Selon le spécialiste de la boîte à vitesse ZF, la voiture électrique serait parfaite pour recevoir une boîte à trois vitesses.
Parmi tous ses avantages, la voiture électrique peut se passer de boîte à vitesse et de tous les autres organes mécaniques qui lui sont associés, à l’image de l’embrayage, du volant moteur et de l’arbre de transmission. Et ce grâce à ses caractéristiques techniques, les moteurs électriques pouvant généralement couvrir une plage de vitesses suffisante au quotidien. Mais pour ZF, l’un des équipementiers les plus réputés en matière de chaîne de traction et de transmission, la voiture électrique est parfaite pour recevoir une boîte à trois vitesses.
Un rapport pour tous les usages
C’est ce qu’a avancé V Ramanathan, l’un des responsables de la branche utilitaire de l’équipementier, lors d’un sommet sur la mobilité électrique en Inde. Selon lui, la voiture électrique gagnerait en efficacité avec une unité à trois pignons : un rapport pour faciliter le tractage à basse vitesse, un second pour un usage quotidien et un troisième pour une meilleure allonge sur l’autoroute et à haute vitesse.
Sur le papier, l’idée fait sens : la boîte de vitesse permettrait d’ajouter des rapports de démultiplication adaptés aux situations afin de parfaire les performances du moteur et son efficience. C’est la stratégie qui se cache derrière les Porsche Taycan et MG Marvel R, qui disposent toutes les deux d’une boîte à deux rapports. Citons également l’incroyable Ford Supervan, qui reçoit une unité similaire sur le train arrière pour favoriser la traction au démarrage.
Une boîte à vitesse pour les électriques, une bonne solution ?
Pour le moment, le porte-parole de ZF a simplement posé son idée sur le table, sans évoquer de quelconques travaux en cours dans les bureaux d’études de l’équipementier. Au contraire de Bosch, qui semble continuer le développement de la CVT4EV, une boîte CVT à variation continue reposant sur les mêmes principes.
À lire aussi Une fausse boîte manuelle pour les voitures électriques Toyota ?Bien que techniquement intéressante, la solution n’est toutefois pas optimale. Et pour cause : ce nouvel intermédiaire dans la chaîne de traction engendrerait des pertes et affecterait le rendement global de la motorisation électrique. Surtout, cela imposerait aux conducteurs de voitures électriques un plan d’entretien spécifique pour cette pièce (comme n’importe quelle boîte à vitesse), tout en compromettant mécaniquement la fiabilité : le risque de panne augmente avec l’apparition de nouvelle pièce.
Je suis d’accord avec un certain nombre de commentaires techniquement bien informés : ajouter une boite de vitesse (peut être pas à 3 rapports mais à 2) permettrait potentiellement d’ameliorer les VE. Les moteurs electriques de traction et le reducteur associés actuels sont largement surdimensionnés, car ils sont calculés pour le couple de demarrage en côte d’un vehicule de 2 tonnes. Ce sont des tracteurs. Du coup, à grande vitesse, la puissance maxi (la ‘puissance de coin’) est largement excedentaire (c’est pour cela qu’on se retrouve avec des Megane de 200cv ou des 208 de 150cv maxi, puissance par ailleurs inutilisable: ridicule). La masse d’un moteur electrique etant essentiellement fonction de son couple, ils sont trop lourds. L’autre problème est qu’avec des coefficients de couple aussi élevés, avec des moteurs synchrones a aimants permanents dont on ne peut pas contrôler l’excitation (la majorité des cas, sauf Renault et ses moteurs a rotor bobines et quelques rares machines à induction…), la fem du moteur augmente très vite avec la vitesse, donc à tension batterie donnée l’onduleur arrive assez tôt en butée de taux de modulation ; du coup pour continuer à monter en vitesse, il faut ‘defluxer’ le moteur par le courant Id (en gros :
combattre le champs tournant des aimants par un champs opposé généré au stator) , ce qui signifie augmenter le courant statorique c’est a dire écrouler le cos phi donc augmenter les pertes dans la machine est l’onduleur. Compte tenu de la fréquence fondamentale élevée des courants statoriques, on peut aussi être contraint de conserver une fréquence de decoupe MLI élevée pour conserver une marge de pilotabilite acceptable pour l’onduleur, ce qui va aussi augmenter les pertes en commutation. Pas cool : -( . En résumé, pour repondre a une contrainte ponctuelle (redémarrage en côte), on embarque un moteur trop puissant et trop lourd qui sera moins efficace a grande vitesse. Une boite de vitesse ne serait-ce qu’a deux rapports permettrait de répondre a l’exigence de démarrage en côte avec un moteur moins coupleux grâce à un 1ier rapport court, puis de réduire la vitesse de rotation du moteur au-dessus d’un seuil de vitesse grâce à un second rapport ‘long’, ce qui serait bénéfique au rendement de l’ensemble convertisseur-moteur sur autoroute par exemple. Il faut évidemment prendre en compte dans le trade-off la masse additionnelle et le rendement (de l’ordre de 0.985-0.99) de la boite ; mais ça mériterait d’être serieusement évalué dans le cadre d’une etude d’optimisation système. Cela ne peut en aucun cas être éliminé du revers de la main par un ‘meuh non ça sert evidemment à rien, ça marche très bien comme ça, si c’etait utile ça se saurait’ etc.
Je me demande ce que font tous ces spécialistes de la motorisation électrique sur AP !
Je pense à tous ceux qui pensent que parce que la plupart des VE n’ont pas de boîte de vitesses, c’est qu’elle serait inutile dans tous les cas.
Je ne suis pas spécialiste du tout, mais je connais les avantages et les limites du moteur électrique en général :
Donc, à chaque démarrage, le moteur pompe énormément de courant dans la batterie, en conséquence la batterie et le moteur chauffent passablement -> pertes d’énergie.
Si on met simplement un réducteur 1/2, on peut sans peine imaginer un moteur plus petit et une sollicitation moindre de la batterie, donc une possibilité d’alléger le tout dans une proportion bien plus grande que 2 pignons de plus dans un réducteur.
Autre matière à réflexion : la consommation d’un moteur électrique n’est pas lié à son régime de rotation, mais à sa charge. Avoir une vitesse qui le maintiendrait proche de son régime nominal, donc de son régime le plus efficient, lorsqu’on circule en ville (<70 km/h) peut passablement améliorer le rendement et les performances du moteur.
Je pense qu’il y aurait moyen de le faire à l’intérieur du différentiel, donc pas plus de maintenance qu’actuellement (1 vidange tous les 150-200’000km).
Je ne sais pas si 3 vitesses sont pertinentes (peut-être en Allemagne pour faire 70-140-210), mais je sais que les VE sont un peu à la traîne en capacité à tracter. Je suppose que c’est lié précisément au rendement des moteurs électrique à très basse vitesse et que la proposition de ZF pourrait aussi changer la donne dans ce domaine et permettre à une Spring de tracter une petite remorque, par exemple.
Mais effectivement, du point de vue de l’efficience, je ne sais pas si c’est une meilleure solution que 2 moteurs différents, dont 1 pour les basses vitesses et l’autre pour les hautes vitesses. Du point de vue du poids et du coût, je suis certain que 2 ou 3 pignons de plus sont moins lourds et moins cher qu’un second moteur électrique.
Sur les derniers Touran que j’ai eu :
Non merci les boites.
Toutes les voitures électriques ont un réducteur. Il me semble même qu’il s’agit systématiquement d’un réducteur épicycloïdal. Ça tombe bien, un réducteur épicycloïdal, c’est une boîte de vitesse, capable de fournir deux vitesses (et une marche arrière, accessoirement, mais on s’en moque pour l’électrique) en fonction des axes de rotation que l’on choisit de bloquer.
On a donc potentiellement une boîte de vitesse à deux rapports sans ajout d’engrenage. Avec la plage de fonctionnement et la rapidité de réaction du moteur électrique, il est aussi probable (mais des personnes plus calées en mécaniques pourront me contredire) qu’il ne soit pas nécessaire d’ajouter embrayage et synchro.
Est-ce que ça a un intérêt ? La plupart des VE ont un moteur électrique à aimant permanent. L’avantage, c’est un rendement maximal énorme. L’inconvénient, c’est que ce rendement est sur une plage plus restreinte que pour un moteur synchrone bobiné. Avec un deuxième rapport, on devrait donc pouvoir garder un meilleur rendement sur une plus large plage d’utilisation, et une optimisation de la consommation et donc de l’autonomie. Ça me semble profitable. Reste à savoir si le système de blocage et sa commande ajoutent beaucoup au prix final de l’auto…
Et pourquoi pas deux moteurs, comme sur les Tesla ? Et bien, au final, sur quasiment toutes les voitures électriques disponibles en mono et bi-moteur, on constate une augmentation de la consommation avec un deuxième moteur. Et c’est logique… On rajoute du poids et un deuxième réducteur qui freine. La seule (paire d’)exception, c’est la model S(et X). D’ou vient cette exception ? Du fait que la version à un seul moteur est propulsé par un moteur asynchrone au rendement (relativement) mauvais, alos qu’on ajoute un moteur synchrone à aimant permanent pour la dual moteur. Il ne s’agit donc pas là d’un avantage de la double-motorisation, mais de réduire les défauts de la motorisation de base. (Défauts en terme de consommation. L’asynchrone a bien d’autres qualités, comme le coût, la fiabilité, la simplicité, etc…)
Mes récentes lectures confirment que l’on est sur des ordres de grandeur de -30% de rendement moyen a basse vitesse du moteur et -10% de rendement au faibles couples, le tout qui tend évidement vers rendement nul à vitesse nulle. Les pertes dans un engrenage, de l’ordre de 2% sont donc bien en inférieure et permettrait d’optimiser les moteurs dans toutes les phases où on cherche justement le plus d’efficience.
Je découvre aussi qu’une grande partie de nos VE ont déjà un réducteur en sortie de moteur. il ne s’agit donc pas d’ajouter une perte dans un engrenage, il s’agit juste de changer le rapport de l’engrenage pour optimiser le moteur et son électronique.
Vivement les boites de vitesse.
Mais vivement aussi des véhicules non SUV, plus légers et aérodynamiques.
Quitte à rajouter quelque chose, je pense que la solution dual motor à la Tesla est plus intéressante car elle offre en plus les 4 roues motrices au besoin.
Attention à la confusion que font certains, le VE a aussi une « boite de vitesse » à UN rapport. Ici « boîte de vitesses » veut dire transmission à plusieurs rapports. A tous ceux qui rejettent naïvement l’idée que cette transmission à 2 rapports apporterait un gain de rendement et donc d’autonomie, nous leurs disons que l’ajout du deuxième rapport ne nécessite que deux pignons supplémentaires et d’une bague de synchro sur l’un des axes. De plus, cela permet d’avoir aussi un » point mort » (dit neutre) mécanique pour la sécurité que certains VE n’ont pas. Rien à voir donc avec la complexité d’une « belle boîte de vitesses à 8 rapports à double embrayages ». Quant au « surpoids », eh bien non, on en gagne ! A peine plus celui des 2 pignons et bague + fourchette de commande via un système électromécanique, contre celui gagné sur le moteur à plus faible couple. Si la fameuse TM3-SR en avait une, elle gagnerait entre 30 et 40 km sur route et autoroute.
Ce que dit ZF est simple à comprendre : après la grande période d’optimisation des moteurs, on se rend compte qu’ils sont coûteux à produire, une boîte permettra d’utiliser des moteurs moins sophisitiqués.
On se souvient que Lotus avait proposé la même chose il y a 15 ans pour équiper les roadsters
je suis pas très calé en mécanique, mais je me suis toujours dit que ce serait le top, et justement j’imaginais une boite 3 pour usage genre ville / route / autoroute. L’idée : se dire que 400km wltp = 400km point barre et pas 400km de route, ou 300km d’autoroute… Après, sur les thermiques, s’il y a bien un truc dont on ne s’occupe jamais, niveau panne comme entretien courant, c’est bien la boite de vitesses. Et pour les VE, on a une boite auto pour marche avant, arrière etc… Sur les autres je sais pas, mais sur ma MG j’ai une vidange de l’huile de boite à faire tous les 4 ans.
Sur la plupart des motos tout terrains électriques (e-motion, ktm, BHR, sur ron) il y a une boite ou une cascade de pignon comme réducteur de couple, souvent sans embrayage et avec peu de rapports. Le besoin semble présent.
traduction : ZF veut survivre.
Il est très clair qu’une boite de vitesse pour une voiture électrique n’est pas nécessaire. Les voitures les plus efficientes n’en ont pas. La BV de la Taycan n’est pas nécessaire dans la voiture de M. Tout-le-monde.
Néanmoins, je peux imaginer que ce soit un facteur d’optimisation de volume pour avoir des moteurs moins puissants et plus compact fournissant un bon couple à bas régime. Je peux aussi imaginer que ce soit nécessaire pour certains utilitaires ou véhicule tout-terrains souvent sollicité à moins de 20 km/h. Mais cela existe déjà pour les VTs qui ont une boite de réduction ou un premier rapport très court.
ZF est mal. Il est tellement plus facile de mettre 1 moteur par essieu ou par roue que d’avoir une transmission complexe si on a besoin d’optimiser le couple et le rendement.
Aujourd’hui les reines de l’efficience n’ont pas de boîte de vitesse. Celles qui en ont une sont loin d’être les reines de l’efficience. Comment tenter de sauver son business. Mais bon je suis sûr que des constructeurs vont trouver l’idée intéressante, une justification pour faire payer des révisions et une cause de panne supplémentaire pour faire fonctionner les garages et le rechange (sur lequel ils font leurs marges).
Un simple bouton suffit (avec des modes Power, Eco…).
Une autre solution pourrait être de mettre 2 moteurs avec chacun une optimisation : vitesse basses <90kmh et vitesses hautes jusqu’à 130
Et la marmotte, elle met une boîte de vitesses dans une voiture électrique…
C’est tout sauf idiot.
Un engrenage moderne a trés facilement un rendement >98% or un moteur électrique ainsi que toutes l’electonique complexe qui doit s’adapter pour gérer le courant sur un très large plage de vitesse a des variations de rendement bien plus importantes que 2%.
C’est très très loin d’un constante le rendement d’un moteur électrique. Par définition ca tend vers rendement 0 à vitesse nulle notament…
C’est intéressant surtout sur la voiture de Mr tout le monde, là où il y a soucis d’efficacité énergétique ; sur les montres surpuissants ca apporte rien si la suralimentation des moteurs (l’elec est trés adapté à ca) permet déjà les puissances et couples inutiles affichés aujourd’hui.
ou comment un fabricant de boite de vitesse nous explique l’utilité d’une boite de vitesse pour quelque chose qui n’en n’a pas l’utilité ni le besoin… prochain équipementier : les fabricants de réservoir de carburant, puis les fabricants d’huile pour moteur, de pot catalytique, de frein à main
etc…
Je pense qu’une boîte de vitesses sur un VE sera un bon motif pour que je raye le véhicule de ma short-list.
NB : Si un jour je venais à jouer à l’euromillion et que par miracle je gagnais une somme rondelette, je serais peut-être moins regardant sur cette question vis-à-vis d’une Porsche Taycan…
NB 2 : … quoique, acheter une Porsche pour rouler à 130 max, ça n’en vaut probablement pas la peine. Donc : Sus aux boites de vitesses sur les VE !
ZF explique comment conserver son business. C’est parfaitement compréhensible, il y a beaucoup de jobs à la clé…
Mais ça ne va pas dans le sens de l’histoire. C’est le combat du maréchal ferrant à l’avènement de la voiture thermique, du Minitel à l’ère d’internet, du Bi-Bop vs GSM, bref, vous avez compris le truc.
Certains véhicules spécifiques nécessiteront une boîte, mais beaucoup, beaucoup moins.
Le « Vieux Continent » a été précurseur dans l’industrie automobile à moteur thermique. Aujourd’hui dans un monde globalisé (pour le meilleur et pour le pire), avec une Asie fortement mobilisée et extrêmement concurrentielle, il faudra trouver mieux pour s’en sortir que de tenter désespérément de placer des solutions éculées.
Oui, une boite “électrique” serait parfaite pour ZF!
De l’efficience d’un côté, une perte de rendement de l’autre…. faut voir si le résultat est positif ou négatif ou neutre.
C’est sûr qu’un fabricant de boites va faire en sorte que le résultat soit positif.
Sur une sportive (Porsche) on peut justifier une boite à plusieurs vitesses. Sur un camion, engin de chantier, etc, probablement que oui aussi. Sur la voiture de Mr tout le monde, pas sûr, faut voir…
Les VE sont déjà chers alors ajouter un composant… pas évident du tout que cela soit pertinent sur une voiture.
Sachant une la vitesse max sur autoroute sur les principaux marchés des voitures électriques capables de parcourir de grandes distances autoroutières est de 100km/h en Chine, 113 aux Etats Unis, entre 110 et 130 en UE, et que la vitesse moyenne est d’environ 10 de moins que la vitesse maxi, faut il vraiment enchérir et alourdir les véhicules avec un boîte ? Surtout si la justification de la dite boîte est de gagner un chouia de rendement, alors que la majorité des VE sont des SUV à l’aérodynamique déplorable ?
En fait, il me semble que Tesla a, depuis longtemps, pesé le problème en choisissant ses “dual motor” asynchrone AV et synchrone AR.
La gestion électronique fine attribue ensuite la puissance et/ou le couple suivant les besoins.
Leur efficience n’est plus à prouver.
Sinon mon boucher me dit que pour péter la forme il faut manger de la viande rouge 3 fois par jour !
Les fabricants de pots d’echappement vont nous expliquer que ça serait bien d’en mettre un sur les VE, LOL !
Eh bien ZF a raison !
Surtout sur les moteurs BLDC à aimants.
Une boîte à vitesse améliore le rendement global du groupe moteur, car elle permet de garder le point de fonctionnement toujours dans la plage où son rendement est le meilleur, et ceci, malgré les petites pertes des pignons supplémentaires. De plus, cela permet de diminuer la taille et le poids des moteurs pour les forts couples (remorquage, ou en côte). Idéalement d’après nos études sur le sujet, deux rapports de transmission suffiraient, avec un point de bascule à 70km/h qui permettrait de maintenir les vitesses de rotation du moteur électrique sous les 5000rpm sur autoroute. Cela pourrait se faire au choix, en manuel au volant ou automatiquement. Après pour ce qui est entretien, comme pour les VE actuels à un seul rapport, une simple vidange suffira aux 150000km, pas de quoi casser sa tirelire.
Boîte de vitesse(s), boîte à vitesse(s) ? il faut faire un choix.
En tout cas, a priori il y en a plusieurs, donc c’est au pluriel ;)
L’idée m’a toujours titillé l’esprit pour un usage autoroutier. Mais de l’autre côté je sais que ça génère des frottements mécaniques donc affecte le rendement du VE. Ce qu’il faudrait vérifier sur un proto, c’est de voir si les pertes sont largement compensées avec un gain significatif sur autoroute par ex. Pour les autres usages je suis plus sceptique.
On est aussi en droit de penser que ZF a quelques arrières pensées mercantiles pour sa survie car la BVA 8 vitesses ZF c’est pas trop le marché du VE quand même.
Bref, en langage décodé, cette boîte ne sert à rien, si ce n’est de compliquer les choses et d’alourdir le VE, pour un gain illusoire.
On comprend pour ZF, que la fin des thermique et la décroissance des PHEV soit un problème, mais l’exemple des Porsche Taycan ou MG Marvel, prouvent qu’on peut faire aussi bien, et même mieux, SANS cet accessoire inutile sur un VE.
D’autant que, quitte à alourdir le VE, il vaut mieux monter un 2ëme moteur, aux réglages de couple différents, apportant pour le coup, une motricité supérieure…
Comment tenter de sauver son business en racontant des sornettes !