Le contexte
À l’heure où l’impact environnemental de l’activité humaine est de plus en plus remis en question, les études de développement des transports routiers individuels, collectifs ou marchands se multiplient pour développer des véhicules moins polluants. Afin qu’ils puissent recevoir un accueil positif de la part du marché, il est indispensable que ces véhicules moins polluants offrent le même niveau de performance sans présenter un surcoût pour l’utilisateur.
Un axe important d’amélioration est l’utilisation de moteurs électriques haute vitesse, plus petits à puissance égale, dans le but d’augmenter la puissance massique des GMPE (Groupes Moto Propulseur Electriques), donc de réduire le poids des véhicules et d’augmenter leur rendement énergétique. Cependant pour accéder à ces gains, il est nécessaire de construire de nouveaux réducteurs permettant d’accommoder la grande vitesse du moteur avec les éléments de transmissions classiques du véhicule.
Le marché est potentiellement plus large que celui des HEV (Hybrid Electric Vehicles) et ZEV (Zero Emission Vehicles) : les technologies développées seront transposables à tous les secteurs des véhicules terrestres (camions, bus, machinisme agricole, travaux publics …) voire au secteur aéronautique qui recherche actuellement de vraies pistes de réduction des coûts par rapport aux technologies existantes utilisées.
Le Projet RedHV+
L’objectif premier porte sur la possibilité de fabriquer à coût automobile un réducteur haute vitesse (30 000 à 40 000 tr/mn, puissance 20 à 40 kW) ayant un bon rendement. La cible est d’arriver, en intégrant les gains de masse attendus, à dépasser le rendement de la chaine actuelle, tout en garantissant la fiabilité du système dans les conditions automobiles. Pour permettre un gain global sur le véhicule, le rendement visé sera supérieur ou égal au rendement des boites existantes.
Pour ce faire, il sera nécessaire de recenser et d’évaluer les technologies compatibles avec les contraintes économiques de la mobilité de demain. Dans un second temps il faudra développer ces technologies pour les rendre exploitables industriellement sur des marchés grands publics ce qui permettrait d’ouvrir le marché des réducteurs « haute vitesse » de grande série à l’ensemble des partenaires industriels du projet.
Les aspects innovants
La recherche de l’amélioration de la performance énergétique des HEV et ZEV n’est pas nouvelle, mais les études étaient centrées jusqu’à présent sur l’étude de machines électriques tournant à basse vitesse et à fort couple, sur les stratégies de commande ou sur l’amélioration de l’électronique de puissance. La proposition de travailler sur un moyen d’utiliser les moteurs haute vitesse dans les véhicules n’a pas été envisagée jusqu’ici, faute d’études suffisantes dans le domaine.
En acceptant de grandes vitesses en entrée, le réducteur du projet REDHV+ permettra l’utilisation des machines électriques haute vitesse dans des véhicules automobiles. Cet objectif suppose que le réducteur ait un bon rendement : l’étude de la performance énergétique des transmissions haute vitesse est donc un axe fort du projet.
L’application automobile impose aussi au réducteur de devoir résister à un nombre de cycles important, de tenir à la fois aux démarrages à fort couple et aux hautes vitesses à couple plus faible, tout en assurant une fiabilité maximale.
Enfin, un des buts du projet est d’apporter à l’automobile la haute vitesse sans impliquer de surcoût important face aux solutions basse vitesse déjà maîtrisées.
Résultats attendus
Le projet vise à développer un réducteur haute vitesse, haut rendement compatible avec des coûts automobiles.
Des travaux d’évaluation des performances de technologies élémentaires seront menés sur un réducteur simple étage (rapport de l’ordre de 3, vitesse d’entrée 40 000 tr/min), permettant d’évaluer finement les rendements de cet étage haute vitesse.
En parallèle, des travaux méthodologiques seront menés et permettront, en étroite synergie avec les industriels, de faire émerger des technologies innovantes permettant d’améliorer les performances atteignables avec les technologies usuellement utilisées dans les boites de vitesses et autres réducteurs pour véhicules électriques.
Un démonstrateur de réducteur complet sera conçu et évalué permettant d’identifier les procédés de fabrication en vue d’une future industrialisation.
Retombées attendues
Les premières retombées attendues concernent la filière française du véhicule décarboné, marché en développement pour lequel une forte croissance est attendue dans les années à venir (25% du marché du véhicule neuf à l’horizon 2020 dont une majorité de véhicules hybrides).
Des retombées importantes sont également attendues pour l’ensemble des acteurs du projet et les technologies développées offriront de réels potentiels de valorisation dans de multiples domaines industriels (aéronautique, ferroviaire, transport routier et transport de passagers, énergie, industrie…).
Ce projet permettra également un renforcement des travaux communs entre les industriels et les académiques qui apporteront leur contribution sur des aspects moyen/long terme.
Enfin, les retombées méthodologiques suivantes sont également des retombées attendues du projet :
- Méthodes de conceptions adaptées aux chaines de transmission de puissance à haute vitesse,
- Modélisation avancée du comportement énergétique à haute vitesse,
- Méthodes de gestion de la lubrification des réducteurs de vitesse pour les différents profils de mission véhicule,
- Méthodologie de prédiction du comportement vibro-acoustique de ces transmissions,
- Méthodes de fabrication à mettre en place pour un objectif coût série automobile.