'THINKING OUTSIDE THE BOX': LA CLE POUR LA MOBILITE DE DEMAIN

Test et analyse du concept car E-Wheel Drive de Schaeffler

 

Dans son unité e-mobility, Schaeffler regroupe toutes ses activités concernant les systèmes d'entraînement alternatifs du futur ainsi que toutes ses connaissances en matière de mobilité électrique. Parmi ses projets, citons le module hybride 48 volts, l'essieu électrique haut voltage et l'entraînement du moyeu de roue E-Wheel Drive. Votre revue professionnelle CarFix a eu le privilège d'effectuer un test de conduite avec le concept car E-Wheel Drive troisième génération et de discuter avec le dr. Raphael Fischer, directeur de l'E-Wheel Drive & Mechatronics Product Group au sein de Schaeffler.

MOBILITE ELECTRIQUE

Cela fait longtemps que Schaeffler mise sur la mobilité de demain. Ainsi, ce célèbre fournisseur de l'industrie automobile a créé l'unité de développement e-mobility afin de pouvoir encore mieux regrouper ses activités autour des systèmes d'entraînement alternatifs. Cette unité est un concentré de l'ensemble du savoir du groupe en matière de mobilité électrique, toutes entreprises et tous pays confondus. Des centaines d'ingénieurs contribuent de manière pluridisciplinaire au développement de nouveaux systèmes et ensembles, pour une mobilité qui ne se limite pas à quatre roues.

Concept ouvert

L'unité de développement e-mobility est conçue comme un concept ouvert: toutes formes de coopération avec des partenaires industriels ou universitaires sont non seulement souhaitées, mais aussi considérées comme étant indispensables. Ce mode de fonctionnement permet de raccourcir les phases de développement et d'obtenir en cours de recherche un feed-back des futurs utilisateurs des innovations. Parmi les projets connus, il y a le module hybride 48 volts composé d'un moteur électrique (48 V/12 kW) et d'un embrayage automatisé intégré, l'essieu électrique haut voltage avec un élément d'entraînement de construction modulaire et l'entraînement de moyeu de roue E-Wheel Drive.

Concept car

L'E-Wheel Drive, utilisé comme entraînement pour le concept car E-Wheel Drive que Schaeffler développe en collaboration avec Ford, entre autres, en est à la troisième génération. Nous avons eu le privilège de soumettre ce véhicule à un test de conduite, mais aussi d'échanger quelques idées avec le dr. Raphael Fischer, directeur de l'E-Wheel Drive and Mechatronics Product Group au sein de Schaeffler.

RETOUR DANS LE TEMPS

 

Fin avril 2013, Ford et son partenaire en technologie Schaeffler ont présenté le projet E-Wheel Drive et ont fait tester chez Ford à Lommel le prototype sur la base de Fiesta, entraîné par des moteurs électriques indépendants dans les deux roues arrières.

Entraînement du moyeu de roue intégré

Avec la technologie E-Wheel Drive, l'entraînement est effectué par des moteurs électriques indépendants dans chacune des roues arrière. On libère ainsi sous le capot l'espace occupé dans les voitures classiques par le moteur et la transmission, et dans les voitures électriques par un moteur central. Avec les moteurs intégrés dans les roues, les systèmes d'entraînement, de freinage et d'aide à la conduite, sont installés dans un entraînement de moyeu de roue intégré comprenant le moteur électrique, les freins et le système de refroidissement. Avec l'entraînement du moyeu de roue intégré de la deuxième génération (la première génération avait été intégrée en 2010 dans une Opel Corsa, voir plus loin), tous les éléments requis pour l'entraînement, la décélération et la sécurité ainsi que le moteur électrique, l'électronique de puissance et de commande, le frein et le système de refroidissement sont intégrés dans la jante. L'entraînement électrique offre une puissance maximale de 40 kW, soit une puissance constante de deux fois 33 kW. Cela correspond à resp. 110 et 90 ch. Le moteur électrique permet d'atteindre un couple maximal de 700 Nm.

Gain de place

Ainsi, par rapport au moteur électrique dans la roue de première génération présenté en 2010 (sur la base d'une Opel Corsa), le moteur électrique dans la roue E-Wheel Drive deuxième génération a une puissance supérieure de plus d'un tiers et un couple 75% plus élevé. Le couple nominal s'élève alors à 200 Nm avec un couple maximum de 530 Nm. Toutefois, avec la première génération, le moteur électrique se situait dans la roue, mais pas l'électronique de puissance. L'entraînement total pèse 53 kg et nécessite un volume de construction de 16 litres. Même si c'est plus lourd que les entraînements de roue traditionnels, on a réalisé sur le véhicule proprement dit des économies de poids en déplaçant dans la roue le refroidissement par eau, l'électronique de puissance et de commande. Cela permet de supprimer un câblage considérable dans le véhicule. De plus, on peut utiliser des câbles plus fins, car la tension électrique, alimentée par une batterie dans le compartiment moteur à l'avant du véhicule, est de 360 à 420 V, ce qui permet de maintenir un courant relativement faible.

TROISIEME GENERATION

 

Le prototype présenté à Automechanika 2016 est un modèle avec un entraînement du moyeu de roue de la troisième génération. Comparé à la génération précédente, la puissance de performance est plus élevée et des améliorations ont été apportées au niveau du bruit, du couple et de la force d'entraînement. Le couple nominal s'élève à 450 jusqu'à 500 Nm, tandis que le couple max. est de 810 Nm par roue. La puissance continue est portée à 27 kW et la puissance de crête à 43 kW.

Récupération d'énergie

Comme il s'agit d'une transmission directe sans transmission, il n'y a quasiment pas de perte et on peut dire que les roues transmettent sur l'asphalte 97% de la puissance produite. La taille de jante est maintenant de 18 pouces et le poids supplémentaire est de 58 kg par roue, ce qui fait un poids total d'env. 67 kg, soit 50 kg de plus qu'une roue classique. Il n'est pas nécessaire de prévoir des pneus spéciaux (ceux-ci sont calculés sur le poids total du véhicule et non sur chaque roue séparément). Contrairement à ce qu'on pourrait penser, le caoutchouc s'use moins qu'avec un entraînement traditionnel. L'E-Wheel Drive troisième génération applique le couple au démarrage ou le couple de freinage sur la roue, et récupère l'énergie pour la batterie de traction. Plus on adopte une conduite défensive, plus on récupère d'énergie. Le contrôle de dérapage de roue peut aussi être effectué pour l'ABS et le TCS (contrôle de traction). Un frein à tambour classique est prévu, essentiellement pour le freinage manuel, mais il peut aussi être utilisé comme frein d'urgence si la récupération n'est pas possible, ou comme assistance au freinage supplémentaire à des vitesses entre 130 et 80 km/h, lorsque la puissance de freinage du système est insuffisante.

Autonomie de 100 km

L'E-Wheel Drive est conçu comme un moteur synchrone triphasé à aimants permanents (PSM). Il intègre un onduleur haute tension pour le contrôle du courant de phase et une unité de contrôle électronique (ECU). Le moteur électrique et l'électronique de puissance sont refroidis par eau. Entre le stator (noyau magnétique) et le rotor du moteur électrique, il y a un interstice dans lequel a lieu le mouvement de travail. Le roulement doit être une construction très stable pour maintenir cet interstice. L'électronique de puissance contrôle le moteur à l'aide de câbles courts. La batterie délivre une tension nominale de 360 V, avec une tension de crête à 410 V. Le roulement est évidemment de FAG. L'autonomie du concept car est d'environ 100 km, ce qui limite le champ d'application du moteur dans la roue aux petites voitures citadines pour un usage restreint. La conduite est comparable à celle d'une voiture électrique traditionnelle, même si l'entraînement direct confère un cachet supplémentaire. Un petit bémol est peut-être le bruit pour les passagers à l'arrière, même si ce n'est pas perçu comme dérangeant, pas plus que les vibrations.

NOUVEAUX CONCEPTS

 

“Nous sommes parvenus à concevoir l'E-Wheel Drive comme un concept d'entraînement accessible et très efficace grâce au raccordement direct entre le rotor et la roue, et grâce aux chemins de câbles courts", explique le dr. Raphael Fischer, qui est à la tête du projet qui a été entamé en 2007 et qui, selon lui, peut déboucher sur une production dans les deux prochaines années. Toutefois, il faudra abandonner la conception de véhicule traditionnelle.

La mobilité comme nouvelle philosophie

“Cet entraînement de moyeu intégré permet de repenser entièrement la voiture citadine sans restrictions. Il pourrait constituer un facteur déterminant dans de nouveaux concepts de véhicules et de plateformes automobiles à l'avenir", déclare le dr. Fischer. A l'avenir, cette technologie pourrait faciliter le développement d'une voiture quatre places occupant l'espace d'une voiture deux places actuelle. Le système de direction de l'E-Wheel Drive pourrait permettre aux véhicules de se garer latéralement, une percée potentielle, étant donné la densité croissante de la population et de la circulation dans les villes. “Nous devons cesser de centrer notre réflexion sur la voiture et passer à une nouvelle philosophie, celle de la mobilité. Ne parlez donc plus de voiture, mais de mobilité. Les nouvelles voitures doivent être développées dans cette optique. De nouveaux acteurs vont faire leur apparition sur le paysage automobile. Cette évolution est déjà en cours."

Un rôle central dans la conception

Pour un nouveau concept de véhicule, il faut partir de l'entraînement de moyeu de roue avant de réfléchir à la conception du châssis, et non l'inverse. “Thinking outside the box est la clé de la mobilité de demain, qui sera dominée par la créativité et l'efficacité. On verra apparaître de nouveaux modèles de véhicule qui n'auront plus rien à voir avec les modèles actuels et qui mettront à l'honneur de nouvelles formes d'entraînement." Toutefois, étant donné les restrictions citées plus haut, les entraînements de moyeu de roue seront de préférence appliqués sur les petites citadines avec une vitesse maximale de 130 km/h, une autonomie restreinte et un usage limité. Le dr. Fischer ne voit pas seulement un avenir pour l'E-Wheel Drive dans le secteur automobile, mais aussi dans des scooters électriques ou des camions industriels, moyennant une application à l'échelle adéquate.

Projet MEHREN

Avec Ford, Continental (qui se consacre principalement aux nouvelles versions de frein), l'Université RWTH Aachen et l'Université des Sciences appliquées de Regensburg, Schaeffler va encore plus loin dans le projet de recherche MEHREN (conception d'un véhicule électrique avec un entraînement de moyeu de roue offrant une exploitation très efficace de l'espace et de l'énergie sans réduire la sécurité). Ce projet met l'accent sur l'implémentation d'une architecture logicielle répondant aux exigences des entraînements de moyeu de roue, où la conjonction entre le moteur électrique et le système de freinage est optimisée. Dans un projet annexe, on tient aussi compte de la sécurité fonctionnelle. Le projet MEHREN devrait livrer le prototype d'un nouveau concept de véhicule basé, dès le début du développement, sur un entraînement de moyeu de roue comme entraînement standard. Soyez-en sûr: la mobilité de demain n'est pas un lointain rêve d'avenir, mais une réalité, surtout pour Schaeffler …