La nouvelle édition d'un classique

Pourquoi avoir privilégié un concept modulaire ? Ce choix s'explique par les émissions de CO2 limites plus sévères définies par les législateurs, auxquelles les constructeurs automobiles devront se conformer au cours des 10 prochaines années. Comme seules les émissions générées par le véhicule lui-même sont prises en compte actuellement, et non, par exemple, les émissions produites pendant la fabrication du véhicule, presque tous les constructeurs s'efforcent d'augmenter leurs ventes de véhicules électriques à batterie. Les véhicules électriques ne conviennent cependant pas à tous les clients ni à toutes les applications. « Nous supposons donc que 70 % de nouvelles voitures en 2030 continueront à être équipées d'un moteur à combustion interne », observe Stephan von Schuckmann. Dans le but de réduire la consommation de carburant et donc les émissions dans de tels véhicules, de nombreux types d'hybridation se répandront au cours de la prochaine décennie.

Ce moteur électrique est réalisé à l'aide d'un processus innovant par la division Mobilité électrique chez ZF. La performance d'un moteur électrique dépend du « rapport de remplissage de cuivre » du rotor, c'est-à-dire du rapport matériau conducteur/volume total. Afin de maximiser ce rapport, les ingénieurs ZF n'utilisent plus d'enroulements en fil de cuivre pour les variantes de haute performance, mais des barres de cuivre insérées et soudées ensemble.

Une autre nouvelle caractéristique est l'emplacement de l'électronique de puissance.

Dans tous les véhicules hybrides de série, elle était logée par le passé dans une boîte montée ailleurs dans le véhicule, en raison du manque de place dans le compartiment moteur. Cela produisait des mètres de câble reliant l'électronique de puissance et la boîte de vitesses. Avec la nouvelle transmission, ce n'est plus nécessaire, car toute l'électronique de puissance est intégrée dans le carter de la boîte de vitesses. Cette approche s'est révélée être un grand défi pour l'équipe de concepteurs réunie autour du Dr Michael Ebenhoch. « D'une part, nous devions libérer de l'espace dans le carter, et d'autre part, rendre l'électronique de puissance très compacte », explique le directeur de développement de la division Systèmes de Transmission pour Véhicules de Tourisme. La réduction de l'électronique de puissance a cependant fixé des limites.

Bien que le semi-conducteur de puissance lui-même ne soit pas très volumineux, il commute des courants de forte intensité. Dans le cadre de ce processus, les semi-conducteurs génèrent de nombreux kilowatts d'énergie thermique, qui doit être déchargée. Au lieu d'être refroidie par l'huile de boîte, l'électronique de puissance est reliée au circuit réfrigérant du système de climatisation du véhicule. Pendant qu'elle essayait de trouver un espace suffisant pour l'électronique de puissance dans le carter de boîte de vitesses, l'équipe d'ingénieurs de Michael Ebenhoch a analysé tous les composants des actionneurs hydrauliques impliqués dans le processus de changement de vitesses. Des électrovalves à commutation directe effectuent à présent cette tâche. Contrairement aux actionneurs de pression électriques préalablement utilisés, ces électrovalves n'exigent pas de douilles ou pistons additionnels. En remplaçant ces actionneurs, l'espace nécessaire pour le montage de l'unité de commande hydraulique est passé de 3,1 litres à 1,8 litre.

Tous les autres composants du nouveau kit de boîte de vitesses ont aussi été conçus de façon judicieuse pour la propulsion hybride. Cela est particulièrement manifeste dans le circuit d'huile. Auparavant, deux pompes à huile étaient à l'œuvre : une pompe à ailettes très efficace entraînée directement par le moteur à combustion interne et une deuxième pompe électrique, ou mémoire d'impulsions, pour le mode électrique. La nouvelle boîte de vitesses automatique à 8 rapports est équipée d'une pompe split unique. Lorsque le moteur à combustion interne est inactif, la pompe est entraînée par un petit moteur électrique.

À première vue, la partie mécanique de la boîte de vitesses de quatrième génération n'a pas changé : deux freins et trois embrayages continuent à commuter les quatre trains d'engrenages planétaires. « Mais nous avons examiné chaque détail et surtout diminué la perte de friction », explique Michael Ebenhoch. La récompense de ces grands efforts : l'optimisation de la seule partie mécanique a eu pour effet de réduire d'un gramme les émissions de CO2 produites sur chaque kilomètre parcouru à l'aide du moteur à combustion interne.

Les travaux sur la quatrième génération de la boîte de vitesses automatique à 8 rapports ont maintenant atteint un stade très avancé. BMW et Fiat Chrysler ont déjà décidé d'utiliser cette boîte dans leurs véhicules. Les premiers essais sur route auront lieu au cours de l'année, et l'usine de boîte de vitesses ZF à Sarrebruck, se prépare déjà à l'industrialisation.