WO2022268490A1 - Vehicule terrestre a assistance electrique avec une transmission infiniment variable inversee - Google Patents

Vehicule terrestre a assistance electrique avec une transmission infiniment variable inversee Download PDF

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WO2022268490A1
WO2022268490A1 PCT/EP2022/065378 EP2022065378W WO2022268490A1 WO 2022268490 A1 WO2022268490 A1 WO 2022268490A1 EP 2022065378 W EP2022065378 W EP 2022065378W WO 2022268490 A1 WO2022268490 A1 WO 2022268490A1
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ivt
infinitely variable
variable transmission
reduction ratio
transmission
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PCT/EP2022/065378
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Stephane Venturi
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IFP Energies Nouvelles
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    • F16H2037/0893—Combinations of mechanical gearings, not provided for in groups F16H1/00 - F16H35/00 comprising essentially only toothed or friction gearings with a plurality of driving or driven shafts; with arrangements for dividing torque between two or more intermediate shafts with differential gearing with arrangements for dividing torque between two or more intermediate shafts, i.e. with two or more internal power paths at least one power path being a continuously variable transmission, i.e. CVT characterised in the ratio of the continuously variable transmission is different from zero when the output shaft speed is zero
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F16H61/00—Control functions within control units of change-speed- or reversing-gearings for conveying rotary motion ; Control of exclusively fluid gearing, friction gearing, gearings with endless flexible members or other particular types of gearing
    • F16H61/20—Preventing gear creeping ; Transmission control during standstill, e.g. hill hold control
    • F16H2061/207—Preventing gear creeping ; Transmission control during standstill, e.g. hill hold control by neutral control

Definitions

  • the present invention relates to the field of electrically assisted land vehicles, in particular bicycles.
  • the present invention relates to the transmission of this type of electrically assisted land vehicle.
  • electrically assisted vehicles have been increasingly used, both for motor vehicles and for vehicles associated with so-called soft mobility such as two-wheelers, bicycles, tandems, scooters, tricycles, cargo bikes, scooters, etc., as well as for the transport of goods (for example motorized carts or electrically assisted trailers).
  • This electric assistance plays an important role in reducing polluting and noise emissions, in the ease of use of these vehicles, while ensuring a reduction in the environmental impact of users.
  • two-wheeled vehicles such as bicycles, scooters, etc.
  • at least one electric machine which delivers additional assist torque for driving the vehicle.
  • the electric machine can be associated with the crankset, or directly associated with the driven wheel so as to assist the cyclist in these movements.
  • Gearboxes generally made up of a set of gears and usually used for motor vehicles, they have the main drawback of not allowing a continuous variation of the reduction ratios (fixed and discrete reduction ratios), CVT (continuously variable transmission) transmissions are automatic gearboxes which do not have a predefined number of gears, on the contrary, the reduction ratio of such transmissions remain positive and vary continuously over any an operating range within a defined range, CVT continuously variable transmissions have a limited opening (limited value between the longest reduction ratio and the shortest reduction ratio), moreover, such transmissions have low efficiency, especially for high torques, especially belt transmissions,
  • IVT infinitely variable transmissions are transmissions ensuring an infinite range of variation, which make it possible to switch from negative transmission ratios (for a reverse gear for example) to positive transmission ratios (for a forward gear for example) continuously, passing through the zero transmission ratio (which corresponds to neutral, a ratio which no longer allows the driving element to transmit torque to the vehicle).
  • IVT transmissions for example mechanical IVT transmissions (which can in particular implement a planetary gear train), pneumatic IVT transmissions, hydraulic IVT transmissions and electric IVT transmissions.
  • Another possibility of designing a mechanical IVT transmission is to combine the use of a CVT of the toroidal variator type, for example, with an epicyclic gear train, as implemented in the IVT transmission marketed in particular by the company Torotrack (Grande- Brittany), and as described in particular in patent applications EP1042624, EP1155248, EP1846672, EP2882982.
  • the zero reduction ratio, of an IVT transmission for example, at zero rotational speed of the driving element is problematic. Indeed, when the cyclist stops pedaling, this zero reduction ratio prevents the free rotation of the driven wheel, which is the usual behavior for a conventional bicycle, that is to say driven only by means of the crankset. In the rest of the application, this free rotation of the driven wheel in the absence of drive by any drive source is called free wheel. In addition, this "freewheel" operation ensures a limitation of mechanical losses.
  • the aim of the invention is to allow electric assistance of a land vehicle with a suitable transmission, which in particular allows the freewheeling movement of the driven wheel.
  • the present invention relates to a land vehicle, which comprises an infinitely variable transmission between a first drive source and/or an electric machine and at least one wheel of the vehicle, the IVT transmission being arranged so that the ratio of reduction is maximum when no drive is active.
  • this maximum reduction ratio ensures the “freewheeling” of the driven wheel.
  • the use of an IVT transmission ensures gear continuity over the vehicle's operating range.
  • the invention relates to a method for controlling such an electrically assisted land vehicle.
  • the invention relates to an electrically assisted land vehicle, comprising at least one wheel, a first drive source, an electric machine connected to an electric battery, a transmission for transmitting a rotation between said first drive source and/or said electric machine and said at least one wheel, said transmission being an infinitely variable transmission with torque reduction/multiplication means, means for continuously varying the reduction ratio, torque reduction/multiplication means and ratio control means reduction.
  • Said infinitely variable transmission is arranged such that the reduction ratio is maximum when the speed of rotation of said first drive source is zero.
  • said infinitely variable transmission is a mechanical infinitely variable transmission, preferably said mechanical infinitely variable transmission comprises at least one planetary gear train.
  • the invention relates to an electrically assisted land vehicle, comprising at least one wheel, a first drive source, an electric machine connected to an electric battery, a transmission for transmitting a rotation between said first drive source drive and/or said electric machine and said at least one wheel, said transmission being an infinitely variable transmission with torque reduction/multiplication means, means for continuously varying the reduction ratio of the torque reduction/multiplication means and reduction ratio control means.
  • Said means for controlling said infinitely variable transmission controls an infinite reduction ratio between the output of said infinitely variable transmission (IVT) and said first drive source when the rotational speed of said first drive source is zero.
  • said infinitely variable transmission comprises balls or rollers or conical elements rotating around tilting axes of rotation, said balls being in contact in particular with the discs of said infinitely variable transmission, or said infinitely variable transmission comprises a toroidal variator.
  • said vehicle comprises braking means
  • said control means is configured to modify the reduction ratio of said infinitely variable transmission when said braking means is actuated to recover energy in said battery at the means of said electric machine.
  • said infinitely variable transmission comprises negative reduction ratios.
  • said electric machine and/or said first drive source is provided to operate in both directions of rotation.
  • said first drive source is a crankset, preferably said electric machine is arranged in said crankset.
  • said vehicle is a two-wheeler or a tricycle, in particular a bicycle.
  • said infinitely variable transmission has a decreasing reduction ratio depending on the rotational speed of said first drive source.
  • said vehicle comprises means for detecting the rotation of said first drive source.
  • the invention relates to a method for controlling an electrically assisted land vehicle according to one of the preceding characteristics.
  • the reduction ratio of said infinitely variable transmission is controlled so that the reduction ratio is maximum when the speed of rotation of said first drive source is zero.
  • FIG. 1 illustrates the reduction ratios of a CVT transmission, of an IVT transmission according to the prior art, and of an IVT transmission according to the invention, as a function of the position of the transmission actuator.
  • FIG. 2 illustrates an IVT reduction ratio control for a first coasting implementation of a land vehicle according to one embodiment of the invention.
  • FIG. 3 illustrates a control of the reduction ratio of the IVT transmission for a second implementation in energy recovery of a land vehicle according to an embodiment of the invention.
  • Figure 4 illustrates an IVT reduction ratio control for a third reversing implementation of a land vehicle according to one embodiment of the invention.
  • Figure 5 illustrates an IVT reduction ratio control for a fourth reversing implementation of a land vehicle according to one embodiment of the invention.
  • FIG. 6 illustrates an IVT transmission with balls according to one embodiment of the invention.
  • FIG. 7 illustrates the operation of an IVT transmission with balls according to the embodiment of Figure 6. Description of embodiments
  • the present invention relates to an electrically assisted land vehicle.
  • the land vehicle comprises at least one wheel, and can be of any type, in particular a motor vehicle, a two-wheeler, a bicycle, a tandem, a scooter, a tricycle, a cargo bike, a scooter, a trailer, a cart transportation, etc.
  • the vehicle is said to be electrically assisted, because the vehicle comprises a first drive source ensuring the traction of the vehicle, in particular by driving at least one wheel of the vehicle, as well as an electric machine providing a drive aid (the electric machine is considered as a second source of drive).
  • the first drive source can be of any type, an internal combustion engine, a crankset, a crank, a handle, a hydraulic system, a pneumatic system, etc.
  • the invention relates to a two-wheeler, a bicycle, a cargo bike, a tricycle, a trailer, such as a bicycle trailer.
  • the invention is particularly suitable for this type of vehicle.
  • the invention relates to an electrically assisted bicycle, or a bicycle pulling a trailer.
  • the invention fits well on this type of vehicle and allows optimized assistance at the level of the vehicle's pedals.
  • the first drive source may be a pedal operated by a user (cyclist).
  • the electric machine can be placed in the hub of the crankset, which facilitates its integration.
  • the electric machine can be placed on the driven wheel, which makes it possible to limit the size of the pedal assembly.
  • the electrically assisted land vehicle comprises:
  • An electric machine connected by an electric battery (for power supply or even for energy recovery), and
  • a transmission for transmitting torque between the first drive source and/or the electrical machine and the at least one wheel.
  • the transmission of the electrically assisted vehicle is an infinitely variable transmission IVT.
  • Such an infinitely variable transmission includes:
  • torque reduction/multiplication means may take the form of a torque reducer, with, according to non-limiting examples, a planetary gear train, a gear train of gears, a system of pulleys and belt or chain, or any similar means,
  • such means of continuous variation of the reduction/multiplication can take the form of an actuator which modifies the position of at least one component of the IVT transmission to modify the reduction/multiplication ratio (according to non-limiting examples a toroidal variator, or the tilt axis of balls or rollers or conical elements) as well as
  • reduction ratio control means may take the form of a controller, which controls the position of the actuator so as to vary the reduction/multiplication ratio.
  • the infinitely variable transmission can be of any type: mechanical (for example with gears, pulleys, belt, chain, etc.), pneumatic, hydraulic or electric.
  • the infinitely variable transmission can be mechanical to simplify its implementation, in particular for “soft mobility” vehicles.
  • such an infinitely variable transmission may comprise at least one planetary gear train. Indeed, a planetary gear train allows in particular the continuity of the transmission.
  • the infinitely variable mechanical IVT transmission may comprise balls or rollers or conical elements rotating about tilting axes of rotation, the balls, rollers or conical elements being in contact with discs (plates) of the infinitely variable transmission variable.
  • Such transmissions using balls are described in particular in patent applications US4842569, US2009221391, WO2014039901.
  • the assembly formed by the balls and the elements in contact form an epicyclic gear train ensuring a reduction ratio (reducer).
  • the adjustment of the inclination of the axis of rotation of the balls ensures a variation of the reduction ratio (actuator).
  • the control of the inclination of the axis of rotation of the balls ensures the control of the reduction ratio (controller).
  • a CVT transmission can be formed (also called in this case CVP of the English "continuously variable planetary” being able be translated as continuously variable planetary).
  • an IVT transmission can be formed by making one of the plates integral with the chassis, the input of the IVT transmission being formed by the "ball bearing” and the output of the IVT transmission being formed by the second plate (the tray not attached to the frame).
  • FIG. 6 is a sectional view of the IVT transmission (this figure is similar to FIG. 1 of patent application WO2014039901), and FIG. 7 represents three positions of part of the components of the IVT transmission for three inclinations of the axis of the ball.
  • the IVT transmission 1 comprises a first plate 3, a second plate 4, balls 2 inserted between the plates, a “ball carrier” 5, and a hub 7.
  • the ball carrier 5 supports the balls 2 and is in contact with the hub 7.
  • the balls 2 are inclined around an axis of rotation 6.
  • the inclination of the axes of rotation 6 is controlled by a system of connecting rods 8.
  • the displacement of the connecting rods 8 serves as an actuator of the transmission IVT to change the reduction/multiplication ratio. Indeed, and as illustrated in Figure 7, the distance (denoted Ri and R2 in Figure 7) of the point of contact ball 2 / plate 3 or 4 with respect to the axis 6 varies according to the inclination :
  • the mechanical infinitely variable transmission IVT can comprise a toroidal variator which can be associated with an epicyclic train. It may be in particular the IVT transmission marketed in particular by the company Torotrack (Great Britain), or an IVT transmission as described in particular in patent applications EP1042624, EP1155248, EP1846672, EP2882982.
  • a toroidal variator ensures a variation of the reduction ratio
  • the planetary gear train ensuring the IVT function
  • the control of the inclined elements within the toroidal variator ensures the control of the reduction ratio.
  • FIGS. 1 and 7 of patent application EP2882982 which describes the combination of a toroidal variator and an epicyclic gear train.
  • the infinitely variable mechanical transmission IVT can comprise a conical variator. Indeed, the conical shape of the variator makes it possible to ensure a variation of the reduction ratio.
  • the IVT infinitely variable transmission may be of any type, in particular an IVT infinitely variable transmission analogous to any of the three examples above.
  • the infinitely variable transmission is arranged within the vehicle so as to have a reduction ratio (between the wheel-side output and the electrical machine-side input and/or the first drive source; in other words the reduction ratio mentioned corresponds to the ratio of the output rotation speed to the input rotation speed of the infinitely variable transmission) which is maximum (tending towards infinity) when the rotation speed of the first drive source is zero.
  • this maximum reduction ratio ensures free rotation of the driven wheel when the first drive source stops, which facilitates the electric assistance of the vehicle.
  • a freewheel is formed in this way which corresponds to the freewheel of a bicycle without electrical assistance.
  • the infinitely variable transmission is modified to have a maximum/infinite reduction ratio when the rotational speed of the first drive source is zero.
  • an infinite reduction ratio because the input speed of the infinitely variable transmission is zero, which implies a division by zero for the calculation of the reduction ratio.
  • the infinitely variable transmission can be arranged in an inverted manner within the vehicle with respect to its usual installation.
  • the infinitely variable transmission IVT allows a range of variation of the reduction/multiplication ratio, going from negative transmission ratios to positive transmission ratios continuously, passing through the zero transmission ratio .
  • the infinitely variable transmission control means modify the reduction ratio of the infinitely variable transmission so that it is infinite when the rotational speed of the first drive source is zero.
  • the vehicle may include means for detecting the speed of rotation of the first drive source.
  • these detection means make it possible to detect when the speed of rotation of the first source of rotation is zero.
  • the means for detecting the speed of rotation of the first drive source can be active only when the vehicle is in operation, and can be inactive when the vehicle is stopped.
  • the detection means can be a position sensor, a rotation speed sensor, a torque sensor, or a force sensor positioned on the first drive source.
  • the first drive source can be a crankset
  • the rotation speed detection means can be a rotation speed sensor or a position sensor in the bottom bracket hub.
  • the infinitely variable transmission control means changes the reduction ratio of the infinitely variable transmission to be infinite when the rotational speed of the first drive source is detected at zero speed by the means for detecting the speed of rotation of the first drive source.
  • the infinitely variable transmission is arranged in an inverted manner so that the reduction ratio is maximum (tending towards infinity) at zero rotational speed at the input, for this modification/inversion, one can:
  • the electric machine and/or the first drive source is connected to what usually serves as an output (for example a shaft, an axle, a plate) of the transmission infinitely variable IVT and the wheel is connected to what usually serves as the input (e.g. shaft, axle, chainring) of the infinitely variable IVT transmission, or modify the element of the infinitely variable IVT transmission to which it is connected wheel.
  • an output for example a shaft, an axle, a plate
  • the wheel is connected to what usually serves as the input (e.g. shaft, axle, chainring) of the infinitely variable IVT transmission, or modify the element of the infinitely variable IVT transmission to which it is connected wheel.
  • the wheel can be connected to the planet carrier (in this case to the "ball carrier” reference 5 of figure 6) of the planetary gear train instead of being connected to the output disc (element to which the wheel is connected in the case of a conventional non-reversed IVT transmission), this output disc (reference 4 in figure 6) then being able to be made fixed, the other disc (reference 3 of Figure 6) then constituting the input disc (reference 3 of Figure 6), instead of connecting the input to the planet carrier ("ball carrier" - reference 5 of Figure 6, element on which is connected the input in the case of a classic non-reversing IVT transmission).
  • the inverted infinitely variable IVT transmission (that is to say as arranged in the vehicle according to the invention), can have a reduction/multiplication ratio which decreases continuously as a function of the position of the actuator (means of continuous variation) allowing variation of the reduction ratio.
  • the reduction ratio can decrease continuously as a function of the inclination of the balls.
  • the transmission is suitable for electric assistance of the land vehicle, in particular in the context of “soft mobility”.
  • the decrease in the reduction ratio as a function of the speed of rotation of one of the driving sources can substantially take the form of a decrease in an inverse function (1/x).
  • the reduction ratio is high and tending towards infinity, whereas for high rotational speeds, the reduction ratio is low.
  • the land vehicle may comprise at least one means for detecting a reverse gear setpoint, the control means being configured to select the appropriate reduction ratio upon detection of a reverse gear setpoint by the means of detection.
  • the detection means can be a contactor for example.
  • the control means of the inverted IVT infinitely variable transmission can comprise negative reduction ratios.
  • the transmission can allow a reversal of the direction of rotation.
  • This embodiment can in particular make it possible to reverse the electrically assisted land vehicle.
  • the reduction ratio is minimal (maximum in absolute value) for rotational speeds of the first drive source close to zero.
  • the curve of the negative reduction ratios as a function of the rotational speed of the inverted infinitely variable transmission can be the symmetrical, with respect to the center of the mark, of the curve of the positive reduction ratios as a function of the speed of rotation.
  • the reverse gear can be obtained by keeping the same direction of rotation of the drive sources as that used for the forward gears.
  • the curve of the negative reduction ratios can be asymmetrical with respect to the center of the reference.
  • the first drive source and/or the electric machine can generate a rotational movement in both directions of rotation, thus allowing reverse gear of the electrically assisted land vehicle.
  • the reverse gear can be obtained by maintaining a positive reduction ratio.
  • the land vehicle may comprise braking means which may be a mechanical, electrical or hydraulic brake, as well as means for detecting the actuation of the braking means.
  • the reduction ratio control means can be configured to modify the reduction ratio when the braking means are actuated.
  • Figure 1 illustrates, schematically and in a non-limiting manner, reduction ratio curves as a function of the position of the reduction/multiplication ratio control actuator.
  • three curves are represented. They represent three types of transmission: a continuously variable transmission CVT or CVP (from the English “continuously variable planetary” which can be translated as continuously variable planetary) according to the prior art denoted CVT, an infinitely variable transmission IVT according to the art previous (not reversed, that is to say in the usual direction of operation) and denoted IVT-AA, and an infinitely variable reversed IVT transmission according to the invention (that is to say as arranged in the vehicle according to the invention) and denoted IVT-INV.
  • CVT continuously variable transmission
  • IVT-AA infinitely variable transmission IVT according to the art previous
  • IVT-AA infinitely variable reversed IVT transmission according to the invention
  • the abscissa axis corresponds to the relative position of the actuator which makes it possible to choose the reduction ratio.
  • the ordinate axis on the left corresponds to the reduction ratio for the IVT-INV curve according to one embodiment of the invention.
  • the ordinate axis on the right corresponds to the reduction ratio for the CVT curves and the IVT-AA.
  • the values on the axes are given by way of non-limiting example. It is noted that the CVT continuously variable transmission has a limited amplitude of use, and that the infinitely variable transmission IVT-AA has a greater amplitude of use but generates a zero reduction ratio for a zero rotational speed, which prevents “freewheel” operation of the driven wheel.
  • the inverted infinitely variable transmission IVT-INV has a large amplitude of use and a maximum reduction ratio when the rotational speed of the drive is zero.
  • this inverted infinitely variable transmission IVT-INV allows negative reduction ratios, and can be symmetrical with respect to the center of the chart.
  • the values of the axes are given by way of example, for a bicycle application in particular.
  • the invention relates to a method for controlling a land vehicle according to any one of the variants or combinations of variants described above.
  • the control method performs control of the reduction ratio control means (included in the inverted infinitely variable transmission).
  • the control method selects the reduction ratio of said inverted infinitely variable transmission (that is to say as arranged in the vehicle according to the invention) so that the reduction ratio is maximum (infinite) when the speed of rotation of the first drive source is zero, in particular when the vehicle is in operation.
  • control method is suitable for any type of land vehicle.
  • the reversed infinitely variable transmission is controlled on the reduction ratio maximum (infinite), which allows the bicycle to roll on its momentum with minimal losses, like any muscle-powered bicycle without electric assistance.
  • the inverted infinitely variable transmission is controlled to a suitable reduction ratio, for example the previous reduction ratio (in time) before switching to the maximum reduction ratio.
  • Figure 2 illustrates, schematically and in a non-limiting manner, the reduction ratio as a function of the position of the reduction/multiplication ratio control actuator.
  • the values on the axes are similar to those in Figure 1 and are given as an example.
  • the curve of the reduction ratio of the inverted infinitely variable transmission IVT-INV is shown in the same way as in FIG. This figure concerns the switch to freewheel mode.
  • ENT+ drive of the wheel is carried out with a reduction ratio (in the figure, the reduction ratio corresponds to the intersection of the vertical line ENT+ and the IVT-INV curve), then this drive is stopped ARR, then the control method adjusts the reduction ratio to the maximum (infinite) reduction ratio which allows freewheeling RLI (in the figure, the reduction ratio corresponds to the intersection of the vertical line RLI and the curve IVT-INV). Then, when training resumes REP, the control method selects the reduction ratio on the reduction ratio of the first phase ENT+ (in the figure, the reduction ratio corresponds to the intersection of the vertical line ENT+ and the curve IVT-INV). Depending on the request of the user of the vehicle, the control method can select a reduction ratio different from that of the first phase ENT+.
  • control method may comprise a regenerative braking step.
  • a reduction ratio is selected (by the ratio control means) so as to couple the wheel to the electric machine
  • control method can select the reduction ratio adapted to the braking setpoint.
  • the greater the braking desired the lower the reduction ratio selected.
  • a low reduction ratio makes it possible to increase the braking force.
  • the reduction ratio selected for energy recovery can be shorter than that previously used for training.
  • This mode of operation is particularly suitable for “cargo bicycles” (or bicycles pulling a trailer), which can carry heavy loads.
  • this implementation can make it possible to eliminate the mechanical brake fitted to the land vehicle.
  • Figure 3 illustrates, schematically and in a non-limiting manner, the reduction ratio as a function of the position of the reduction ratio control actuator.
  • the values on the axes are similar to those in Figure 1 and are given as an example.
  • the curve of the reduction ratio of the inverted infinitely variable transmission IVT-INV is shown in the same way as in FIG. This figure concerns switching to freewheel mode then regenerative braking.
  • ENT+ drive of the wheel is carried out with a reduction ratio (in the figure, the reduction ratio corresponds to the intersection of the vertical line ENT+ and the IVT-INV curve), then this drive is stopped ARR, then the control method selects the reduction ratio over the maximum (infinite) reduction ratio which allows freewheeling RLI (in the figure, the reduction ratio corresponds to the intersection of the vertical line RLI and the IVT curve -INV).
  • RLI in the figure, the reduction ratio corresponds to the intersection of the vertical line RLI and the IVT curve -INV.
  • braking FRE is detected, the method then selects the reduction ratio on a recuperation reduction ratio REC (in the figure, the reduction ratio corresponds to the intersection of the vertical line REC and the IVT-INV curve), which drives the electric machine.
  • the control method modifies the reduction ratio to return to freewheel mode RLI (in the figure, the reduction ratio corresponds to the intersection of the vertical line RLI and the curve IVT- INV). Then, when the drive resumes REP, the control method selects the reduction ratio on the reduction ratio of the first phase ENT+ (in the figure, the reduction ratio corresponds to the intersection of the vertical line ENT+ and the curve IVT-INV). For the illustrated embodiment, the recuperation reduction ratio REC is greater than the entrainment reduction ratio ENT+.
  • control method can allow a reverse gear.
  • the reverse gear can be obtained by means of a negative reduction ratio, with a rotation control of the electric machine in the same direction as the direction of rotation for the forward gear, the first drive source which may or may not be driven forward.
  • the control method selects a negative reduction ratio when a reverse drive instruction is detected and can drive the electric machine in the same direction as for the forward drive.
  • Figure 4 illustrates, schematically and in a non-limiting manner, the reduction ratio as a function of the position of the reduction ratio control actuator.
  • the curve of the reduction ratio of the inverted infinitely variable transmission IVT-INV is shown in the same way as in FIG.
  • This figure relates to the shift into reverse from the freewheel mode according to the first variant.
  • the vehicle In a first phase, the vehicle is in freewheel mode RLI (in the figure, the reduction ratio corresponds to the intersection of the vertical line RLI and the curve IVT-INV).
  • the method detects a reverse gear setpoint MAR1.
  • the control method selects a negative reduction ratio ENT- (in the figure, the reduction ratio corresponds to the intersection of the vertical line ENT- and the curve IVT-INV).
  • the control method then actuates the electric machine in the same direction as for forward travel, with or without actuation of the first drive source.
  • the reverse gear can be obtained by means of a positive reduction ratio, with a rotation control of the electric machine in the opposite direction than the direction of rotation for the forward gear, the first drive source which may or may not be driven in reverse.
  • the control method selects a positive reduction ratio when a reverse gear instruction is detected and can drive the electric machine in the opposite direction to the forward gear.
  • Figure 5 illustrates, schematically and in a non-limiting manner, the reduction ratio as a function of the position of the reduction ratio control actuator.
  • the curve of the reduction ratio of the inverted infinitely variable transmission IVT-INV is shown in the same way as in FIG.
  • This figure relates to the shift into reverse from the freewheel mode according to the second variant.
  • the vehicle In a first phase, the vehicle is in freewheel mode RLI (in the figure, the reduction ratio corresponds to the intersection of the vertical line RLI and the curve IVT-INV).
  • the method detects a reverse gear setpoint MAR2.
  • the control method selects a positive reduction ratio ENT+ (in the figure, the reduction ratio corresponds to the intersection of the vertical line ENT+ and the curve IVT-INV).
  • the control method then actuates the electric machine in the opposite direction to the direction of rotation for the forward direction, with or without actuation of the first drive source in the opposite direction to the direction of rotation for the forward direction.
  • the land vehicle reduction ratio control means are adapted to implement the control method according to any one of the variants or combinations of variants described above.

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Abstract

Le but de l'invention: Prévoir une transmission IVT qui permet un fonctionnement "roue libre" et donc permet de supprimer, par exemple dans une bicyclette, l'embrayage de type roue libre dans le moyeu de la roue entraînée. L'art antérieure: Il est connue d'utiliser, par exemple dans les véhicules avec un moteur à combustion interne, des transmissions IVT pour un démarrage sans embrayage. Une telle transmission IVT (^"transmission infiniment variable (IVT) n ") permet, sans utiliser un embrayage, que le moteur à combustion interne peut tourner si le véhicule est arrêté (=vitesse de rotation nul des roues du véhicule). L'invention (^'transmission infiniment variable (IVT) "): Échanger l'arbre d'entrée et l'arbre de sortie d'une transmission IVT de l'art antérieure pour obtenir un rapport de transmission où l'arbre de sortie (au lieu de l'arbre d'entrée) peut tourner si l'arbre d'entrée (au lieu de l'arbre de sortie) est arrêté (=vitesse de rotation nul). Ce rapport, si défini par la division de la vitesse de rotation de l'arbre de sortie (=de la roue entraîné) par la vitesse de rotation de l'arbre d'entrée (=de la roue entraîné), est infini. Si un cycliste voudrait arrêter de pédaler, le rapport de transmission n'est pas encore sélectionné "infini" ( = "geared neutral'") et le cycliste ne peut pas encore arrêter de pédaler sans soulever ses pieds des pédales encore tournantes. Par conséquence, il est nécessaire de détecter si le cycliste voudrais arrêter de pédaler et, si c'est le cas, de commander la transmission IVT sur le rapport de transmission "infini" (=" geared neutral"). Ce procédé est essentielle pour résoudre le but de l'invention ( = prévoir une fonctionnement "roue libre").

Description

VEHICULE TERRESTRE A ASSISTANCE ELECTRIQUE AVEC UNE TRANSMISSION INFINIMENT VARIABLE INVERSEE
Domaine technique
La présente invention concerne le domaine des véhicules terrestres à assistance électrique, notamment les bicyclettes. En particulier, la présente invention concerne la transmission de ce type de véhicule terrestre à assistance électrique.
Depuis quelques années, les véhicules à assistance électrique sont de plus en plus utilisés, tant pour les véhicules automobiles, que pour les véhicules associés aux mobilités dites douces telles que les deux-roues, les bicyclettes, les tandems, les triporteurs, les tricycles, les vélo cargos, les trottinettes, etc., ainsi que pour le transport de marchandise (par exemple les chariots motorisés ou les remorques à assistance électrique). Cette assistance électrique joue un rôle important dans la diminution des émissions polluantes et sonores, dans la facilité d’utilisation de ces véhicules, tout en assurant une réduction de l’impact environnemental des utilisateurs.
Par exemple, les véhicules deux-roues, telles que les bicyclettes, les scooters, etc., peuvent être équipés d’au moins une machine électrique qui délivre un couple supplémentaire d’assistance pour l’entraînement du véhicule. Dans le cadre des bicyclettes, la machine électrique peut être associée au pédalier, ou directement associée à la roue entraînée de manière à assister le cycliste dans ces déplacements.
Pour ces véhicules à assistance électrique, le choix d’une transmission adaptée est un point important. En effet, une transmission inadaptée peut générer des difficultés d’utilisation du véhicule.
Technique antérieure
Il existe différents types de transmission pour les véhicules, notamment :
Les boîtes de vitesses, formées généralement d’un ensemble d’engrenages et utilisées habituellement pour les véhicules automobiles, elles présentent l’inconvénient principal de ne pas permettre une variation continue des rapports de réduction (rapports de réduction fixes et discrets), Les transmissions à variation continue CVT (de l’anglais « continuously variable transmission ») sont des boîtes de vitesses automatiques qui ne comportent pas un nombre prédéfini de rapports, au contraire, le rapport de réduction de telles transmissions restent positifs et varient continûment sur toute une plage de fonctionnement à l’intérieur d’une plage définie, les transmissions à variation continue CVT ont une ouverture limitée (valeur limitée entre le rapport de réduction le plus long et le rapport de réduction le plus court), de plus, de telles transmissions ont un faible rendement, en particulier pour les couples élevés, notamment les transmissions à courroie,
Les transmissions infiniment variables IVT (de l’anglais « infinitly variable transmission ») sont des transmissions assurant une plage de variation infinie, qui permettent de passer des rapports de transmission négatifs (pour une marche arrière par exemple) à des rapports de transmission positifs (pour une marche avant par exemple) de façon continue, en passant par le rapport de transmission nul (qui correspond au point mort, rapport qui ne permet plus à l’élément moteur de transmettre de couple au véhicule).
Différents types de transmissions IVT ont été développés, par exemple des transmissions IVT mécaniques (pouvant notamment mettre un oeuvre un train épicycloïdal), des transmissions IVT pneumatiques, des transmissions IVT hydrauliques et des transmissions IVT électriques
Parmi les transmissions IVT mécaniques, on peut citer notamment les transmissions pour lesquelles la transmission infiniment variable comprend deux plateaux, chaque plateau étant en contact avec des billes en rotation autour d’axes de rotation inclinables, les billes étant en contact avec l’entrée et la sortie de la transmission infiniment variable. De telles transmissions sont décrites notamment dans les demandes de brevet US4842569, US2009221391 , WO2014039901 . De plus, la demande de brevet WO2015161886 décrit une telle transmission IVT et son application pour un deux-roues. Sur ce type de transmission, lorsque chaque plateau en contact avec les billes constitue la sortie ou l’entrée de la transmission, et que le composant portant les billes est rendu solidaire du châssis, alors on peut former une transmission CVT. A contrario, si l’un des plateaux est rendu solidaire du châssis, et que le porte billes et le second plateau constituent l’entrée et la sortie de la transmission, alors on peut former une transmission IVT.
Une autre possibilité de concevoir une transmission IVT mécanique est d’associer l’utilisation d’une CVT type variateur toroïdal par exemple à un train épicycloïdal, tel que mis en oeuvre dans la transmission IVT commercialisée notamment par la société Torotrack (Grande- Bretagne), et telle que décrite notamment dans les demandes de brevet EP1042624, EP1155248, EP1846672, EP2882982.
Pour certaines utilisations, par exemple pour les bicyclettes à assistance électrique, le rapport de réduction nul, d’une transmission IVT par exemple, à vitesse de rotation nulle de l’élément moteur, est problématique. En effet, lorsque le cycliste arrête de pédaler, ce rapport de réduction nul empêche la rotation libre de la roue entraînée, ce qui est le comportement habituel pour une bicyclette classique, c’est-à-dire à entraînement uniquement au moyen du pédalier. Dans la suite de la demande, on appelle roue libre cette rotation libre de la roue entraînée en l’absence d’entraînement par une quelconque source d’entraînement. De plus, ce fonctionnement en « roue libre » assure une limitation des pertes mécaniques.
Résumé de l’invention
L’invention a pour but de permettre une assistance électrique d’un véhicule terrestre avec une transmission adaptée, qui permet notamment le mouvement de roue libre de la roue entraînée. Dans ce but, la présente invention concerne un véhicule terrestre, qui comprend une transmission infiniment variable entre une première source d’entraînement et/ou une machine électrique et au moins une roue du véhicule, la transmission IVT étant agencée de manière que le rapport de réduction soit maximal lorsqu’aucun entraînement n’est activé. Ainsi, ce rapport de réduction maximal assure la « roue libre » de la roue entraînée. De plus, l’utilisation d’une transmission IVT assure la continuité du rapport sur la plage de fonctionnement du véhicule.
En outre, l’invention concerne un procédé de commande d’un tel véhicule terrestre à assistance électrique.
L’invention concerne un véhicule terrestre à assistance électrique, comprenant au moins une roue, une première source d’entraînement, une machine électrique connectée à une batterie électrique, une transmission pour transmettre une rotation entre ladite première source d’entraînement et/ou ladite machine électrique et ladite au moins une roue, ladite transmission étant une transmission infiniment variable avec des moyens de réduction/multiplication du couple, des moyens de variation continue du rapport de réduction des moyens de réduction/multiplication du couple et des moyens de commande du rapport de réduction. Ladite transmission infiniment variable est agencée de telle sorte que le rapport de réduction est maximal lorsque la vitesse de rotation de ladite première source d’entraînement est nulle. Selon un mode de réalisation, ladite transmission infiniment variable est une transmission infiniment variable mécanique, de préférence ladite transmission infiniment variable mécanique comprend au moins un train épicycloïdal.
En d’autres termes, l’invention concerne un véhicule terrestre à assistance électrique, comprenant au moins une roue, une première source d’entraînement, une machine électrique connectée à une batterie électrique, une transmission pour transmettre une rotation entre ladite première source d’entraînement et/ou ladite machine électrique et ladite au moins une roue, ladite transmission étant une transmission infiniment variable avec des moyens de réduction/multiplication du couple, des moyens de variation continue du rapport de réduction des moyens de réduction/multiplication du couple et des moyens de commande du rapport de réduction. Lesdits moyens de commande de ladite transmission infiniment variable commandent un rapport de réduction infini entre la sortie de ladite transmission infiniment variable (IVT) et ladite première source d’entraînement lorsque la vitesse de rotation de ladite première source d’entraînement est nulle.
Avantageusement, ladite transmission infiniment variable comprend des billes ou des galets ou des éléments coniques en rotation autour d’axes de rotation inclinables, lesdites billes étant en contact notamment des disques de ladite transmission infiniment variable, ou ladite transmission infiniment variable comprend un variateur toroïdal.
Conformément à une mise en oeuvre, ledit véhicule comprend des moyens de freinage, et lesdits moyens de commande sont configurés pour modifier le rapport de réduction de ladite transmission infiniment variable lorsque lesdits moyens de freinage sont actionnés pour récupérer de l’énergie dans ladite batterie au moyen de ladite machine électrique.
Selon un aspect, ladite transmission infiniment variable comporte des rapports de réduction négatifs.
Selon une caractéristique, ladite machine électrique et/ou ladite première source d’entraînement est prévue pour fonctionner dans les deux sens de rotation.
Selon une option de réalisation, ladite première source d’entraînement est un pédalier, de préférence ladite machine électrique est agencée dans ledit pédalier.
De manière avantageuse, ledit véhicule est un deux-roues ou un tricycle, notamment une bicyclette.
Conformément à un mode de réalisation, ladite transmission infiniment variable a un rapport de réduction décroissant en fonction de la vitesse de rotation de ladite première source d’entraînement. Selon un mode de réalisation, ledit véhicule comprend un moyen de détection de la rotation de ladite première source d’entrainement.
En outre l’invention concerne un procédé de commande d’un véhicule terrestre à assistance électrique selon l’une des caractéristiques précédentes. Pour ce procédé, on commande le rapport de réduction de ladite transmission infiniment variable pour que le rapport de réduction soit maximal lorsque la vitesse de rotation de ladite première source d’entraînement est nulle.
D'autres caractéristiques et avantages du système et du procédé selon l'invention, apparaîtront à la lecture de la description ci-après d'exemples non limitatifs de réalisations, en se référant aux figures annexées et décrites ci-après.
Liste des figures
La figure 1 illustre les rapports de réduction d’une transmission CVT, d’une transmission IVT selon l’art antérieur, et d’une transmission IVT selon l’invention, en fonction de la position de l’actuateur de la transmission.
La figure 2 illustre une commande du rapport de réduction de la transmission IVT pour une première mise en oeuvre en roue libre d’un véhicule terrestre selon un mode de réalisation de l’invention.
La figure 3 illustre une commande du rapport de réduction de la transmission IVT pour une deuxième mise en oeuvre en récupération d’énergie d’un véhicule terrestre selon un mode de réalisation de l’invention.
La figure 4 illustre une commande du rapport de réduction de la transmission IVT pour une troisième mise en oeuvre en marche arrière d’un véhicule terrestre selon un mode de réalisation de l’invention.
La figure 5 illustre une commande du rapport de réduction de la transmission IVT pour une quatrième mise en oeuvre en marche arrière d’un véhicule terrestre selon un mode de réalisation de l’invention.
La figure 6 illustre une transmission IVT avec billes selon un mode de réalisation de l’invention.
La figure 7 illustre le fonctionnement d’une transmission IVT avec billes selon l’exemple de réalisation de la figure 6. Description des modes de réalisation
La présente invention concerne un véhicule terrestre à assistance électrique. Le véhicule terrestre comprend au moins une roue, et peut être de tout type en particulier un véhicule automobile, un deux-roues, une bicyclette, un tandem, un triporteur, un tricycle, un vélo cargo, une trottinette, une remorque, un chariot de transport, etc. Le véhicule est dit à assistance électrique, car le véhicule comprend une première source d’entraînement assurant la traction du véhicule, notamment par entraînement d’au moins une roue du véhicule, ainsi qu’une machine électrique assurant une aide à l’entrainement (la machine électrique est considérée comme une deuxième source d’entraînement).
La première source d’entraînement peut être de tout type, un moteur à combustion interne, un pédalier, une manivelle, une poignée, un système hydraulique, un système pneumatique, etc.
De préférence, l’invention concerne un deux-roues, une bicyclette, un vélo-cargo, un tricycle, une remorque, telle qu’une remorque pour bicyclette. En effet, l’invention est particulièrement adaptée à ce type de véhicule. De manière très préférée, l’invention concerne une bicyclette à assistance électrique, ou une bicyclette tirant une remorque. En effet, l’invention s’intégre bien sur ce type de véhicule et permet une assistance optimisée au niveau du pédalier du véhicule. Pour cette mise en oeuvre préférée, la première source d’entraînement peut être un pédalier actionné par un utilisateur (cycliste). De plus, la machine électrique peut être placée dans le moyeu du pédalier, ce qui facilite son intégration. En variante, la machine électrique peut être placée sur la roue entraînée, ce qui permet de limiter l’encombrement au niveau du pédalier.
Ainsi, le véhicule terrestre à assistance électrique comporte :
Au moins une roue,
Une première source d’entraînement,
Une machine électrique connectée par une batterie électrique (pour l’alimentation électrique voire pour la récupération d’énergie), et
Une transmission pour transmettre un couple entre la première source d’entraînement et/ou la machine électrique et l’au moins une roue.
Selon l’invention, la transmission du véhicule à assistance électrique est une transmission infiniment variable IVT. Une telle transmission infiniment variable comprend :
- des moyens de réduction/multiplication du couple, de tels moyens de réduction/multiplication du couple peuvent prendre la forme d’un réducteur de couple, avec selon des exemples non limitatifs un train épicycloïdal, un train d’engrenages, un système de poulies et courroie ou chaîne, ou tout moyen analogue,
- des moyens de variation continue du rapport de réduction / multiplication des moyens de réduction/multiplication de couple, de tels moyens de variation continue du réduction/multiplication peuvent prendre la forme d’un actuateur qui modifie la position d’au moins un composant de la transmission IVT pour modifier le rapport de réduction/multiplication (selon des exemples non limitatifs un variateur toroïdal, ou l’axe d’inclinaison de billes ou galets ou éléments coniques) ainsi que
- des moyens de commande du rapport de réduction / multiplication, de tels moyens de commande du rapport de réduction peuvent prendre la forme d’un contrôleur, qui contrôle la position de l’actuateur de manière à faire varier le rapport de réduction/multiplication.
Ainsi, un rapport de réduction/multiplication d’une transmission qui varie continûment est possible entre la machine électrique et/ou la première source d’entraînement et l’au moins une roue.
Avantageusement, la transmission infiniment variable peut être de tout type : mécanique (par exemple avec des engrenages, des poulies, une courroie, une chaîne, etc.), pneumatique, hydraulique ou électrique. De préférence, la transmission infiniment variable peut être mécanique pour simplifier sa mise en oeuvre, notamment pour les véhicules de « mobilité douce ». Dans ce cas, une telle transmission infiniment variable peut comprendre au moins un train épicycloïdal. En effet, un train épicycloïdal permet notamment la continuité de la transmission.
Par exemple, la transmission infiniment variable IVT mécanique peut comprendre des billes ou des galets ou des éléments coniques en rotation autour d’axes de rotation inclinables, les billes, galets ou éléments coniques étant en contact avec des disques (plateaux) de la transmission infiniment variable. De telles transmissions mettant en oeuvre des billes sont décrites notamment dans les demandes de brevet US4842569, US2009221391 , WO2014039901 . Dans cet exemple, l’ensemble formé par les billes et les éléments en contact forment un train épicycloïdal assurant un rapport de réduction (réducteur). Le réglage de l’inclinaison de l’axe de rotation des billes assure une variation du rapport de réduction (actuateur). De plus, la commande de l’inclinaison de l’axe de rotation des billes assure la commande du rapport de réduction (contrôleur). Sur ce type de transmission, lorsque chaque plateau en contact avec les billes constitue la sortie ou l’entrée de la transmission, et que le composant portant les billes est solidaire du châssis, alors on peut former une transmission CVT (appelée aussi dans ce cas CVP de l’anglais « continuously variable planetary » pouvant être traduit par planétaire continûment variable). A contrario, on peut former une transmission IVT en rendant l’un des plateaux solidaire du châssis, l’entrée de la transmission IVT étant formée par le « porte billes » et la sortie de la transmission IVT étant formée par le second plateau (le plateau non solidaire du châssis).
A titre d’exemple uniquement, les figures 6 et 7 illustrent, schématiquement et de manière non limitative, une telle transmission IVT avec des billes. La figure 6 est une vue en coupe de la transmission IVT (cette figure est similaire à la figure 1 de la demande de brevet WO2014039901), et la figure 7 représente trois positions d’une partie des composants de la transmission IVT pour trois inclinaisons de l’axe de la bille. La transmission IVT 1 comporte un premier plateau 3, un deuxième plateau 4, des billes 2 insérées entre les plateaux, un « porte- billes » 5, et un moyeu 7. Le porte-billes 5 supporte les billes 2 et est en contact avec le moyeu 7. De plus, les billes 2 sont inclinées autour d’un axe de rotation 6. L’inclinaison des axes de rotation 6 est contrôlée par un système de bielles 8. Le déplacement des bielles 8 sert d’actuateur de la transmission IVT pour modifier le rapport de réduction/multiplication. En effet, et tel qu’illustré sur la figure 7, la distance (notée Ri et R2 sur la figure 7) du point de contact bille 2/plateau 3 ou 4 par rapport à l’axe 6 varie en fonction de l’inclinaison :
Lorsque que l’axe d’inclinaison 6 est parallèle à l’axe de la transmission IVT (figure de gauche de la figure 7), alors RI=R2,
Lorsque que l’axe d’inclinaison 6 est incliné en se rapprochant du point de contact du deuxième plateau 4, alors RI>R2 (figure du centre de la figure 7), ce qui modifie le rapport de réduction/multiplication,
Lorsque l’axe d’inclinaison 6 est incliné en se rapprochant du point de contact du premier plateau 3 (figure de droite de la figure 7), alors R2>RI, ce qui modifie le rapport de réduction/multiplication.
Selon un deuxième exemple, la transmission infiniment variable IVT mécanique peut comprendre un variateur toroïdal qui peut être associé à un train épicycloïdal. Il peut s’agir notamment de la transmission IVT commercialisée notamment par la société Torotrack (Grande-Bretagne), ou une transmission IVT telle que décrite notamment dans les demandes de brevet EP1042624, EP1155248, EP1846672, EP2882982. Un tel variateur toroïdal assure une variation du rapport de réduction, le train épicycloïdal assurant la fonction IVT, et la commande des éléments inclinés au sein du variateur toroïdal assure la commande du rapport de réduction. Pour la mise en oeuvre de ce deuxième exemple, on peut se référer notamment aux figures 1 et 7 de la demande de brevet EP2882982, qui décrit la combinaison d’un variateur toroïdal et d’un train épicycloïdal. Selon un troisième exemple, la transmission infiniment variable IVT mécanique peut comprendre un variateur conique. En effet, la forme conique du variateur permet d’assurer une variation du rapport de réduction.
Alternativement, la transmission infiniment variable IVT peut être de tout type, en particulier une transmission infiniment variable IVT analogue à l’un des trois exemples ci-dessus.
De plus, selon l’invention, la transmission infiniment variable est agencée au sein du véhicule de manière à avoir un rapport de réduction (entre la sortie côté roue et l’entrée côté machine électrique et/ou la première source d’entraînement ; en d’autres termes le rapport de réduction mentionné correspond au rapport de la vitesse de rotation de sortie sur la vitesse de rotation d’entrée de la transmission infiniment variable) qui est maximal (tendant vers l’infini) lorsque la vitesse de rotation de la première source d’entraînement est nulle. Ainsi, ce rapport de réduction maximal (tendant vers l’infini) assure une rotation libre de la roue entraînée lors de l’arrêt de la première source d’entraînement, ce qui facilite l’assistance électrique du véhicule. En particulier, lorsque le véhicule est une bicyclette à assistance électrique, on forme de cette manière une roue libre qui correspond à la roue libre d’une bicyclette sans assistance électrique. Ainsi, la transmission infiniment variable est modifiée de manière à avoir un rapport de réduction maximal/infini lorsque la vitesse de rotation de la première source d’entraînement est nulle. On parle de rapport de réduction infini, car la vitesse d’entrée de la transmission infiniment variable est nulle, ce qui implique une division par zéro pour le calcul du rapport de réduction. Pour cela, la transmission infiniment variable peut être agencée de manière inversée au sein du véhicule par rapport son installation habituelle. Pour rappel, dans l’installation habituelle, la transmission infiniment variable IVT permet une plage de variation du rapport de réduction/multiplication, passant de rapports de transmission négatifs à des rapports de transmission positifs de façon continue, en passant par le rapport de transmission nul. Ainsi, les moyens de commande de la transmission infiniment variable modifient le rapport de réduction de la transmission infiniment variable pour qu’il soit infini lorsque que la vitesse de rotation de la première source d’entraînement est nulle.
De plus, le véhicule peut comporter des moyens de détection de la vitesse de rotation de la première source d’entraînement. Ces moyens de détections permettent de détecter quand la vitesse de rotation de la première source de rotation est nulle. Ainsi, une fois que cette vitesse de rotation nulle est détectée, le rapport de réduction de la transmission infiniment variable est maximal/infini. De préférence, les moyens de détection de la vitesse de rotation de la première source d’entraînement peuvent être actifs uniquement lorsque le véhicule est en fonctionnement, et peuvent être inactifs lorsque le véhicule est arrêté. De manière avantageuse, les moyens de détection peuvent être un capteur de position, un capteur de vitesse de rotation, un capteur de couple, ou un capteur d’effort positionné sur la première source d’entraînement. Pour un exemple non limitatif, correspondant au mode de réalisation pour lequel le véhicule est une bicyclette, la première source d’entraînement peut être un pédalier, et les moyens de détection de la vitesse de rotation peuvent être un capteur de vitesse de rotation ou un capteur de position dans le moyeu du pédalier.
Pour ce mode de réalisation, les moyens de commande de la transmission infiniment variable modifient le rapport de réduction de la transmission infiniment variable pour qu’il soit infini lorsque que la vitesse de rotation de la première source d’entraînement est détectée à une vitesse nulle par les moyens de détection de la vitesse de rotation de la première source d’entraînement.
La transmission infiniment variable est agencée de manière inversée pour que le rapport de réduction soit maximal (tendant vers l’infini) à une vitesse de rotation nulle en entrée, pour cette modification/inversion, on peut :
- inverser les arbres/axes/plateaux d’entrée et de sortie de la transmission infiniment variable IVT, par rapport à son installation classique pour avoir un rapport de réduction qui varie continûment avec un rapport de réduction nul lorsque la vitesse de rotation en entrée est nulle. En d’autres termes, sur le véhicule de l’invention, la machine électrique et/ou la première source d’entraînement est connectée à ce qui sert habituellement de sortie (par exemple un arbre, un axe, un plateau) de la transmission infiniment variable IVT et la roue est connectée à ce qui sert habituellement d’entrée (par exemple un arbre, un axe, un plateau) de la transmission infiniment variable IVT, ou modifier l’élément de la transmission infiniment variable IVT sur laquelle est reliée la roue. Par exemple, pour l’exemple de transmission infiniment variable IVT utilisant des billes, la roue peut être connectée au porte satellites (en l’occurrence au « porte billes » référence 5 de la figure 6) du train épicycloïdal au lieu d’être connectée au disque de sortie (élément sur lequel est reliée la roue dans le cas d’une transmission IVT classique non inversée), ce disque de sortie (référence 4 de la figure 6) pouvant être alors rendu fixe, l’autre disque (référence 3 de la figure 6) constituant alors le disque d’entrée (référence 3 de la figure 6), au lieu de connecter l’entrée au porte satellites (« porte billes » - référence 5 de la figure 6, élément sur lequel est reliée l’entrée dans le cas d’une transmission IVT classique non inversée). De manière avantageuse, la transmission infiniment variable IVT inversée (c’est-à-dire telle qu’agencée dans le véhicule selon l’invention), peut avoir un rapport de réduction/multiplication qui décroît continûment en fonction de la position de l’actuateur (moyen de variation continue) permettant la variation du rapport de réduction. Pour l’exemple de la transmission IVT comprenant des billes, le rapport de réduction peut décroître continûment en fonction de l’inclinaison des billes. Ainsi, la transmission est adaptée à une assistance électrique du véhicule terrestre, en particulier dans le cadre d’une « mobilité douce ». La décroissance du rapport de réduction en fonction de la vitesse de rotation d’une des sources motrices peut sensiblement avoir sensiblement la forme d’une décroissance d’une fonction inverse (1/x). Ainsi pour des vitesses de rotation proches de zéro, le rapport de réduction est élevé et tendant vers l’infini, alors que des vitesses de rotation élevées, le rapport de réduction est faible.
Selon une caractéristique, le véhicule terrestre peut comprendre au moins un moyen de détection d’une consigne de marche arrière, les moyens de commandes étant configurés pour sélectionner le rapport de réduction adapté lors d’une détection d’une consigne de marche arrière par le moyen de détection. Le moyen de détection peut être un contacteur par exemple.
Selon un mode de réalisation de l’invention, les moyens de commande de la transmission infiniment variable IVT inversée (c’est-à-dire telle qu’agencée dans le véhicule selon l’invention) peuvent comprendre des rapports de réduction négatifs. En d’autres termes, la transmission peut permettre une inversion du sens de rotation. Ce mode de réalisation peut permettre notamment de réaliser une marche arrière du véhicule terrestre à assistance électrique. Pour ce mode de réalisation, le rapport de réduction est minimal (maximal en valeur absolue) pour les vitesses de rotation de la première source d’entraînement proches de zéro.
Avantageusement, la courbe des rapports de réduction négatifs en fonction de la vitesse de rotation de la transmission infiniment variable inversée (c’est-à-dire telle qu’agencée dans le véhicule selon l’invention) peut être la symétrique, par rapport au centre du repère, de la courbe des rapports de réduction positifs en fonction de la vitesse de rotation. Dans ce cas, la marche arrière peut être obtenue en conservant le même sens de rotation des sources d’entrainement que celui utilisé pour les marches avant. Alternativement, la courbe des rapports de réduction négatifs peut être dissymétrique par rapport au centre du repère.
Conformément à une mise en oeuvre de l’invention, la première source d’entraînement et/ou la machine électrique peuvent générer un mouvement de rotation dans les deux sens de rotation, permettant ainsi une marche arrière du véhicule terrestre à assistance électrique. Dans ce cas, la marche arrière peut être obtenue en conservant un rapport de réduction positif.
Selon un aspect, le véhicule terrestre peut comprendre des moyens de freinage qui peut être un frein mécanique, électrique ou hydraulique, ainsi que des moyens de détection de l’actionnement des moyens de freinage. Dans ce cas, les moyens de commande du rapport de réduction peuvent être configurés pour modifier le rapport de réduction lorsque les moyens de freinage sont actionnés. Ainsi, grâce à ce rapport de réduction, et grâce à la machine électrique, il est possible de récupérer de l’énergie au sein de la batterie, ce qui favorise l’assistance électrique du véhicule terrestre, et ce qui peut permettre de réduire les dimensions de la batterie, et/ou la durée ou la fréquence de recharge de celle-ci, favorisant son intégration notamment pour un véhicule de mobilité douce.
La figure 1 illustre, schématiquement et de manière non limitative, des courbes de rapport de réduction en fonction de la position de l’actuateur de contrôle de rapport de réduction/multiplication. Sur cette figure, trois courbes sont représentées. Elles représentent trois types de transmission : une transmission à variation continue CVT ou CVP (de l’anglais « continuously variable planetary » pouvant être traduit par planétaire continûment variable) selon l’art antérieur notée CVT, une transmission infiniment variable IVT selon l’art antérieur (non inversée, c’est-à-dire dans le sens habituel de fonctionnement) et notée IVT-AA, et une transmission infiniment variable IVT inversée selon l’invention (c’est-à-dire telle qu’agencée dans le véhicule selon l’invention) et notée IVT-INV. L’axe des abscisses correspond à la position relative de l’actuateur qui permet de choisir le rapport de réduction. L’axe des ordonnées à gauche correspond au rapport de réduction pour la courbe IVT-INV selon un mode de réalisation de l’invention. L’axe des ordonnées à droite correspond au rapport de réduction pour les courbes CVT et l’IVT-AA. Les valeurs sur les axes sont données à titre d’exemple non limitatifs. On remarque que la transmission à variation continue CVT a une amplitude d’utilisation limitée, et que la transmission infiniment variable IVT-AA a une amplitude d’utilisation plus importante mais génère un rapport de réduction nul pour une vitesse de rotation nulle, ce qui empêche un fonctionnement « roue libre » de la roue entraînée. Au contraire, la transmission infiniment variable inversée IVT-INV a une amplitude d’utilisation importante et un rapport de réduction maximal lorsque la vitesse de rotation de l’entraînement est nulle. De plus, cette transmission infiniment variable inversée IVT-INV permet des rapports de réduction négatifs, et peut être symétrique par rapport au centre du graphique. Les valeurs des axes sont données à titre d’exemple, pour une application bicyclette notamment.
En outre, l’invention concerne un procédé de commande d’un véhicule terrestre selon l’une quelconque des variantes ou des combinaisons de variantes décrites précédemment. Le procédé de commande réalise le contrôle des moyens de commande du rapport de réduction (inclus dans la transmission infiniment variable inversée). En particulier, le procédé de commande sélectionne le rapport de réduction de ladite transmission infiniment variable inversée (c’est-à-dire telle qu’agencée dans le véhicule selon l’invention) pour que le rapport de réduction soit maximal (infini) lorsque la vitesse de rotation de la première source d’entraînement est nulle, notamment lorsque le véhicule est en fonctionnement.
Dans la suite de la description, on décrit plusieurs étapes du procédé de commande pour le mode de réalisation pour lequel le véhicule est une bicyclette. Toutefois, le procédé de commande est adapté à tout type de véhicule terrestre.
Avec le procédé et le véhicule selon l’invention, lorsqu’un cycliste arrête de pédaler (c’est-à- dire lorsque la première source d’entraînement s’arrête), la transmission infiniment variable inversée est commandée sur le rapport de réduction maximal (infini), ce qui permet à la bicyclette de rouler sur son élan avec un minimum de pertes, comme tout vélo à propulsion musculaire sans assistance électrique. Lorsque le cycliste reprend son pédalage, la transmission infiniment variable inversée est commandée sur un rapport de réduction adapté, par exemple le rapport de réduction antérieur (dans le temps) avant le passage au rapport de réduction maximal.
La figure 2 illustre, schématiquement et de manière non limitative, le rapport de réduction en fonction de la position de l’actuateur de contrôle de rapport de réduction/multiplication. Les valeurs sur les axes sont similaires à celles de la figure 1 et sont données à titre d’exemple. Sur cette figure, on représente de la même manière que sur la figure 1 , la courbe du rapport de réduction de la transmission infiniment variable inversée IVT-INV. Cette figure concerne le passage en mode roue libre. Dans un premier temps, un entraînement ENT+ de la roue est réalisé avec un rapport de réduction (sur la figure, le rapport de réduction correspond à l’intersection du trait vertical ENT+ et de la courbe IVT-INV), puis, cet entraînement est arrêté ARR, alors le procédé de commande ajuste le rapport de réduction sur le rapport de réduction maximal (infini) qui permet la roue libre RLI (sur la figure, le rapport de réduction correspond à l’intersection du trait vertical RLI et de la courbe IVT-INV). Ensuite, lorsque l’entraînement reprend REP, le procédé de commande sélectionne le rapport de réduction sur le rapport de réduction de la première phase ENT+ (sur la figure, le rapport de réduction correspond à l’intersection du trait vertical ENT+ et de la courbe IVT-INV). En fonction de la demande de l’utilisateur du véhicule, le procédé de commande peut sélectionner un rapport de réduction différent de celui de la première phase ENT+.
Conformément à une mise en oeuvre de l’invention, le procédé de commande peut comprendre une étape de freinage récupératif.
Pour cette mise en oeuvre, on peut mettre en oeuvre les étapes suivantes :
- on détecte un freinage actionné par l’utilisateur,
- on sélectionne (par les moyens de commande du rapport) un rapport de réduction de manière à coupler la roue à la machine électrique, et
- on récupère de l’énergie de la machine électrique dans la batterie électrique.
De manière avantageuse, le procédé de commande peut sélectionner le rapport de réduction adapté à la consigne de freinage. En d’autres termes, plus le freinage souhaité est important, plus le rapport de réduction sélectionné est faible. En effet, un rapport de réduction faible permet d’augmenter la force de freinage.
De préférence, le rapport de réduction sélectionné pour la récupération d’énergie peut être plus court que celui utilisé antérieurement pour l’entraînement. Ainsi, on peut augmenter le couple de freinage au niveau de la roue, qui serait plus faible avec des rapports de réduction plus élevés. Ce mode de fonctionnement est particulièrement adapté aux « bicyclettes cargos » (ou aux bicyclettes tirant une remorque), qui peuvent transporter des charges importantes.
De plus, cette mise en oeuvre peut permettre de supprimer le frein mécanique équipant le véhicule terrestre.
La figure 3 illustre, schématiquement et de manière non limitative, le rapport de réduction en fonction de la position de l’actuateur de contrôle de rapport de réduction. Les valeurs sur les axes sont similaires à celles de la figure 1 et sont données à titre d’exemple. Sur cette figure, on représente de la même manière que sur la figure 1 , la courbe du rapport de réduction de la transmission infiniment variable inversée IVT-INV. Cette figure concerne le passage en mode roue libre puis le freinage récupératif. Dans un premier temps, un entraînement ENT+ de la roue est réalisé avec un rapport de réduction (sur la figure, le rapport de réduction correspond à l’intersection du trait vertical ENT+ et de la courbe IVT-INV), puis, cet entraînement est arrêté ARR, alors le procédé de commande sélectionne le rapport de réduction sur le rapport de réduction maximal (infini) qui permet la roue libre RLI (sur la figure, le rapport de réduction correspond à l’intersection du trait vertical RLI et de la courbe IVT-INV). Lors d’une deuxième phase, un freinage FRE est détecté, le procédé sélectionne alors le rapport de réduction sur un rapport de réduction de récupération REC (sur la figure, le rapport de réduction correspond à l’intersection du trait vertical REC et de la courbe IVT-INV), qui assure l’entraînement de la machine électrique. A la fin de la détection du freinage AFR, le procédé de commande modifie le rapport de réduction pour revenir en mode roue libre RLI (sur la figure, le rapport de réduction correspond à l’intersection du trait vertical RLI et de la courbe IVT-INV). Ensuite, lorsque l’entraînement reprend REP, le procédé de commande sélectionne le rapport de réduction sur le rapport de réduction de la première phase ENT+ (sur la figure, le rapport de réduction correspond à l’intersection du trait vertical ENT+ et de la courbe IVT-INV). Pour le mode de réalisation illustré, le rapport de réduction de récupération REC est supérieur au rapport de réduction d’entraînement ENT+.
Conformément à une mise en oeuvre de l’invention, le procédé de commande peut permettre une marche arrière.
Selon une première variante, la marche arrière peut être obtenue au moyen d’un rapport de réduction négatif, avec une commande de rotation de la machine électrique dans le même sens que le sens de rotation pour la marche avant, la première source d’entraînement pouvant être entraînée ou non en marche avant. Pour cette première variante, le procédé de commande sélectionne un rapport de réduction négatif lorsqu’une consigne de marche arrière est détectée et peut entraîner la machine électrique dans le même sens que pour la marche avant.
La figure 4 illustre, schématiquement et de manière non limitative, le rapport de réduction en fonction de la position de l’actuateur de contrôle de rapport de réduction. Sur cette figure, on représente de la même manière que sur la figure 1 , la courbe du rapport de réduction de la transmission infiniment variable inversée IVT-INV. Cette figure concerne le passage en marche arrière depuis le mode de roue libre selon la première variante. Dans une première phase, le véhicule est en mode roue libre RLI (sur la figure, le rapport de réduction correspond à l’intersection du trait vertical RLI et de la courbe IVT-INV). Le procédé détecte une consigne de marche arrière MAR1 . Le procédé de commande sélectionne alors un rapport de réduction négatif ENT- (sur la figure, le rapport de réduction correspond à l’intersection du trait vertical ENT- et de la courbe IVT-INV). Le procédé de commande actionne alors la machine électrique dans le même sens que pour la marche avant, avec ou non actionnement de la première source d’entraînement.
Selon une deuxième variante, la marche arrière peut être obtenue au moyen d’un rapport de réduction positif, avec une commande de rotation de la machine électrique dans le sens inverse que le sens de rotation pour la marche avant, la première source d’entraînement pouvant être entraînée ou non en marche arrière. Pour cette deuxième variante, le procédé de commande sélectionne un rapport de réduction positif lorsqu’une consigne de marche arrière est détectée et peut entraîner la machine électrique dans le sens inverse de la marche avant.
La figure 5 illustre, schématiquement et de manière non limitative, le rapport de réduction en fonction de la position de l’actuateur de contrôle de rapport de réduction. Sur cette figure, on représente de la même manière que sur la figure 1 , la courbe du rapport de réduction de la transmission infiniment variable inversée IVT-INV. Cette figure concerne le passage en marche arrière depuis le mode de roue libre selon la deuxième variante. Dans une première phase, le véhicule est en mode roue libre RLI (sur la figure, le rapport de réduction correspond à l’intersection du trait vertical RLI et de la courbe IVT-INV). Le procédé détecte une consigne de marche arrière MAR2. Le procédé de commande sélectionne alors un rapport de réduction positif ENT+ (sur la figure, le rapport de réduction correspond à l’intersection du trait vertical ENT+ et de la courbe IVT-INV). Le procédé de commande actionne alors la machine électrique dans le sens inverse du sens de rotation pour la marche avant, avec ou non actionnement de la première source d’entraînement en sens inverse du sens de rotation pour la marche avant.
Les moyens de commande du rapport de réduction du véhicule terrestre sont adaptés pour mettre en oeuvre le procédé de commande selon l’une quelconque des variantes ou des combinaisons de variantes décrites ci-dessus.
Comme il va de soi, l’invention ne se limite pas aux seules formes de réalisation du véhicule et du procédé décrits ci-dessus à titre d’exemple, elle embrasse au contraire toutes les variantes de réalisation.

Claims

Revendications
1. Véhicule terrestre à assistance électrique, comprenant au moins une roue, une première source d’entraînement, une machine électrique connectée à une batterie électrique, une transmission pour transmettre une rotation entre ladite première source d’entraînement et/ou ladite machine électrique et ladite au moins une roue, ladite transmission étant une transmission infiniment variable (IVT) avec des moyens de réduction/multiplication du couple, des moyens de variation continue du rapport de réduction des moyens de réduction/multiplication du couple et des moyens de commande du rapport de réduction, caractérisé en ce que lesdits moyens de commande de ladite transmission infiniment variable (IVT) commandent un rapport de réduction infini entre la sortie de ladite transmission infiniment variable (IVT) et ladite première source d’entraînement lorsque la vitesse de rotation de ladite première source d’entraînement est nulle.
2. Véhicule terrestre à assistance électrique selon la revendication 1 , dans lequel ladite transmission infiniment variable (IVT) est une transmission infiniment variable mécanique, de préférence ladite transmission infiniment variable mécanique comprend au moins un train épicycloïdal.
3. Véhicule terrestre à assistance électrique selon la revendication 2, dans lequel ladite transmission infiniment variable comprend des billes (2) ou des galets ou des éléments coniques en rotation autour d’axes de rotation inclinables (6), lesdites billes (2) étant en contact notamment des disques (3, 4) de ladite transmission infiniment variable (1 ), ou ladite transmission infiniment variable (IVT) comprend un variateur toroïdal.
4. Véhicule terrestre à assistance électrique selon l’une des revendications précédentes, dans lequel ledit véhicule comprend des moyens de freinage, et dans lequel lesdits moyens de commande sont configurés pour modifier le rapport de réduction de ladite transmission infiniment variable (IVT) lorsque lesdits moyens de freinage sont actionnés pour récupérer de l’énergie dans ladite batterie au moyen de ladite machine électrique.
5. Véhicule terrestre à assistance électrique selon l’une des revendications précédentes, dans lequel ladite transmission infiniment variable (IVT) comporte des rapports de réduction négatifs.
6. Véhicule terrestre à assistance électrique selon l’une des revendications précédentes, dans lequel ladite machine électrique et/ou ladite première source d’entraînement est prévue pour fonctionner dans les deux sens de rotation.
7. Véhicule terrestre à assistance électrique selon l’une des revendications précédentes, dans lequel ladite première source d’entraînement est un pédalier, de préférence ladite machine électrique est agencée dans ledit pédalier.
8. Véhicule terrestre à assistance électrique selon l’une des revendications précédentes, dans lequel ledit véhicule est un deux-roues ou un tricycle, notamment une bicyclette.
9. Véhicule terrestre à assistance électrique selon l’une des revendications précédentes, dans lequel ladite transmission infiniment variable (IVT) a un rapport de réduction décroissant en fonction de la vitesse de rotation de ladite première source d’entraînement.
10. Véhicule terrestre à assistance électrique selon l’une des revendications précédentes, dans laquelle ledit véhicule comprend un moyen de détection de la rotation de ladite première source d’entrainement.
11. Procédé de commande d’un véhicule terrestre à assistance électrique selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’on commande le rapport de réduction de ladite transmission infiniment variable (IVT) pour que le rapport de réduction soit infini lorsque la vitesse de rotation de ladite première source d’entraînement est nulle.
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