Land Rover Diesel ERAD Hybride

Au salon de Londres en juillet, Land Rover a présenté un système équipant des prototypes sur des véhicules Diesel Hybrides ERAD afin de réduire considérablement les émissions de CO2 tout en conservant les performances traditionnelles en tout terrain, point fort de la marque. Actuellement à l'essai sur des Freelander 2, il pourra équiper l'ensemble des modèles de la gamme. Plusieurs projets de réduction des émissions et d'économie de carburant sont à l'étude; parmi ceux-ci le système Stop-Start qui sera disponible en série dès 2009 sur le Freelander 2 Diesel boîte manuelle.



Le Diesel Hybride ERAD et les TECHNOLOGIES e_TERRAIN
  • Les prototypes à motorisation Diesel Hybride de Land Rover sont actuellement en cours d'essais techniques et d'évaluation sur route
  • Ils sont conçus autour d'une motorisation diesel propre et efficace - c'est l'un des tout premiers programmes de véhicule diesel hybride au monde
  • Ces prototypes font appel à des nouvelles technologies de pointe au nombre desquelles : l'ERAD (Electric Rear Axle Drive ou propulsion électrique par l'essieu arrière), qui contribue à leur conférer les légendaires capacités de franchissement Land Rover ; le CISG (Crank Integrated Starter Generator), un démarreur-générateur monté sur l'arbre moteur ; le pack de batteries Lithium Ion de nouvelle génération
  • Une technologie hybride modulaire et évolutive en termes de taille, conçue pour être utilisée sur les futures motorisations et modèles de la gamme Land Rover
  • Une recherche dans le cadre du partenariat conclu entre Land Rover et l'Agence de maîtrise de l'énergie britannique, l'Energy Saving Trust
  • Une technologie exclusive, qui fait partie des nombreux développements menés par Land Rover et qui sont regroupés sous le nom générique de TECHNOLOGIES e_TERRAIN
 
Les ingénieurs de Land Rover effectuent actuellement des essais sur route avec les prototypes révolutionnaires de ces véhicules Diesel Hybrides ERAD. La vocation de ces véhicules est de réduire considérablement les emissions de CO2 et autres gaz tout en conservant les performances tout-terrain caractéristiques de Land Rover. Les technologies sont mises à l'essai sur des Freelander 2 modifi és, mais eur conception modulable peut évoluer en termes de taille : elles pourront donc équiper un jour toute la palette de modèles et de groupes motopropulseurs dont dispose Land Rover.

Ce programme fait partie d'un éventail de recherches entamées par Land Rover en matière de développement durable : ces programmes sont regroupés sous l'appellation commune de "TECHNOLOGIES e_TERRAIN".

Outre les Diesels Hybrides ERAD, Land Rover travaille également sur plusieurs projets de réduction des émissions et d'économie de carburant. Leurs résultats se retrouveront sur les véhicules de la gamme dès maintenant et jusque dans le courant de la prochaine décennie. Ces projets comportment notamment le système Stop-Start d'arrêt et de redémarrage automatique du moteur - qui sera disponible en série dès l'année prochaine sur tous les modèles Freelander 2 diesel à boîte manuelle - ainsi que des systèmes hybrides de pointe et de nouvelles architectures pour des véhicules allégés.

"Nous avons dévoilé la technologie innovante de l'ERAD lors de la présentation du concept car LRX en début d'année", explique Phil Popham, le Directeur général de Land Rover. "Nous tenons nos engagements en matière de développement durable en passant maintenant aux essais grandeur nature sur des prototypes routiers. Les Diesels Hybrides ERAD représentent une étape cruciale pour Land Rover. Cela constitue une mise en application bien réelle de ces concepts et montre ce que l'on peut obtenir en associant nos capacités légendaires en tout-terrain à ces TECHNOLOGIES e_TERRAIN révolutionnaires."



Présentation du Diesel Hybride ERAD

La motorisation Diesel Hybride ERAD de Land Rover a été développée dans le cadre d'un projet de recherche doté d'un budget de plusieurs millions de livres, financé en partie par l'Energy Saving Trust, à savoir l'agence de maîtrise de l'énergie britannique. L'objectif consiste à créer un système hybride de type parallèle compatible avec une propulsion 4x4 tout-terrain. Les hybrides parallèles peuvent fonctionner soit à l'électricité, soit en motorisation classique, soit avec les deux modes simultanément. Ce système est destiné à réduire les émissions de CO2 de plus de 20 % en cycle de conduite NEDC et de 30 % en conditions réelles d'utilisation urbaine, le domaine de prédilection des hybrides.

Dans certaines conditions, les hybrides essence/électriques de nouvelle génération parviennent à être légèrement plus économes que les meilleurs diesels non hybrides. Ainsi, l'ambition de Range Rover est de produire un système hybride s'appuyant sur un groupe motopropulseur diesel moderne, efficace et proper afi n de tirer le meilleur parti des deux technologies. Pour y parvenir, Land Rover a développé l'ERAD, un système exclusif de propulsion électrique monté sur l'essieu arrière. L'ERAD pourra même apporter un plus en termes de franchissement tout-terrain.

L'aspect le plus important de l'ERAD est sa capacité à propulser un véhicule Land Rover par ses propres moyens, une fonctionnalité cruciale pour réduire les émissions en circuit urbain. Bien que l'ERAD soit monté sur l'essieu arrière, il peut transmettre sa puissance aux roues avant par le biais de l'arbre de transmission, ce qui permet de propulser le véhicule en mode 4x4.
La seconde technologie clé du Diesel Hybride ERAD est le CISG, c'est-à-dire un démarreur-générateur intégré monté sur l'arbre moteur. Celui-ci équipe les prototypes d'essais Freelander 2 à moteur turbo diesel quatre cylindres. Le CISG est un moteur électrique puissant. Sur les prototypes, il est relié à la transmission par un embrayage double. Le CISG sert de moteur d'appoint et produit un couple additionnel qui est relayé vers la transmission, mais il sert aussi de démarreur pour le moteur diesel.

Le moteur diesel, le CISG et l'ERAD se conjuguent pour créer une propulsion hybride. En fonction des conditions de conduite, on utilise soit la puissance du diesel, soit l'électricité, soit une combinaison optimale des deux. La gestion du mode de propulsion est confi ée à une électronique de puissance sophistiquée. De plus, l'ERAD et le CISG peuvent être utilisés pour récupérer l'énergie cinétique lors des freinages régénératifs. Au freinage, l'énergie qui serait en temps normal dissipée sous forme de chaleur est récupérée pour recharger le pack de batteries spéciales du véhicule.

Ce pack, qui occupe environ le volume d'une roue de secours, est logé dans le coffre. Il s'agit de batteries Lithium Ion de pointe. Elles stockent l'énergie destinée au CISG et emmagasinent l'électricité générée lors des freinages régénératifs. Ces batteries sont plus légères que celles de type nickel-métal hydrure généralement utilisées dans les autres hybrides de production. Leur technologie leur permet à la fois de stocker plus d'énergie mais aussi de se recharger plus vite.

On peut également citer la pompe électro-hydraulique de la direction assistée, autre innovation destine à économiser l'énergie. Contrairement aux pompes classiques qui consomment de la puissance en permanence, celle-ci permet d'alimenter le circuit seulement lorsque c'est nécessaire.
Intégration avec le Terrain Response

Le Diesel Hybride ERAD fait appel à ce qui pourrait bien s'imposer comme la prochaine génération du Terrain Response, un système Land Rover maintes fois primé. Cette fonctionnalité permet au conducteur de tirer le meilleur parti de la technologie hybride tout en bénéficiant de performances inégalées en tout-terrain. Les prototypes disposent de cinq modes de programmation Terrain Response : Éco ; Dynamique ; Herbe/Gravier/Neige ; Boue et Ornières ; Sable.

Le mode Éco
Le mode Éco est le mode le plus utilisé en cycle de conduite normale. Il est conçu pour la conduite normale et il permet au véhicule d'utiliser la puissance électrique ou diesel en fonction des conditions de circulation. C'est le mode idéal pour les déplacements urbains à basse vitesse. Ceux-ci s'effectuent sans aucune émission, le moteur diesel étant automatiquement coupé. L'ERAD propulse alors le véhicule électriquement, grâce à l'essieu arrière. Les accélérations continues et souples ajoutent au raffi nement de conduite tandis que le freinage régénératif récupère l'énergie cinétique.

Le mode DynamiqueÉco
Sur une route dégagée, à vitesse constante, les sollicitations et la demande de puissance réclamée à la propulsion hybride sont modérées. Le diesel est alors dans son élément. Il transmet sa puissance aux roues avant et l'électronique de gestion du moteur optimise la consommation pour une plus grande frugalité, produisant ainsi de faibles émissions de CO2. Le mode quatre roues motrices reste disponible à tout instant, prêt à se déclencher si les conditions l'exigent.
Lors des dépassements, ou lorsque le conducteur veut disposer des performances maximales, les deux motorisations travaillent en synergie pour produire une puissance et un couple maximaux. La fonction de récupération de l'énergie au freinage reste disponible.

Le mode Herbe/Gravier/Neige

Ce programme est conçu pour maximiser l'adhérence en minimisant le couple transmis aux roues, afin d'éviter le patinage et le gaspillage d'énergie. Le véhicule démarre sur propulsion électrique seule, la puissance étant répartie par l'ERAD sur les quatre roues. Le diesel ne se déclenche que lorsque cela devient nécessaire. L'utilisation de la propulsion électrique permet un dosage du couple très précis et confère une adhérence maximale ainsi que des émissions de CO2 réduites.

Le Mode Boue et Ornières
En fonction des sollicitations du conducteur, il existe deux options possibles pour ce mode. Le premier est une option couple faible et démarrage à l'électricité seulement. La puissance du diesel reste néanmoins disponible à tout moment. L'autre option fait appel à la puissance du diesel assisté de la motorisation électrique afin de fournir une puissance et un couple plus importants ; on obtient alors un bon contrôle de l'adhérence et une réserve de puissance disponible à tout moment.

Le Mode Sable

Ce mode constitue un réglage "grande puissance" bien adapté aux surfaces à haute déperdition d'énergie telles que le sable mou. L'ERAD vient alors ajouter sa puissance à celle de la motorisation diesel, ce qui permet d'obtenir un couple encore plus élevé qu'avec le moteur diesel seul.






Les technologies des Diesel ERAD Hybrides à la loupe

L'ERAD - propulsion électrique par l'essieu arrière
Le système de propulsion électrique par l'essieu arrière ERAD est une exclusivité développée par Land Rover.Son but est de permettre à un véhicule hybride de remplir le cahier des charges très exigeant de l'entreprise en matière de tout-terrain.

L'ERAD est monté sur l'essieu arrière. Il utilise un puissant moteur électrique brushless (sans balais) de 288 volts, capable de produire une puissance de 25 kW en continu et de 35 kW en pointe. Le couple maximal est un robuste 200 Nm. Comme les lois de la physique l'indiquent, ce couple est disponible instantanément, dès la mise sous tension du moteur. C'est donc l'idéal en termes de performances pour les parcours tout-terrain à petite vitesse.

Ce moteur électrique entraîne les roues arrière par le biais d'une boîte de réduction d'un rapport 8:1 et d'un différentiel épicycloïdal. Le coupleur Haldex relié à l'ERAD permet de découpler les essieux avant et arrière pour une utilisation en traction avant seule, la puissance étant alors transmise vers l'avant par l'arbre de transmission. Si le coupleur reste fermé en mode propulsion électrique seule, le couple généré par l'ERAD est transmis aux quatre roues.

Un circuit d'huile alimenté par une pompe électrique séparée assure le refroidissement des organes internes du moteur.

L'ERAD permet aussi de récupérer l'énergie lors des freinages régénératifs. Un module électronique permet en effet à son moteur brushless de fonctionner en tant que générateur électrique. Ce mode s'enclenche dès que le conducteur lève le pied ou qu'il entame un freinage. Ce puissant moteur se transforme alors en un excellent générateur et celui-ci utilise l'énergie de la décélération pour recharger la batterie Lithium Ion. En mode quatre roues motrices, la récupération de l'énergie lors des décélérations reste maximale meme sur surfaces glissantes, et ce sans compromettre l'adhérence.

En usage tout-terrain, l'ERAD ne rajoute du couple qu'en cas de besoin, et comme le couple électrique est maximum à l'arrêt, cette solution procure encore plus de contrôle à basse vitesse et une meilleure motricité pour se sortir d'un mauvais pas (comme sur de la neige compacte ou de l'herbe mouillée) ou pour tracter.

Sur route, l'ERAD permet de rouler tout doucement, jusqu'à 30 km/h, en ne se servant que de l'énergie électrique, tout en pouvant compter sur la fonction "démarreur à générateur intégré (Integrated Starter-Generator, ISG)" pour faire repartir automatiquement le moteur dès qu'il redevient utile. A partir de ce moment-là, l'énergie électrique continue à venir en aide à la propulsion mécanique, jusqu'à ce que le moteur tourne à son régime idéal, avec un double avantage: sur la consommation de carburant et sur les émissions de C02.

L'autre avantage de l'ISG, c'est qu'il arrête automatiquement le moteur quand le véhicule est immobilisé à un feu rouge ou dans un embouteillage, ce qui lui évite de tourner pour rien, et le fait redémarrer en douceur, rapidement, dès qu'il est à nouveau nécessaire.

Le moteur électrique fonctionne avec de l'énergie stockée dans un pack dédié de batteries lithium-ion à haut voltage et haute capacité, totalement indépendant de l'alimentation normale par une batterie 12 volts. Ce pack est rechargé en permanence par un système de transformation de l'énergie dégagée au freinage, qui passe aussi par le système ERAD.

Le LRX est aussi doté du contrôle d'adhérence en descente (Hill Descent Control, HDC) et du système Terrain Response -une exclusivité Land Rover- qui optimise la facilité de conduite et le confort, tout en maximisant la motricité. Sur le LRX, il y a cinq réglages possibles, dont le tout nouveau mode 'Eco': prévu pour la route, ce réglage configure tous les paramètres du véhicule pour limiter la consommation de carburant. Les quatre autres réglages de Terrain Response sont les modes 'sports' (nouveau lui aussi), 'conduite courante', 'sable' et 'herbe/gravillons/neige' (un seul programme pour toutes ces surfaces glissantes)

 

Le CISG - démarreur-générateur monté sur l'arbre moteur
Le CISG est l'autre moteur électrique brushless qui équipe les prototypes de Land Rover hybrides. Comme son nom l'indique, il sert de démarreur électrique et lance le moteur diesel quand il y a lieu, notamment dans les situations d'arrêt-redémarrage automatique Stop-Start. Mais le CISG peut également agir comme générateur électrique. Ce système, qui est intégré dans l'embrayage double équipant les prototypes, peut même être utilisé pour procurer un surcroît de puissance électrique, limitant ainsi les émissions de gaz.

Le système Stop-Start a beau être simple, son efficacité en matière de réduction des émissions n'en est pas moins grande. À l'arrêt, plutôt que de le laisser tourner au ralenti, on arrête celui-ci.

Dans le cadre de cette stratégie d'arrêt-redémarrage, le CISG fait appel à la technologie la plus sophistiquée et la plus fiable disponible actuellement. Sa grande vitesse de rotation lui permet en effet de redémarrer le moteur en quatre dixièmes de seconde, en consommant au passage moins de carburant qu'un démarreur classique. Tout comme l'ERAD, le CISG est également employé pour récupérer l'énergie cinétique lors des freinages régénératifs. Lorsque le conducteur lève le pied, le CISG passe en mode générateur et il recharge alors la batterie de propulsion tout en ralentissant le véhicule.

Le pack de batteries Lithium Ion
Le pack de batteries de haute technologie est également l'un des composants clés d'un véhicule hybride. C'est lui qui assure l'alimentation des moteurs électriques et permet de stocker l'énergie récupérée lors des décélérations. La quasi-totalité des hybrides existants utilisent des batteries de type nickel metal hydrure (NiMH) ; si cette technologie classique parvient sans problème à fournir du courant rapidement, elle n'est en revanche pas très efficace en termes de recharge rapide. Elle est donc mal adaptée au concept de freinage régénératif.

La nouvelle technologie Lithium Ion (Li Ion) est par contre plus légère, plus efficace et offre une meilleure densité énergétique. Elle peut en outre absorber les recharges rapides générées par les freinages régénératifs et fournir plus de puissance quand le conducteur le souhaite. Land Rover travaille en partenariat avec ses équipementiers spécialisés pour développer une batterie particulière, dénommé Lithium NanoTitanate. Ces batteries ne sont pas sujettes à l'effet mémoire ; facteur encore plus intéressant, elles ne contiennent pas de produits toxiques ou de métaux lourds et ne font pas appel au nickel. En évitant de recourir aux extractions de minerais, cette technologie est donc plus respectueuse pour l'environnement.

D'une certaine façon, ces nouvelles batteries se comportent un peu comme des supercondensateurs dans la mesure où elles absorbent et restituent l'énergie très rapidement, ce qui rend la technique du freinage régénératif vraiment efficace. Les batteries Lithium NanoTitanate de la Diesel Hybride ERAD produisent 288 volts. Elles peuvent stocker l'énergie des recharges rapides et accumuler ainsi douze fois plus d'énergie qu'une batterie NiMH équivalente.

Leur énergie spécifi que (c'est-à-dire leur rapport puissance/poids) est de 2500 W/kg contre 1400 W/kg pour les batteries NiMH, soit une amélioration de 178 %. Une batterie Lithium Ion pèse en règle générale 32 kg contre 60 pour une NiMH, soit un gain de poids de 47 %. La quantité d'énergie utilisable emmagasinée dans une batterie Lithium NanoTitanate par kilo est de 36Wh/kg contre 13,5 Wh/kg pour une NiMH, soit une amélioration de 267 %.

Le système électrique de propulsion est séparé du circuit électrique général du véhicule, qui reste, lui, en 12 volts. Ce dernier est alimenté par un transformateur à courant continu branché sur le circuit de propulsion.

Les inverseurs
Deux inverseurs transistorisés à refroidissement par eau sont montés à l'arrière du véhicule et sous le capot. Ils convertissent le courant continu stocké dans les accumulateurs Lithium Ion en courant alternative destiné à alimenter les deux moteurs électriques.

L'inverseur avant alimente le démarreur-générateur CISG et celui installé à l'arrière alimente l'ERAD. L'inverseur arrière comporte également un transformateur à courant continu qui transforme le 288 volts du pack de batteries en courant 12 volts destiné au circuit électrique généra

Système de contrôle du véhicule
Le "cerveau" du Diesel Hybride ERAD coexiste en fait avec l'ordinateur de bord qui gère les modes de Terrain Response. En fonction des sollicitations du conducteur et du mouvement du véhicule, ce système determine de façon dynamique l'application optimale des puissances diesel, électrique ou combinées. Ce module de contrôle travaille symbiose avec le Terrain Response qui répartit pour sa part le couple sur les quatre roues et assure une efficacité maximale quel que soit l'état de la chaussée.

Direction Assistée Électro-Hydraulique
Les directions assistées classiques consomment de l'énergie de façon continue, dès que le moteur tourne. En utilisant une pompe électro-hydraulique, on peut par contre utiliser l'énergie à meilleur escient, uniquement lorsque c'est nécessaire. La Direction Assistée Électro-Hydraulique peut ainsi permettre de réaliser des économies de carburant de près de 2 %.
 

LES TECHNOLOGIES e_TERRAIN

Le Diesel hybride ERAD n'est jamais que l'une des actions entreprises par Land Rover dans le cadre de sa politique environnementale. L'entreprise s'est en effet fixé pour objectif, dans les années à venir, d'utiliser des technologies plus durables et de réduire constamment les émissions : l'ensemble de ces engagements environnementaux est désigné de façon générale par l'appellation TECHNOLOGIES e_TERRAIN. Un budget impressionnant de 700 millions de livres sterling a été alloué aux technologies durables par Jaguar Land Rover.

Les ingénieurs de Land Rover travaillent sur des technologies de motorisation avancée et des structures allégées qui permettront à la marque d'atteindre les meilleurs niveaux d'émission en CO2 de son secteur. Il ne s'agit pourtant en aucun cas de sacrifi er les capacités légendaires de Land Rover en matière de tout-terrain : les modèles du futur pourraient en fait bien voir leurs performances augmenter grâce aux nouveaux groupes motopropulseurs tels que l'ERAD.

Les premières technologies développées dans le cadre des TECHNOLOGIES e_TERRAIN feront leur apparition sur des modèles mis en vente dès 2009. On découvrira d'abord un Freelander 2 diesel à boîte manuelle équipé du Stop-Start.

Le plan d'action de l'entreprise en matière de réduction des émissions de CO2 s'étend néanmoins bien au-delà de cet horizon. Land Rover s'est associé au Conseil Stratégique pour les Technologies du gouvernement britannique (TSB) afi n de mettre au point les technologies "vertes" de demain. Le TSB et le ministère des transports ont annoncé leur participation à 16 projets de développement dotés d'un budget total de 52 millions de livres. L'état britannique participera à hauteur de 23 millions à cet effort de recherche dans le cadre de son Programme d'Innovation pour des Véhicules à faibles Émissions en Carbone. Le challenge de ce programme consiste en effet à développer des nouveaux types de motorisations prometteurs et deux de ces projets sont très proches des travaux sur les hybrids actuellement menés par Land Rover.

Outre les technologies qui font déjà l'objet d'une évaluation pratique grâce aux prototypes Diesel Hybrides Erad de Land Rover, de nouvelles technologies seront développées dans les dix ans à venire dans le cadre des TECHNOLOGIES e_TERRAIN :

  • La fonctionnalité Stop-Start, qui équipera en série tous les modèles Freelander 2 diesel à boîte manuelle dès 2009
  • Une technologie de gestion intelligente des freinages régénératifs
  • Le démarreur-générateur à courroie (BISG), une technologie micro-hybride
  • Le Système de Gestion Intelligente de la Puissance Motrice (IPSM), qui minimise l'énergie électrique utilisée par le véhicule
  • Les Hybrides à Volant d'Inertie, une autre technologie novatrice qui permet d'améliorer les performances et de réduire la consommation ainsi que les émissions de CO2
  • Des architectures de véhicules allégées et des structures de véhicules optimisées
  • Des véhicules "hybrides série" à grande autonomie

Textes et clichés : Land Rover France





Cet article provient de Landmania
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