Conception d’une transmission manuelle automatisée sans interruption de couple, employant un embrayage de transfert à courants de Foucault, pour véhicules électriques

摘要

La majorité des véhicules routiers électriques sont équipés d’un réducteur à ratio fixe, situé entre le moteur électrique et les roues du véhicule, afin d’exploiter adéquatement la puissance mécanique du moteur de traction. L’utilisation de transmissions multi-rapports offre plusieurs avantages en termes de performance, d’efficacité, de masse et de coût du groupe motopropulseur, en permettant un sous-dimensionnement du couple maximal produit par le moteur de traction. Toutefois, cela requiert l’utilisation d’une transmission peu coûteuse, robuste, et ayant une efficacité et une qualité de conduite similaire au réducteur à ratio fixe, c’est-à-dire une non-interruption de couple lors des changements de rapports. Également, la caractéristique des moteurs électriques à révolutionner à plus haute vitesse de rotation comparativement aux moteurs thermiques amène une problématique de gestion de l’énergie cinétique stockée dans le rotor du moteur lors des changements de rapports. Les transmissions et les embrayages à friction conventionnels ne possèdent pas l’ensemble des caractéristiques recherchées pour permettre leur utilisation dans les véhicules électriques.Ce projet de maîtrise, mené conjointement avec celui de Gabriel Pouliot, porte sur la conception et la validation expérimentale d’une transmission manuelle automatisée sans interruption de couple, employant un embrayage de transfert à courants de Foucault hautement contrôlable et sans usure. Un modèle analytique de véhicule de type «backward-facing» a permis de quantifier la consommation énergétique de plusieurs topologies de transmission sur des cycles routiers normalisés, afin de démontrer l’avantage d’utiliser une transmission multi-rapports sur l’efficacité globale du groupe motopropulseur. Un prototype d’embrayage de transfert à courants de Foucault a été conçu et intégré à une transmission manuelle automatisée à deux rapports pour un véhicule électrique de 80kW.Les modèles analytiques ont démontré qu’une transmission à deux rapports améliore l’efficacité du groupe motopropulseur de 7.2% pour un véhicule compact tel que la Nissan Leaf. De plus, l’utilisation de deux rapports permet de sous-dimensionner le moteur électrique, ce qui a pour effet de réduire le coût et la masse du groupe motopropulseur par 23.1% et 15.6%, respectivement. L’embrayage à courants de Foucault a été caractérisé expérimentalement et ses performances en couple maximal corroborent les modèles analytiques par moins de 6%. Le prototype de transmission a réalisé un changement de vitesse sans interruption de couple sur banc d’essai, ce qui démontre la viabilité d’utiliser un embrayage à courants de Foucault à l’intérieur d’une transmission manuelle automatisée pour les véhicules électriques.