Brevet FR2861656A1 — publié le 20050506

DISPOSITIF ET PROCEDE DE VARIATION AUTOMATIQUE DU RAPPORT DE TRANSMISSION D'UN VEEfCULE A MOTEUR La présente invention se rapporte à un dispositif et à un procédé de variation automatique du rapport de transmission d'un véhicule à moteur. Un moteur 100 (figure 1) est destiné à fournir de l'énergie mécanique, à partir par exemple de la combustion de carburant ou de la transformation d'énergie électrique, aux roues 102 motrices d'un véhicule 103 équipé de ce moteur. A cet effet, le véhicule comprend un système 104 de transmission du mouvement de rotation de l'arbre 106 moteur, généré, par exemple, par la combustion de carburant dans un moteur thermique 100, vers les roues 102 afin d'assurer le déplacement du véhicule. Ce système 104, dénommé par la suite boîte de vitesses, permet de modifier le rapport VT de transmission de mouvement déterminé entre l'arbre 106 moteur et les roues 102 du véhicule, ce rapport pouvant être défini comme le quotient entre la vitesse angulaire, c'est-à-dire la vitesse de rotation ou régime, des roues par rapport à la vitesse angulaire de l'arbre moteur. Ce rapport VT de transmission du véhicule peut aussi être défini, pour un véhicule à propulsion, comme le quotient entre le régime R,, de l'arbre 108 de transmission, utilisé pour relayer le mouvement de l'arbre moteur vers les roues 102, par le régime RM de l'arbre 106 moteur (VT = RT/RM) . Le boîtier 104 est muni de couples formés par un élément 110, situé sur l'arbre 106 moteur, et un élément 111 correspondant, situé sur l'arbre 108 de transmission, pouvant coopérer de telle sorte que le mouvement de rotation d'un élément 110 entraîne la rotation d'un élément 111. De plus, ces éléments 110 et 111 ont différents rayons 10 de telle sorte que chaque couple (110, 111) présente un rapport de transmission distinct. Ainsi, en fonction du couple (110, 111) utilisé pour établir la transmission entre l'arbre 106 moteur et l'arbre 108 de transmission, le rapport VT de transmission du véhicule varie. Par ailleurs, la puissance d'un arbre 106 moteur ou 108 de transmission est égal au produit de son régime par son couple. En considérant que la puissance Pm de l'arbre 106 moteur est intégralement transformée en puissance PT de l'arbre de transmission, il vient: CM X Rr = CT X 'ter Où CM et RM sont, respectivement, le couple et le régime de l'arbre moteur 106 tandis que CT et RT sont, respectivement, le couple et le régime de l'arbre 108 de transmission. Le facteur de transmission VT pouvant s'écrire alors: 3 0 VT = RT/RM = CM/CT Cette formule traduit le fait qu'une augmentation du facteur VT de transmission entraîne généralement une diminution du couple CT transmis aux roues motrices, notamment en considérant un couple CM moteur constant. Ainsi, lorsque le conducteur d'un véhicule désire se déplacer à vitesse ou allure élevée, il utilise un rapport VT de transmission élevé qui délivre un couple plus réduit à l'arbre de transmission que lorsque ce rapport est moins élevé. Cette situation présente l'inconvénient que, lorsqu'un rapport de transmission élevé est utilisé et qu'un fort couple est nécessaire, par exemple pour effectuer une forte accélération ou pour gravir une forte pente, le conducteur peut être contraint de changer le rapport de transmission utilisé pour un rapport inférieur afin d'augmenter le couple transmis aux roues motrices, un tel changement augmentant l'usure du véhicule. Par ailleurs, l'utilisation d'un rapport de transmission inférieur augmente la consommation du véhicule puisqu'il est connu que le rendement d'un véhicule, défini comme la distance parcouru par ce véhicule en fonction de la quantité de carburant consommé, est généralement amélioré avec des rapports de transmission élevés. Par exemple, cet optimum est généralement situé entre 20 95 et 120 km/h pour les véhicules automobiles actuels équipé d'une boîte à cinq vitesses. De ce fait, il est connu d'équiper un véhicule d'un nombre de vitesses accru, par exemple d'une sixième vitesse pour un véhicule automobile qui est généralement équipé d'une boîte à cinq vitesses. Ainsi, on effectue des économies de carburant lorsque cette vitesse supérieure est utilisée avec le régime moteur adéquat. Cependant, l'utilisation d'une telle vitesse supplémentaire présente l'inconvénient de perturber la conduite du conducteur lorsque son véhicule circule à vive allure, le conducteur devant modifier son contrôle sur la pédale d'accélération et sur la pédale d'embrayage pour enclencher cette nouvelle vitesse. Un autre inconvénient lié à l'utilisation d'une boîte 35 munie d'une vitesse supplémentaire réside dans le fait que, lorsqu'on enclenche cette vitesse supplémentaire, le couple CR de l'arbre de transmission faiblit à nouveau, ce qui peut nuire à la conduite, notamment lorsque du couple est requis pour, par exemple, effectuer une forte accélération. Pour obtenir ce couple, le conducteur est donc obligé de rétrograder. Finalement, il convient de signaler qu'il est connu d'utiliser une boîte de vitesse automatique telle que le rapport de transmission entre le moteur et les roues motrices soit automatiquement modifié en fonction des conditions de fonctionnement du moteur, par exemple en fonction d'un régime et/ou d'un couple. Une telle boîte automatique présente l'avantage de ne pas requérir d'opérations manuelles de la part du conducteur pour modifier les rapports de transmission. Toutefois, de nombreux conducteurs évitent de conduire un véhicule muni d'une boîte automatique car ils doivent adapter leur mode de conduite. L'invention vise à remédier à au moins un des inconvénients mentionnés cidessus. Elle concerne un dispositif pour véhicule muni d'un moteur et d'une boîte de vitesses destinée à modifier le rapport de transmission du mouvement d'un arbre moteur vers des roues du véhicule, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens associés à cette boîte de vitesse pour que ce rapport varie de façon continue lorsqu'une vitesse est enclenchée. Grâce à un dispositif de variation automatique du rapport de transmission conforme à l'invention, on améliore le rendement du véhicule puisque le dispositif de variation permet d'augmenter le rapport de transmission du véhicule connue si une vitesse supérieure à la vitesse enclenchée était utilisée. En d'autres termes, un dispositif conforme à l'invention serait analogue à une boîte de vitesses comprenant pratiquement un nombre de vitesses supérieur à celui que l'utilisateur peut enclencher, par exemple comme si une boîte à cinq vitesses comprenait une sixième vitesse. De fait, la variation continue du facteur de transmission permet une grande souplesse dans l'optimisation du facteur de transmission utilisé, une infinité de valeur étant possible pour ce facteur dans le cadre de la plage de fonctionnement possible En outre, l'invention améliore le confort de conduite d'un véhicule puisque son conducteur ne ressent pas de changement soudain et/ou imprévisible dans le rapport de transmission utilisé puisque la variation du rapport de transmission s'effectue de façon continue, c'est-à-dire sans à coups. De plus, connue détaillé ultérieurement, un véhicule équipé d'un dispositif conforme à l'invention peut se déplacer à vitesse élevée avec un régime moteur et un couple transmis à l'arbre de transmission inférieur au régime et au couple requis par l'art antérieur pour atteindre cette vitesse, ce qui diminue ainsi la consommation, l'usure et les rejets (gaz d'échappement, particules, etc) du véhicule. En outre, il convient de souligner que le mode de fonctionnement du moteur n'est pas modifié par l'invention qui agit uniquement sur la transmission de l'énergie fournie par ce moteur Par ailleurs, dans certaines conditions un véhicule muni d'un dispositif conforme à l'invention se déplacera, lorsque ce dispositif est activé, à une vitesse plus élevée qu'un véhicule équivalent de l'art antérieur pour un régime moteur donné. Finalement, il convient de souligner que l'invention présente l'avantage de pouvoir équiper tout type de véhicule indépendamment de la source d'énergie utilisée pour développer une énergie moteur, par exemple une source thermique (moteur à explosion), électrique, chimique (pile à combustible) ou hybride, c'est-à-dire utilisant diverses sources. De fait, l'invention vise à améliorer le rendement de 35 la transmission de l'énergie mécanique, produite par le moteur, aux roues de telle sorte qu'un tel dispositif est complémentaire de tout moteur.Dans une réalisation, le dispositif comprend des moyens pour que le rapport de transmission varie en fonction du couple moteur. Selon une réalisation, le variateur est utilisé lorsque la vitesse délivrant le rapport de transmission le plus élevé est enclenchée. Dans une réalisation, les moyens de variation comprennent un élément souple continu, tel qu'une courroie, une chaîne ou un pignon, solidaire de l'arbre moteur et de l'arbre de transmission ou des cardans afin de transmettre le mouvement de l'arbre moteur à l'arbre de transmission ou à ces cardans par l'intermédiaire de cet élément continu. Selon une réalisation, l'élément souple est solidaire de l'arbre moteur et de l'arbre de transmission ou des cardans par l'intermédiaire de disques coniques associés par couple de telle sorte que l'axe d'un couple de disques corresponde sensiblement à l'axe de l'arbre ou du cardan auquel ce couple est associé. Dans une réalisation, les disques sont agencés de telle sorte que, en fonction de la distance entre les disques d'un couple, le rayon de révolution défini par l'élément souple autour d'un arbre ou d'un cardan varie. Selon une réalisation, le dispositif comprend des moyens électroniques et/ou mécanique pour commander la variation du rapport de transmission en fonction du couple moteur. Dans une réalisation, le dispositif couprend des moyens pour permettre au conducteur du véhicule de mettre en service ou hors le service sont fonctionnement. L'invention concerne aussi un véhicule muni d'un dispositif de variation du rapport de transmission d'un moteur, thermique ou électrique, vers les roues du véhicule, cette transmission s'effectuant d'un arbre moteur à un arbre de transmission par l'intermédiaire d'une boîte de vitesses, caractérisé en ce que le dispositif est conforme à l'une des réalisations précédentes. L'invention concerne aussi un procédé de variation du rapport de transmission d'un véhicule muni d'un moteur thermique ou électrique, cette transmission s'effectuant d'un arbre moteur à un arbre de transmission par l'intermédiaire d'une boîte de vitesses, caractérisé en ce qu'on utilise un dispositif conforme à l'une des réalisation précédentes. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront avec la description effectuée ci-dessous, à titre illustratif et non limitatif, en référence aux figures ci-jointes sur lesquelles: -la figure 1, déjà décrite, est un schéma fonctionnel d'un dispositif de transmission connu d'un véhicule à 15 propulsion, - la figure 2a est un schéma fonctionnel d'un dispositif de transmission connu d'un véhicule à propulsion, - la figure 2b est un diagramme relatif aux différents modes de fonctionnement d'un variateur conforme à l'invention, les figures 3a et 3b sont des schémas d'une réalisation de variateur conforme à l'invention et, les figures 4a et 4b sont des représentations fonctionnelles des schémas décrits aux figures 3a et 3b. Sur la figure 2a est représenté un véhicule 200 à propulsion muni d'un dispositif 202 de variation continue du rapport de transmission selon un mode de réalisation de l'invention. Dans cette réalisation de l'invention, le dispositif 202 est situé entre la boîte 204 de vitesses du véhicule, solidaire du moteur 207, et l'arbre 208 de transmission fournissant de l'énergie aux roues 210 motrices du véhicule. Conformément à l'invention, ce dispositif 202 comprend des moyens, tels que ceux décrits ultérieurement, associés à cette boîte 204 de vitesses pour que ce rapport de transmission varie de façon continue lorsqu'une vitesse est enclenchée. En d'autres termes, le variateur 204 fonctionne de façon analogue à un dispositif muni de couples (110;111), tels que décrits à la figure 1, mais qui permettrait le passage d'un couple à un autre couple de façon continue. Par exemple, un dispositif 300 (figures 3a et 3b) de variation peut être constitué de quatre disques coniques 302, 304, 306 et 308 agencés par couple, en vis-à-vis, comme décrit ci-dessous. Les disques 302 et 304 (figure 3a) sont solidaires de 10 l'arbre moteur 301 tandis que les disques 306 et 308 (figure 3b) sont solidaires de l'arbre 312 de transmission de façon à recevoir un élément souple 314, tel qu'une courroie ou une chaîne, transmettant le mouvement de l'arbre 302 moteur à l'arbre 312 de transmission par l'intermédiaire de ces disques. Par ailleurs, les disques sont situés en vis-à-vis de telle sorte que, en fonction de la distance séparant les disques d'un même couple, le rayon formé par un couple de disques vis-à-vis de l'élément souple varie, comme décrit ultérieurement au moyen des figures 4a et 4b. Un levier 316 de man uvre est utilisé pour diminuer ou augmenter la distance entre les disques de chaque couple. Par exemple, le dispositif de variation passe de l'état montré à la figure 3a à l'état montré à la figure 3b en réduisant la distance entre les disques 302 et 304, ce qui entraîne un glissement de la chaîne à l'intérieur du disque conique et une réduction du rayon du révolution de cette chaîne autour de cet axe. De façon simultanée, la distance entre les disques 306 et 308 du couple associé à l'arbre 312 de transmission augmente, ce qui entraîne un accroissement du rayon de révolution de la chaîne autour de cet arbre. Une telle variation des rayons m de révolution de la chaîne autour de l'arbre moteur et du rayon rT de la chaîne autour de l'arbre de transmission est représentée sur les 20 figures 4a et 4b où, outre ces rayons, est représenté la chaîne 314. Ainsi, par une variation continue de ces rayons de révolution, on peut modifier le rapport de transmission entre 5 l'arbre moteur et l'arbre de transmission sans diminuer le couple fourni par l'arbre moteur. L'effet d'un tel variateur est décrit ci-dessous à l'aide de la figure 2b qui représente le véhicule 200 dans différentes situations de conduites. Dans une première situation a), le véhicule se déplace à une vitesse pratiquement constante, par exemple de l'ordre de 110 km/h, la plus grande vitesse de son boîtier de vitesses étant enclenchée. On considère par ailleurs que le véhicule 200 est un automobile tel que, dans ces conditions, son régime moteur est de 3.000 tours par min tandis que sa consommation est de 7 1/100 km. Le variateur s'active alors progressivement (cas b) de façon à augmenter continuellement le rapport de transmission entre le moteur et les roues, ce qui entraîne, soit une accélération du véhicule, soit une diminution du couple délivré par le moteur si le conducteur du véhicule lève le pied pour maintenir une vitesse constante. Dans ce dernier cas, le régime du moteur diminue pour se situer vers 2. 600-2.800 tours par min, puisqu'un rapport de transmission plus élevé est utilisé ce qui permet par ailleurs d'abaisser la consommation du véhicule de l'ordre de 0.5-1.5 litres. En d'autres termes, une diminution dans le régime du moteur résulte en une amélioration du rendement du véhicule. La consommation du véhicule peut alors diminuer de l'ordre d'environ 10%, ce qui peut représenter une importante quantité de carburant puisque le rapport de transmission le plus élevé est utilisé pour parcourir de longues distances. Il convient de noter que les valeurs de régime et de consommation atteints dans le cas b) forment des fourchettes de valeur. De telles fourchettes sont dues au fait que le taux, ou pourcentage, d'utilisation du variateur évolue en fonction du couple ou de la vitesse sollicité par le conducteur, ce couple évoluant lui-même dans une fourchette de valeurs fonction de l'intensité avec laquelle le conducteur appuie sur la pédale puisqu'il est connu qu'un conducteur n'appuie pas de façon constante sur une pédale d'accélérateur avec la même intensité. Ainsi, lorsque le variateur n'augmente le rapport de transmission que de 50% de ces capacités, le régime se situe à 2.800 tours/minute tandis que la consommation s'abaisse de 0.5 litres. Toutefois, si le variateur augmente le rapport de transmission à 100% de ces capacités, le régime sera situé à 2.600 tous/min tandis que sa consommation sera abaissée de 1.5 litres. A ce stade, il convient de signaler que le taux d'utilisation du rapport de transmission est commandé en 20 fonction du couple moteur requis. Par exemple, lorsque le couple requis est supérieur à un seuil, on considère que la voiture accélère et, dans ce cas, le variateur ne se met pas en marche. Selon un autre cas e), un besoin de couple élevé correspond aussi à la montée d'une pente par le véhicule. Dans ce cas, le variateur n'étant pas activé, le véhicule peut gravir la pente avec une vitesse de 110 km/h et un régime de 3.000 tours/min, une consommation plus importante étant requise (par exemple de l'ordre de 12 1/100 pour une pente de 6 ). Inversement, lorsque le couple requis est pratiquement stable ou nul, par exemple en cas de décélération, le variateur s'active progressivement de façon à atteindre un rapport de transmission optimal qui peut être défini en fonction de paramètres tels que la consommation du véhicule et/ou le régime moteur. Un tel cas se présente lorsque le véhicule descend une pente (cas c). Dans ce cas, le variateur peut s'activer au maximum (cas d) de telle sorte que, pour une même vitesse de 110 km/h, le régime va passer de 3. 000 tours/min à 2.600 tours/min tandis que la consommation passe de 7 1/100]mn à 5.51/100 km. La présente invention est susceptible de nombreuses variantes. Ainsi, on peut prévoir que, lorsque le dispositif est activé pour accroître le rapport de transmission indépendamment de la boîte de vitesse, il se désactivera rapidement si une augmentation du couple moteur est requise (pour par exemple réaliser un dépassement ou gravir une côte en maintenant une même allure). Une telle désactivation ne gêne pas le conducteur dans sa conduite, contrairement à l'art antérieur où il devait rétrograder une vitesse, puisque cette opération s'effectue automatiquement et de façon continue. Il convient de noter que l'invention présente aussi un avantage important dans le cadre d'une demande de couple par le conducteur d'un véhicule. En effet, dans ce cas, le dispositif varie de façon à diminuer le rapport de transmission et à augmenter le couple fourni à l'arbre moteur, cette diminution s'effectuant à nouveau de façon continue, c'est-à-dire avec un confort important pour le conducteur. Cette variation peut par ailleurs être très rapide. Il est aussi important de noter que l'invention s'applique à tout type de véhicule, tel qu'une voiture ou un camion, utilisant une boîte de vitesse. De fait, dans un camion l'invention procure des avantages d'autant plus importantes qu'un camion est généralement utilisé sur de longues distances et que l'introduction du variateur dans son dispositif ne présente pas de problèmes de logement. Finalement, il faut souligner que l'invention 35 s'applique à un véhicule indépendamment du mode de transmission du mouvement de l'arbre moteur aux roues. Ainsi, si la description de l'invention effectuée ci-dessus est relative à un véhicule à propulsion, il est clair que l'invention s'applique également aux véhicules à traction. Dans ce dernier cas, le variateur continu peut être situé au contact entre l'arbre de transmission du moteur et les cardans solidaires des roues avant. Dans une réalisation, la commande du variateur peut s'effectue de façon électronique grâce à la mesure du couple 10 moteur réalisé par un capteur de couple. Selon une réalisation, le variateur continu ne peut s'activer que lorsque la vitesse la plus élevée de la boîte de vitesse est activée, alors que dans une autre réalisation, le variateur peut s'activer indépendamment du rapport engagé au niveau de la boite de vitesse. Dans une réalisation, le conducteur peut disposer de moyens pour commander la mise en route ou l'effacement couplet du variateur. Ainsi, si le conducteur souhaite pouvoir obtenir les bénéfices apportés par le variateur continu, il peux enclencher le dispositif qui sera alors contrôlé par la mesure du couple moteur. De même, le conducteur peut dans cette réalisation mettre hors service le variateur continu si il le souhaite. La présente invention est susceptible de variantes. Ainsi, dans un mode de réalisation, la variation du rapport continu est obtenu en déplaçant l'arbre de transmission de façon relative par rapport à la boîte de vitesse. Par ailleurs, un tel déplacement relatif peut être obtenu en déplaçant la boîte de vitesse et/ou l'arbre de transmission. REVENDICATIONS 1. Dispositif (202, 300) pour véhicule (200) muni d'un moteur (207) thermique ou électrique et d'une boîte (204) de vitesses destinée à modifier le rapport de transmission du mouvement d'un arbre moteur vers des roues (210) du véhicule, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens associés à cette boîte de vitesse pour que ce rapport (VT) varie de façon continue lorsqu'une vitesse est enclenchée. 2. Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il comprend des moyens pour que le rapport de transmission 10 varie en fonction du couple moteur. 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2 caractérisé en ce que le variateur est utilisé lorsque la vitesse délivrant le rapport de transmission le plus élevé est enclenchée, 4. Dispositif selon la revendication 1, 2 ou 3 caractérisé en ce que les moyens de variation comprennent un élément souple continu (314), tel qu'une courroie, une chaîne ou un pignon, solidaire de l'arbre moteur (310) et de l'arbre de transmission (312) ou des cardans afin de transmettre le mouvement de l'arbre moteur à l'arbre de transmission ou à ces cardans par l'intermédiaire de cet élément continu. 5. Dispositif selon la revendication 4 caractérisé en ce que l'élément souple (314) est solidaire de l'arbre moteur et de l'arbre de transmission ou des cardans par l'intermédiaire de disques coniques (302, 304; 306, 308) associés par couple de telle sorte que l'axe d'un couple de disques corresponde sensiblement à l'axe de l'arbre ou du cardan auquel ce couple est associé. 6. Dispositif selon la revendication 5 caractérisé en ce que les disques sont agencés de telle sorte que, en fonction de la distance entre les disques d'un couple, le rayon de révolution (rm) défini par l'élément souple autour d'un arbre ou d'un cardan varie. 7. Dispositif selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il comprend des moyens électroniques et/ou mécanique pour commander la variation du rapport de transmission en fonction du couple moteur. 8. Dispositif selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il comprend des moyens pour permettre au conducteur du véhicule de mettre en service ou hors le service sont fonctionnement. 9. Véhicule muni d'un dispositif de variation du rapport (VT) de transmission d'un véhicule muni d'un moteur thermique ou électrique, cette transmission s'effectuant d'un arbre moteur à un arbre de transmission par l'intermédiaire d'une boîte de vitesses, caractérisé en ce que le dispositif est conforme à l'une des revendications 1 à 8. 10. Procédé de variation du rapport (VT) de transmission d'un véhicule muni d'un moteur thermique ou électrique, cette transmission s'effectuant d'un arbre moteur à un arbre de transmission par l'intermédiaire d'une boîte de vitesses, caractérisé en ce qu'on utilise un dispositif conforme à l'une des revendications 1 à 8.