La transmission hydrostatique Poclain pour une solution 4x4 abordable

La proposition technique de Poclain Powertrain est une surprise dans le milieu automobile : une transmission hydrostatique pour bénéficier de quatre roues motrices à coût abordable. Le groupe Poclain délivre généralement ce type de produit sur des véhicules de chantier et quelques poids lourds. Le système Addidrive permet ainsi d’installer une transmission sur l’essieu arrière d’une voiture ou d’un utilitaire léger sans avoir les contraintes de passage d’arbre longitudinal et pour un poids supplémentaire inférieur à une transmission 4x4 conventionnelle. Cette solution a déjà séduit un grand constructeur qui devrait la commercialiser à partir de 2018.

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Le groupe Poclain est un spécialiste des transmissions hydrostatiques de puissance sur véhicules lourds pour l’agriculture, la construction ou la manutention. Cette société créée en 1926 a produit son premier moteur hydraulique en 1958 et sa première grande pelle équipée d'un système hydrostatique à quatre roues en 1967. Il y a 30 ans, Poclain Hydraulics s’est séparé du groupe Poclain et est devenu une société indépendante. En 2012, la division Poclain Véhicules est créée pour développer le groupe sur de nouveaux marchés, notamment celui de l’on-road. Les constructeurs de poids lourds tels que MAN, Renault Trucks, Mercedes-Benz ou Volvo Trucks ont déjà adopté une transmission hydrostatique de principe

similaire sur les essieux avant (voir notre dossier Traction avant hydrostatique, boîte robotisée « off road » et maîtrise de la consommation chez Renault Trucks).

En 2013, le groupe Poclain décide de s’ouvrir au marché de l’automobile et crée une filiale dédiée : Poclain Powertrain. Cette structure a pour mission de mettre sur le marché, une version de la transmission intégrale hydraulique Addidrive destinée aux véhicules particuliers et utilitaires légers. Ce choix est le fruit d’une étude de marché sur les offres 4x4. Eric Vives, directeur de Poclain Powertrain : « La transmission intégrale est synonyme de sécurité et de mobilité. Cependant, elle est chère et donc réservée à une « élite d’experts » ou à des véhicules de catégorie premium. Notre proposition vise un surcoût final client de seulement 1000 €, soit deux fois moins que les solutions actuelles ».

Il ajoute : « Il y a un véritable marché. Par exemple, le prix d’un 4x4 au Brésil est supérieur à 20'000 € alors qu’il y a un marché peu exploité entre 10'000 et 15'000 euros ». Poclain Powertrain propose d’ajouter une transmission pour l’essieu arrière sur des véhicules où l’option n’a pas été prévue, spécifiquement sur des voitures à traction avant des premiers segments de marché ou sur des utilitaires légers.

Présentation de la transmission

La transmission Addidrive est constituée d’une pompe qui récupère une partie de la puissance du moteur thermique, de canalisations et d’un moteur hydraulique entraînant les roues arrière.

Système Addidrive Assist sur essieu avant du poids lourd Renault Trucks Premium Lander OptiTrack

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L’arbre d’entrée de la pompe est fixé au carter du différentiel et l’arbre de la roue avant droite passe coaxialement à l’intérieur. Les seules modifications majeures sur le GMP sont, outre ce carter, la fixation de la pompe (qui peut reprendre un éventuel palier d’arbre de roue) et la longueur de l’arbre de roue droit. Deux canalisations, allez et retour de l’huile, relient la pompe au moteur hydraulique de l’essieu arrière qui entraîne les roues via un différentiel et des arbres conventionnels.

Pompe hydraulique

Le débit de la pompe dépend de la vitesse de la voiture. Pompe et moteur ont la même cylindrée.

Afin de limiter la traînée mécanique, la pompe et le moteur sont équipés d’un embrayage multidisque. Une pompe électrique de gavage, intégrée dans le moteur hydraulique et connectée aux deux actionneurs par une troisième canalisation, assure deux fonctions : le gavage (compensation des fuites et maintien d’une pression minimale dans les circuits) et la commande des embrayages sous 10 bars. Un filtre à huile fait partie du circuit de cette pompe. La déconnexion est également nécessaire au-delà de 40 à 50 km/h selon le diamètre des roues afin de protéger le moteur d’un surrégime, soit un régime maxi estimé à 400 tr/min.

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Moteur hydraulique central

L’engagement de la transmission hydrostatique est effectué par le conducteur en actionnant un bouton et son délai d’entrée en fonction est inférieur à 0,5 s. Aucun pilotage électronique n’est nécessaire dans ce cas. Serge Nicoloff, spécialiste marketing de Poclain Powertrain : « Si un constructeur le demande, l’engagement peut être automatisé en détectant un patinage d’une roue avant ou par prédiction de patinage du programme ESP. Ce petit logiciel pourrait être intégré dans le calculateur moteur ».

Il n’y a pas de blocage des différentiels mais ils peuvent éventuellement être à glissement limité sur chaque essieu, même si l’esprit du projet est de rester à un coût abordable.

La puissance est limitée à 30 kW et la pression à 450 bars.

Transmission à moteurs-roues

Des bras de suspension, des ressorts ou des amortisseurs pourraient dans certains cas gêner le passage des arbres de roue. Poclain Powertrain a pour cela développé un produit alternatif : des moteurs hydrauliques dans les moyeux à la place du moteur arrière. Dimensionnés pour ne pas accroître la voie, ces moteurs ont une cylindrée deux fois plus petite que celle du moteur et le surplus de masse non-suspendue est de 5 kg.

Chacune des deux canalisations de puissance passe alors par un raccord qui répartit l’huile vers chaque

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moteur, cette circulation libre entre les deux moteurs faisant office de différentiel. Il n’est plus possible de placer un pont à glissement limité et un égaliseur de débit qui assurerait un résultat similaire n’est pas prévu.

La pompe de gavage supportant le filtre est dans ce cas indépendante. Sur le démonstrateur exposé (Peugeot 208), elle a été logée dans l’emplacement de la roue de secours.

Technologie de pompe

La technologie de pompe et moteur spécifique à Poclain a été utilisée : alors que les transmissions hydrostatiques des concurrents emploient des pistons axiaux, Poclain a développé un concept de pistons radiaux et cames extérieures. Serge Nicoloff : « Sur les véhicules de chantier, la déconnexion des pompes et moteurs est réalisée en envoyant une pression sur la face opposée des pistons pour les éloigner des cames. Les ressorts qui assurent le contact des pistons sur les cames sont alors comprimés. Pour ce projet, cette solution est trop bruyante et nous avons dû ajouter des embrayages sur les arbres d’entrée ».

Des pompes et moteurs de cette taille n’existaient évidemment pas dans la gamme Poclain, ils ont été spécialement développés pour ce projet. Une usine en Inde sera construite uniquement pour leur production. Un des challenges industriels de Poclain sera de produire à grand volume et petit prix alors que leurs différents marchés s’adressaient à des niches avec des produits nettement plus onéreux. L’usine sera dimensionnée pour produire une centaine de milliers de chaque composant par an.

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Commercialisation

Le poids de l’ensemble des composants est de 40 kg mais le total, en incluant les différents supports et protections, atteint 60 kg, soit en moyenne 15 kg de moins qu’une transmission mécanique. L’encombrement de la pompe et du moteur central ne doivent pas poser de problème d’installation puisque leur diamètre ne dépasse pas 13 cm. La consommation de carburant et les émissions de CO2 dus

à ce montage sont aussi limitées. Serge Nicoloff : « Nos calculs montrent que la traînée devrait générer 2 à 3 g de CO2 par km et le surpoids 1 à 1,5 g/km sur un cycle NEDC ». L’entretien se limiterait au

remplacement du filtre tous les 4 ans.

Le démonstrateur est équipé d’un essieu arrière à bras tirés qui n’est pas la meilleure architecture pour un essieu moteur mais le couple à passer reste faible (30 kW à 400 tr/min, soit 716 Nm alors que le couple maxi sur l’essieu avant en rapport de première varie de 2000 à 4000 Nm selon les GMP.

Un accord a déjà été signé avec un constructeur pour la fourniture d’une transmission Addidrive à moteur central à partir de 2018. Le groupe Poclain a reçu le Trophée d’or des grands prix internationaux de l’innovation d’Equip’Auto dans la catégorie première monte pour cette solution.

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