Transmissions électrifiées : vers une nouvelle génération d’actionneurs

Frein de parking, boîte de vitesses, enclenchement ou désactivation du 4×4 : ces fonctions, majoritairement mécaniques aujourd’hui, vont être électrifiées ces prochaines années. EFI Automotive accompagne cette mutation avec Greenshift, une nouvelle génération d’actionneurs compacts, intelligents et connectés. Présentation.

Pourquoi vouloir électrifier des fonctions qui, en version mécanique, ont fait leurs preuves depuis des décennies ? Pour au moins trois raisons. D’abord, les constructeurs misent sur le pilotage intelligent des chaînes de traction pour améliorer leur rendement. Les enjeux ? Réduire la consommation et les émissions polluantes sur les véhicules thermiques. Ou gagner des kilomètres d’autonomie sur les versions hybrides et électriques.

Transmissions électrifiées : un marché multiplié par cinq d’ici 2030

Deuxième objectif : récupérer des données de fonctionnement à des fins de diagnostic ou de maintenance préventive. Or, un câble, un engrenage, un levier de vitesse sont des pièces muettes. Pour collecter des informations, il faut des actionneurs électriques.

Enfin, l’électrification ouvre de nouvelles possibilités d’aménagement de l’habitacle. Remplacez le frein à main et le levier de vitesse par des boutons, des joysticks ou un hub rotatif : vous libérez un espace confortable, à portée immédiate du conducteur.

« L’électrification des transmissions devrait progresser de 21% par an d’ici 2030, soit une multiplication par cinq du marché, complète Philippe Grebert, Strategic Product Line Manager. Notre premier actionneur électrique fabriqué en série date de 2013 et équipait une boucle de refroidissement du moteur. À partir de 2020, nous avons ciblé nos développements sur des produits pour les transmissions. »

Première production en série fin 2021 pour Greenshift

Plusieurs projets autour de cette nouvelle gamme, baptisée Greenshift, ont été signés. Ils impliquent un constructeur européen et plusieurs majors présents dans le monde entier, avec une production en série planifiée selon les cas entre la fin 2021 et 2024. Les actionneurs Greenshift visent trois applications : le frein de stationnement ou park-lock, le débrayage du 4×4 ou de l’une des motorisations du véhicule hybride (disconnect), et le changement de vitesse (shift by wire et gear shifting).

Comme expliqué plus haut, le park-lock supprime un levier qui transmettait un effort via un câble, au profit d’un actionneur électrique. Pour autant, ce dernier n’est pas un composant basique : « si par exemple un véhicule est garé en pente, le park-lock est mis en tension et il faut un effort important en début de mouvement pour le débloquer, illustre Philippe Grebert. C’est pourquoi la loi de commande qui régule le moteur de l’actionneur s’adapte à chaque degré de la course. »  Un exemple parlant de la notion de « pilotage intelligent ».

La fonction disconnect réduit les pertes par friction afin d’améliorer le rendement du véhicule. On la trouve sur les 4×4 débrayables et sur les voitures hybrides et électriques, pour déconnecter la partie non utilisée du groupe motopropulseur. Grâce à elle, les kW produits servent exclusivement à entraîner les roues motrices. « Le gain de rendement peut aller de 1 à 5%. Or, les constructeurs font la chasse aux émissions de CO₂ ; rappelons que l’Europe leur applique désormais une lourde sanction financière quand ils dépassent une moyenne de 95 grammes de CO₂ par km sur l’ensemble de leurs ventes. »

Des actionneurs « tout en un », compacts et légers

Quant au shift by wire et au gear shifting, ils électrifient le changement de vitesse, respectivement au niveau du conducteur (en remplacement du levier de vitesse) et des fourchettes qui effectuent le passage d’un groupe d’engrenages à l’autre. « Les deux fonctions sont destinées aux boites automatiques. À long terme, elles pourraient aussi équiper des véhicules électriques, pour lesquels on commence à parler de boîtes à deux vitesses. Il deviendrait possible d’optimiser le rapport et le point de fonctionnement moteur selon le besoin en couple. »

Pour s’imposer sur ces marchés, la gamme Greenshift mise sur l’intégration poussée de ses actionneurs. Ils n’utilisent pas des roues et une vis sans fin, mais des pignons droits concentriques : compacité et rendement de transmission garantis. Leur capteur de position, à technologie inductive, ne craint pas les perturbations électromagnétiques et peut être placé dans l’actionneur : un seul élément à fixer et à connecter au lieu de deux. « Nos produits présentent un facteur de forme plus homogène que leurs concurrents. Ils sont aussi moins lourds » souligne Philippe Grebert.

Un fonctionnement robuste en toutes circonstances

Deuxième atout : la robustesse de fonctionnement. Les actionneurs Greenshift sont dotés de moteurs brushless, pilotés par une loi de commande qui régule le niveau de puissance par la vitesse de rotation et non par le couple ; ainsi, leur temps de réponse est optimisé. Le dimensionnement d’ensemble, défini par simulation prédictive, garantit des performances, constantes en toutes conditions de tension et de température. Les produits sont conformes au niveau ASIL C de la norme ISO 26-26-2, qui atteste de leur sûreté de fonctionnement.

Enfin, ces actionneurs intelligents peuvent être connectés au bus CAN du véhicule pour transmettre des données ou des alertes, par exemple si leur niveau de courant et de charge s’éloigne trop souvent des valeurs de référence. « Sur nos premiers produits, nous proposons déjà du diagnostic de base. Mais on peut aller beaucoup plus loin, notamment en transmettant des informations de maintenance préventive à des gestionnaires de flotte » conclut Philippe Grebert.