Maintenant, imaginez à quel point les embrayages siamois dédiés aux changements de rapports subissent moins de contraintes dès le moment que le train arrière cesse d'être passif, et se trouve électrifié.
Disons que le moteur thermique produit un couple maxi de 200 Nm. Au cas où tel couple se maintient à 5.000 t/m, nous parlons d'un moteur thermique d'une puissance maxi de 105 kW (142 ch) à 5.000 t/m.
- Lorsque la transmission DSG opère une réduction de vitesse de rapport 2,0 correspondant grosso-modo au 2ème rapport, suivie par la réduction de 3,5 et que le conducteur sollicite le moteur thermique à hauteur de 50% càd 100 Nm, le couple d'origine thermique qui est appliqué sur chaque roue avant vaut 100 Nm x 2,0 x 3,5 / 2 = 350 Nm.
- Lorsque la transmission DSG opère une réduction de vitesse de rapport 1,3 correspondant grosso-modo au 3ème rapport, suivie par la réduction de 3,5 et que le conducteur sollicite le moteur thermique à hauteur de 60% càd 120 Nm, le couple d'origine thermique qui est appliqué sur chaque roue avant vaut 120 Nm x 1,3 x 3,5 / 2 = 273 Nm.
- Lorsque la transmission DSG opère en pseudo prise directe (rapport 1,0) correspondant grosso-modo au 4ème rapport, suivie par la réduction de 3,5 et que le conducteur sollicite le moteur thermique à hauteur de 70% càd 140 Nm, le couple d'origine thermique qui est appliqué sur chaque roue avant vaut 140 Nm x 2,0 x 1,0 / 2 = 245 Nm.
- Lorsque la transmission DSG opère une réduction de vitesse de rapport 0,8 (surmultiplication) correspondant grosso-modo au 5ème rapport, suivie par la réduction de 3,5 et que le conducteur sollicite le moteur thermique à hauteur de 80% càd 160 Nm, le couple d'origine thermique qui est appliqué sur chaque roue avant vaut 160 Nm x 0,8 x 3,5 / 2 = 224 Nm.
Pour que les embrayages siamois n'aient plus besoin de fournir une fonction de glissement sous forte puissance, il suffit que le train arrière (maintenant électrifié) soit capable de transmettre un couple de disons 300 Nm au niveau de chaque roue arrière. Là se situe le minimum syndical. Ainsi, selon moi, la règle d'or est que dans tout bon PHEV, doit se nicher un BEV qui accélère de 0 à 100 km/h en 8,5 secondes. Ce qui exige de la batterie du PHEV qui stocke 18 kWh (brut à neuf), qu'elle supporte un régime crête de décharge (durée maxi 5 secondes) égal à 6,0 C (donc 108 kW crête).
On arrive au minimum syndical (300 Nm sur chaque roue arrière) en équipant le train arrière d'un moteur électrique qui fournit 50 Nm et qui encaisse 18.000 t/min, autrement dit qui fournit une puissance de 95 kW (130 ch). On passe de 18.000 t/m à 1.350 t/m (qui à la vitesse de 150 km/h est le régime des roues arrière chaussées 205/45 R16) en intercalant un boîtier de réduction 3,5 entre le moteur électrique et le différentiel, ce dernier apportant une réduction 3,8. Ainsi, le couple en sortie du différentiel s'établit à 665 Nm, en réalité 332 Nm par roue. C'est 10% mieux que le minimum syndical. Que voilà une excellente nouvelle ! L'astuce, ici, est qu'on renonce à rouler aux vitesses dites "autobahn". La transmission mono-rapport de la voie électrique tire "court". La Vmax a été fixée à 150 km/h, vitesse à laquelle le moteur électrique tourne à 18.000 t/min.
La présence d'éléments mécaniques dans le soubassement arrière n'empêche pas le stockage d'une roue-galette au fond du coffre. Un petit réservoir d'essence (12 litres utiles) peut éventuellement être logé entre les roues arrière, en guise d'extension du réservoir principal (32 litres utiles). Lorsque la consommation sur autoroute s'établit à 5,5 litres aux 100 km à la vitesse de 120 km/h, il suffit de 44 litres pour parcourir 800 km. Telle autonomie qui découle de l'utilisation d'un moteur thermique est celle qui est obtenue lorsqu'on démarre avec une batterie chargée à 50%, et qu'on arrive 800 km plus loin, avec une batterie encore chargée à 50%. Lorsque cette batterie stocke 18 kWh (brut à neuf) et qu'elle est autorisée à cycler 12 kWh (66% de sa capacité brute à neuf), elle permet une autonomie de 60 km en mode électrique pur (mode BEV). Une proportion importante d'automobilistes roule moins que 60 km par jour. Ceux-là n'auront besoin du moteur thermique, que grosso-modo 104 fois par an (un aller-retour par semaine en moyenne). Pour de nombreux automobilistes, il vaut mieux débourser 7.000 euros TTC de plus pour disposer du moteur thermique et de l'autonomie de 800 km qu'il procure, qu'acheter, garer et entretenir deux véhicules. Le PHEV dont question ici, qui coûte 24.500 euros TTC avec sa batterie 18 kWh en pleine propriété et pleine jouissance (donc non subsidiée via contrat V2G), est basé sur un BEV qui coûte 17.500 euros TTC avec sa batterie 40 kWh (autonomie de 200 km) en pleine propriété et pleine jouissance (donc non subsidiée via contrat V2G).
Pour garantir que les embrayages siamois du PHEV cessent de dissiper de la puissance, il faut s'assurer de ce qu'il ne leur est plus demandé d'opérer en tant que frein de vilebrequin ou accélérateur de vilebrequin. Habituellement, à la montée des vitesses sous forte puissance (véhicule prenant de la vitesse), c'est l'engagement du nouveau rapport qui amène l'embrayage qui dessert le nouveau rapport, à freiner le vilebrequin. Couper lez gaz provoque un freinage insuffisant, tant est grande l'inertie rotatoire de l'équipage mobile qui consiste entre autres, en le vilebrequin et le volant-moteur qui lui est accolé. Les lourds volants-moteur sont une calamité pour les embrayages siamois des transmissions DSG. Les lourds volants-moteur sont d'autant plus nécessaires que le rapport final tire long. Actuellement, à 120 km/h, on amène le moteur à essence à 1.800 t/min, et on amène le moteur diesel à 1.300 t/min. L'art en matière de volant moteur consiste à obtenir l'étalement maximal des impulsions motrices (je dis bien étalement plutôt que dissipation ou rabotage), pour une inertie rotatoire minimale. Il est fait appel à des masselottes excentrées, des ressorts, et dans la mesure du possible aussi, à une fonction d'amortissement électromagnétique non dissipative. En ce qui concerne les rétrogradages sous forte puissance, c'est l'engagement du nouveau rapport qui amène l'embrayage qui dessert le nouveau rapport, à accélérer le vilebrequin, et là, heureusement, le pilotage intelligent de la puissance du moteur thermique contribue grandement à accélérer le vilebrequin. A condition que l'inertie rotatoire à vaincre demeure raisonnable. A la montée des rapports comme au rétrogradage, il faut disposer d'un moteur électrique collé au vilebrequin, capable de fournir ou de retrancher rapidement une certaine quantité d'énergie rotatoire, afin de passer d'une vitesse de rotation A, à une vitesse de rotation B. On a affaire à une formule analogue à celle de l'énergie cinétique exprimée en Joules, qui vaut : la masse à ébranler (kg), fois la vitesse (m/s) à atteindre au carré, le tout divisé par deux. Ces Joules, vous devez les fournir ou les extraire en un certain temps, ici 200 millièmes de seconde. Ainsi, vous déterminez la puissance qui est nécessaire au niveau de la machine électromagnétique qui assure "rev-matching". Lorsqu'elle freine le vilebrequin, elle opère en frein électromagnétique. Lorsqu'elle accélère le vilebrequin, elle opère en moteur (électromagnétique). Tout est simple, jusqu'à ce qu'il faille déterminer l'inertie rotatoire du système en rotation, qui dans le cas qui nous occupe, est l'aversion que le vilebrequin affiche à changer de vitesse de rotation. Si vous estimez au pifomètre que l'inertie rotatoire du vilebrequin (et de tout ce qui tourne et/ou oscille avec lui) égale celle d'un cylindre plein en acier qui mesure 0,06 mètre de rayon et 0,40 mètre de long, alors vous estimez que son moment d'inertie rotatoire vaut sa masse (kg), fois le rayon (m) au carré, le tout divisé par deux. La densité de l'acier valant 7.800 kg par mètre cube, la masse (sur la balance) du vilebrequin atteint 35 kg. Dès lors, son moment d'inertie rotatoire vaut 35 (sa masse en kg) x 0,0036 (le carré de son rayon) x 0,5 = 0,063. Et ici, nous voulons passer d'un régime de 3.600 t/min (378 rad/s) à un régime de 1.800 t/min (189 rad/s) - ou vice-versa selon qu'on monte les vitesses (donc freiner le vilebrequin lors de l'engagement du rapport supérieur), ou rétrograder (donc accélérer le vilebrequin lors de l'engagement du rapport inférieur). Au régime de 3.600 t/m, l'énergie rotatoire accumulée vaut 0,063 x 142884 (le carré des rad/s) x 0,5 = 4500 Joules. Au régime de 1.800 t/m, l'énergie rotatoire accumulée vaut 0,063 x 35721 (le carré des rad/s) x 0,5 = 1125 Joules. Dans le cas qui nous occupe, le "rev-matcher" doit fournir (ou prélever) une énergie de 1125 Joules en 200 millièmes de seconde. Le "rev-matcher" doit donc fournir (ou prélever) une puissance de 1125 Joules / 0,200 seconde = 3,75 kW mécaniques. Amusez-vous à calculer la puissance que le "rev-matcher" doit mettre en oeuvre pour faire de même lorsqu'en en plus du vilebrequin, il y a le volant moteur (assimilable à un autre cylindre plein en acier), et last but not least, il y aussi le "rev-matcher" (assimilable à un autre cylindre plein en acier). Je pense qu'on nécessite une puissance de l'ordre de 10 kW. Et là, il est bon de se demander si une machine électromagnétique tel un moteur électrique, qui contient des bobinages qui en théorie, s'opposent à de brusques variations de courant, est capable de passer d'un état "je ne contribue pas" à un état "je fournis une 10 kW" ou "je prélève 10 kW" en disons 10 millième de seconde afin que sur les 200 millisecondes que dure l'opération de "rev-matching", il y en ait 180 qui sont 100% utiles, pendant lesquelles le "rev-matcher" travaille à la puissance qu'on attend de lui. La réponse est "oui", mais à une condition : il faut que l'inductance de fuite soit négligeable, très petite, autrement dit : le couplage magnétique entre le rotor et le stator du "rev-matcher" doit être parfait, le plus proche de 100%. Bref, ce que je veux dire ici, est que cette approche du DSG amène d'excellents résultats lorsqu'on se contente de transformer le volant d'inertie, en "rev-matcher" soudé au vilebrequin, et qu'on installe en aval, un embrayage de découplage le plus miniaturisé possible (multidisque à bain d'huile) qui ajoute le moins possible d'inertie rotatoire. Donc, partant de là, il y a intérêt à ce que se trouvent les deux embrayages siamois qui peuvent être miniaturisés car ils bénéficient en permanence du soutien du "rev-matcher". Donc, selon tel raisonnement, dans une transmission DSG assistée de la sorte, il ne PEUT PAS se trouver de lourd et puissant moteur électrique de traction en amont des embrayages siamois. La seule fonction "moteur" qu'on peut trouver en amont des embrayages siamois, est a) l'étalement par amortissement électromagnétique sans sans perte des pics moteurs, et b) le "rev-matching". Là, vous comprenez pourquoi il est essentiel qu'un PHEV doit abriter un BEV, lequel BEV applique uniquement la traction électrique au niveau des roues arrière, en recourant à un moteur électrique d'une puissance soutenue de "seulement" 95 kW secondé par une transmission mono-rapport. Et, rien n'empêche de monter un moteur de traction électrique plus performant, d'une puissance soutenue de 120 kW. Il reste encore à dire au sujet du freinage régénératif. Comment mettre en place un freinage régénératif sur les roues avant, a) qui fonctionne encore malgré que l'embrayage de découplage se trouve en position "ouverte", b) qui ne ruine pas le "rev-matching" lorsque l'embrayage de découplage se trouve en position "fermée", et c) qui n'augmente pas la masse non-suspendue du train avant ? Il reste encore à dire sur le nombre de rapports et l'étagement de la section DSG. Quatre rapports pourraient suffire. Les voici pour un moteur à essence. Le 1er rapport tirerait 24 km/h par 1.000 t/min (84 km/h à 3.500 t/min et 120 km/h à 5.000 t/min). Tel 1er rapport sert pour déboîter et doubler un camion. Le 2ème rapport tirerait 36 km/h par 1.000 t/m (120 km/h à 3.333 t/min). Le 3ème rapport tirerait 48 km/h par 1.000 t/m (120 km/h à 2.500 t/min). Le 4ème rapport tirerait 60 km/h par 1.000 t/m (120 km/h à 2.000 t/min). Tel 4ème rapport sert pour ne consommer que 5,5 litres aux 100 km à la vitesse de 120 km/h. A condition que l'aérodynamique soit décente. Donc, à condition que l'épaisseur de la batterie skateboard de PHEV 18 kWh mesure maximum 12 cm (on passe d'une ligne de toit VW Golf située à 146 cm en hauteur, à une ligne de toit VW Golf Sportsvan située à 158 cm en hauteur). Il n'y aurait pas de marche arrière, dans la mesure où le véhicule s'ébranle toujours en mode électrique pur. Je ne sais pas si telle simplification ruine la capacité de remorquage. Quelles sont les données qui déterminent la capacité de remorquage, du point de vue de l'organisme homologateur, en Europe ?
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