Technique: BMW xDrive

Technique: BMW xDrive

Guillaume Darding - 07 novembre 2017

Depuis 1985, BMW propose des berlines à 4 roues motrices. Longtemps limitée à la Série 3 et à la Série 5, BMW a réellement élargi son offre à partir de 1999 avec l'avènement du xDrive. Aujourd'hui, la plupart des modèles du constructeur bavarois sont disponibles avec une transmission 4 roues motrices.

La première berline à 4 roues motrices fabriquée par BMW fut la 325 iX. Cette dernière faisait appel à un viscocoupleur au niveau du différentiel central pour distribuer le couple entre l'essieu avant et l'essieu arrière. Ce système était uniquement réactif: le coupleur se fermait uniquement lorsque les roues d'un essieu patinaient. Le viscocoupleur central était complété par un viscocoupleur à l'arrière pour pallier à tout patinage d'une des roues arrière.

BMW 325 iX à la montagne

En 1999, le viscocoupleur a laissé place à un embrayage multidisque, au coeur du dispositif xDrive. Selon la position du moteur (en position transversale ou en position longitudinale), l'xDrive a une conception sensiblement différente.

Plateforme UKL (moteurs transversaux)

Dans le cas de la plateforme UKL (pour "Untere Klasse") utilisée par les BMW X1, X2, Série 2 Active Tourer, Série 2 Gran Tourer (ainsi que par les Mini), l’architecture 4 roues motrices se rapproche techniquement de ce que propose Audi sur ses véhicules à moteur transversal. Un embrayage multidisque électrohydraulique est intégré au-devant du différentiel arrière afin de gérer la répartition du couple entre les roues avant et arrière.

En situation de conduite normale, le BMW X1 (et consorts) est donc une traction avant. Lorsque le calculateur détermine une possible amorce de patinage des roues avant, il commande la fermeture de l’embrayage multidisque afin de diriger une partie du couple vers les roues arrière. La répartition du couple est continument variable entre les deux essieux.

BMW Série 2 Active Tourer xDrive dans le sable

Lorsque l’embrayage multidisque n’est pas sollicité, une soupape de décharge s’ouvre afin d’abaisser le niveau d’huile au niveau du coupleur. Ce procédé permet de réduire les pertes par laminage d'huile.

Le calculateur xDrive se base sur les paramètres suivants, issus du calculateur ESP (autrement appelé DSC par BMW), pour déterminer lorsqu'il faut fermer l'embrayage multidisque:

  • La vitesse du véhicule
  • L’accéleration du véhicule
  • L’accélération latérale du véhicule
  • L’angle de braquage du volant
  • La vitesse de chaque roue
  • L’inclinaison longitudinale du véhicule
  • La position de la pédale d’accélérateur
  • Programme de conduite (sport, confort, économique,…)
  • Activation/Désactivation du DSC

BMW X2 xDrive

La fermeture de l'embrayage multidisque intégré dans le coupleur se fait dans la plupart des cas de manière prédictive (avant qu'une des roues ne patinent réellement). Lorsque le DSC est désactivé (partiellement ou complètement), cela n'affecte pas le fonctionnement du xDrive. Au contraire, la transmission vers les roues arrière se fait plus fréquemment afin de privilégier la stabilité du véhicule.

Plateformes à moteur longitudinal

Sur les autres véhicules de la gamme BMW, l'xDrive consiste en une boîte de transfert qui inclut le calculateur, le moteur électrique et l’embrayage multidisque. Lorsque l’embrayage multidisque est complètement fermé, il y a une répartition équitable du couple (50/50) entre les deux essieux. Lorsque l’embrayage est complètement ouvert, le véhicule devient une propulsion pure.

xDrive - boîte de transfert

En conditions de conduite normales, l’embrayage est partiellement fermé de telle sorte que 60 % du couple est dirigé vers les roues arrière contre 40 % vers les roues avant. Néanmoins, l’ouverture de l’embrayage varie continument selon les conditions de conduite.

BMW xDrive - vue interne boîte de transfert

En théorie, ce type de transmission ne permet pas de distribuer plus de 50% du couple vers les roues avant lorsque l’embrayage est complètement fermé. Cette affirmation est totalement valable lorsque les conditions d’adhérence sont identiques au niveau des quatre roues. Toutefois, dans des conditions d’adhérence particulières comme, par exemple, lorsque les roues arrière reposent sur une couche de verglas et les roues avant sur une surface adhérente (goudron), la totalité du couple est transmis de facto aux roues avant.

Lorsqu’il y a une différence d’adhérence entre les deux roues d’un même essieu, l’intervention ciblée du DSC sur le frein de la roue qui amorce un patinage permet d’éviter une perte d’adhérence. Néanmoins, cette intervention ne permet pas de reporter la totalité du couple vers la roue la plus adhérente puisqu’une partie du couple est absorbée par le freinage.

BMW Série 5 Touring xDrive sur la neige

Pour y remédier, il est possible, sur certains modèles, d’opter pour un différentiel actif à l’arrière (dénommé DPC pour Dynamic Performance Control) permettant de diriger plus de couple vers la roue la plus adhérente (la roue arrière extérieure dans un virage, par exemple). Ce différentiel se rapproche du différentiel sport d’Audi dans son fonctionnement.

La transmission du couple vers l'arbre de transmission des roues avant se fait à l'aide d'une chaîne (X3, X4, X5, X6, Série 5 G30 et Série 7 G11) ou par engrenage (toutes les berlines - sauf Série 5 et Série 7 de dernière génération).

BMW xDrive - comparaison boîtes de transfert

Sur la dernière génération des Série 5 et de Série 7, la calibration de l’xDrive a été modifiée afin de minimiser l’impact de la transmission intégrale sur la consommation. A cet effet, l’embrayage multidisque s’ouvre complètement dès que les conditions de route le permettent (la voiture devient alors une propulsion) et l’huile, utilisée pour la lubrification et le refroidissement des disques, est stockée dans un réservoir annexe. De fait, s’il reste une circulation minimale au sein de la boîte de transfert, ce procédé permet de réduire les pertes par pompage et par laminage d’huile.

M xDrive

Sur la M5, désormais équipée du xDrive (dénommé M xDrive), le conducteur a la possibilité d’agir sur l’embrayage multidisque afin de modifier le comportement des quatres roues motrices selon cinq modes. En mode 4WD, la M5 conserve la stratégie de fonctionnement classique du xDrive. Au démarrage, la M5 démarre systématiquement sur ce mode.

BMW M5 avec M xDrive - drift sur piste

Ensuite, le conducteur peut sélectionner le mode M Dynamic Mode (MDM). Ce mode conserve la transmission du couple aux 4 roues, tout en privilégiant les roues arrière. D’autre part, les limites du DSC sont repoussées et autorisent une dérive significative du train arrière avant que le DSC n’entre en action par une action ciblée sur les freins voire sur le couple moteur.

Enfin, en désactivant le DSC, le conducteur a accès à 3 modes de fonctionnement supplémentaires. Le premier (4WD) conserve la stratégie de répartition classique du couple entre les deux essieux, privilégiant la stabilité du véhicule en toute circonstance. Ce mode est particulièrement adapté à la conduite sur les routes en mauvais état où le DSC pourrait être amené à se déclencher de manière intempestive.

BMW M5 avec M xDrive - sélection du mode 4 roues motrices

Le deuxième mode (4WD sport) va privilégier la maniabilité de la berline en distribuant plus de couple vers les roues arrière. Ce mode de fonctionnement a été notamment pensé pour être activé sur une piste sèche. Enfin, le dernier mode (2WD) va complètement désactiver l’embrayage xDrive, de sorte que la M5 devient une propulsion pure.

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Commentaires
pjmdur à propos de l'article «Normes Euro 6 : vue d'ensemble»

Il y a 18 minutes

Bonjour Guillaume, Un premier test en vrai grandeur d'un utilisateur du 3008 II Hybride 4 donne 5,6l sur 1000km, ce qui est plutôt correct pour un véhicule essence 4X4 de cette puissance. Mais c'est 3 fois environ le chiffre mixte WLTP annoncé.. D'autres tests de journalistes qui ont avoué n'être pas vraiment représentatifs car routes sinueuses parcourues d'une façon sportive, ont donné environ 7L. je me demande sérieusement comment sont réalisés les tests WLTP pour un véhicule Hybride/Plugin? J'avoue ne pas avoir compris la courbe %/autonomie batterie.

Guillaume Darding à propos de l'article «Présentation moteur : Mazda Skyactiv-X»

Il y a 5 heures

Bonjour Scotch et merci pour vos encouragements ! Concernant le taux de compression, c'est une donnée très importante dans la conception d'un moteur et le taux de compression effectif (du au retard de la fermeture des soupapes à l'admission) n'en est qu'une conséquence. Le fait d'avoir un taux de compression élevé vous donne la possibilité de basculer vers des modes de fonctionnement permettant la réduction des pertes par pompage (le cycle Atkinson comme vous l'évoquez, par exemple). Si, dans une conception moteur, on part avec un taux de compression faible, il n'y aura que peu de marge de manoeuvre sur ce critère-là. La charge moteur est gérée, autant que faire se peut, par le taux d'EGR (interne et externe) et la quantité de carburant injecté, le compresseur vient en renfort pour assurer un bon remplissage des cylindres et le papillon reste ouvert au maximum : c'est le mode de fonctionnement privilégié dans la zone SPCCI. En dehors de cette zone, le papillon va moduler la quantité d'air admise. Considérant que le moteur fonctionne en mode "classique" principalement à haut régime et/ou à forte charge, on peut en déduire que le papillon reste de toute façon assez largement ouvert et que les pertes induites par cet organe restent limitées. Le compresseur est débrayable car au-delà d'un certain régime moteur, il consomme beaucoup de puissance moteur (le compresseur est entraîné par le vilebrequin) et il est donc préférable de le désactiver. L'embrayage n'est donc pas utilisé pour moduler la pression de suralimentation.

Scotch à propos de l'article «Présentation moteur : Mazda Skyactiv-X»

Il y a 14 heures

bonjour Article très intéressant. J’ai des doutes sur le réel impact de ce type de combustion au regard de toutes les autres technologies comprises sur ce moteur et non-citées. Le taux de compression statique de 16,3 à 1 ne veut rien dire sans parler de la loi de distribution, surtout de la gestion de la RFA par le déphasage des AAC. Si le retard à la fermeture d’admission est grande, le taux de compression dynamique n’est pas très élevé. C’est le cycle d’Atkinson. Cela sous-entend un remplissage inférieur, une pression plus élevée dans le plénum donc moins de pertes par pompage et un taux de détente plus grand que le taux de compression permettant une meilleure transformation de la pression de combustion en énergie mécanique transmise au piston. Rappel les pertes par pompage d’un moteur essence sont la principale raison de la différence de rendement et de consommation de celui-ci par rapport à un moteur diesel. D’après cet article le papillon est en majeur partie ouvert donc cela annule presque toutes les pertes par pompage. La perte de puissance lié au manque de remplissage dû à la grande RFA est compensée par un compresseur mécanique. Un turbo serait inutile puisque la pression de combustion est mieux exploité par ce cycle d’atkinson n’est plus suffisante pour alimenter une turbine de turbo. En gros c’est un moteur miller. Comment est géré la charge sur ce moteur? Uniquement par le papillon? Par la quantité de carburant comme un moteur diesel? Par le compresseur débrayable ??? Ce mode de combustion semi hétérogène par injection directe est émetteur de particules d’où l’apparition de filtres à particules sur des véhicules essence à injection directe. A cela on y ajoute un EGR basse pression permettant d’injecter un gaz neutre dans cette combustion, et ainsi diminuer la température de combustion, retarder l’apparition du cliquetis dû au mélange pauvre, mais source de particules dû aux «gouttes» de carburant imbrûlés. Je ne sais pas si le CO2 est moins toxique que des particules, mais que ce soit du carbone en gaz ou que ce soit du carbone en particules cela reste du carbone. Tout dépend de la loi ou de la norme que l’on veut respecter. Rappel, la régénération d’un FAP libère énormément de particules mais n’est pas mesuré ou pris en compte dans les cycles d’homologation. À cela on y ajoute une micro hybridation. Mazda a eu le talent de réunir toutes ces technologies connues sur un seul moteur. Mais j’espère me tromper en disant qu’il y a une grosse partie de marketing autour de ce mode de combustion. J’aimerais avoir davantage d’explications sur ce concept de la part de Mazda car leur vidéo et leur écris restent floues et j’aimerais avoir tort. En tout cas merci pour ces infos. À bientôt Scotch

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