Comment fonctionne la boîte à deux rapports de la Porsche Taycan?

Publié le 31 mars 2020 dans Technologie/Véhicules autonomes par Hugues Gonnot

La boîte de vitesse est un élément essentiel à bord d'un véhicule. Les rapports plus ou moins longs permettent de profiter pleinement de la puissance et du couple fournis par le moteur.

Alors que les autos modernes ont 7, 8 voire 10 rapports, en quoi la boîte à « seulement » deux rapports de la Taycan est-elle intéressante?

Indispensable...sauf dans les voitures électrique

Pourquoi les autos électriques n’ont-elles pas de boîte de vitesses? La réponse est en deux parties. Premièrement, parce qu’elles n’en ont pas vraiment besoin. Le moteur électrique fournit un couple élevé dès les rotations les plus basses et fonctionne sur une large plage de régimes (jusqu’à 20 000 tours/min). Ainsi, un simple « réducteur » suffit dans la plupart des cas. Il s'agit d'un système d'engrenage fixe qui relie le moteur électrique au différentiel, donc aux roues.

Deuxièmement, le couple important du moteur électrique met à mal une boîte de vitesses. Souvenez-vous de Tesla qui, en 2008, avait dû renoncer à installer des boîtes à deux rapports dans son Roadster car celles-ci s’autodétruisaient en quelques centaines de kilomètres.

C’est dans la boîte!

Mais les choses évoluent et les voitures électriques se perfectionnent de plus en plus. Ce ne sont plus des petits engins chétifs réservés aux centres urbains. Certaines autos sont maintenant des véhicules sport et la guerre commerciale se fait tout autant sur le 0 à 100 km/h et la vitesse maximale que sur l’autonomie.

Pour avancer simultanément sur ces trois fronts, il fallait à un moment ou un autre installer une boîte de vitesses. Porsche a dégainé le premier (sur un modèle de série, les Formule E ont déjà recours à des boîtes à plusieurs rapports) avec une technologie développée en interne.

Le train roulant de la Taycan comprend deux moteurs électriques. Celui situé à l’avant fait appel à un réducteur fixe de 8,05:1. Le moteur arrière est le seul à utiliser une boîte de vitesses, dont les réductions sont de 15,6:1 sur le premier rapport et de 8,05:1 sur le second.

La boîte en elle-même fait appel à un réducteur épicycloïdal, un embrayage multidisque intégré au réducteur et un embrayage à crabots.

Le réducteur épicycloïdal est un système d’engrenages constitué de quatre éléments de base : deux arbres coaxiaux dits planétaires (un intérieur et un extérieur), des engrenages dits satellites s’engrangeant sur les planétaires et un porte-satellite. Selon que l’on bloque l’un ou l’autre planétaire ou le porte-satellite, on obtient un rapport de réduction différent.

L’embrayage à crabot, à l’inverse des embrayages classiques utilisés sur les boîtes de vitesses manuelles, fonctionne sans friction et sans glissement. Il est simplement ouvert ou fermé.

Modes de fonctionnement

Sur le premier rapport, l’embrayage multidisque est ouvert. Le réducteur épicycloïdal offre alors une réduction supplémentaire à celle du réducteur d’entrée (rapport de 15,6:1). Sur le second rapport, l’embrayage multidisque est fermé et le train épicycloïdal n’offre aucune réduction (rapport de 8,05:1). L’embrayage à crabots sert à désengager complètement le moteur arrière dans le cas d’une faible charge, réduisant ainsi la consommation d’électricité.

En conduite normale, la Taycan sera toujours sur le deuxième rapport. Avec un rapport plus long, la Porsche sollicite moins le moteur et réduit la demande en énergie. Ceci est particulièrement vrai dans des conditions autoroutières, un talon d’Achille connu des véhicules électriques. Si le conducteur choisit les modes de conduite Sport ou Sport Plus ou qu’il a besoin de puissance, la Taycan restera sur le premier rapport jusqu’aux environs de 100 km/h.

Précisons que le conducteur ne peut, à aucun moment, changer les vitesses lui-même. C’est l’ordinateur qui se charge de tout.

La boîte est dimensionnée pour supporter un couple allant jusqu’à 610 Nm / 450 lb-pi en mode Launch control (le couple total pour l’auto est de 774 lb-pi). Ce qui n’est pas une mince affaire car, pour rappel, le couple des Tesla Roadster originales était de 273 lb-pi.

L’avenir

Si les plus petits véhicules électriques vont continuer à offrir des démultiplications fixes (il est plus avantageux pour un même poids et un même espace de rajouter des batteries plutôt qu’une boîte de vitesses), cette technologie se généralisera sur les modèles plus haut de gamme.

D’ailleurs, la compagnie ZF a déjà présenté un ensemble boîte de vitesses/moteur électrique de 140 KW qui sera disponible pour les constructeurs automobiles d’ici deux à trois ans. Ce groupe pourra être installé dans une grande variété de véhicules et devrait augmenter l’autonomie de 5% selon l’équipementier.

En vidéo : l'essai de la Porsche Taycan 4S 2020

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