Dernière modification 25/07/2023

L'utilité d'une boîte de vitesses sur les voitures électriques


C'est une idée reçue, l'idée de mettre une boîte de vitesses sur une voiture électrique n'aurait pas de sens. En effet, avec la plage étendue des moteurs à électrons, il est loin d'être indispensable d'en intégrer une.
Toutefois, et malgré l'idée que le moteur électrique offre toute sa puissance de manière linéaire, il y a bien une courbe avec une montée, une crête et une descente. Comme n'importe quel moteur, la courbe de puissance garde cette allure de colline (contrairement à la courbe de couple qui est un peu plus atypique au départ).


Cela induit donc de manière logique qu'à des vitesses plus élevées nous perdons en rendement, car il ne faut pas être à des régimes où les courbes de puissance et de couple s'épuisent.
C'est d'ailleurs pour cela que les conducteurs de voitures électriques roulent souvent comme des escargots sur autoroute, à ces vitesses on cumule des contraintes aérodynamiques importantes et un rendement moteur qui chute lui aussi d'autant plus vite.
Et si les législations sont assez restrictives avec les 130 km/h, certains pays plus souples autorisent des rythmes plus élevés qui deviennent alors problématiques pour les consommations.


Les constructeurs choisissent donc un rapport de démultiplication final qui sera le plus adapté aux vitesses moyennes des utilisateurs, avec un ratio déterminé (le seul rapport sur lequel peut rouler la voiture) qui prend en compte l'accélération, la vitesse de pointe et la consommation à la vitesse moyenne des conducteurs.
Le souci est que si il y a trop de variations entre les différents pays, il faut une auto qui soit polyvalente, surtout quand on propose par exemple une routière de luxe.

Boîte de vitesses déjà présente à votre insu ?

C'est en quelque sorte le cas ... En effet, sur les voitures électriques à transmission intégrale il y a deux moteurs et donc deux essieux moteurs (qui propulsent et sont dotés de cardans).
Généralement, chaque moteur à un rapport de pont (démultiplication entre moteur et roues) différent de l'autre, ce qui induit que ce genre de voiture a deux rapports distincts, chacun ayant toutefois son propre moteur. Selon les vitesses en jeu, le calculateur va privilégier l'un des deux moteurs (un sera réglé pour les vitesses basses et l'autre pour les vitesses élevées). Et il n'y a que quand vous êtes en pleine charge (=accélération max) que les deux moteurs seront sollicités à leur maximum.


Vient alors la (vraie) boîte de vitesses ...


Entre alors en place la fameuse boîte de vitesses. Car si la plage de régime est étendue, à partir d'une certaine vitesse (et en dessous d'une certaine) on commence à entamer une zone assez moche des courbes de puissance et de couple. On a donc un moteur qui consomme beaucoup pour une efficacité qui reste moyenne (efficience moins bonne).
Audi et Porsche ont commercialisé des produits jumeaux (Taycan / E-Tron GT) qui reprennent une boîte à deux rapports par exemple, et l'équipementier ZF estime qu'il serait idéal de pousser à trois, au delà c'est inutile et on le comprend quand on voit la plage couverte par une électrique avec une seule vitesse.
En mixte l'économie pourrait se situer à 5% (valeur très peu parlante et approximative) et jusqu'à une fourchette de 10 à 20% sur autoroute (d'autant plus que l'on va vite rouler, petite pensée à l'autobahn ...) selon l'équipementier ZF, et certaines marques comme MG poussent même à un potentiel jusqu'à 30% à haute vitesse grâce à l'association de deux moteurs électriques fonctionnant sur une seul et même boîte.
La marque chinoise annonce une efficience améliorée à toutes les vitesses puisque ce dispositif permet aussi d'optimiser l'efficience aux très bases vitesses (un moteur électrique a un mauvais rendement régime faible), avec une efficacité globale estimée à 10% supplémentaire.
Avec deux moteurs couplés à une boîte de vitesses on gagne donc à la fois en efficience et en performances. Et il faut aussi noter que c'est un bénéfice à retrouver aussi du côté de la récupération d'énergie, avoir deux moteurs et plusieurs ratios permet d'améliorer l'énergie cinétique récupérée.


Bref, les économies sont finalement assez consistantes pour motiver l'élaboration d'une transmission à plusieurs rapports.
Sur une consommation de 25 kWh/100km, cela pourrait la réduire à 20 si on prend 20% de réduction comme exemple, ce qui ne serait pas si ridicule ...

A lire aussi : fonctionnement de la boîte de vitesses MG pour voiture électrique

Certains vont plus loin avec la combinaison de deux moteurs sur un même essieu associé à une boîte de vitesses, avec comme exemple MG avec certains de ses véhicules dont le Marvel R.


Ici sans boîte de vitesses, le rendement pourrait être amélioré à 150 km/h


Avec une boîte de vitesse je peux décaler ma courbe et avoir le meilleur rendement possible à cette allure. Le gain reste modéré mais il existe bel et bien

L'intérêt est d'autant plus grand qu'il s'agit d'une voiture lourde et peu aérodynamique, il faut d'autant plus rester sur la plage de régime efficiente. Sur les petites voitures à puissance modeste (et au coût de revient réduit), alors l'intérêt est très discutable.

Le problème ?


Le, ou plutôt les problèmes, est qu'il n'y a pas vraiment d'équipementier qui propose encore ce genre de technologie et l'offre existante n'est pas adaptée (boîte pour moteurs thermiques). Enfin, le besoin de réduire les coûts et de fiabiliser l'offre ont dissuadé la majorité des marques, sans compter que les vitesses moyennes restent faibles chez les conducteurs lambdas.
Tesla avait insisté à vouloir intégrer un boîte à deux rapports sans y arriver, les contraintes de couple et la nécessité de réduire l'inertie de l'ensemble (déperdition énergétique) les ont fait abandonner (leur essais menaient à une casse rapide).

On risque donc de voir apparaître, et c'est déjà le cas, ce type de transmission sur les berlines routières premium dans un premier temps. Car ces derniers ont un savoir faire qui reste de pointe. Je pense notamment à ZF.


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Dernier commentaire posté :


Par Frédéric Boyer (Date : 2023-02-15 13:46:30)

L'astuce de Tesla consiste peut-être à avoir un rapport de pont légèrement différent entre l'avant et l'arrière.


Il y a 2 réaction(s) sur ce commentaire :

  • Par Admin ADMINISTRATEUR DU SITE (2023-02-21 16:51:55) : Très probablement, mais dans une certaine mesure car la marque veut garder des performances de pointe face à la concurrence.
    Et puis il ne faut surtout pas oublier la réluctance variable sur un des moteurs ;-)
  • Par Hildr (2023-04-13 10:53:00) : Une petite précision sur les voitures escargots sur autoroute:
    Un trajet Marseille-Paris sur via michelin en respectant le 130, ce serait 7h30 pour 185¤ (120¤ de carburant, pour une routière diesel)
    Le même trajet en électrique, Tesla model 3 RWD puisque c'est celle que l'on voit le plus sur les route, sur ABRP, roulant à 150km/h sur autoroute, mettrait 7h30 pour 140¤ (75¤ de recharge). A 130km/h ca tombe à 8h10 et 125¤ (60¤ de recharge), et à 110km/h à 8h35 et 124¤ (59¤ de recharge).
    Bien sûr ce ne sont que des simulation dans tous les cas, tant pour le thermique que pour l'electrique. Mais il reste évident que rouler comme un escargot n'est clairement pas le plus rentable ni en temps ni en coût, et que rouler à 150 serait bien plus intéressant pour un temps identique au thermique et un cout bien moindre.
    Ce que je veux dire, c'est que quand les gens se trainent "comme des escargot", c'est principalement parce que les gens n'ont pas envie de rouler vite. Pour preuve tout les "escargots" en voiture thermique, qui ne sont pas nouveaux sur nos routes, n'ont pas non plus la contrainte de la recharge et sont de plus en plus nombreux (au point que l'on a souvent l'impression d'être un voyou en roulant aux 130 légaux). L'idée est plus de rouler moins vite pour moins polluer, et peut être aussi depuis la crise COVID de ralentir un peu notre rythme de vie.
    En Allemagne, 77% des utilisateurs ne dépassent pas le 130 sur autobahn, seul 1% le jour et 4% la nuit dépassent les 160km/h (étude 2021 par l'institut der Deutschen Wirtschaft).
    Du coup je me pose la question, à part pour l'idée de savoir que le véhicule garde toute sa puissance au delà de 150km/h, mais dont seul une très infime, si ce n'est négligeable portion de la population mondiale utilisera, quel est l'intérêt pour l'utilisateur, dans le contexte environnemental et économique actuel, de rajouter une complexité chère (car elle va nécessiter des investissement en RD) dans son véhicule, qui sera ensuite source de maintenance et de pannes, pour au final, ne rien gagner de concret?
    J'ai surtout l'impression que nos amis équipementiers se retrouvent bien embêté que leur marché se réduise et qu'un lobbying se fasse pour maintenir leur part du gâteau.

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