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[Technologie] L'équipementier ZF développera une boîte de vitesse (2 ou 4 rapports) pour les voitures électriques

Discussion dans 'Les Actualités Automobiles' créé par Hortevin, 9 Décembre 2014.

  1. Hortevin

    Hortevin Administrateur HybridLife
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    Si on choisit une voiture thermique (essence ou diesel), on a toujours plein de choix pour les boîtes de vitesse avec toujours plus de rapports: les boîtes de vitesse automatiques (comme Aisin 6AT ou Peugeot 4AT), les boîtes CVT (rapports infinis), les boîtes manuelles robotisées (Peugeot BMP6), ou encore les double embrayages (Volkswagen DSG7, Renault EDC à 6 rapports)...etc.
    On arrive même aux boîtes DSG à 10 rapports!
    En effet, plus il y a de rapports, plus la consommation peut être optimale en fonction des conditions de roulage; même si en réalité, selon les équipementiers, 6 rapports suffisent amplement.

    Volkswagen_DSG10_Double_Embrayage.jpg
    (Système de double embrayage DSG du groupe Volkswagen)

    Mais si on s'intéresse à la transmission des voitures électriques: tous, n'ont qu'un rapport.
    Même Tesla, le leader dans la technologie automobile électrique, n'a pas réussi à intégrer la boîte à 2 vitesses sur le modèle S, pour des questions de durée de vie et de changement de vitesse.
    En effet, le moteur électrique fournit un couple puissant de façon si instantanée, qu'il est difficile d'effectuer des changement de vitesse.
    Or l'équipementier allemand, ZF Friedrichshafen, estime qu'ils seront en mesure de proposer une transmission multi-vitesse pour les véhicules électriques, dans 5 ans.

    BMW_i3_Changement_Vitesse.jpg
    Si on prend l'exemple de la BMW i3, c'est aussi une transmission avec une seule vitesse.
    La BMW i8, un supercar hybride rechargeable, a en revanche une boîte de vitesse GKN 2 vitesses, mais la deuxième vitesse se déclenche qu'en mode hybride. (et elle est en plus équipée d'une boîte de vitesse automatique Aisin 6 vitesses)

    Pourquoi une voiture électrique n'a pas besoin d'une transmission multi-vitesse?

    Revenons un peu sur les fondamentaux, qu'est ce qu'on veut à la sortie d'une transmission?
    Les deux paramètres, c'est le couple (N.m) et la vitesse de rotation de la roue (Tr/min).

    Sur une voiture thermique, pour y parvenir, on contrôle:
    • la quantité d'essence injectée: ce qui influence le régime moteur (Tr/min), or le couple moteur est fixé selon le régime moteur
    • le choix du rapport de vitesse: il permet de transformer le couple moteur/régime moteur en couple/vitesse de rotation de la roue adaptée
    Pour un moteur électrique, c'est totalement différent.
    BMW_i8_Transmission.jpg
    Pour cela, on contrôle la vitesse de rotation du moteur électrique par la modulation de largeur d'impulsion (Pulse Width Modulation, soit PWM), dont le fonctionnement, expliqué de façon vulgarisée, ressemble à pédaler un vélo, dont l'intervalle entre 2 efforts détermine la vitesse de rotation de la roue. Plus on pédale fréquemment, plus le vélo va vite.

    La vitesse de rotation du moteur électrique dépend du courant électrique qui l'alimente; si c'est assez simple avec un ventilateur électrique qui n'a que 3 choix de vitesses, le problème est beaucoup plus complexe avec une voiture électrique qui a presque une infinité de choix de vitesse.

    Pourquoi ZF souhaite développer une transmission multi-vitesse pour les voitures électriques?

    Le problème avec ce système de transmission mono-vitesse, c'est un peu comme si on pédale un vélo à pignon fixe, plus il y a besoin de couple, plus il faut pédaler, donc forte consommation d'électricité.
    (ce problème se retrouve également sur le système hybride Toyota, d'où le bruit fort lors des accélérations)

    ZF a donc confié à la presse WardsAuto, l'intention du groupe à développer un système de transmission multi-vitesse, pour les voitures électriques, afin d'accroître l'autonomie des voitures électriques (qui est aujourd'hui aux alentour de 130Km)

    James Potter, le responsable de contrôle de la technologie transmission, que dans un premier temps, pour les véhicules légers, ils vont proposer une boîte de vitesse à 2 rapports, puis ce sera des boîtes de vitesse à 4 rapports pour une génération future.
    Si 2 rapports suffisent amplement pour un usage urbain, 4 rapports serait idéal pour un usage sur route et sur autoroute.
    Selon ZF, on pourra ainsi gagner 20% en autonomie, car le moteur électrique n'aurait plus besoin de fournir autant d'effort.

    En terme de surcoût, le responsable ZF présume que ce ne sera pas significatif, en faisant l'hypothèse qu'avec les progrès de la technologie de batterie, la baisse du coût global du véhicule électrique compensera le surcoût de l'introduction d'une boîte de vitesse...

    Source: Coming to an EV Near You: Multi-Speed Transmissions | Road Ahead
     
  2. frg62

    frg62 Administrateur HybridLife
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    Pour être complet, il faudrait également mentionner les Lexus GS 450h et LS 600h, qui disposent d'un double rapport de pont au niveau du moteur électrique.
    On le perçoit très bien en écoutant la bande son de cette vidéo :

    Juste avant d'atteindre les 120 km/h, le passage du second rapport se manifeste par une rapide variation de régime.
    ;)
     
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  3. parkerbol

    parkerbol Administrateur HybridLife
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    [​IMG]
    Aisin AW FR 2 motor :
    Hybrid system Transmission for 2-motor rear-wheel drive hybrid vehicles used in Lexus GS450h.
    Has electronically-controlled, continuous shifting mechanism and 2-stage shifting reduction mechanism for compact and high power output drive motor.
     
  4. fury0

    fury0 Contributeur HybridLife

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    Pour compléter cet excellent (comme d'hab ;)) article d'Hortevin...
    Voici la courbe de puissance/couple d'un véhicule électrique avec un seul rapport (la Zoe je crois).
    courbe10.jpg
    La vitesse est donc directement proportionnelle au régime du moteur (trs/mn). Plus le moteur tourne vite plus il consomme.
    On voit qu'au delà d'un certain régime le couple baisse beaucoup (moins de reprise, perte de vitesse dans les fortes côtes). La zone de fonctionnement idéale étant la zone verte (couple et puissance max, régime assez bas). On voit bien que si l'on pouvait rester dans cette zone verte avec une boite, non seulement la voiture consommerait moins, mais elle serait plus agréable à conduire ...
     
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  5. stillus

    stillus Contributeur HybridLife

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    merci pour cette info et éclairage!
     
  6. mark13

    mark13 Contributeur HybridLife

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    Question de néophyte: pourquoi, dès lors que le moteur est seulement électrique, ne pas envisager une boîte à variateur?
    ( elle mouline, la GS450 h, non? :nailbiting:)
     
  7. fury0

    fury0 Contributeur HybridLife

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    Excellente question! J'attends aussi une réponse .. surtout qu'un variateur permettrait de rester pile poil dans la zone optimale de fonctionnement du moteur electrique?!
     

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