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FR3116801A1 - Ensemble de transmission pour engin de mobilité et procédé - Google Patents

Ensemble de transmission pour engin de mobilité et procédé Download PDF

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Publication number
FR3116801A1
FR3116801A1 FR2112474A FR2112474A FR3116801A1 FR 3116801 A1 FR3116801 A1 FR 3116801A1 FR 2112474 A FR2112474 A FR 2112474A FR 2112474 A FR2112474 A FR 2112474A FR 3116801 A1 FR3116801 A1 FR 3116801A1
Authority
FR
France
Prior art keywords
gear
electric motor
change device
ratio
mobility device
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
FR2112474A
Other languages
English (en)
Inventor
Jonathan CAILLAUD
Jean-Baptiste Siegwart
Quentin DORET
Christophe Laurens
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Valeo Embrayages SAS
Original Assignee
Valeo Embrayages SAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Valeo Embrayages SAS filed Critical Valeo Embrayages SAS
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Pending legal-status Critical Current

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Abstract

L’invention concerne un ensemble de transmission (700) pour engin de mobilité, ledit ensemble comportant un moteur électrique (300) et un dispositif de changement de vitesse (100) présentant une pluralité de k rapports entre un premier rapport (G1) et un rapport supérieur dit rapport (Gk,) et un ratio de réduction particulier (Ri), entre un arbre d’entrée (200p), agencé pour être relié à un pédalier (940) de l’engin de mobilité, et un arbre de sortie (230) du dispositif de changement de vitesse lorsque le rapport (Gi) est enclenché, le dispositif de changement de vitesse présentant en outre un rapport neutre qui, lorsqu’il est enclenché ne permet pas à un mouvement du pédalier (940) de propulser l’engin de mobilité ledit ensemble comportant en outre une unité de pilotage (800) agencée pour piloter le dispositif de changement de vitesse (100) et le moteur électrique (300) en mode marche arrière et/ou en mode freinage régénératif . Figure à publier avec l’abrégé : Figure 2

Description

Ensemble de transmission pour engin de mobilité et procédé
Le domaine de la présente invention est celui de la mobilité dite douce, et plus particulièrement celui des engins de mobilités combinant propulsion électrique et force musculaire, par exemple les vélos à assistance électrique.
L’invention concerne notamment les vélos de ville à assistance électriques aussi bien que les vélos de montagne ou de randonnée ainsi que les vélos cargo.
Des boites de vitesses pour cycles sont connues de l’art antérieur. En particulier la publication FR2975367 A1 divulgue un dispositif de changement de vitesses pour vélos comportant une boîte de vitesses à engrenages et une navette coulissante pour effectuer la sélection du rapport. Le dispositif et les engrenages de la boîte de vitesses sont agencés dans un boîtier commun. Alors que le domaine des véhicules légers à pédalier pour le transport de biens ou des personnes se diversifie il existe un besoin pour des boites de vitesse automatiques et électriques fiables et faciles à fabriquer.
La demande DE102009029655 A1 décrit une méthode de régulation de l’entraînement électrique auxiliaire d'un vélo. Une unité de commande est prévue pour commander l'entraînement électrique auxiliaire de telle manière qu'une force d'entraînement uniforme est continuellement générée à partir de la composante de puissance appliquée par le conducteur et de la composante de puissance appliquée par l'entraînement auxiliaire électrique.
La demande EP2480446 A1 divulgue, pour une bicyclette présentant un entrainement électrique auxiliaire, un procédé visant à récupérer et accumuler de l'énergie lorsque le sens de rotation du pédalier est dirigé vers l'arrière.
Il existe un besoin pour favoriser encore et améliorer le pilotage des vélos à assistance électrique ainsi que la récupération d’énergie en mode freinage.
Pour répondre au moins en partie à ces besoins, l’invention, selon un premier aspect a pour objet un ensemble de transmission pour engin de mobilité,
ledit ensemble comportant un moteur électrique et un dispositif de changement de vitesse présentant
  • une pluralité de rapports entre un premier rapport et un rapport supérieur, et
  • un ratio de réduction particulier, entre un arbre d’entrée et un arbre de sortie du dispositif de changement de vitesse lorsqu’un rapport particulier est enclenché,
le dispositif de changement de vitesse présentant en outre un rapport neutre,
ledit ensemble comportant en outre une unité de pilotage agencée pour piloter le dispositif de changement de vitesse et le moteur électrique en mode marche arrière et/ou en mode freinage régénératif .
L’arbre d’entrée de l’ensemble de transmission est notamment agencé pour être relié à un pédalier de l’engin de mobilité.
L’arbre de sortie de l’ensemble de transmission est notamment agencé pour être relié à au moins une roue de l’engin de mobilité.
Lorsque le rapport neutre est enclenché, il ne permet pas à un mouvement du pédalier de propulser l’engin de mobilité.
L’engin de mobilité est un engin de mobilité à assistance électrique. Le moteur électrique fournit notamment une partie de la puissance de propulsion lorsque la vitesse instantanée de l’engin de mobilité est inférieure à une valeur seuil. Dans le cadre de la présente demande on utilisera indifféremment l’expression engin de mobilité et engin.
Selon un mode de réalisation, l’engin comporte au moins une roue, il peut comporter deux, trois ou quatre roues, voire plus.
L’engin peut être utilisé avec ou sans assistance électrique. Dans le cadre de la présente invention les termes pilote, conducteur, cycliste sont équivalents.
De façon avantageuse, l’ensemble de transmission selon l’invention présente seule ou en combinaison l’une ou l’autre des caractéristiques ci-dessous :
  • le moteur électrique est relié à un pignon de sortie correspondant à un des rapports du dispositif de changement de vitesse.
  • il comporte un réducteur, le moteur électrique étant notamment relié au pignon de sortie du dispositif de changement de vitesse via le réducteur notamment via une pluralité de pignons du réducteur. La pluralité de pignons peut comporter cinq pignons, notamment un premier pignon coaxial au moteur électrique, un deuxième pignon, pignon d’entrée du réducteur, engrenant avec le premier pignon,
un troisième pignon, pignon de sortie du réducteur, solidaire en rotation du deuxième pignon, le troisième pignon engrenant avec un quatrième pignon, un cinquième pignon agencé pour engrener avec le pignon de sortie du dispositif de changement de vitesse, le cinquième pignon étant solidaire en rotation du quatrième pignon.
  • Selon différents exemples de mise en œuvre, l’unité de pilotage est agencée pour piloter en outre au moins un d’un système d’éclairage, un système de localisation et/ou de navigation, un système interface homme-machine, cette liste n’étant pas limitative.
  • l’ensemble de transmission est logé dans un boitier, notamment situé au niveau du pédalier
  • l’unité de pilotage est agencée pour recevoir une consigne d’un utilisateur de l’engin de mobilité. La consigne est notamment une consigne de marche arrière. Elle peut être progressive en vitesse. Dans un autre exemple, la consigne est une consigne de freinage régénératif.
  • le dispositif de changement de vitesse présente entre 2 et 12 rapports, voire entre 5 et 9 rapports.
  • lorsque le rapport supérieur est enclenché, la vitesse de sortie du dispositif de changement de vitesse est,en particulier 4,5 fois supérieure à la vitesse d’entrée du dispositif de changement de vitesse.
  • le saut/ de rapport de réduction entre deux rapports consécutifs du dispositif de changement de vitesse est compris entre 10% et 50%, voire entre 10% et 40%, en particulier entre 15% et 40% , notamment entre 20% et 40%.
Le dispositif de changement de vitesse comporte notamment
  • une série de pinions d’entrée agencés pour tourner librement autour d’un arbre de sélection,
  • une série de pinions de sortie, solidaires en rotation d’un arbre creux , ledit arbre creux, ledit arbre creux étant notamment agencé pour entourer un axe de pédalier de l’engin de mobilité,
  • un actionneur de changement de vitesse agencé pour engager un rapport sélectionné .
Chacun des rapports présente un ratio particulier, entre la vitesse de sortie et la vitesse d’entrée du dispositif de changement de vitesse.
L’actionneur de changement de vitesse comporte avantageusement des moyens électriques d’engagement d’un rapport, notamment un motoréducteur. L’unité de pilotage de l’ensemble de transmission est par exemple agencée pour piloter le motoréducteur de l’actionneur de changement de vitesse.
L’actionneur de changement de vitesse comporte également des moyens mécaniques d’engagement d’un rapport, par exemple une navette mobile en translation dans l’arbre de sélection 200 tel que décrite dans la demande FR2975367 A1.
Selon un autre de ces aspects, l’invention porte aussi sur un engin de mobilité comportant un ensemble de transmission tel que décrit précédemment.
L’engin comporte notamment une batterie, ou tout autre moyen rechargeable connu de homme du métier pour fournir l’énergie nécessaire pour alimenter le moteur électrique, un système d’éclairage, un pédalier, un système de localisation et/ou navigation ainsi qu’un système interface homme-machine.
Selon encore un autre de ses aspects l’invention a pour objet un procédé de freinage régénératif pour engin de mobilité mis en œuvre à l’aide d’un ensemble de transmission, tel que décrit précédemment.
Le procédé de freinage régénératif comporte notamment une étape de freinage moteur qui peut être précédée d’une étape d’enclenchement du rapport neutre. Par freinage moteur on entend que le moteur n’entraine plus les roues dans cette étape. Ce sont les roues qui entrainent le moteur et permettent de recharger la batterie ou le système rechargeable d’alimentation du moteur électrique.
Avantageusement l’étape de freinage moteur est suivie d’une étape de freinage mécanique durant laquelle un système mécanique de freins est activé.
Lors de l’étape de freinage moteur la vitesse du moteur est de sens opposé au couple.
Selon encore un autre de ses aspects l’invention a pour objet un procédé de marche arrière pour engin de mobilité mis en œuvre à l’aide d’un ensemble de transmission, tel que décrit précédemment.
Le procédé de marche arrière comporte notamment une étape de commande du moteur électrique en sens inverse, c’est-à-dire dans un sens correspondant à un déplacement de l’engin de mobilité en marche arrière, en particulier précédée d’une étape d’enclenchement du rapport neutre
Brève description des figures
D'autres caractéristiques, détails et avantages de l'invention ressortiront plus clairement à la lecture de la description donnée ci-après à titre indicatif en relation avec des dessins dans lesquels :
La est une vue d’un engin de mobilité selon un des aspects de l’invention,
la illustre l’ensemble de transmission de l’engin de mobilité de la ,
la illustre en coupe le chemin de couple pour un mode de réalisation de l’invention,
la illustre un détail du mode de réalisation de la ,
la illustre un boitier logeant un ensemble de transmission selon l’invention,
les et illustrent une mise en œuvre particulière de l’invention, et
les et illustrent une autre mise en œuvre de l’invention.
La illustre un engin de mobilité 900 selon un des aspects de l’invention. L’engin 900 est ici un vélo à assistance électrique comportant un moteur électrique 400 d’axe de rotation Xm. Ledit moteur électrique est agencé pour assurer une partie de la propulsion dudit engin.
Lors du déplacement sans assistance électrique, la force motrice est fournie par le cycliste, elle est transmise aux roues 950 par l'intermédiaire de deux pédales tournant autour d'un axe de pédalier Xp qui entraîne la roue arrière par une chaîne.
Comme le montre la , l’engin 900 comporte une unité de pilotage 800 ainsi que plusieurs capteurs 80, situés en particulier au niveau du pédalier, sur le cadre du vélo ou au niveau d’une roue. L’unité de pilotage 800 est notamment agencée pour piloter le moteur électrique 400 et le dispositif de changement de vitesse 100.
L’engin 900 ici représenté comporte également un dispositif de stockage d’énergie sous forme d’une batterie 910, un système d’éclairage 920, un pédalier 940 d’axe Xp, un système de localisation et/ou navigation 980 ainsi qu’un système interface homme-machine 990 comportant notamment un écran tactile apte à afficher des informations pour et/ou prendre en compte les demandes dudit utilisateur. Le système interface homme-machine 990 est en particulier relié au système de localisation 980 et sert d’interface de navigation. L’invention n’est pas limitée à un système interface homme-machine particulier, et peut comporter tout système connu de l’homme du métier.
Les roues 950 sont munies d’un système de freinage 960, comportant notamment des freins à disque 965.
L’engin 900 comporte un ensemble de transmission 700 illustré . L’ensemble de transmission 700 comporte un dispositif de changement de vitesse 100 et un moteur électrique 400 d’axe de rotation Xm pour fournir une partie de la puissance pour la propulsion de l’engin. Comme le montre les Figures 1 et 2, le dispositif de changement de vitesse 100 est logé dans un boîtier 600 illustré plus en détail . Le boitier 600 est ici positionné au niveau du pédalier 940 dont l’axe est confondu avec l’axe de sortie X3du dispositif de changement de vitesse 100.
Comme le montre la Figure 3, le dispositif de changement de vitesse 100 tel qu’illustré comporte
  • une série de pinions d’entrée 20 agencés pour tourner librement autour d’un arbre de sélection 200,
  • une série de pinions de sortie 30 , solidaires en rotation d’un arbre creux 230, ledit arbre creux étant agencé pour entourer un axe de pédalier 200p de l’engin de mobilité 900,
  • un actionneur de changement de vitesse 150 agencé pour engager un rapport sélectionné .
L’actionneur de changement de vitesse comporte des moyens mécaniques d’engagement d’un rapport, par exemple ici une navette 155 mobile en translation dans l’arbre de sélection 200 qui est creux et des moyens électriques d’engagement d’un rapport, notamment un motoréducteur pour déplacer la navette 155 entre une position P0correspondant au rapport neutre et des positions P1à P7correspondant aux rapport de vitesse n°1 à n°7.
La Figure 3 illustre en traits pleins le chemin de couple Cwu pour le couple fourni par l’utilisateur, en particulier sans assistance électrique. L’entrée de couple se fait par un arbre 200p du pédalier 940, le couple passe par un premier pignon de multiplication primaire 11 qui engrène un deuxième pignon de multiplication primaire 12. Le premier pignon de multiplication primaire 11 est solidaire en rotation de l’arbre 200p du pédalier et le deuxième pignon de multiplication primaire 12 est solidaire en rotation d’un arbre primaire 200. Il existe un rapport de réduction permanent entre l’arbre 200p du pédalier et l’arbre primaire 200
L’arbre primaire 200 supporte une série de pignons d’entrée 20 agencés pour engrener avec une série de pignons de sortie 30. Le nombre de pignons d’entrée 20 et de pignons de sortie 30 correspond au nombre de rapports du dispositif de changement de vitesse, ici égale à 7. Dans l’exemple les pignons d’entrée 20 sont référencés Fri de Fr1 à Fr7 et les pignons de sortie 30 Fi de F1 à F7 selon le rapport Gi sélectionné. Les pignons d’entrée 20 sont libres et les pignons de sortie 30 sont fixes par rapport à un arbre de sortie 230. Tous les pignons de sortie 30 sont ainsi liés au pignon de chaîne 955 par l’arbre de sortie 230.
Dans le cadre de la présente demande, par les termes « libre », respectivement « fixe », on entend « libre en rotation par rapport à son axe», respectivement « fixe en rotation par rapport à son axe».
Le premier pignon de multiplication primaire 11, le deuxième pignon de multiplication primaire 12, les pignons d’entrée de Fr1 à Fr7 forment ici avec les pignons de sortie de F1 à F7 les engrenages du dispositif changement de vitesse 100.
Le couple traverse le pignon libre Fri qui engrène avec le pignon de sortie Fi correspondant au rapport Gi sélectionné. Le rapport G1 est sélectionné dans l’exemple de la Figure 3 : le pignon libre Fr1qui engrène avec le pignon de sortie F1. Le rapport G1 correspond ici à un ratio de 1, sans que cette valeur soit limitative de l’invention.
Enfin, le couple est transmis à la roue 950 par la couronne 955 reliée par une chaine ou une courroie.
De façon similaire, le chemin de coupleCwade l’assistance électrique est représenté en traits pointillés. Le couple en provenance de l’utilisateur est le même que précédemment. Cependant, il est cette fois associé à celui en provenance du moteur électrique 400.
Dans l’exemple illustré le moteur électrique 400 est relié au pignon de sortie F1 correspondant à un rapport G1 du dispositif de changement de vitesse 100.
Le moteur électrique 400 est relié au pignon de sortie F1 via une pluralité de pignons 40 d’un réducteur 400. La pluralité de pignons 40 est formée dans l’exemple décrit de cinq pignons :
  • un premier pignon 41 co-axial au moteur électrique 400,
  • un deuxième pignon 42 engrenant avec le premier pignon, le deuxième pignon 42 étant un pignon d’entrée du réducteur 300,
  • un troisième pignon 43 , pignon de sortie du réducteur 400, solidaire en rotation du deuxième pignon 42, le troisième pignon 43 engrenant avec
  • un quatrième pignon 44, et
un cinquième pignon 45 engrenant avec ledit troisième pignon 43, le cinquième pignon 45 étant solidaire en rotation du quatrième pignon.
Un actionneur de changement de vitesse 150 est agencé pour déplacer la navette 155 le long de l’arbre de sélection 200 entre 7 positions de P1à P7et engager un rapport sélectionné.
L’actionneur de changement de vitesse 150 comporte des moyens mécaniques d’engagement d’un rapport, par exemple ici une navette 155 mobile en translation dans l’arbre de sélection 200 qui est creux et des moyens électriques d’engagement d’un rapport, notamment un motoréducteur pour déplacer la navette 155 entre une position P0correspondant au rapport neutre et des positions P1à P7correspondant aux rapport de vitesse G1à G7. La navette 155 est illustrée à la dans la position P0correspondant au rapport neutre du dispositif de changement de vitesse 100. Aucun pignon libre Fri n’engrène un pignon de sortie et le mouvement du pédalier 940 ne permet pas d’entrainer la roue 950.
La illustre de façon schématique un procédé P de pilotage selon l’invention lors de la mise en œuvre de la marche arrière. Le dispositif de changement de vitesse 100 est dans le rapport neutre. Le pédalier n’est pas relié au moteur électrique 400 ni à la sortie du dispositif de changement de vitesse 100. L’utilisateur ne fournit pas de couple utile même s’il pédale à une vitesse de pédalage Sp correspondant à un couple d’entrée Tp du dispositif de changement de vitesse 100.
Le couple utile provient alors uniquement du moteur électrique 400. Même si l’utilisateurUpédale, le couple produit par le mouvement du pédalier 940 ne sera pas transmis à la roue. Le moteur électrique 400 tourne en sens inverse entrainant la roue en marche arrière. La vitesse et le couple sont ici négatifs.
Le moteur électrique 400 tourne à une vitesse Sm. Il est associé à un réducteur 300 présentant un rapport Ra. La vitesse en sortie du réducteur S’m = Sm / Ra,
le couple fournit est égal au couple moteur multiplié par le rapport du réducteur 300 : T’m = Tm x Ra.
La illustre les étapes du procédé suite à une consigne de l’utilisateur de marche arrière en schémas blocs. L’unité de pilotage 800 commande préalablement le passage en rapport neutre du dispositif de changement de vitesse 100 dans une étape 803. L’unité de pilotage commande l’actionneur 150 du dispositif de changement de vitesse pour qu’aucun pignon libre 20 du dispositif de changement de vitesse ne soit enclenché.
Une fois le dispositif de changement de vitesse 100 est en rapport neutre, l’unité de pilotage 800 commande le moteur électrique 400 dans une étape 807 pour propulser l’engin de mobilité 900 en marche arrière.
Dans un mode de réalisation, l’ensemble de transmission comporte un potentiomètre relié au capteur de commande de la marche arrière. L’utilisateurUpeut ainsi choisir la vitesse du moteur électrique 400 de façon continue jusqu’à une valeur maximum de vitesse en marche arrière. Dans une variante, selon la consigne de l’utilisateurUla vitesse du moteur en marche arrière peut prendre une ou plusieurs valeurs discrètes.
La illustre de façon schématique un procédé P de pilotage selon l’invention lors de la mise en œuvre d’un freinage régénératif. Le dispositif de changement de vitesse 100 est dans le rapport neutre. Le schéma du chemin de couple est inversé lors de l’étape de freinage moteur. Le mouvement de la roue 950 fait tourner le moteur électrique 400 qui fonctionne comme générateur et peut charger la batterie 910 jusqu’à charge complète. La vitesse et le couple sont ici de sens opposés. Le freinage régénératif peut en particulier être mis en œuvre en marche avant, c’est-à-dire avec une vitesse positive et un couple moteur négatif, ou en marche arrière c’est-à-dire avec une vitesse négative et un couple moteur positif.
La illustre les étapes du procédé suite à une consigne freinage de l’utilisateur U. L’unité de pilotage 800 commande préalablement le passage en rapport neutre du dispositif de changement de vitesse 100 dans une étape 803. L’unité de pilotage commande l’actionneur 150 du dispositif de changement de vitesse pour qu’aucun pignon libre 20 du dispositif de changement de vitesse ne soit enclenché.
Une fois le dispositif de changement de vitesse 100 est en rapport neutre, l’unité de pilotage 800 commande le moteur électrique 400 dans une étape 805 de freinage moteur.

Claims (10)

  1. Ensemble de transmission (700) pour engin de mobilité (900),
    ledit ensemble comportant un moteur électrique (300) et un dispositif de changement de vitesse (100) présentant
    • une pluralité de k rapports entre un premier rapport (G1) et un rapport supérieur dit rapport (Gk,) et
    • un ratio de réduction particulier (Ri), entre un arbre d’entrée (200p), agencé pour être relié à un pédalier (940) de l’engin de mobilité, et un arbre de sortie (230) du dispositif de changement de vitesse lorsque le rapport (Gi) est enclenché,
    le dispositif de changement de vitesse présentant en outre un rapport neutre qui, lorsqu’il est enclenché ne permet pas à un mouvement du pédalier (940) de propulser l’engin de mobilité (900)
    ledit ensemble comportant en outre une unité de pilotage (800) agencée pour piloter le dispositif de changement de vitesse (100) et le moteur électrique (300) en mode marche arrière et/ou en mode freinage régénératif .
  2. Ensemble selon la revendication 1 ou 2, le moteur électrique (300) étant relié à au moins un pignon de sortie (30, Fi) du dispositif de changement de vitesse (100).
  3. Ensemble selon la revendication précédente, comportant un réducteur (400), le moteur électrique (300) étant relié audit pignon de sortie (30, Fi) du dispositif de changement de vitesse via le réducteur (400).
  4. Ensemble selon l’une quelconque des revendications précédentes, le dispositif de changement de vitesse présentant entre 2 et 12 vitesses, voire entre 5 et 9 vitesses.
  5. Ensemble selon l’une quelconque des revendications précédentes, l’unité de pilotage (800) étant agencée pour recevoir une consigne d’un utilisateur de l’engin de mobilité.
  6. Engin de mobilité (900) comportant un ensemble de transmission selon l’une quelconque des revendications précédentes.
  7. Procédé de freinage régénératif pour engin de mobilité mis en œuvre à l’aide d’un ensemble de transmission (700) selon l’une des revendications 1 à 5.
  8. Procédé de freinage régénératif selon la revendication précédente comportant une étape (805) de freinage moteur précédée d’une étape (803) d’enclenchement du rapport neutre et éventuellement suivie d’une étape (806) de freinage mécanique.
  9. Procédé de marche arrière pour engin de mobilité mis en œuvre à l’aide d’un ensemble de transmission (700) selon l’une des revendications 1 à 5.
  10. Procédé de marche arrière selon la revendication précédente comportant une étape (807) de commande du moteur électrique (300) en sens inverse, précédée d’une étape (803) d’enclenchement du rapport neutre.
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