Pourquoi pas de boîte de vitesse ?

Je me pose une question à laquelle les sachants présents pourront sûrement répondre.

Le confort/qualité de nos Zoé passe pour beaucoup par l'absence de boîte de vitesse qui nous permet des accélérations sans à-coups.

Mais pourquoi cette absence, à priori sur tous VE sauf je crois quelques motos ?

1 ou 2 vitesse n'auraient-elles pas permis d'augmenter la vitesse de pointe, voir de réduire la consommation ?

Pour beaucoup quand on discute de nos VE, ou quand on les fait essayer, c'est un argument infaillible en faveur des VE, mais techniquement pourquoi cette absence ?

Je dirais que le moteur électrique n'est pas limité en vitesse de rotation et que donc, la boite de vitesse n'est pas nécessaire.

Je ne pense pas (mais en fait je n'en sais rien) que la consommation du moteur soit fonction de la vitesse de rotation, mais plutôt de l'énergie necessaire à le faire tourner ....

Ca simplifie grandement la partie mécanique é contribue à ne pas augmenter le poids de la voiture.

Quelques infos glanées :

http://www.cnetfrance.fr/cartech/boite-vitesse-voiture-electrique-39762621.htm

http://mafeeelectrique.blogspot.fr/2013/06/pourquoi-les-vehicules-electriques-nont.html

Fred.Leudon a écrit:
Je ne pense pas (mais en fait je n'en sais rien) que la consommation du moteur soit fonction de la vitesse de rotation, mais plutôt de l'énergie necessaire à le faire tourner ....

Là j'ai un doute, on voit bien sur nos Zoé que plus le moteur tourne, plus on lui demande de puissance, plus la consommation augmente.
Donc si le moteur pour tourner vite, demande plus d'énergie, le couple d'un moteur électrique étant constant un deuxième rapport ne permettrait-il pasde consommer moins pour une même vitesse ???

Fred.Leudon a écrit:
Ca simplifie grandement la partie mécanique é contribue à ne pas augmenter le poids de la voiture.

Ok mais une boîte de nos jours c'est plutôt fiable, et en plus si il n'y a que 2 rapports, ça ne va pas bien loin.

Fred.Leudon a écrit:
http://www.cnetfrance.fr/cartech/boite-vitesse-voiture-electrique-39762621.htm

Il parle bien ici de plage optimale d'utilisation. Cela voudrait dire que la plage de la zoé va de 0 à 140 ???? voir plus puisqu'elle est limitée volontairement à 140.
D'ailleurs sait-on le couple exact selon la vitesse moteur ??

Le rendement du moteur electrique de la prius ressemble à ça
Plus il y a de rapport de boite, plus on pourra rester dans la zone de meilleur rendement, meilleure sera l'autonomie

Mais même avec 2 rapport, pour le moment le surcoût de la boite est trop important face au gain d'autonomie (~5%)
Sachant que ça dépend de la qualité du moteur: plus grande est la zone de bon rendement, moins utile est l'ajout d'un rapport

La vitesse max du véhicule n'est pas forcément liée au nombre de rapport, il suffit que le rapport unique choisi permette d'atteindre la vitesse max véhicule que l'on veut. Du moment que le moteur est assez puissant, une Vmax de 400km/h est tout à fait atteignable avec un seul rapport. Mais à ce moment là la zone de meilleur rendement se trouve à 200km/h et l'autonomie aux vitesses habituelles est diminuée sensiblement.
Sur les sportives le surcoût de la boite est plus acceptable et ils peuvent rajouter des rapports si le compromis cout boite / Vmax / autonomie au quotidien est meilleur

Bon j'y vais de ma petite histoire:
Voila, pour les locomotives électrique il y en avait 2 sortes.
Une pour tracter (on dit "tirer"), des trains marchandises. Elles étaient lente (max 100km/h) mais pouvaient tirer de fortes charge.
Une autre pour tirer des trains voyageurs. Elles étaient rapide (max 200km/h) mais ne pouvaient tirer que des charges plus faible.
La seule différence entre ces 2 catégories étaient leurs rapports de réduction. Le moteur ne tournait pas plus vite à 200km/h sur l'une que l'autre à 100km/h.
Elles utilisaient des moteurs à courant continu série (le rotor et le stator étaient branché en série). La SNCF à l'époque (j'était pas encore né   ) à voulu simplifier ça gestion ( et faire des économies car les marchandise roule la nuit et les voyageurs le jour, donc qu'une loc pour les 2 trains). Donc est sortit les loc avec un changement de rapport d'engrenage. Cela se faisait à la manivelle et à l'arrêt.
Ces loc pouvaient donc tirer des trains de marchandises lourd et après avoir basculé le réducteur pouvait tirer des voyageurs à grande vitesse.

La meilleur de ces machine c'était la CC 6500:


Puis l'électronique progressant, est arrivé au début des années 90 des nouveaux moteurs. Des moteurs synchrone auto-piloté. Le lien avec la Zoé et toutes les VE d'aujourd'hui est là. C'est le même type de moteur. L'avantage de se moteur c'est d'avoir un couple plus constant et réglable par l'électronique l'accompagnant. Pour le coup, la BB26000 pouvait tirer des marchandises très lourd et après tirer un voyageur très vite. Le réducteur restant le même était donc moins complexe et moins onéreux.



Voila pourquoi il est plus simple de chercher des solutions au niveau de l'électronique de commande qu'au niveau mécanique qui alourdirait la voiture et le prix.
Mais j'avait entendu à la radio que Toyota fait des recherches pour une voiture électrique avec 2 vitesses. Pour y arriver il faudrait que la voiture ne coûte pas plus et avec un rendement de la boite meilleur. Car gagner des Km avec une boite de vitesse et en perdre à cause de la boite de vitesse (poids + perte de rendement) ne sert à rien.

Pour en finir avec ma petite histoire, les premiers TGV (orange) roulaient à 270km/h puis ils ont été transformés (et repeint) pour rouler à 300km/h. Maintenant, les moteurs tournent moins vite à 300km/h qu'avant à 270km/h.

Sur la Zoe la vitesse de rotation du moteur et la vitesse sur route sont liées, puisqu'il y a un seul rapport.
Si la consommation augmente quand le moteur tourne vite, c'est simplement parce que la voiture roule vite et donc que a puissance pour vaincre la résistance de l'air augmente.
Cette puissance est plus élevée à 120km/h qu'à 90km/h. Ceci resterait vrai même si la voiture avait une boite de vitesse.
Au contraire d'une voiture thermique, le moteur électrique synchrone à un excellent couple même à faible régime.
De ce fait il est plus simple, moins cher et plus agréable de supprimer la boite de vitesse indispensable aux thermiques.
cdlt
  

Oui, mais plus la vitesse de rotation est élevé et plus la Force Contre Electro Motrice (FCEM) est forte, il lui faut donc plus de puissance à la batterie pour maintenir une vitesse élevée.  Il y a déjà eu du progré, les premiers VE plafonnaient à 80, 90km/h. La boîte de vitesse est un axe de progré parmis d'autres, gagner 5% d'autonomie ne vaux le coup qu'avec un cout maîtrisé.
De simple pneus permet déjà de récupérer 6%.
Un meilleur cx est aussi un axe de progré, tout comme le poids...

Sujet super intéressant, et contributions diverses épatantes
Comme thidel je me pose cette question d'une boîte (simplifiée) dès que j'engage ma CZero sur autoroute: à 110 on voit les barres d'autonomie fondre littéralement...
Aurel dit que la boite serait (un peu) efficace pour améliorer le rendement, en citant en exemple les locos Sncf.
Inversement, le gain serait faible (5%) en regard du surcoût et du surpoids du dispositif.

Selon un des articles cités par caillou, Fisker (je sais, je sais, ce n'est plus une excellente référence maintenant...) travaillait sur un projet de boite à 2 rapports.
Fisker voulait augmenter la vitesse de pointe de sa Karma, plafonnant (comme la Tesla M )à 200 kmh malgré une puissance très élevée.
Il visait la vitesse maxi de la Veyron...
Je suis un beotien mais il me semble que ça suppose une amélioration très supérieure à 5%?
Toyota travaillerait-il sur le même projet pour n'obtenir qu'un gain de rendement de 5%?
Et si le gain atteignait 10 voire 15%?

En ce cas serait-ce si compliqué, lourd et couteux, de placer un système de type "overdrive" des années 60 par exemple?

"overdrive" qu'est ce que c'est ?

C'est une surmultiplication qui est faite en modifiant le rapport de pont ( les engrenages dans le différentiel )

"Bosch à étudié la question : L’étude montre une réduction de la consommation de 5,7% en cycle NEDC et 6% en cycle FKFS (Forschungsinstitut für Kraftfahrwesen und Fahrzeugmotoren Stuttgart) avec une boite deux vitesses.
Avec une boite à 3 vitesses le gain est de 6,3% sur les deux cycles.
La Tesla S avec sa vitesse maxi de 200 km/h gagnerai sûrement en autonomie avec une boîte de vitesse.
L’Exagon Furtive-eGT (vitesse maxi de 250 km/h), utilise une boite de vitesse à deux rapports.
Sur une C-ZERO/iOn ou une ZOE, avec une vitesse maxi de 130km/h, que l'on atteint très rarement (jamais ?) une boite de vitesse n'a que peu d'intérêt, et à 90km/h on est encore dans une zone de très bon rendement.
Des pneus adaptés (et bien gonflés) permettent un gain bien plus important (11% de différence entre la monte 17" et 16" sur la ZOE)."
Source : www.vehiculeselectriques.fr   

Si boîte de vitesse il y avait, comment se comporterait le frein moteur ou le freinage engendré par la récupération d'énergie pour être plus exact ?

Topolino a écrit:"Bosch à étudié la question : L’étude montre une réduction de la consommation de 5,7% en cycle NEDC et 6% en cycle FKFS (Forschungsinstitut für Kraftfahrwesen und Fahrzeugmotoren Stuttgart) avec une boite deux vitesses.
Avec une boite à 3 vitesses le gain est de 6,3% sur les deux cycles.
La Tesla S avec sa vitesse maxi de 200 km/h gagnerai sûrement en autonomie avec une boîte de vitesse.
L’Exagon Furtive-eGT (vitesse maxi de 250 km/h), utilise une boite de vitesse à deux rapports.
Sur une C-ZERO/iOn ou une ZOE, avec une vitesse maxi de 130km/h, que l'on atteint très rarement (jamais ?) une boite de vitesse n'a que peu d'intérêt, et à 90km/h on est encore dans une zone de très bon rendement.
Des pneus adaptés (et bien gonflés) permettent un gain bien plus important (11% de différence entre la monte 17" et 16" sur la ZOE)."
Source : www.vehiculeselectriques.fr   

Je roule très très souvent a 110, 130 Km/h avec ZOE et je ne pense pas être le seul donc (jamais ?)

Topolino a écrit:"Bosch à étudié la question : L’étude montre une réduction de la consommation de 5,7% en cycle NEDC et 6% en cycle FKFS (Forschungsinstitut für Kraftfahrwesen und Fahrzeugmotoren Stuttgart) avec une boite deux vitesses.
Avec une boite à 3 vitesses le gain est de 6,3% sur les deux cycles.
La Tesla S avec sa vitesse maxi de 200 km/h gagnerai sûrement en autonomie avec une boîte de vitesse.
L’Exagon Furtive-eGT (vitesse maxi de 250 km/h), utilise une boite de vitesse à deux rapports.
Sur une C-ZERO/iOn ou une ZOE, avec une vitesse maxi de 130km/h, que l'on atteint très rarement (jamais ?) une boite de vitesse n'a que peu d'intérêt, et à 90km/h on est encore dans une zone de très bon rendement.
Des pneus adaptés (et bien gonflés) permettent un gain bien plus important (11% de différence entre la monte 17" et 16" sur la ZOE)."
Source : www.vehiculeselectriques.fr   

Merci pour ce renseignement concernant l'expérimentation de Bosch.
Effectivement le gain semble marginal, sauf peut-être pour les modèles les plus puissants
(et même: quel intérêt sur une Tesla de gagner à grand frais 25 km d'autonomie?)

Conclusion: je vais vérifier le gonflage de mes pneus, ce sera déjà ça...

Pour répondre à Z D Admin, une boite de vitesse mécanique à deux rapports par pignons pourrait même améliorer légèrement la récupération d'énergie à la décélération, en "tombant une vitesse" pour augmenter la vitesse du rotor de la génératrice, un peu comme lorsqu'on rétrograde sur une thermique, le régime moteur augmente donc plus de compression dans les cylindres engendrant un frein moteur plus important.
Mais tout cela (boite plus gestion électronique du passage des rapports) engendrerait des surcouts importants (et des risques de pannes) pour une amélioration négligeable de l'autonomie. Voilà pourquoi aucun constructeur à ce jour ne l'a fait.

Euhhh, sauf erreur de ma part, la boite de vitesse de la Zoé n'est pas une boite automatique à 7 rapports ? Donc, en fonction de son automatisme, il est possible qu'elle fasse "tomber les rapports" bien mieux que le ferait un pilote humain.

Non, il n'y a pas de boite à vitesse auto.
La zoe n'a qu'un seul réducteur, juste avant le différentiel.

Le moteur et le réducteur de la ZOE :

Source : post de ro-ger

Bonjour à tous, la boite de vitesse n'a d'utilité que sur un véhicule thermique pour palier à la faible plage de son utilisation. De toutes les façons elle fait PLONGER le rendement du moteur en recharge comme en traction car l'effet de friction des engrenages leur barbotage dans l'huile, les roulements à billes et le poids intrinsèque à transporter font qu'elle n'amèneras jamais ou presque rien sur un ve dont la plage d'utilisation du moteur électrique est très importante et permet de se passer de boite : le sujet sur le train est très parlant au début, ils avaient une boite, et ils l'ont virée.
Le rendement d'un moteur diesel : jusqu'à 45% au mieux = sur 100% d'énergie chimique (100l de GO) 45% donc 45l arrive à la boite de vitesse, et 55%, 55l partent en chaleur dans la nature.
Le rendement d'un moteur diesel après la boite de vitesse : 25% au mieux = sur 100% d'energie chimique (100l de GO) 25% donc 25l arrive à la route pour faire avancer le véhicule, et 75%, 75l partent en chaleur dans la nature et en pollution.
Une boite de vitesse sur un véhicule thermique fait donc chuter le rendement de 20% au bas mot.
Le rendement d'un moteur électrique : 97% il n'y a pas photo en matière d'économie d'énergie. Pas de boite de vitesse ; pourvu que ça dure.
Après il faut voir d'où viens le jus qu'on met dedans...et la il y a des progrès à faire.
Le top serait de mettre des moteurs directement au niveau des essieux de roue et de gérer l'effet différentiel électroniquement.
Vive la Zoe!! mais il faut travailler sur la production d'électricité.

arnold93 a écrit:Une boite de vitesse sur un véhicule thermique fait donc chuter le rendement de 20% au bas mot.

Moins de 2%, c'est plus raisonnable.
Une boite de vitesse sur un moteur thermique permet au contraire d'utiliser le moteur le plus près possible de son point de rendement le plus favorable.

oui, Topolino, la boite de vitesse a un très bon rendement et ne provoque quasiment pas de perte, moins de 2% effectivement (et pas 20% Arnold!). De plus il y a déjà un réducteur dans la Zoé (voir sur l'éclaté présenté précédemment), donc on a déjà deux pignons en prise, des roulements pour guider tout ça. Donc boite ou pas, on quasiment la même chaine cinématique, sauf que ce sont toujours les même pignons en prise. C'est bien parce que le moteur électrique a une plage de couple bien plus large que le thermique qu'on peut s'en passer, mais une boite améliorerait légèrement les performances et consommations, mais le coût supplémentaire n'en vaut pas la chandelle. Il existe d'autres solutions, plutôt qu'une boite à pignons et sélecteur, ce sont les boites a variation continue du rapport de démultiplication (certaines bagnoles en sont équipées), et cela ferait gagner le réducteur primaire situé entre le moteur électrique et le différentiel, donc à peine plus compliqué que la configuration actuelle. Et ces boites ont un excellent rendement. A voir, peut-être un jour sur certains VE

la solution avancée par Arnold93 concernant les moteurs dans chaque roue est intéressante et elle a été imaginée par Michelin je crois. Elle permettrait effectivement de se passer du différentiel, seul organe "mécanique" encore indispensable dans la Zoé pour pouvoir tourner. Mais les différentiels mécaniques ont fait leurs preuves au niveau fiabilité, ça tient largement toute la vie de la voiture, alors que l'électronique vieilli mal, on le sait.....

Au niveau des différentiels, les machines à vendanger ont des moteurs hydrauliques directement dans les roues et le différentiel est 100% hydraulique,  c'est fiable.
L'électronique est d'abord arrivée dans les tracteurs dans les années 1985 à1995 pour gérer les boites de vitesses justement, et tous les problèmes de fiabilité étaient liés à la connectique (étanchéité) et à la poussière (la clim tombe en panne - on ne fais pas réparer tout de suite- on roule les vitres ouvertes - la poussière s'invite et se fout partout dans les contacts électriques - on a un sapin de noël)
aujourd'hui les contacts électriques et fiches ont évoluées sont super étanches et ça marche bien.
Pour le rendement de la boite je maintient mes 20% (s'entend du moteur à la route, trains roulants compris)
Pour la zoe il faudrait calculer la perte de rendement du differentiel mais c'est plus de 2% et c'est pas une boite complète.

Arnold, va sur des sites de mécanique ou consulte des ouvrages et tu verras que le rendement de deux pignons en prise, avec tout le système de guidage, est supérieur à 0,98, soit moins de 2% de pertes. Si, selon toi, c'était 20%, ils passeraient en échauffement ces 20%. Donc sur une bagnole de 200 ch, 40 ch partiraient en chaleur! je te laisse imaginer le refroidissement qu'il faudrait. Or une boite de vitesse est naturellement refroidie par l'huile qu'elle a à l'intérieur, et ça suffit.

Il y a sur la Zoé un réducteur entre le moteur et le différentiel constitué de deux pignons, ils sont donc comme dans une boite de vitesse, en prise constante, et induisent donc 2% de perte...ce qui est déjà pas mal. La transmission aux roues est donc comme dans une voiture thermique qui resterai toujours sur le même rapport. Les pertes sont donc identiques.

edit: si on regarde bien la coupe du moteur+ transmission, on voit un premier pignon (tout petit) sur l'arbre du moteur électrique qui engrène avec un pignon plus gros(couleur marron), donc 1ère réduction ( Ce pignon entraine en rotation un arbre intermédiaire (couleur bleu pale). Cet arbre intermédiaire entraine un autre pignon plus gros (vert, 2ème réduction) qui entraine le différentiel. Ensuite le différentiel joue son rôle pour accepter des vitesses de rotation différentes sur l'arbre droit et gauche.

Ok je me trompe peut être sur la boite, il faudra que je vérifie. Ceci dit sur les gros cubes, Porsche 944 turbo par ex il y a un radiateur d'huile sur la boite qui fonctionne par convection justement précisement grâce à  un serpentin aileté en alu. il est vrai que dans ces 20% que j'avance, il y a les trains roulants, les cardans et la résistance au roulage des pneus que j'ai zappé.
Dans ce doc ils annonce un rendement de boite de 0.9 : http://vsncq.free.fr/IMG/pdf/TPLP_Lycee_Kastler_Boite_de_vitesses_manuelle_UMV_BE45.pdf.
A voir donc je me replonge dans mes manuels.