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.

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Commentaires
Guillaume Darding à propos de l'article «Technique: moteurs électriques»

Hier

Bonjour Mutantape, merci pour votre complément d'information. Je me permets de vous indiquer que l'expression moteur à induction est effectivement d'origine anglaise. Elle n'est peut-être pas la plus appropriée, mais elle ne me semble, en aucun cas, inappropriée. Cette expression est, en effet, reprise dans des documents scientifiques et des thèses, par exemple. De plus, cette expression est utilisée par Tesla dans sa documentation. Tesla étant le principal utilisateur de ce type de moteur, il est naturel d'utiliser ce terme plutôt que celui de moteur asynchrone (tout en sachant que cette expression est aussi usitée dans l'article).

Mutantape à propos de l'article «Technique: moteurs électriques»

Hier

Le terme "moteur à induction" me parait une traduction directe de l'anglais, inappropriée en français, où l'on parle plutôt de moteur asynchrone. Concernant le moteur synchrone à rotor bobiné cette fois, autres avantages non cités : possibilité de piloter le cosinus phi à volonté en agisssant sur le courant rotor et de maintenir un bon rendement sur une plus large plage. Possibilté de couper l'aimantation rotor pour se servir des bobinages du stator comme filtres à la recharge. Probablement une des raisons pour laquelle la Zoe est quasiment la seule à pouvoir tirer 22 kW sur les bornes accélérées. Moins dangereux en maintenance que des aimants permanents puissants. Pas besoin de de défluxage pour la récupération à haut régime, pas de risque de désaimantation. A noter que les balais travaillent sur des bagues lisses, n'ont pas à rompre de circuit inductif (l'alimentation du rotor est constante en fonctionnement), et la puissance du moteur ne passe pas par eux, elle est au stator. Leur usure est donc très faible par rapport à ceux d'un moteur à courant continu.

Guillaume Darding à propos de l'article «Présentation moteur: 2.0l diesel Mercedes OM 654»

Hier

Bonjour Fabrice, concernant le 300d, il compte normalement 2 turbocompresseurs : 1 "gros" à géométrie variable et un "petit" à géométrie fixe (ce dernier étant là pour apporter du couple dès les plus bas régimes). Au niveau des systèmes de dépollution, il y a bien 2 EGR (1 haute pression et 1 basse pression). En revanche, sauf erreur de ma part, il n'y a qu'un filtre à particules. Le système de dépollution est ainsi décomposé en partant du turbo : - 1 DOC - 1 injecteur d'AdBlue + mixeur - 1 filtre à particules (intégrant un revêtement pour les réactions SCR pour réduire les NOx) - 1 SCR (pour réduire les émissions de NOx) En tant que taxi, je peux estimer que vous avez certes beaucoup de petits trajets, mais votre véhicule étant beaucoup en fonction, le moteur a suffisamment de temps pour lancer des régénérations actives du filtre. Quant à l'encrassement de l'EGR, il est principalement dû à l'accumulation des démarrages à froid et de courts trajets (le moteur n'a jamais le temps de monter en température), ce qui ne devrait pas être votre cas, en tout cas, pas systématiquement. Si tel était tout de même votre cas, je vous recommande de faire régulièrement (1 fois par semaine environ), un trajet type autoroutier / voies rapides pendant 30 minutes. Enfin, on peut aussi penser à effectuer un décalaminage (tous les 6 mois à un an) du moteur : il semblerait que cette technique offre de bons résultats pour préserver son moteur (à ma connaissance, quelques flottes de véhicules testent le bien-fondé / l'efficacité de cette technologie). Je parle au conditionnel car je manque de recul sur ce type de prestation.

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