Technique: transmissions Audi quattro

Technique: transmissions Audi quattro

Guillaume Darding - 29 août 2017

Depuis 1980, Audi a fait des transmissions à quatre roues motrices un de ses arguments de vente principal, tant et si bien que la plupart des modèles de la gamme sont disponibles avec cette technologie. Sous l'appellation unique « quattro » se cachent différentes techniques de répartition du couple selon le véhicule ou la motorisation concernée.

Véhicules à moteur transversal

Pour les véhicules à moteur transversal, le groupe Volkswagen utilise un coupleur Haldex (actuellement de cinquième génération) monté juste devant le différentiel de l’essieu arrière. 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, les véhicules sont donc des tractions et 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 fermeture de l'embrayage se fait grâce à la mise en pression de l'huile contenue au sein du coupleur.

Les premières générations de coupleurs Haldex étaient uniquement réactives (les roues arrière sont entraînées uniquement lorsqu’une différence significative de vitesse est détectée entre les roues de l’essieu avant et les roues de l’essieu arrière). Depuis 2004, le coupleur fonctionne désormais en association avec les aides électroniques (ESP). Le fonctionnement du coupleur Haldex est devenu prédictif dans la plupart des cas, c’est-à-dire que le coupleur entraîne les roues arrière avant même que les roues avant ne patinent.

Audi TT - vue de trois quart avant

Le calculateur dédié au coupleur se base sur la plupart des données issues du calculateur ESP (programme de stabilisation du véhicule à l’aide des freins et de la réduction du couple moteur), à savoir, de manière non exhaustive :

  • La vitesse du véhicule
  • L’accélération du véhicule
  • L’accélération latérale du véhicule
  • L’angle de braquage du volant
  • La vitesse individuelle des roues
  • L’inclinaison du véhicule
  • La position de la pédale d’accélérateur
  • Activation/Désactivation de l’ESP

En fonction de tous ces paramètres, le calculateur du coupleur envoie plus ou moins de couple vers les roues arrière.

Audi Q2 rouge et jaune - vue de trois quart avant

Ce type de transmission est présent sur l’A1, l’A3, le TT, le Q2 et le Q3. Les autres véhicules du groupe reposant sur la plateforme MQB (Volkswagen 4motion - excepté le Touareg, Seat 4Drive, Skoda 4x4) utilisent cette même technologie.

Véhicules à moteur longitudinal – différentiel central Torsen

Pour les véhicules dont les moteurs sont positionnés longitudinalement, Audi propose une architecture de transmission basée sur un différentiel central autobloquant de type Torsen. Le différentiel central a la charge de répartir le couple entre l’essieu avant et l’essieu arrière.

Le différentiel de type Torsen est constitué de deux planétaires (un pour l’arbre de transmission avant, un pour l’arbre de transmission arrière). Plusieurs satellites à dentures obliques assurent la répartition du couple entre l’essieu avant et l’essieu arrière. En temps normal, le différentiel distribue 60 % du couple vers les roues arrière et 40 % du couple vers les roues avant du fait d’un nombre de dents différents sur les deux planétaires.

Lorsque les deux arbres de transmission tournent à des vitesses différentes, les satellites ont tendance à vouloir repousser vers l’extérieur les planétaires, à cause des dentures obliques qui génèrent des forces axiales. Les planétaires viennent alors s’appuyer sur un disque de friction, réalisant ainsi la fonction autobloquante. La fonction autobloquante permet, lorsque les conditions le nécessitent, de distribuer jusqu’à 70% du couple vers les roue avant ou 80% vers les roues arrière.

Audi quattro - différentiel central autobloquant de type Torsen

Dans les conditions les plus extrêmes où la fonction autobloquante n’est pas suffisante (de par son architecture, le taux de blocage de différentiel ne peut pas atteindre 100%), l’ESP intervient en freinant les roues qui auraient amorcées un patinage.

En option, le différentiel de type Torsen peut être associé au différentiel sport à l’arrière.

Le différentiel de type Torsen est présent sur l’A4, l’A5, l’A6, l’A7 Sportback, l’A8, le Q5 et le Q7.

Véhicules à moteur longitudinal – différentiel central à pignon en couronne

Introduit sur la RS5 en 2010 ainsi que sur la RS4 puis sur certaines versions de l’A6 et de l’A7 Sportback, le différentiel à pignons en couronne reprend, dans les grandes lignes, les fonctionnalités du différentiel central de type Torsen, à savoir une répartition du couple asymétrique entre l’essieu avant et arrière (environ 40% vers l’essieu avant et 60% vers l’essieu arrière), une répartition dynamique du couple et un effet autobloquant (permettant une distribution du couple de 15:85 en faveur de l'essieu arrière à 70:30 en faveur de l'essieu avant).

De plus, le différentiel à pignons en couronne se veut plus réactif que le différentiel de type Torsen et plus léger (environ 2 kg). Le principe de ce différentiel consiste en deux pignons dont les engrenages sont dessinés sur l’une de ses deux faces en couronne (un par essieu) et 4 pignons satellites chargés de distribuer le couple entre les deux essieux.

Audi quattro - différentiel central autobloquant à pignons en couronne

Lorsqu’une différence de vitesse apparaît entre les deux essieux, la géométrie des engrenages génère des forces axiales qui écartent les pignons en couronne. Ces pignons viennent prendre appui sur de multiples disques de friction qui, une fois comprimés, réalisent une fonction de blocage partielle. Le taux de blocage est ajusté de manière purement mécanique, à l’image du différentiel de type Torsen.

Tout comme le différentiel de type Torsen, dans les conditions les plus extrêmes où la fonction autobloquante n’est pas suffisante (de par son architecture, le taux de blocage de différentiel ne peut pas atteindre 100%), l’ESP intervient en freinant les roues qui auraient amorcées un patinage. Le différentiel à pignons en couronne est aussi disponible en association avec le différentiel sport à l'arrière.

Quattro ultra

Sur la nouvelle A4 Allroad, le nouveau Q5 (excepté le SQ5) et les différentes déclinaisons de l’A5, Audi propose une nouvelle déclinaison du quattro avec la version ultra. Sur ces modèles, il n'y a plus de différentiel central autobloquant. En lieu et place, un coupleur électromécanique (embrayage multidisque) est positionné dans le prolongement de la boîte de vitesses.

Si son fonctionnement peut sembler similaire au coupleur électrohydraulique de type Haldex, la pression sur les disques du coupleur est effectuée grâce à la force d'un moteur électrique (quattro ultra) et non par la mise en pression d'huile (Haldex). De l'huile est toujours présente dans le cas du coupleur du quattro ultra, mais celle-ci ne sert qu'à lubrifier les composants internes du coupleur et n'est pas sous pression.

Lorsque l’embrayage multidisque est ouvert, seules les roues avant reçoivent le couple moteur. D’autre part, pour éviter que l’arbre de transmission vers les roues arrière reste en mouvement sous l’effet de la rotation des roues arrière, un embrayage à crabot est intégré dans le différentiel arrière.

Lorsque le calculateur électronique considère que la distribution du couple n’est pas nécessaire vers les roues arrière, il commande, dans un premier l’ouverture de l’embrayage multidisque avant d’ouvrir l’embrayage à crabot.

Ainsi, l’arbre de transmission situé entre la boîte de vitesses et le différentiel arrière est à l’arrêt, ce qui réduit les pertes par entraînement, permettant ainsi une réduction sensible de la consommation de carburant dans les phases où le véhicule fonctionne en mode traction. De plus, lorsque le coupleur est ouvert, le jeu entre les disques du coupleur est important (réduction des pertes par friction) et les disques du coupleur ne sont plus lubrifiés (réduction des pertes par barbotage).

Audi Q5  - quattro ultra - vue de trois quart avant

Dans le cas contraire (passage de traction à 4 roues motrices), le calculateur commence par fermer progressivement l’embrayage multidisque jusqu’à ce que l’arbre de transmission de l’essieu arrière atteigne la même vitesse de rotation que celle des roues arrière, ceci afin d’éviter le blocage des roues lors du crabotage du différentiel arrière.

Au contraire des véhicules pourvus de la technologie quattro avec un différentiel central autobloquant reposant sur un fonctionnement purement mécanique pour répartir le couple entre les deux essieux, les véhicules équipés de la technologie quattro ultra reposent sur des actionneurs électriques qui agissent sur la répartition du couple en fonction d’algorithme se basant sur le retour de la plupart des capteurs du calculateur ESP.

Audi R8

Le moteur et la boîte de vitesses de la R8 sont positionnés à l’arrière du véhicule, ce qui implique des choix techniques différents pour la transmission quattro. Dans le cas de la deuxième génération de R8, Le couple est transmis par défaut aux roues arrière à l’aide d’un différentiel autobloquant. Un arbre de transmission permet, par ailleurs, de distribuer une partie du couple vers les roues avant. La distribution du couple entre les roues arrière et les roues avant est variable en continu grâce à la présence d’un coupleur Haldex électrohydraulique.

La distribution du couple vers les roues avant se fait généralement de manière prédictive à l’aide des données transmises par le calculateur ESP. En ce sens, la stratégie reste similaire à celle qui est utilisée dans le cas du coupleur Haldex sur les véhicules à moteur transversal.

Audi R8 édition spéciale 24h - vue de profil

Sur la R8 de première génération, un viscocoupleur avait la charge de répartir en permanence le couple entre les deux essieux. Ce dernier agissait de manière purement réactive, lorsque une différence de vitesse était significative entre l’essieu avant et l’essieu arrière. Par défaut, 15% du couple est envoyé vers les roues de l’essieu avant et lorsque les roues arrière patinent, jusqu’à 30% du couple peut être transféré vers les roues avant.

Dispositif de sélection du couple à la roue

Toutes les Audi quattro actuelles sont équipées d’un dispositif de sélection de couple à la roue. Il s’agit d’un programme qui est intégré au sein du calculateur ESP et qui permet d’augmenter le couple transmissible par les roues extérieures au virage.

De fait, lorsqu’un véhicule aborde une courbe, la charge sur les roues intérieures diminuent par l’effet de la force centrifuge. Lorsque la charge diminue, le couple transmissible à la roue diminue lui-aussi. Hors, du fait de la présence d’un différentiel entre les deux roues (afin de compenser le fait que la roue extérieure au virage parcourt plus de distance que la roue intérieure, elle doit donc tourner plus vite), le couple transmissible à la roue extérieure ne peut pas excéder le couple transmissible à la roue intérieure.

Audi A7 Sportback - transmission quattro

Par exemple, dans le cas extrême où un véhicule 2 roues motrices démarre en ayant une roue sur du verglas et l’autre sur de l’asphalte, le véhicule ne sera pas en mesure de démarrer (la roue sur le verglas va patiner) car le couple transmissible au niveau des deux roues sera équivalent au couple transmissible le plus faible (le coefficient d’adhérence étant proche de 0 sur du verglas, le couple transmissible sera donc quasi nul au niveau des deux roues).

En se basant sur les données d’angle de braquage du volant et d’accélération transversale du véhicule, le calculateur estime la variation de charge entre les roues intérieures et les roues extérieures au virage. En fonction des données recueillies, le dispositif va freiner légèrement, lorsque le véhicule est en virage, les roues intérieures au virage.

Audi TTS - disposition de sélection du couple à la roue

De cette manière, il est possible de transmettre plus de couple vers les roues extérieures au virage, améliorant les capacités de traction du véhicule (vitesse de passage plus élevée). D'autre part, en freinant les roues intérieures, le rayon de braquage est sensiblement diminué pour même angle au volant, au bénéfice de la maniabilité du véhicule. La pression de freinage exercée dans cette phase n’excède pas 10% de la puissance totale de freinage disponible.

Commentaires sur l'article:

Fr Th

15 décembre 2020 à 09h40

Absolument passionnant . Mais , au sujet de la R8, j'ai du mal à saisir comment celà se traduit sur le plan de la conduite, la différence entre 1ère & 2ème générations ...
Guillaume Darding [administrateur]

15 décembre 2020 à 23h39

Bonjour Fr Th et merci beaucoup pour vos encouragements !

Dans le cas de la R8, la première génération avait un dispositif purement mécanique, sans aucune gestion électronique (visco-coupleur). Dans des conditions normales de conduite, le viscocoupleur est déjà actif et transmet environ 15% de couple aux roues avant. Le viscocoupleur se présente sous la forme de multidisques (plusieurs disques reliés à l'arbre de transmission central / plusieurs disques reliés à l'arbre de transmission avant) qui n'entrent pas en contact entre eux. De l'huile est présente entre chacun des disques. Lorsqu'il y a une différence de vitesse entre les roues avant et les roues arrière, cela crée un échauffement de l'huile présente dans le viscocoupleur. Cette huile, spécifique, devient beaucoup plus visqueuse et permet une transmission de couple vers les roues avant (la liaison devient "rigide"). C'est un dispositif qui a un certain temps de latence (le temps que l'huile s'échauffe et devienne suffisamment visqueuse).

Dans le cas de la deuxième génération de la R8, c'est un coupleur Haldex qui remplace le viscocoupleur. Dans ce cas, ce n'est plus la température de l'huile entre des disques qui assurent la liaison entre les 2 arbres de transmission, mais il s'agit d'un embrayage multidisques mis sous pression pour assurer la liaison. Et cette pression est générée par une pompe hydraulique contrôlée électroniquement (à partir, notamment, des informations envoyées par les capteurs nécessaires au fonctionnement de l'ESP) afin de pouvoir anticiper une différence de vitesse de rotation entre les roue avant et arrière, par exemple.

La transmission du couple vers les roues avant se fait bien plus rapidement, au bénéfice d'un comportement plus précis et d'un meilleur rendement (moins de frottement au bénéfice de la consommation).

Par exemple, lorsque ce n'est pas nécessaire, les roues avant ne sont pas du tout entraînées par le moteur (tandis que pour la 1ère génération, 15% du couple est systématiquement envoyé aux roues avant). D'autre part, sur la 1ère génération, il y a beaucoup de pertes dûes à l'échauffement de l'huile et du fait que la liaison n'est pas complètement rigide.

Au final, le concept reste le même : un coupleur répartit le couple vers les roues avant, mais, dans le cas de la 2ème génération, la gestion est beaucoup plus fine, rapide (voire prédictive) et sur une plus large plage de répartition.
Jean-Baptiste

02 janvier 2021 à 23h07

Très intéressant. Merci pour cet article. C'est de la mécanique de dingue. Est ce qu'avec l'arrivée en force des voitures electriques, tout cela va disparaitre ? Un moteur par roue et un calculateur suffiront non ?

Je possède un T6 et une Golf alltrack, tous les 2 en Haldex 5 donc. Je trouve le système lent quand on veut déraper ou rouler fort. J'ai repéré un capteur de charge sur l'essieu arrière. Si je le force en lui faisant croire que je suis chargé à bloc, le véhicule devrait rouler en 50/50. Je suppose qu'il sera plus joueur et moins sous vireur. La question que je me pose avant d'essayer : Est-ce qu'il est possible de rouler longtemps comme ça ou est ce qu'on risque de tout casser ?
Sur le principe, il doit bien être possible de traverser la France avec un coffre blindé + une remorque. Peut être que ça débraille à partir d'une certaine vitesse ?

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Commentaires
JulienH à propos de l'article «Véhicules électriques et longs trajets»

Hier

Bonsoir, c'est justement à cela que je pensais avec le coffre de toit, en plus du poids des bagages, si je prend un trajet que je fais plusieurs fois par an, Lyon -> Lans en Vercors par exemple, je vais avoir de l’autoroute. De plus la température en altitude l'hiver ne doit pas aidé... Ça confirme ce que je pense des voitures du style e-208, en fait si on veut investir dans l’électrique il faut partir sur de "vrai" modèles optimisé :-)

Guillaume Darding à propos de l'article «Véhicules électriques et longs trajets»

Hier

Bonjour à tous et merci pour vos encouragements ! @JulienH Le coffre de toit (en dehors de son poids) ne va pas changer grand chose dans la consommation globale sur une route de montagne, c'est surtout au-dessus de 90 km/h qu'il devient franchement pénalisant. Par contre, il est certain que la consommation, pour accéder aux stations, va s'envoler. Il est donc important d'avoir des stations de charge rapide en vallée et des points de charge lent à l'arrivée. Il est tout à fait envisageable d'avoir un VE en véhicule principal (et même en unique véhicule) : je pense que c'est désormais le cas dans un certain nombre de foyer qui ont opté pour un véhicule électrique. Les longs trajets demandent certes un peu plus de préparation pour programmer les arrêts, mais c'est largement faisable. Par contre, dans le cas de l'e-208 que vous évoquez, j'aurais du mal à la conseiller pour faire des longs trajets entre un consommation pas optimale et la batterie de taille modeste ! @Purmoka Effectivement, il faut que le réseau soit bien dimensionné pour éviter les files d'attente lors des fortes affluences. Aujourd'hui, c'est plutôt le cas (il y a eu quelques cas où les conduteurs ont dû patienter une vingtaine de minutes cet été avant de pouvoir commencer à recharger en France), mais il faut absolument que le réseau de charge rapide continue de grandir à la même cadence que les ventes de VE. D'autre part, il est aussi important de savoir la fréquentation des bornes (si toutes sont occupées et si oui, quel est le temps d'attente) afin d'éviter certaines déconvenues.

Purmoka à propos de l'article «Véhicules électriques et longs trajets»

Hier

Bonjour, Et merci pour vos article toujours très objectif ! Un autre paramètre va poser problème c'est en plus du temps de recharge des véhicules électrique mais aussi le nombre de véhicule à recharger en même temps(lors de fort affluence) en opposition avec les véhicules thermique ! Pour ma part j'attends le développement de l’hydrogène...

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