À l’avenir, les e-Axles pourraient devenir la base des groupes motopropulseurs électriques.

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Développement du système pour l’essieu électrique Schaeffler 4in1. Photo publiée avec l’aimable autorisation de Schaeffler

La concurrence s’intensifie dans le domaine des véhicules électriques (EV) alors que les constructeurs automobiles traditionnels élargissent leur gamme de véhicules pour faire face à l’émergence de start-ups tout électriques. Pour suivre le rythme rapide des changements, les fabricants doivent opérer avec rapidité et agilité.

Un e-Axle est une unité d’entraînement modulaire qui combine plusieurs éléments de la technologie d’entraînement électrique en un seul ensemble simple. En règle générale, un e-Axle comprend un moteur électrique et un ensemble de réducteurs (transmission) et il peut également contenir de l’électronique de puissance dans une unité compacte. La solution tout-en-un nécessite moins d’espace que la somme de ses pièces et s’intègre facilement dans les architectures de véhicules existantes, réduit la complexité et est plus rentable à fabriquer en raison du nombre réduit de composants. Surtout, e-Axles peut raccourcir les délais de développement et fournir une option simple et évolutive.

La demande devrait augmenter parallèlement à une tendance à une plus grande intégration des composants matériels, beaucoup pensant que les e-Axles deviendront un élément de base des groupes motopropulseurs électriques. La solution peut s’appliquer aussi bien aux voitures de tourisme qu’aux véhicules utilitaires et poids lourds. Certains analystes prévoient des taux de croissance annuels composés (TCAC) de plus de 30 % dans les années à venir.

En termes de production de masse de véhicules utilisant des e-Axles, la Chine est en tête, déclare Dairene Uy, chef de projet pour les fluides de transmission chez Shell Global Solutions (US) Inc. Elle est basée au Shell Technology Center à Houston, Texas, États-Unis. , note le représentant de Shell, l’innovation technique et la complexité d’ingénierie plus élevées proviennent d’équipementiers haut de gamme, principalement situés en Europe, aux États-Unis ou au Japon. Les e-Axles n’ayant pas encore atteint la maturité technique, les équipementiers se demandent toujours s’il faut développer des capacités internes ou travailler en étroite collaboration avec des fournisseurs de niveau 1 pour différencier la technologie de leurs concurrents.

Des fournisseurs tels que Bosch, GKN et Magna ont déjà développé des solutions e-Axle pour répondre à la demande croissante et le 27 septembre 2022, Hitachi Astemo a annoncé avoir reçu des commandes e-Axle pour des véhicules électriques à batterie (BEV) de taille moyenne et grande. de Honda Motor Co., Ltd, pour un déploiement mondial en 2026. Il existe une prolifération de conceptions matérielles e-Axle. Avec des volumes de production plus importants, une standardisation plus poussée de l’architecture a un sens économique.

Les véhicules électriques sont déjà associés à une maintenance réduite par rapport à une voiture à essence ou diesel typique. Fini le temps des vidanges d’huile, des remplacements d’injecteurs de carburant et du nettoyage des filtres à particules diesel. Les e-Axles eux-mêmes sont conçus pour être pratiquement sans entretien. Alors, peut-on dire adieu à l’entretien courant des véhicules ?

Avec moins de pièces mécaniques mobiles, nous pouvons raisonnablement nous attendre à une réduction des besoins d’entretien d’un e-Axle par rapport à un groupe motopropulseur traditionnel. « La maintenance standard serait définie différemment », explique Uy. Le marché est nouveau et en constante évolution et il existe une variété de conceptions et de configurations matérielles. L’entretien standard varierait d’une voiture de tourisme à des véhicules utilitaires dans différentes classes ou différents profils d’utilisation, dit-elle.

Shell s’attend à ce qu’un type de marché secondaire s’ouvre pour les véhicules de tourisme et commerciaux qui pourrait être similaire aux intervalles d’entretien des véhicules conventionnels. Nous nous attendrions à ce que les exigences de sécurité à haute tension fassent partie de la maintenance standard, dit Uy.

L’entretien et la réparation des e-Axles présentent des défis supplémentaires, l’accès aux composants à l’intérieur de l’unité devenant plus difficile. En termes de réparation, il a été suggéré qu’à l’avenir, les unités pourraient être échangées ou échangées dans un atelier typique en cas de panne, avec des réparateurs spécialisés requis pour les réparations e-Axle.

Plus les exigences vis-à-vis d’un lubrifiant sont élevées, plus il est probable qu’un fluide dédié sera nécessaire. Actuellement, les e-Axles peuvent utiliser des huiles ATF ou pour engrenages conventionnelles en fonction de l’utilisation ou de la configuration, bien qu’il existe des équipementiers qui utilisent des fluides e-Axle spécialisés. Shell a lancé son portefeuille Shell e-fluids en 2019, qui a été étendu aux véhicules utilitaires l’année suivante.

L’intégration du moteur électrique, des systèmes d’essieux et de l’électronique de puissance étend les exigences de lubrification au-delà des fluides de transmission traditionnels. Cependant, « ce n’est pas différent du monde des transmissions et des transmissions conventionnelles où les lubrifiants sont développés conformément aux spécifications et aux exigences des équipementiers », déclare Uy, qui travaillait auparavant pour Ford Motor Company à Dearborn, Michigan, États-Unis. Des groupes sont formés pour mieux comprendre le besoins et exigences de test des nouvelles technologies e-fluides dans ce secteur naissant.

En général, les exigences en matière de lubrifiant sont définies en fonction du fait que le moteur est lubrifié et refroidi par le lubrifiant de transmission/essieu, dit Uy. Si le moteur est sec, un lubrifiant conventionnel peut être utilisé. Si le moteur est intégré à l’e-Axle et refroidi par le même fluide, les exigences sont plus strictes, dit-elle.

La compatibilité avec les composants électriques est essentielle pour les moteurs électriques humides. Cela nécessite le développement de nouveaux systèmes d’additifs qui équilibrent les propriétés conventionnelles telles que la protection contre l’usure et la compatibilité avec des composants tels que les matériaux isolants, les joints et les enroulements en cuivre, explique Uy. Les additifs anti-usure et extrême pression doivent être mélangés avec soin pour toujours assurer la compatibilité avec les propriétés électriques critiques, et les performances de friction améliorées et d’autres attributs de lubrifiant ne doivent pas affecter négativement les matériaux e-Axle.

Les systèmes d’additifs pour e-Axles contiennent beaucoup moins de soufre que ceux des fluides pour essieux conventionnels. Le représentant de Shell a souligné la nécessité d’introduire des systèmes alternatifs d’additifs anti-usure sans soufre, qui peuvent former des dépôts avec le cuivre.

Uy a identifié plusieurs défis techniques dans la formulation des lubrifiants pour les e-Axles, notamment les besoins thermiques, le moussage dû aux moteurs à grande vitesse, la résistivité électrique et les exigences de compatibilité des matériaux pour les lubrifiants en contact avec le moteur électrique. Toute décision future d’exiger des lubrifiants humides pour e-Axle pour les véhicules lourds afin de répondre aux normes API GL-5 ou SAE J2360 constituerait également un défi important, déclare Uy. L’API GL-5 est généralement recommandée pour les engrenages hypoïdes des essieux automobiles fonctionnant dans des conditions de charge élevée et à grande vitesse. SAE J2360 couvre les huiles militaires lubrifiantes pour engrenages polyvalents et englobe et dépasse API GL-5.

L’intégration d’un moteur électrique dans les unités d’entraînement électriques permet la conception efficace d’un seul circuit de refroidissement, mais cela impose des exigences supplémentaires au système de lubrification. Il y a une utilisation croissante de fluides à faible viscosité dans les e-Axles pour offrir une plus grande efficacité et améliorer les propriétés de transfert de chaleur. Cependant, « les besoins en refroidissement ne sont pas toujours aussi élevés que prévu », déclare Uy. Certaines conceptions e-Axle offrent des températures de fluide inférieures à celles des applications de transmission conventionnelles. Les additifs doivent être ajustés pour fonctionner dans ces scénarios, dit-elle. Shell s’attend à ce que la tendance aux fluides à faible viscosité se poursuive parallèlement à l’attention croissante portée aux propriétés de refroidissement.

Il y a beaucoup de nouveaux entrants et voix dans ce nouveau domaine passionnant. L’évolution du marché des fluides dépend des acteurs. Si cela suit le marché des transmissions et des transmissions conventionnelles, il y aura une prolifération de conceptions matérielles et d’exigences en matière de fluides, chaque équipementier automobile et fournisseur de niveau 1 fournissant ses propres spécifications, déclare Uy.

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