À certains égards, les véhicules électriques sont les mêmes que les autres voitures. Quatre roues, des portes, des sièges, des fenêtres… tout cela est essentiellement la même chose, mais poussé par un système d’entraînement différent. Mais, sous la tôle et derrière les autres couvertures, elles peuvent être bien différentes. Les ingénieurs du groupe Porsche développent des concepts avancés de répartition de la force de freinage pour assurer une récupération optimale sans compromettre le confort des véhicules électriques. Ces nouvelles demandes de châssis nécessitent des recherches substantielles et des solutions innovantes afin de fournir une conduite plus douce et plus sûre.
Alors que les développeurs de châssis passent à des véhicules plus électrifiés, ils sont confrontés à deux défis : les batteries ajoutent du poids mais apportent également une meilleure dynamique de conduite. Pour s’adapter à la puissance accrue d’un moteur électrique, des freins de roue hydrauliques doivent être ajoutés; cela donne un effet négatif car il réduit l’efficacité et l’autonomie en raison de son poids supplémentaire et de sa consommation croissante.
La Porsche Taycan est conçue pour être particulièrement économe : dès que vous appuyez sur la pédale de frein, ses moteurs électriques passent en mode régénération, non seulement arrêtant le véhicule mais créant simultanément de l’électricité qui peut être utilisée pour booster la puissance de la batterie. Ne pas avoir besoin d’un système de freinage plus grand permet une dynamique de conduite accrue sans compromettre l’autonomie en raison du poids ou de la taille supplémentaire de ce composant.
Dans des conditions de conduite ordinaires, les moteurs électriques du Taycan sont capables de fournir 90 % de sa puissance de freinage. Ce n’est qu’à des vitesses inférieures à 5 km/h que le système hydraulique doit intervenir en raison de la faible décélération des moteurs électriques. De plus, si des freins plus puissants sont nécessaires pour des arrêts complets pendant la conduite à grande vitesse, les freins à friction s’activeront pour assurer un ralentissement complet et un arrêt sûr.
Le Taycan Turbo S est capable de maximiser la puissance de son système de freinage régénératif jusqu’à 290 kW, ce qui lui permet de générer suffisamment d’électricité en deux secondes de décélération, ce qui équivaudrait à parcourir 700 mètres. Grâce à ce processus de récupération, la gamme augmente d’un impressionnant 30 %.
Lors de l’ingénierie du châssis des véhicules électriques à batterie (BEV), une difficulté principale réside dans le mélange de freins régénératifs et hydrauliques. « Le conducteur ne doit pas sentir la transition entre les systèmes », souligne Martin Reichenecker, Senior Manager Chassis Testing chez Porsche Engineering.
Assurer une transition cohérente exige beaucoup de la technologie, étant donné que les systèmes de freinage électriques et hydrauliques fonctionnent différemment : alors qu’un moteur électrique produit un couple similaire à chaque fois, son homologue hydraulique peut varier en réponse à des facteurs environnementaux tels que la température ou l’humidité. Cela signifie qu’il est concevable que la puissance générée par les deux technologies diffère au point de transfert, ce que les conducteurs ressentent souvent comme une secousse.
Programmation des freins mixtes pour bien faire les choses
Porsche a conçu des algorithmes pour le Taycan afin d’assurer une transition en douceur du mode d’accélération à la régénération. Pour ce faire, il surveille son système hydraulique comme sur des roulettes et utilise le calibrage des freins lors de chaque processus de charge. Cela leur permet de déterminer la quantité de puissance qui sera délivrée lorsque le véhicule freinera la prochaine fois, garantissant qu’il n’y a pas de changement soudain de performance dû à une mauvaise gestion des niveaux de récupération d’énergie.
En ce qui concerne la puissance de freinage des véhicules, les deux tiers sont généralement générés par l’essieu avant et un tiers par l’arrière. Le nouveau système électrique de la Porsche Taycan fonctionne selon ce même principe : avec son moteur arrière plus gros, les deux tiers de la force de freinage proviennent de son moteur avant tandis qu’un tiers provient du moteur arrière même si plus d’énergie potentielle pourrait être récupérée.
En modifiant la répartition de la force de freinage entre les essieux, nous pourrions libérer un grand potentiel. Une considération cruciale à garder à l’esprit est que la stabilité de conduite doit être maintenue; il est donc nécessaire de limiter la contribution maximale de l’essieu arrière en fonction de la situation afin d’assurer un niveau de stabilité de réserve fiable.
« Le moteur électrique capable d’absorber le plus d’énergie fournirait alors le couple de freinage le plus élevé », explique Ulli Traut, développeur de fonctions et ingénieur d’intégration Regenerative Braking chez Porsche AG.
Pour une transition sans heurt entre les freins hydrauliques et génératifs, il est essentiel d’assurer un confort optimal du conducteur et des passagers. À cette fin, Porsche propose d’utiliser deux algorithmes simultanément : Le premier algorithme analyse les conditions de conduite afin de déterminer une répartition idéale de la force de freinage sur les essieux avant et arrière – ces calculs sont basés sur des données de banc d’essai précédentes.
Un algorithme développé par Traut est conçu pour sélectionner le couloir le plus efficace et l’appliquer en conséquence afin de garantir une décélération optimisée qui se traduirait par une augmentation notable de la portée.
Jusqu’à récemment, le frein de l’ingénierie automobile était un système relativement solitaire. Mais avec l’émergence des véhicules électriques sur le marché, la décélération nécessite désormais la collaboration de divers composants du véhicule : groupe motopropulseur, batterie et électronique de puissance, ce qui nécessite une quantité accrue de travail interdisciplinaire pour les développeurs de châssis. Ce qui est plus remarquable, c’est qu’il existe même un panneau d’affichage dédié pour gérer l’activité de freinage au sein du groupe d’instruments.
À l’avenir, les ingénieurs travaillant sur le frein devront collaborer plus étroitement avec ceux qui développent la transmission car la récupération implique également un moteur électrique et donc une transmission à deux vitesses (comme on le voit dans le Taycan de Porsche).
L’approche différente de Porsche du rôle de la pédale
Les constructeurs de voitures électriques se concentrent principalement sur la conduite à une seule pédale. En retirant simplement votre pied de la pédale, vous pouvez immédiatement commencer à régénérer l’énergie et, dans certains cas, subir un freinage si extrême que les feux de freinage s’allumeront automatiquement. Cela signifie que la plupart des scénarios permettent aux conducteurs de faire fonctionner leur voiture avec une seule pédale. En revanche, Porsche utilise la roue libre : une méthode plus douce permettant au véhicule d’avancer sans alimentation externe. Le processus de récupération ne commence que lorsque vous appliquez une pression sur la pédale de frein.
« C’est une façon de conduire plus efficace, car cela permet de conserver l’énergie cinétique dans le véhicule », déclare Reichenecker. La conduite à une pédale, en revanche, récupère d’abord, puis reconvertit l’énergie récupérée en propulsion. « Cela entraîne deux fois plus de pertes. »
Ainsi, l’approche de Porsche pourrait s’avérer plus efficace, mais seulement si elle est conduite efficacement par le conducteur.
Usure réduite des freins, mais utilisation occasionnelle des freins pour les garder propres
Un autre effet positif de la récupération est qu’il y a moins d’usure sur les freins hydrauliques. « Nous prévoyons que les plaquettes de frein devront être remplacées en raison du vieillissement à l’avenir plutôt que de l’usure », comme le suppose Traut. Une fonctionnalité a été développée pour le Taycan pour garder les disques de frein propres, maintenant qu’ils sont moins utilisés : le véhicule freine à intervalles réguliers en utilisant uniquement le système hydraulique, et sans les moteurs électriques, pour enlever la saleté des disques.
Image sélectionnée fournie par Porsche.
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