Une fonctionnalité qui offre de précieux atouts, parmi lesquels figure en tout premier lieu la possibilité d’accroître l’autonomie des véhicules électriques de 5 à 20 % et d’étendre la plage d’utilisation du moteur.
La boîte à deux vitesses proposée par ZF Friedrichshafen devrait ainsi accroître en moyenne l’autonomie de 5 %, voire de 10 à 20 % sur un parcours autoroutier, alors que ce type de trajet est le plus énergivore. Le prototype présenté par l’équipementier est doté d’une autonomie moyenne de 400 km.
La boîte a été paramétrée de telle sorte que le second rapport soit enclenché automatiquement au-delà de 70 km/h. Ainsi optimisée, la plage d’utilisation du moteur fait accroître l’autonomie d’environ 20 km et même 40 à 80 km sur autoroute à vitesse élevée.
Deux variantes présentées à Francfort
Le démonstrateur, installé sur un Volkswagen Touran, sera présenté au salon de Francfort à la rentrée prochaine (du 12 au 22 septembre). Dans le cadre de cette présentation, la boîte sera associée à un moteur électrique de 140 kW / 190 ch. Une variante permettra d’offrir une puissance de 250 kW / 340 ch sans modification particulière.
ZF Friedrichshafen a parallèlement annoncé son intention d’investir 12 millions d’euros d’ici 2023 dans le secteur de la conduite électrique et autonome. D’ores et déjà fournisseur des constructeurs dans le domaine des moteurs électriques, l’équipementier a développé un kit hybride rechargeable à bas coûts, monté sur un prototype Dacia Duster.
La boite à deux rapports pour les VE : l’idée fait son chemin
Si les véhicules électriques sont habituellement dotés d’un réducteur – solution permettant de réduire tant les coûts que le poids, généralement constitué d’un seul rapport – la boite à deux rapports émerge peu à peu.
L’année dernière, la société Kreisel, spécialiste autrichien des véhicules électrifiés et des batteries, a présenté une boîte à deux rapports pour le moins innovante.
La solution, basée sur un prototype électrique Porsche 910, permettrait – selon les ingénieurs – un rendement supérieur à un réducteur conventionnel sur un véhicule hautes performances …. et particulièrement sportif. Selon l’entreprise, la transmission permettrait de réaliser un passage de rapport en 0,25 seconde.
Associé à un puissant moteur, le système a permis un 0 à 100 km/h en environ 2,5 secondes et une vitesse maximale de 300 km/h. La transmission est dimensionnée pour répondre à des puissances allant jusqu’à 600 kW et 900 Nm de couple selon la société.
L’avis de Leblogauto.com
Si la boite de vitesses a deux rapports a dans un premier temps été proposée dans le cadre de véhicules très sportifs, offrant des fonctionnalités proches de certaines supercars électriques – dotés eux de transmission fixe – l’innovation de ZF Friedrichshafen semble adaptée à une demande beaucoup plus large et plus grand public. Il s’agit désormais d’un prototype basé sur Volkswagen Touran et non pas sur une Porsche …. solution ouvrant la voie à une « démocratisation » d’une boite deux rapports ? Reste à connaître précisément son coût et son poids pour apprécier en pleine connaissance de cause ses réels atouts.
Sources : ZF Friedrichshafen, Kreisel
15 commentaires
On nous sort des boites à 8/10 rapports sur les moteurs thermiques, pourquoi commencer qu’avec 2 rapports sur l’électrique?
Est ce que ça a été un argument pour les voitures électrique le faite qu’il n’y ait pas de boite de vitesse? Ou c’est plutôt un problème de couple qui est trop important sur un moteur électrique par rapport à un moteur thermique?
Je pensais que c’était rentrée dans les mœurs qu’une boite de vitesse aide à baisser la conso, ça me semble logique que ça fonctionne aussi pour une voiture électrique et donc qu’il faut en avoir une pour augmenter l’autonomie.
Un moteur électrique possède un couple max quasi immédiat et un rendement presque constant quelque soit sa plage de régime contrairement à un moteur thermique qui nécessite une boîte de vitesse pour rester dans sa plage de fonctionnement optimal.
C’est pour cette raison qu’une boîte de vitesse est grossièrement inutile sur un véhicule électrique.
Maintenant, en Formule E, ce qui se fait de mieux: certaines équipes utilisent des boîtes de vitesse (2 vitesses), d’autre non. Elles permettent de grapiller un peu de rendement, souvent cela se joue à très peu de chose (le poids) puisque comme expliqué au début de mon message, les moteurs électriques ont un rendement presque constant et un couple max disponible dès le démarrage.
Une boîte de vitesse pèse plus lourd qu’un simple réducteur, plus il y a de vitesses et plus elle pèse lourd donc plus il est difficile de justifier son emploi et son coût.
Hm pour la Formule E, de mémoire, il n’y avait que Renault (et client) qui utilisait une boîte à 2 rapports au début de la série.
Après ils sont passés à 1 seul rapport, et on tenté (via Nissan) de faire un groupe propulseur à deux moteurs pour étaler la plage de fonctionnement et pouvoir faire de la récup tout en avançant (freinage).
Mais pour le reste oui, une boîte sur la voiture de monsieur tout le monde n’aura que pour intérêt selon moi de pouvoir étendre la plage de fonctionnement (aller au-delà des 130 km/h).
En revanche, cela induit des pertes de frottements, de la masse en plus, et d’éventuelles pannes…pas bon pour l’autonomie.
Donc sur des voitures sportives il y a un intérêt…chez « monsieur toutlemonde », j’ai un doute.
Il est vrai qu’un moteur électrique peut délivrer un couple max dès le démarrage….MAIS il ne faut pas oublier que c’est la puissance qui fait accélérer. Le problème est que la puissance est le produit de couple*vitesse de rotation
Supposons que la roue fait 2m de périmètre.
La roue fait 1 tour, et la voiture avance de 2m
En roulant à 3km/h, la voiture avance 50m par minute, tourne 25tr/min
Supposons un réducteur de 10:1 entre le moteur élect et les roues. Le moteur tourne donc à 250tr/min, ou encore 26rad/s
Supposons que le moteur développe un couple de 1000Nm (ps: les V10 3L en F1 développaient tout juste 400Nm). Mais à 250rpm, le moteur élect développera une puissance de 26000W, 26kW ou encore 35ch. C’est raté pour les départs fulgurants, et le pilote arrivera en fin de ligne droite à la dernière position…
En optant pour une boite à plusieurs rapports, on peut avoir le 1er rapport avec une démultiplication de 40:1, et permettre au moteur élect de développer 140ch, avoir un excellent départ sur la grille, avant de changer les rapports lorsque la voiture est lancée
Mais alors, il suffirait de mettre un réducteur de 40:1 et de ne pas utiliser de boite de vitesse. On aurait aussi un excellent démarrage… Le soucis est qu’à 210km/h, une vitesse faible pour une course automobile, le moteur devra tourner à 17500rpm, ET de fournir la puissance nécessaire pour rouler à cette vitesse! Est ce possible???
https://prius-touring-club.com/vbf/imagehosting/167148a9cbaf07b8a.gif
Voyons ce graphique, le moteur électrique de la Prius
On constate que le moteur électrique a une zone de rendement optimum, et qui se dégrade avant ou après
On constate que le couple diminue en fonction du régime moteur:
-à 2000rpm, on a environ 225Nm
-à 4000rpm, 2x plus vite, on a tout juste 100Nm
-à 6000rpm, 3x plus vite, on a à peine 50Nm
P = C*w
Entre 2000rpm et 6000rpm, on tourne 3x plus vite, mais perd 4.5x fois le couple moteur. On perd donc de la puissance
On constate que plus le moteur devra tourner vite, et plus sa puissance produite diminue!!! Les ingénieurs chez Toyota ne sauraient ils pas comment choisir un moteur élect, et auraient pris par erreur ce moteur qui perd de la puissance à haut régime???? Ou est ce que ce serait une caractéristique propre aux moteurs électriques, ses avantages ET ses inconvénients???
Voilà. En compétition, on a besoin d’une voiture capable d’accélérer vite au départ, avoir une bonne reprise à la sortie d’un virage lent, et avoir une vitesse max la plus élevée possible. Il faut donc une boite de vitesse, malgré l’utilisation d’un moteur électrique
A la 1ere année, les voitures Formule E étaient toutes monotype, développée par Renault, et équipées d’une boite à 5 rapports. Avec seulement 180ch dans une plage « restreinte » ET qui serait quelque part au 1er tiers de la plage de régime moteur, ET qui diminue par la suite, les 5 rapports étaient nécessaires pour que les pilotes puissent disposer de la puissance max en tout circonstance. Départ, virage lent, virage rapide, ligne droite….
https://www.lepoint.fr/automobile/sports-et-reves/formula-e-la-revolution-est-en-marche-26-04-2014-1816507_658.php
https://ashwoodselectricmotors.com/wp-content/uploads/2017/10/IPM-L50-website-1024×698.png
Voici un petit moteur électrique, 48V
C’est pareil pour les moteurs élect plus puissants
On voit que la puissance max est entre 1750 et 2250rpm, et qu’on a perdu 15% de la puissance max vers 6000rpm, passant de 10.5kW à 9kW. Alonso aurait dit « motor e-GP2… »
Comment faire pour avoir une puissance constante, sur une grande plage de régime, tel qu’on a l’habitude de voir, comme celle de la ZOE. Du premier exemple où la puissance chute, comment faire pour avoir une puissance constante de 10.5kW de 1000 à 6000rpm???
Pour cela, il suffit de….surdimensionner le moteur., qui si on l’exploite au maximum de sa capacité, développerait 21kW à 2000rpm. La pente de la courbe puissance est plus raide, atteindrait 10.5kW dès 1000rpm. Ensuite, au-delà de 2000rpm, malgré la baisse de la puissance, elle sera toujours au-dessus de 10.5kW
Voilà comment on arrive à faire des moteurs élect à « puissance constante »…
http://www.zeperfs.com/images/ccp/courbes6307.png
En Formule E, la puissance du moteur est limitée, par exemple 200kW
-si on dimensionne le moteur pour que sa puissance maximale théorique soit de 200kW (au 1er tiers du régime moteur), alors la puissance serait moindre à faible et à grande vitesse de rotation. Il faudra avoir recours à une boite de vitesse avec beaucoup de rapports, afin de pouvoir toujours rester dans cette zone à puissance max
-mais on peut aussi surdimensionner sa puissance théorique, à 300, 400, 500kW, avant de la brider à 200kW pour respecter le règlement FIA. Dès lors, on aura 200kW sur une plus grande plage de régime moteur. Dès lors, une boite à 2 rapports suffirait. 1 rapport très court pour le démarrage et les virages très très lent. Et le 2eme rapport plus long pour le reste du circuit
.
En Formule E, peu à peu, les constructeurs ont des libertés supplémentaires pour la conception de la voiture. Ce n’est qu’une question de compromis.
-avec 2 rapports, la boite est plus légère, permettant de rajouter du lest ailleurs pour mieux équilibrer la voiture. Eventuellement selon le circuit, le pilote n’aura plus besoin de changer de rapports après le départ, s’il n’y a pas de virage très très lent. Pas de rupture de la transmission de la puissance. Moins de problème de fiabilité de la boite de vitesse. MAIS le moteur devra tourner très vite dans la ligne droite, et donc loin de la zone où le rendement est le meilleur (voir l’illustration du moteur de la Prius). Peut-être que 3 rapports serait préférable, pour pouvoir rester proche de la zone rendement maxi et économiser quelques électrons. 15-20% de rendement de différence, ce n’est pas négligeable, dans la ligne droite
Nissan utilise aussi une boite de vitesse, enfin presque. Nissan utilise un train planétaire et 2 moteurs électriques. C’est le mode n°2 de la Chevrolet Volt. C’est une Prius dont on aurait supprimé le moteur thermique, laissant seuls les 2 moteurs électriques
En utilisant soit le petit, soit le gros, soit les deux en même temps avec des régimes différents, ils ont toujours la puissance maximale, et sont toujours très proche de la zone de rendement optimum de leurs moteurs électriques
https://www.greencarcongress.com/2010/10/chevy-volt-delivers-novel-two-motor-four-mode-extended-range-electric-drive-system-seamless-driver-e.html
Un simple overdrive quoi. Pas compliqué techniquement à faire.
OD : il est commandé électriquement par solénoïde mais c’est une pompe à huile qui fait office de levier pour le surmultiplicateur. Pas certain que le principe soit retenu, car le couple est très élevé.
Surtout que l’OD est déconseillé dans les rapports inférieurs où la force motrice démultipliée est intense. Le cône embrayage peut patiner sous le couple instantané du moteur électrique, qui lui ne supporte pas un embrayage à coller.
Je pense que le mieux est la boite de vitesse classique à pignon chevron ou dble chevrons. Une taille droite est trop bruyante. Ensuite, oui on domine largement la commande robotisée à présent. En machine outil la rotation est programmable et on ne subit aucun choc perceptible.il peut très bien en être ainsi en automobile électrique. La boite de vitesse pour une motricité électrique n’a rien de révolutionnaire. C’est un progrès, une option .
Pas forcement un overdrive
Ça pourrait très bien être une boite mécanique pilotée réduite à 2 rapports
http://medias.larousse.fr/archives/img/grande-encyclopedie/full/boite_de_vitesses_005.jpg
Ici, c’est une boite 4 rapports
http://www.educauto.org/sites/www.educauto.org/files/styles/visuel_dans_ressource/public/synchro2.png?itok=t2Ap10lQ
ici, c’est le fonctionnement du baladeur, qui sera soit en crabotage avec l’un des pignons, soit au milieu en roue libre
Avec un moteur électrique, on peut s’en passer de l’embrayage, moyennant un peu d’électronique
Avec un moteur thermique, on a besoin de l’embrayage pour (au moins) 2 raisons
-je fais des manoeuvres. La voiture roule en dessous de 1km/h. Avec le 1er rapport voiture à 7km/h moteur à 1000rpm, il faudrait que le moteur tourne donc à 140rpm!!! Ce qui n’est pas possible. Et donc on débraye les disques de l’embrayage, fait patiner un peu pour laisser passer un peu de puissance pour la manoeuvre sur le parking. Avec un moteur électrique, tourner à quelques dizaines de rpm, c’est en mode très dégradé, mais c’est possible, et donc pas besoin d’embrayage lors des manoeuvres
-aux changements de rapports.
Je suis en 3eme à 5000rpm. Je passe la 4eme, et le moteur devra plonger à 3500rpm.
Pendant qu’on débraye, l’arbre primaire est libre, et pourra se synchroniser facilement avec le pignon fou (libre)
Puis on réembrayage progressivement, et le moteur va adopter le régime imposé par la vitesse de la voiture à cet instant lorsque les 2 disques de l’embrayage vont se rapprocher
Avec un moteur électrique, pendant que le baladeur est au milieu, il suffit de piloter le moteur, accélérer ou ralentir, pour être exactement au même régime que « l’arbre secondaire » (ps: techniquement, c’est le régime du pignon fou sur l’arbre primaire). Ainsi, le baladeur pourra craboter sur les cannelures du pignon fou et être solidaire avec lui
Il y a déjà un compte tour sur l’arbre secondaire: c’est lui qui donne la vitesse de la voiture
Le moteur, thermique ou électrique, est aussi monitoré. C’est le compte tour classique
On quitte un rapport pour aller à l’autre, quitter une démultiplication pour adopter l’autre démultiplication. L’électronique sait quel sera exactement le régime moteur, en fonction de la vitesse de rotation de l’arbre secondaire, et pilotera le moteur en conséquence. Pas besoin d’embrayage donc
Moi j’ai une boîte 6 sur mon moteur électrique et même pas besoin d’avoir une Porsche ?
La version haut de gamme du Porsche Taycan pourrait avoir une boîte à deux rapports. Wait and see…
La version haut de gamme du Porsche Taycan devrait recevoir une boîte à deux rapports.
Qu’on se serve des logiciels en dessin de carrosserie, ok c’est le bon outil. Tout le monde fait. Mais pour que ce soit beau, il ne faut pas qu’on le voit tellement. C’est pas moi qui vieillit, je n’aime pas cette mode, ai toujours préféré les beaux dessins. Cette face avant est révélatrice du défaut de finesse du trait.
On remonte en arrière mais quand Audi avait repris le dessin de la R.O 80, ils avaient surpris tout le monde. C’était novateur et joli. On ne refait pas l’histoire, mais on doit s’appliquer continuellement quand on décline des autos chères vendues.
Encore une fois on dit merci aux … aux …. ? ?
aux actrices qui se donnent à fond pour nous donner des vidéos sympa à regarder et qui n’hésitent pas à remercier également l’équipe de production alors qu’elles sont en plein tournage?