MHEV PLUS : LA NOUVELLE GÉNÉRATION D’HYBRIDATION CHEZ AUDI

Ingolstadt, 27 Janvier 2024 – Avec les nouvelles A5 et Q5 construites sur la Premium Platform Combustion (PPC), Audi a lancé ses premiers moteurs à combustion dotés de la nouvelle technologie MHEV plus. Avec son interaction unique entre le générateur du groupe motopropulseur (PTG), l’alterno-démarreur à courroie (BAS) et une batterie au lithium-fer-phosphate, le système hybride léger de 48 volts soutient le moteur à combustion, réduit les émissions de carbone et augmente simultanément les performances et l’agilité. Le PTG, qui peut être entièrement couplé ou découplé, est doté d’une électronique de puissance intégrée et d’un moteur électrique qui permet une conduite partiellement électrique. Cette technologie réduit la consommation et offre une expérience de conduite encore plus fluide.

« Avec la nouvelle technologie MHEV plus, nous faisons progresser l’électrification dans nos nouveaux véhicules à moteur à combustion basés sur la Premium Platform Combustion (PPC) qui est adaptée aux besoins de nos clients », déclare Geoffrey Bouquot, Membre du Conseil d’administration pour le Développement Technique chez AUDI AG. « Cela renforcera notre portefeuille de produits composé de modèles tout électrique, d’hybrides rechargeables et de véhicules dotés de moteurs à combustion efficaces. » Le MHEV plus offre des fonctions attrayantes telles que la conduite partiellement électrique, un boost électrique et une augmentation significative de l’efficacité et du confort. Le système mild hybrid des nouvelles Audi A5 et Q5 se compose de trois éléments principaux : le nouveau générateur de groupe motopropulseur (PTG) de conception compacte avec électronique de puissance intégrée et moteur synchrone à aimants permanents (PSM), une batterie de 48 volts et d’un alterno démarreur entrainé par une courroie (BAS). Les composants du système de 48 volts sont refroidis par le liquide de refroidissement afin d’obtenir des conditions de fonctionnement optimales. L’architecture du système MHEV plus peut être intégrée dans différents modèles dotés d’une transmission en deux ou 4 roues motrices quattro basée sur la Premium Plateform Combustion (PPC). Le refroidissement liquide de l’électronique de puissance et du moteur électrique, avec sa thermo gestion, permet d’exploiter les composants dans des conditions de fonctionnement optimales afin de répondre aux exigences de puissance et de couple dans toutes les phases de fonctionnement. La nouvelle technologie MHEV plus permet des états de fonctionnement purement électriques et peut également prendre en charge le moteur à combustion. Le système augmente ainsi les performances et l’agilité tout en réduisant la consommation de carburant et les émissions de CO₂.

Par exemple, dans l’A5 2.0 TDI (204ch traction/quattro) (consommation combinée en l/100 km : 4,8/5,4 ; émissions combinées de CO₂ en g/km : 127/146 ; classe de CO₂ : E-D), il est possible d’économiser jusqu’à 10 g/km ou 0,38 l/100 km, et dans une 3.0 TFSI avec moteur V6 (367ch quattro) (consommation de carburant combinée en l/100 km : 7,6/7,9 ; émissions combinées de CO₂ en g/km ; 172/182 (g/km) ; classe de CO2 : G-F), il est possible d’économiser jusqu’à 17 g/km ou 0,74 l/100 km (selon la norme WLTP).

Le générateur de groupe motopropulseur en tant que module d’entraînement supplémentaire puissant

Autre avantage majeur, le système MHEV plus améliore les performances et le confort de conduite. Le module d’entraînement électrique compact mais puissant du nouveau système MHEV est appelé également, générateur de groupe motopropulseur (PTG). Ce composant représente également la principale nouveauté par rapport à la technologie MHEV proposée précédemment par Audi, qui fonctionne exclusivement avec un alterno-démarreur à courroie. Le PTG, installé dans une unité compacte avec une électronique de puissance est intégrée directement sur l’arbre de sortie de la transmission, et peut fournir jusqu’à 18 kW de puissance électrique à l’entraînement. Le module permet d’obtenir un couple maximal de 230 Nm à la sortie de la transmission, qui est déjà disponible en tant que couple d’entraînement lorsque le véhicule est démarré. La transmission compacte de la PTG fonctionne avec un rapport de 3,6:1. Le système MHEV plus utilise le PTG jusqu’à une vitesse maximale de 140 km/h pour une efficacité maximale. À des vitesses plus élevées, le PTG se désengage de la chaîne cinématique par le biais d’un embrayage à crabots intégré.

Le PTG pèse environ 21 kilogrammes et permet à l’arbre de sortie de tourner à un maximum de 5 550 tours par minute. Selon le véhicule et la variante d’entraînement, cela correspond à une vitesse de 130 à 140 km/h.

Avec des modifications minimales des pièces et composants environnants, l’espace nécessaire a été créé pour intégrer un moteur électrique à la sortie de la boîte de vitesses dans les limites du tunnel central existant sous le véhicule. Le positionnement, directement derrière la boîte de vitesses offre plusieurs avantages : les 18 kW de puissance d’entraînement ou jusqu’à 25 kW de puissance provenant du freinage par récupération fournis par le PTG sont disponibles directement à la sortie de l’essieu sans aucune autre perte. Grâce à cette configuration, le PTG peut être utilisé dans les véhicules à traction avant et avec une transmission intégrale sans aucune modification.

Pour répondre aux exigences de confort élevées du système, un contrôle précis du couple, du courant et de la vitesse du moteur électrique doit être assuré. La plage de température de fonctionnement s’étend de moins 40 à plus 75 degrés Celsius. Un cheminement d’eau entoure le moteur électrique et refroidit également l’électronique de puissance compacte et intégrée directement sur le moteur électrique pour économiser de l’espace. Les modules de puissance haute performance sont disposés autour du dissipateur de chaleur à l’intérieur de l’électronique de puissance. Les condensateurs du circuit intermédiaire sont entourés par le dissipateur thermique de manière à économiser de l’espace et à optimiser la température.

Un développement axé sur les besoins des clients

Audi a développé la technologie MHEV plus en se concentrant sur les besoins anticipés des clients. Les chaînes de traction conventionnelles disponibles avec la première génération de systèmes start-stop ou d’hybridation douce reposent sur des éléments clés d’efficacité tels que l’arrêt du moteur lorsque le véhicule s’arrête, les phases de roulage en roue libre, la roue libre avec le moteur éteint et la récupération d’énergie en 12 ou 48 volts. Grâce à ces nouvelles technologies d’électrification, les avantages sont considérables dans,les phases d’arrêt et de démarrage du moteur, la marche en roue libre sans émissions, la récupération d’énergie, la conduite partiellement électrique, par exemple pour le stationnement et les manœuvres électriques, et l’augmentation des performances grâce à l’assistance électrique du moteur à combustion.

Cela permet de conduire le véhicule de manière purement électrique, en laissant le moteur à combustion éteint plus longtemps, par exemple lorsque l’on roule lentement en ville, ou lorsque la circulation est lente sur les routes en dehors de la ville, ou encore à l’approche de la ville suivante. En outre, la réponse au démarrage du véhicule est nettement améliorée et plus spontanée, car le PTG fournit un couple d’entraînement pouvant atteindre 230 Nm, même à faible vitesse. Il en résulte une réactivité nettement meilleure, qui se traduit par un gain d’agilité clairement perceptible, en particulier sur les premiers mètres au démarrage.

À des vitesses comprises entre 0 et 140 km/h maximum, le PTG peut soutenir le moteur à combustion. Cela signifie que le MHEV plus offre une puissance électrique supplémentaire pouvant atteindre 18 kW, ce qui permet au moteur à combustion de fonctionner de manière aussi efficace que possible. Dans cette plage de vitesse, le PTG peut récupérer jusqu’à 25 kW d’énergie en génératrice lors d’une décélération jusqu’à ce que le véhicule s’immobilise. Le système permet également d’assurer un freinage sans pression comme un freinage régénératif optimal, sans utiliser les freins à friction. Grâce au compresseur électrique de la climatisation, le MHEV plus permet également un fonctionnement continu du système de climatisation même lorsque le moteur à combustion est éteint, par exemple lors d’une attente à un feu rouge.

BAS, batterie lithium-ion et iBRS : une combinaison idéale

Dans le cadre de la technologie MHEV plus, l’alterno-démarreur à courroie (BAS) est chargé de démarrer le moteur et de fournir de l’énergie électrique à la batterie. L’entraînement par courroie présente des avantages acoustiques par rapport à un démarreur à pignon et permet d’atteindre une vitesse de démarrage plus élevée pour le moteur à combustion. Il en résulte une meilleure consommation et un plus grand confort de démarrage. L’alterno démarreur à courroie peut également récupérer l’énergie du moteur lorsqu’il est éteint et place les cylindres dans la position optimale pour le redémarrage.

La batterie lithium-ion au phosphate de fer lithié (LFP) a une capacité de stockage de 37 ampères-heures, ce qui correspond à un peu moins de 1,7 kWh (brut). Sa puissance de décharge maximale est de 24 kW. En raison des exigences en matière de disponibilité, de puissance et de couple, la batterie est intégrée dans un circuit de refroidissement à l’eau à basse température qui assure des conditions optimales dans une plage de 25 à 60 degrés Celsius. C’est la première fois qu’Audi utilise une batterie LFP pour ses systèmes mild hybrid.

Le système intégré de contrôle des freins (iBRS) joue un rôle important dans la récupération de l’énergie. Sur les modèles dotés de la technologie MHEV plus, l’iBRS assure un freinage sans pression et obtient la décélération nécessaire grâce au freinage par récupération sans utiliser le frein de roue mécanique. Les freins mécaniques ne sont actionnés que lorsque la pédale de frein est enfoncée avec plus de force. Cela n’a aucun effet sur la sensation de freinage.

Stratégie d’exploitation sophistiquée MHEV plus

Dans un système hybride, la règle empirique veut qu’une batterie chargée de 50 à 60 % soit la plus efficace, car elle peut fournir des courants élevés au moteur électrique et stocker des courants de charge élevés lors de la récupération d’énergie. Le système hybride n’est pas axé sur l’autonomie électrique, mais sur la décharge et la recharge de la batterie en cycles rapides. Cela permet de récupérer autant d’énergie que possible et de la réutiliser rapidement et efficacement pour la conduite.

Avec la technologie MHEV plus, un logiciel de contrôle évalue l’état de fonctionnement du véhicule pour une interaction optimale entre le moteur à combustion, le PTG et le BAS. Les valeurs caractéristiques pour l’utilisation optimale des deux moteurs électriques et les niveaux de couple souhaités pour la propulsion ou la récupération d’énergie sont stockés à cette fin. L’état de charge de la batterie est également pris en considération. L’objectif est un fonctionnement stable – et le système de contrôle obtient des résultats différents en fonction de la situation. En effet, la stratégie de fonctionnement des entraînements électriques supplémentaires est optimisée pour chaque moteur à combustion. Le résultat recherché étant une consommation la plus basse possible sans compromettre la dynamique de conduite.

La stratégie de fonctionnement tient compte du mode de transmission sélectionné et de la modulation de la pédale d’accélérateur. Par exemple, en mode de conduite D, la puissance électrique additionnelle maximale de 18 kW n’est appliquée par le générateur de la chaîne cinématique qu’à partir de 80% d’appuis sur la pédale d’accélérateur ou d’un kickdown. En mode de conduite S, la puissance supplémentaire de 18 kW est déjà disponible à des valeurs inférieures d’appuis sur de la pédale d’accélérateur. En mode D, le PTG peut être découplé à partir de 85 km/h pour éviter les pertes électriques dans le moteur électrique du PTG lorsque l’on roule à vitesse constante avec le moteur à combustion sur les autoroutes et les routes en dehors des limites de la ville. En revanche, en mode S, le PTG reste couplé jusqu’au régime moteur maximal autorisé de 5 550 tr/min pour permettre une réactivité spontanée à tout moment.

En ce qui concerne les modes de conduite D et S, la stratégie d’exploitation se différencie particulièrement en ce qui concerne le SoC (état de charge) cible de la batterie de 48 volts. En mode D, un SoC moyen de 50 à 55 % offre un équilibre optimal pour disposer de suffisamment d’énergie pour l’assistance électrique du moteur à combustion jusqu’à la conduite partiellement électrique. Ce SoC est également suffisant pour stocker les volumes importants d’énergie récupérée lors des phases de freinage doux et prolongé aux feux de circulation ou à l’entrée des villes. En S, un SoC cible plus élevé d’environ 70 % garantit une plus grande quantité d’énergie disponible pour l’assistance électrique du moteur à combustion en cas de conduite plus sportive. Comme on peut s’y attendre, la conduite sportive implique des phases de freinage plus courtes et plus intenses, ce qui signifie qu’il y a moins d’énergie à récupérer.

L’utilisation du générateur de groupe motopropulseur offre également des avantages en termes de dynamique de conduite, car le couple supplémentaire et immédiatement disponible permet au véhicule de réagir plus spontanément aux changements de charge et d’accélérer avec plus d’agilité en sortie de virage. Le type de changement de charge est également modulé différemment en mode D et S pour permettre une conduite plus confortable en mode D et plus réactive et dynamique en mode S.

Les modèles équipés du système MHEV plus peuvent également fonctionner en mode purement électrique, par exemple lorsque le véhicule approche d’une ville, et peuvent alors maintenir leur vitesse avec l’aide du PTG. Si la puissance requise par le conducteur ou le régulateur de vitesse adaptatif (ACC) dépasse une certaine valeur, le moteur à combustion démarre et prend en charge l’entrainement. Le seuil de démarrage dépend du SoC actuel de la batterie de 48 volts et de la vitesse du véhicule.

Si le SoC actuel est inférieur au SoC cible, le moteur à combustion se met en marche plus tôt. D’une part, cela permet d’éviter de consommer de l’énergie supplémentaire pour la conduite électrique et donc d’abaisser encore le SoC. D’autre part, le moteur à combustion peut augmenter à nouveau le SoC en cas de besoin grâce à une puissance accrue en liaison avec le BAS et le PTG – en d’autres termes, recharger la batterie. Cela ne s’applique pas aux manœuvres électriques, à la circulation lente ou au stationnement, qui peuvent être maintenus à un niveau de charge nettement inférieur.

Si le SoC actuel est supérieur au SoC cible, le moteur à combustion se met en marche plus tard, lorsque la demande d’énergie est légèrement plus élevée. Ce faisant, la batterie de 48 volts se décharge en direction du niveau de charge cible, de sorte qu’elle puisse absorber suffisamment d’énergie lors des futures phases de récupération d’énergie. À mesure que la vitesse du véhicule augmente, le seuil de demande de puissance au moteur à combustion diminue. En termes simples, cela signifie que plus la vitesse est élevée, plus le moteur à combustion alimente la voiture.

En combinaison avec le contenu du réservoir, les gains d’efficacité du groupe motopropulseur améliorent sensiblement l’autonomie globale du véhicule. Les véhicules équipés de la technologie MHEV plus sont donc nettement plus adaptés aux voyages de longue durée et beaucoup plus confortables.