Architectures multimoteurs des véhicules électriques
L'ajout de moteurs donne à un véhicule électrique davantage de sources de couple pilotables indépendamment, mais augmente aussi la masse, le nombre de composants d'électronique de puissance, les besoins de refroidissement et la quantité de pièces rotatives. L'intérêt d'une architecture multimoteur dépend de l'efficacité avec laquelle le véhicule exploite ces moteurs lors des accélérations, en virage, à vitesse stabilisée, en récupération d'énergie et en cas de défaut.
Architectures à un seul moteur
Un moteur unique entraîne normalement deux roues par l'intermédiaire d'un réducteur et d'un différentiel. Une traction avant regroupe l'unité de propulsion près de l'essieu directeur et peut simplifier les plateformes dérivées de véhicules à traction. Une propulsion arrière sépare la motricité de la direction et peut améliorer l'adhérence à l'accélération, car la charge se transfère vers l'arrière.
Un seul moteur peut néanmoins assurer un antipatinage précis, le freinage régénératif et une intervention sur le lacet par les freins. Un différentiel mécanique permet aux roues gauche et droite de tourner à des vitesses différentes, tandis qu'un blocage à commande électronique ou les freins à friction peuvent redistribuer le couple exploitable aux roues.
Les avantages sont un faible nombre de composants, une masse et un coût réduits, ainsi que de faibles pertes parasites. La principale limite est qu'un seul essieu doit assurer toute la propulsion et toute la récupération d'énergie.
Deux moteurs et transmission intégrale électrique
L'architecture multimoteur la plus courante emploie un moteur sur chaque essieu. Aucun arbre de transmission mécanique ne les relie. Le calculateur du véhicule peut rapidement modifier la répartition du couple entre l'avant et l'arrière, dans les limites de l'adhérence des pneus, des moteurs et des onduleurs, des charges sur les essieux et de la puissance de la batterie.
Les deux moteurs ne doivent pas nécessairement être identiques. Un constructeur peut choisir un moteur à aimants permanents très efficace pour l'essieu principal et un moteur à induction pour une assistance ponctuelle. Audi utilise un moteur synchrone à aimants permanents à l'arrière et un moteur asynchrone à l'avant dans le Q6 e-tron quattro, tandis que Tesla indique un moteur à aimants permanents à l'arrière et un moteur à induction à l'avant pour les versions concernées de la Model 3 AWD.
Le calculateur peut solliciter principalement l'essieu le plus efficace à faible charge, ajouter l'autre moteur pour l'accélération ou la motricité et utiliser l'un ou les deux pour la récupération d'énergie. Cette stratégie dépend de la cartographie de rendement de chaque unité de propulsion, et non d'une règle fixe selon laquelle un essieu serait toujours meilleur.
Désactivation et déconnexion d'un essieu
Un moteur désactivé peut encore générer des pertes. Les aimants permanents induisent une tension chaque fois que le rotor tourne, tandis que les engrenages, roulements, joints et l'huile restent en mouvement. Les machines à induction et à excitation électrique peuvent réduire le flux du rotor lorsqu'elles ne produisent pas de couple, mais leurs pertes mécaniques subsistent.
Un embrayage de déconnexion empêche une partie de l'entraînement secondaire de tourner avec les roues. Il peut réduire les pertes à vitesse stabilisée, en particulier avec un moteur à aimants permanents, mais l'embrayage et son actionneur augmentent la masse et le coût, imposent des transitions de commande et ajoutent un mode de défaillance. La reconnexion doit synchroniser les pièces en rotation et rétablir le couple sans perturbation perceptible.
Les économies d'énergie obtenues par une déconnexion dépendent du cycle d'utilisation. Le bénéfice peut être faible si le second essieu est souvent sollicité, alors que le même dispositif peut être utile lors d'une conduite autoroutière régulière.
Systèmes à trois moteurs
Un véhicule électrique à trois moteurs possède généralement un moteur sur un essieu et deux moteurs pilotés indépendamment sur l'autre. Si chacun des moteurs appariés dispose d'une transmission distincte vers une roue, l'essieu peut répartir le couple moteur et le couple de récupération de gauche à droite sans différentiel conventionnel.
Cette configuration permet de contrôler directement le moment de lacet : augmenter le couple moteur sur la roue extérieure peut aider le véhicule à tourner, tandis que des couples de récupération différents peuvent intervenir lors de la décélération. La vectorisation disponible reste limitée par l'adhérence longitudinale et latérale combinée de chaque pneu.
Une configuration à trois moteurs n'implique pas toujours un couple indépendant à chaque roue. Dans d'autres architectures, trois machines peuvent être reliées par des engrenages ou des embrayages communs. Il faut connaître le chemin mécanique avant de déduire les capacités du nombre de moteurs.
Quatre moteurs
Une architecture à quatre moteurs peut attribuer un moteur à chaque roue, bien qu'un véhicule puisse intégrer deux moteurs dans chaque unité d'essieu. Le calculateur peut alors ajuster la propulsion et la récupération d'énergie aux quatre roues.
Le système Quad-Motor de deuxième génération de Rivian utilise des moteurs pilotés individuellement et une déconnexion automatique de l'essieu arrière. Mercedes-Benz décrit trois moteurs à flux axial — et non quatre — dans son AMG GT Coupé 4 portes de 2026, ce qui montre pourquoi la configuration des essieux compte davantage que de simples catégories commerciales.
Des moteurs de roue indépendants peuvent réagir rapidement et éviter les compromis d'un différentiel mécanique. Ils multiplient aussi les onduleurs ou canaux d'onduleur, les capteurs, les roulements, les engrenages, les circuits de refroidissement et les besoins de coordination logicielle. La pénalité de masse non suspendue propre aux véritables moteurs-roues ne s'applique pas automatiquement aux moteurs fixés à la caisse qui entraînent les roues par des demi-arbres.
La vectorisation du couple est une capacité du système
La vectorisation du couple consiste à créer délibérément des couples moteur ou de récupération exploitables différents entre les essieux ou les roues. Cette expression ne précise pas la méthode employée. Les systèmes peuvent utiliser :
- des moteurs indépendants ;
- un différentiel actif ou un ensemble d'embrayages ;
- une intervention des freins ;
- des consignes différentes pour les moteurs avant et arrière ;
- une combinaison de ces méthodes.
Le calculateur estime la capacité des pneus à partir de la vitesse des roues, de l'angle de braquage, de l'accélération, de la vitesse de lacet et de modèles du véhicule. Il doit coordonner la propulsion demandée avec le contrôle de stabilité et les freins à friction. À forte accélération latérale, le pneu peut ne conserver que peu d'adhérence longitudinale pour un couple vectoriel supplémentaire.
Le couple moteur n'est pas non plus le couple à la roue. Le rapport de réduction et le rendement de la transmission multiplient le couple à l'arbre, tandis que le rayon du pneu convertit le couple à la roue en force longitudinale. Comparer des systèmes uniquement à partir du couple moteur annoncé, sans ces grandeurs, est trompeur.
Rendement, performances et limites thermiques
Une puissance installée supérieure peut améliorer l'accélération sans pousser une seule machine à sa limite. Elle peut aussi répartir le freinage régénératif et offrir une réserve thermique lors d'utilisations répétées à forte charge.
En conduite ordinaire, toutefois, les unités de propulsion supplémentaires entraînent des charges électriques et mécaniques. Un calculateur efficace choisit la combinaison dont les pertes totales entre la batterie et les roues sont les plus faibles au point de fonctionnement demandé. Il peut s'agir d'un seul essieu, des deux essieux à charge réduite ou d'un essieu déconnecté.
Les puissances de pointe combinées des moteurs ne peuvent pas toujours être additionnées. La puissance de décharge de la batterie, le courant du bus DC, la capacité des onduleurs, l'adhérence des essieux et les limites thermiques peuvent plafonner la puissance du système en dessous de la somme arithmétique. Il en va de même pour la récupération lorsque la capacité d'acceptation de charge de la batterie constitue la contrainte active.
Redondance et fonctionnement dégradé
Plusieurs moteurs offrent la possibilité de continuer à avancer après la désactivation d'une unité de propulsion, mais la redondance n'est pas automatique. Les contacteurs de batterie, circuits de refroidissement, unités de commande, communications ou bus haute tension partagés peuvent rester des points de défaillance communs.
Un mode dégradé sûr doit aussi maîtriser le lacet. La perte soudaine de couple d'un côté d'un essieu à roues indépendantes peut créer un moment de braquage. Les calculateurs doivent détecter les défauts, coordonner la réduction du couple et conserver une capacité suffisante de freinage et de stabilisation.
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