Ça va tourner pour les moteurs-roues

Un, deux, trois, quatre… le nombre de moteurs dans un véhicule électrique peut se multiplier. Mais jusqu’ici, on peut parler de positionnement conventionnel puisqu’ils prennent bien souvent place sur un essieu. Bientôt, ils pourront être dans les roues.

Même si l’idée n’est pas nouvelle, la Lohner-Porsche de 1900 en cachait déjà, aujourd’hui, les choses s’accélèrent. Les moteurs-roues, déjà présents sur des engins lourds et peu rapides, devraient faire leur apparition sur des véhicules légers, beaucoup plus véloces. Nombre d’équipementiers peaufinent leurs développements afin d’élargir la diffusion de cette technologie.

Pour l’heure, les exemples concrets sont peu nombreux. Elaphe fournit des ensembles complets (avec le moteur-roue, une suspension et un système de direction) au constructeur chinois Hongqi pour son SUV E-HS9. D’autres modules complets sont aussi d’actualité chez Schaeffler (iCorner), Aumovio (Drive Brake Unit) ou Protean (Protean 360+).

Yasa annonce un moteur-roue de 12,7 kg !

Si le moteur-roue permet de libérer de la place dans le châssis, il a aussi des inconvénients. Le principal étant l’augmentation des masses non suspendues et de l’inertie de la roue, ce qui peut, entre autres, dégrader le confort.

Mais tous les acteurs de ce marché travaillent pour gommer ces désagréments. DeepDrive, une start-up munichoise soutenue par BMW i Ventures et par l’unité Corporate Venture Capital de Continental, affirme déjà que son système de moteurs-roues pour un train arrière n’augmente pas la masse de manière marquante. Son moteur, d’une puissance de 200 kW (272 ch), affiche 34 kg sur la balance, onduleur et freins inclus. Un système de freinage travaillé avec Aumovio.

Une autre jeune pousse est active sur le marché des moteurs-roues : Yasa. Rachetée par Mercedes-Benz en 2021, cette société britannique propose un moteur-roue à flux axial avec un stator placé entre deux rotors.

Les autres propositions misent sur un flux radial. "Il s’agit du premier moteur-roue au monde à masse neutre", a déclaré Tim Woolmer, fondateur et directeur technique de Yasa. La société annonce une puissance en continu de 350 à 400 kW (476 à 544 ch) avec un poids de seulement 12,7 kg (hors onduleur).

En attendant une première application Yasa chez Mercedes-Benz, sans doute pour un modèle AMG, le premier véhicule à prendre la route avec des moteurs-roues sera la Renault 5 Turbo 3E.

Le défi de la masse non suspendue

Cette héritière de la R5 Turbo, produite à seulement 1 980 exemplaires, sera ainsi équipée de deux moteurs-roues à l’arrière fournis par Protean Electric. Ils seront logés dans des jantes de 20’’, chacun délivrant jusqu’à 2400 Nm et 204 kW sous 800 V.

De quoi revendiquer une puissance cumulée de 408 kW (555 ch). Ces deux machines électriques sont à flux radial avec le rotor placé à l’extérieur du stator. Ainsi, le stator central est fixé au porte-moyeu et le rotor enveloppe le stator, couvrant la face côté extérieur et la surface cylindrique.

Le freinage est assuré par des disques de frein intégrés aux moteurs-roues : en raison de la configuration du rotor, le disque est fixé sur celui-ci par son diamètre extérieur et l’étrier est inséré via sa périphérie intérieure, une configuration que l’on retrouve sur certaines motos.

Les deux onduleurs sont réunis dans une boîte commune placée dans le coffre. Renault avance de nombreux avantages techniques avec cette solution sur cette application spécifique, tels que l’absence de latence dans la transmission du couple et les bénéfices d’une vectorisation de couple qui accroît les capacités dynamiques du véhicule.

La capacité d’amortissement des masses élevées est évidemment une question majeure. "L’amortissement de l’énergie due aux masses en débattement passe notamment par un dimensionnement approprié des amortisseurs afin d’éviter leur échauffement. Par ailleurs, ce véhicule étant typé circuit, les débattements des roues sont inférieurs à ceux des véhicules de grande série, ce qui limite le besoin en amortissement. Rappelons que nous classons la Renault 5 Turbo 3E en minisupercar et, au même titre qu’une supercar comme les Ferrari ou Lamborghini, ce véhicule n’est pas prévu pour rouler à haute vitesse sur des routes dégradées, malgré le fait qu’elle proposera un bon niveau de confort pour cet usage", explique Philippe Varet, responsable des avant-projets et des innovations chez Alpine Cars.

R5 turbo 3E : un laboratoire pour la grande série

Un autre sujet concerne la prise en compte des efforts supplémentaires dus à cette surmasse. "C’est principalement une question de dimensionnement des composants tels que rotules, triangles, fixations sur caisse. Rien de vraiment nouveau dans notre métier", explique le responsable d’Alpine Cars.

La suspension arrière est dite à double triangle, mais elle présente cependant une spécificité technique expliquée par Frédéric Laurent, chef de projet et innovation chez Alpine Cars : "Le triangle inférieur est en fait un système à double bras qui permet de générer un pivot virtuel, une technologie que nous avions déjà testée il y a deux ans sur un prototype de Renault Megane E-Tech électrique. Le point d’articulation n’est ainsi pas au niveau des rotules, mais dans le prolongement des axes. Ce pivot virtuel facilite le transfert du couple élevé, 2 400 Nm par roue, soit un petit peu plus que celui de l’Alpine A110 actuelle sur son premier rapport."

La Renault 5 Turbo 3E sera produite à 1 980 exemples. ©Renault-Cathy Dubuisson

Un autre enjeu moins connu est également généré par l’emploi d’un moteur électrique de forte puissance. "Un moteur électrique puissant produit au point de contact avec le sol un couple instantané qui pourrait engendrer un emballement de roue. Si celui-ci survient, il est nécessaire d’enlever énormément de couple pour le freiner, ce qui n’est pas souhaitable. En raison de sa masse appliquée directement sur le pneu, le moteur-roue aide à réduire la probabilité de cet emballement. Ce risque peut également être limité par une bonne balance des masses entre les deux essieux et le travail sur l’épure de suspension, sans oublier que ce véhicule est également conçu pour le drift", précise Frédéric Laurent.

"Le fait de piloter directement le moteur-roue, sans passer par une transmission, facilite grandement le contrôle, évitant l’emballement de roue." Philippe Varet conclut : "Cette expérience nous permettra de mieux appréhender le sujet si nous décidons un jour d’utiliser cette technologie sur des véhicules de série. Ces derniers disposeront d’un niveau de puissance bien inférieur et donc de moteurs-roues plus légers."

Par Yvonnick Gazeau