec la chaîne courte la et des arbres 4b à 3b avec la chaîne longue lb. La chaîne longue lb étant à sa vitesse de synchronisation, le moteur 6 peut y être accouplé et le rétrogradage frein peut débuter. A l'état final, le variateur 2 revient progressivement à sa configuration initiale (début de bande) et le rapport court la pourra être enclenché. Le cas de l'inversion d'un rétrogradage en cours de manoeuvre où le conducteur doit réaccélérer pendant un rétrogradage frein est symétrique au cas de l'inversion d'une montée en cours de manoeuvre. Dans le cas d'un rétrogradage sous couple moteur ou en côte, la manoeuvre est assurée par un débrayage du moteur, dont la montée en régime et le réembrayage sur le rapport court la sont contrôlés électroniquement à l'aide des marquages début et fin de bande sans que le conducteur ait à lever le pied de l'accélérateur. A l'état initial, le pignon de différentiel 12b est accouplé au moteur 6 via la chaîne longue lb. Pour le rétrogradage, l'arbre 4a du variateur 2 est accouplé à l'arbre intermédiaire 9a de la chaîne courte la qui est ensuite accouplée à l'arbre de transmission 7a du moteur, la chaîne longue lb étant désaccouplée par l'action du marquage de fin de bande du variateur 2. Le moteur 6 prend alors du régime à vide, freiné par les inerties de la chaîne courte la et du variateur 2 qui se rembobine pour atteindre sa configuration de montée. Lorsque le marquage début de bande du variateur 2 est détecté, le pignon de différentiel 12a est accouplé à la chaîne courte la entraînée par le moteur 6, le variateur 2 étant désaccouplé de la chaîne courte la. A l'état final, les roues du véhicule sont entraînées par le moteur 6 via la chaîne cinématique courte la directement, le variateur 2 est à l'arrêt prêt à la montée, la chaîne cinématique longue lb est à l'arrêt. Les dispositifs d'accouplement de la boîte de vitesses assurent également la fonction de synchronisation pour le changement des rapports de vitesses. La synchronisation peut n'être utilisée que dans les cas d'utilisation exceptionnels: au déclenchement d'un rétro-côte ou d'une inversion de manoeuvre. Dans les cas d'utilisation les plus fréquents, les différents arbres sont accouplés lorsque leurs vitesses sont égales. La boîte de vitesses est conçue de façon telle que dans la majorité des cas de changement de vitesse, aucune énergie n'est perdue par frottement en chaleur et en usure (y compris les énergies cinétiques du moteur et du véhicule). Il en résulte que son rendement est excellent. REVENDICATIONS 1. Boîte de vitesses comprenant un rapport court (la) et un rapport long (lb) fixes assurant la transmission mécanique entre un moteur d'entraînement (6) et des roues motrices d'un véhicule, caractérisée par le fait qu'elle comprend un variateur (2) permettant d'effectuer un passage progressif de la démultiplication du rapport court au rapport long ou inversement, tout en continuant à assurer la transmission du couple moteur ou du couple frein pendant le changement des rapports. 2. Boîte de vitesses selon la revendication 1, caractérisée par le fait que le variateur (2) comprend deux poulies (3, 4) reliées l'une à l'autre par un feuillard sous forme de bande (5), qui s'enroule sur la poulie motrice en se déroulant sur la poulie réceptrice. 3. Boîte de vitesses selon une des revendications précédentes, caractérisée par le fait qu'elle comprend des dispositifs d'accouplement qui assurent également la fonction de synchronisation pour le changement des rapports. 4. Boîte de vitesses selon l'une des revendications précédentes, caractérisée par le fait que le variateur (2) comporte un marquage de début de bande et un marquage de fin de bande coopérant avec un capteur relié à des moyens de commande d'accouplement. 5. Boîte de vitesses selon l'une des revendications précédentes, caractérisée par le fait que le variateur (2) fonctionne uniquement pendant le temps de changement des rapports.