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Archive 2012

Porsche 918 SpyderQuand l’évolution rencontre l’émotion : la technologie de la supersportive de demain


Le futur prend forme : la Porsche 918 Spyder, dont le délai de développement est écoulé pour plus de la moitié, est en très bonne voie pour devenir la supersportive de demain. Véhicule hybride « plug-in », elle associe judicieusement un moteur à combustion ultra-performant avec des moteurs électriques à la pointe du progrès pour générer des performances plus qu’exceptionnelles : la 918 Spyder offre le meilleur des deux mondes avec la dynamique d’une voiture de course de plus de 770 ch pour une consommation moyenne qui, mesurée à 3 l/100 km environ, s’avère encore plus faible que celle de la plupart des citadines actuelles. Par-dessus le marché, Porsche pose d’autres nouveaux jalons avec ce fer de lance technologique grâce à des solutions spectaculaires comme la carrosserie en plastique renforcé de fibres de carbone (PRFC), l’aérodynamique entièrement modulable, l’effet directionnel variable du train arrière et la ligne d’échappement caractérisée par des « Top Pipes » dirigées vers le haut. Dans la foulée, la 918 Spyder laisse entrevoir ce que le programme « Porsche Intelligent Performance » pourrait nous réserver dans le futur.

La 918 Spyder est conçue comme une voiture supersportive et comme la remplaçante légitime de la Carrera GT. L’objectif premier coulait donc de source : surpasser encore les performances de la Carrera GT. D’après ce que l’on peut en dire aujourd’hui, la 918 Spyder sera nettement plus rapide non seulement à l’accélération, mais aussi sur les circuits. Moins de 3 s (Carrera GT : 3,9 s) pour accélérer de 0 à 100 km/h et moins de 7 min 22 s (Carrera GT : 7 min 32 s) pour tourner sur la Boucle nord du Nürburgring (Nordschleife) sont des chiffres qui parlent d’eux-mêmes. Mais ce qui rend la 918 Spyder unique, c’est surtout la combinaison de performances exceptionnelles avec une efficacité énergétique inédite dans le segment des supersportives. Jamais auparavant une voiture de cette catégorie n’avait affiché une consommation moyenne de quelque 3 l/100 km et une autonomie de plus de 25 km en mode purement électrique.

De confortable à prête à en découdre : cinq modes pour trois moteurs

Au cœur du concept de la 918 Spyder, on trouve un entraînement confié à trois moteurs dont la collaboration est contrôlée par un système de gestion intelligente qui repose sur cinq modes de fonctionnement présélectionnables. Cette stratégie d’exploitation est une compétence-clé de la 918 Spyder. Elle prend en considération de manière optimale les différentes exigences entre, d’une part, un style de conduite privilégiant la sobriété et, d’autre part, un style de conduite axé sur les performances maximales. Afin d’exploiter au mieux le potentiel qui sépare ces deux extrêmes, les développeurs de Porsche ont défini un total de cinq modes de fonctionnement activables via un bouton de commande situé au volant (le « MAP switch », « MAP » désignant la cartographie), comme dans les voitures de course.

Silencieux et élégant : le mode « E-Power »

Au démarrage du véhicule, c’est le mode « E-Power » qui fait office de mode de fonctionnement par défaut tant que la batterie est suffisamment chargée. La 918 Spyder peut parcourir plus de 25 km en mode purement électrique dans des conditions de déplacement idéales. Quand ce mode est sélectionné, le moteur à combustion n’est sollicité qu’en cas de besoin : un enfoncement rapide de la pédale d’accélérateur (« kick-down ») permet de disposer instantanément de la puissance d’entraînement maximale des trois moteurs. Si l’état de charge de la batterie tombe en dessous d’une valeur minimale prédéfinie, le véhicule passe automatiquement en mode hybride.

Efficacité énergétique et confort : le mode « Hybrid »

En mode « Hybrid », la 918 Spyder sollicite tant les moteurs électriques que le moteur à combustion en vue d’obtenir une efficacité énergétique maximale et une consommation minimale. L’utilisation des divers composants de l’ensemble mécanique dépend de la situation de déplacement rencontrée et des performances désirées. Le mode hybride est généralement utilisé pour des déplacements à vitesse modérée au cours desquels on veille à limiter sa consommation, par exemple en ville.

Sportif et dynamique : le mode « Sport Hybrid »

Lorsqu’un surcroît de dynamique est nécessaire, la 918 Spyder recourt au mode « Sport Hybrid » pour ses moteurs. Le moteur à combustion est maintenant sollicité en permanence et fournit le plus gros de la force motrice. Il est également épaulé par les moteurs électriques sous la forme d’un « boost » électrique quand le conducteur a besoin d’un surcroît de poussée ou quand le point de fonctionnement du moteur à combustion peut être optimisé en vue d’obtenir une efficacité énergétique supérieure. Ce mode de fonctionnement met l’accent sur la performance et sur un style de conduite sportif.

Pour de bons chronos : le mode « Race Hybrid »

Le mode « Race Hybrid » est synonyme de performances pures et de pilotage résolument sportif. Le moteur à combustion est utilisé essentiellement à pleine charge et alimente la batterie quand le conducteur n’utilise pas la puissance maximale. Au besoin, les moteurs électriques fournissent un surcroît de poussée si le conducteur réclame encore plus de puissance. Les moteurs électriques sont utilisés jusqu’à la limite de leurs possibilités pour offrir des performances maximales sur circuit. Quand ce mode est sélectionné, l’état de charge de la batterie n’est pas maintenu à un niveau constant, mais fluctue sur toute l’étendue de charge. Contrairement à ce qui se passe avec le mode « Sport Hybrid », les moteurs électriques sont sollicités au maximum de leurs possibilités pendant un court moment afin de pouvoir fournir un meilleur « boost ». Cette puissance supérieure est compensée par le fait que le moteur à combustion charge la batterie plus efficacement.

Pour décrocher la pole position : le mode « Hot Lap »

Le bouton « Hot Lap » situé au milieu du « map switch » permet de libérer les dernières réserves de puissance de la 918 Spyder et n’est activable qu’en mode « Race Hybrid ». Assimilable au mode de qualification d’une voiture de course, il pousse la batterie de traction à la limite maximale de ses possibilités, le temps de boucler rapidement quelques tours de circuit. Ce mode utilise toute l’énergie disponible dans la batterie.

Mode de propulsion principal : un huit cylindres de course

La principale source de puissance de la 918 Spyder est le huit cylindres de 4,6 l développant plus de 570 ch et autorisant des régimes jusqu’à 9.000 tr/min directement dérivé du fameux moteur de la RS Spyder. À l’instar du moteur de course de cette dernière, celui de la 918 Spyder bénéficie d’une lubrification à carte sec avec réservoir à huile et aspiration d’huile indépendants. Les quatre pompes aspirantes sont réalisées dans un matériau synthétique afin d’économiser sur le poids. Les bielles en titane, les parois minces coulées à basse pression pour le carter de vilebrequin et les couvre-culasses, le vilebrequin allégé en acier à haute limite d’élasticité optimisé en termes de résistance et la ligne d’échappement aux parois extrêmement minces réalisées dans un alliage d’acier sont le fruit d’autres importantes mesures d’allégement. Les améliorations en termes de poids et de performances sont à l’origine de la puissance au litre – exceptionnelle pour un moteur atmosphérique – d’environ 125 ch/l, nettement supérieure à celle de la Carrera GT (106 ch/l).

Un héritage unique de la compétition : les « Top Pipes »

Si la 918 Spyder déclenche la passion, c’est non seulement par le potentiel de son moteur, mais aussi par sa sonorité. Celle-ci est à mettre principalement sur le compte desdites « Top Pipes », à savoir les embouts d’échappement qui débouchent dans la partie supérieure du capot arrière, directement au-dessus du moteur. On ne retrouve cette architecture sur aucun autre véhicule de série. Son principal avantage réside dans les distances ultra-courtes que doivent parcourir les gaz d’échappement. Il en résulte une faible contrepression dans la ligne d’échappement. Cette solution a nécessité la mise en œuvre d’un nouveau concept thermodynamique en rapport avec le guidage des gaz. Avec, au bout du compte, un moteur « HSI » (« Hot Side Inside ») caractérisé par un « côté chaud » (les composants de l’échappement) situé à l’intérieur du V formé par les bancs de cylindres, les éléments d’admission d’air étant placés à l’extérieur du V.

Autre avantage de cette option : le compartiment moteur reste plus frais, ce qui permet de limiter les moyens « actifs » nécessaires au refroidissement de la batterie lithium-ions, qui affiche les meilleures performances dans la fourchette de températures comprise entre 20 et 40 °C.

Monté en parallèle dans la chaîne cinématique : le module hybride

Le module hybride est accolé au moteur V8. Comme les actuels modèles hybrides de Porsche, la 918 Spyder est conçue en tant qu’hybride parallèle. Pour l’essentiel, le module hybride est composé d’un moteur électrique de 90 kW et d’un embrayage de découplage qui fait office de « raccord » avec le moteur à combustion. Grâce à l’architecture en parallèle, les roues du train arrière peuvent être entraînées indifféremment par le V8, par le moteur électrique ou par les deux simultanément. Le bloc motopropulseur est logé devant le train arrière, une disposition typique pour une supersportive de Porsche. Il n’y a pas de liaison mécanique avec le train avant.

Sens dessus dessous pour un centre de gravité bas : la boîte de vitesses à double embrayage

La transmission de la force motrice au train arrière est confiée à une boîte de vitesses PDK à double embrayage et 7 rapports. Dérivée de la PDK de la 911 Turbo, cette transmission à haut rendement a été complètement revue et encore optimisée en fonction des objectifs de performances. Afin que le véhicule ait un centre de gravité aussi bas que possible, la boîte a été montée « tête en bas », donc pivotée de 180° autour de son axe longitudinal par comparaison avec sa position sur le Boxster, par exemple. Lorsque les roues arrière ne doivent pas être entraînées, les deux moteurs peuvent être désolidarisés du reste de la chaîne cinématique par l’embrayage de découplage et les deux embrayages de la boîte PDK. La voiture poursuit alors sur son élan avec le moteur à combustion coupé, comme c’est le cas des autres hybrides de la marque.

Une transmission intégrale indépendante : un train avant mû par un moteur électrique

Au niveau du train avant, on trouve un deuxième moteur électrique, autonome et développant environ 80 kW. Il entraîne les roues par l’intermédiaire d’une démultiplication fixe. Un embrayage de découplage permet de le désolidariser des roues à haute vitesse pour éviter tout surrégime.

Le couple d’entraînement est géré indépendamment pour chacun des essieux. Cela permet une régulation très rapide de la transmission intégrale, synonyme d’un maximum de motricité et de dynamique de roulage.

Batterie lithium-ions avec dispositif de charge rapide

L’énergie électrique destinée aux moteurs est stockée dans une batterie lithium-ions constituée de 312 cellules individuelles et qui affiche une capacité d’environ 7 kWh. Dans le cas de la 918 Spyder, la batterie est « orientée performances » aussi bien lorsqu’il s’agit de fournir que d’absorber une puissance électrique. Le potentiel et la longévité de batteries de traction lithium-ions dépendent notamment de leur température. D’où la présence d’un circuit de refroidissement par liquide propre à la batterie de la 918 Spyder.

Pour charger la batterie, Porsche a développé un nouveau système avec, d’une part, une interface « plug-in » et, d’autre part, un dispositif de récupération au potentiel augmenté. L’interface « plug-in » montée dans le montant B, côté passager, permet de se connecter au réseau ménager. Elle est standardisée et adaptée au pays où elle sera utilisée. Le chargeur se trouve à proximité de la batterie de traction. Il convertit le courant alternatif du réseau en courant continu et a une puissance de charge de maximum 3,6 kW. En Allemagne, par exemple, la batterie peut être rechargée en quatre heures sur le réseau de 230 V à une prise protégée par un fusible de 10 A au moyen du câble fourni. Par ailleurs, la 918 Spyder est livrée avec une station de charge compacte que l’on peut installer à demeure dans son garage. Elle rend possible une recharge rapide et confortable en deux heures environ, indépendamment des caractéristiques du réseau local.

Capacité de récupération d’énergie triplée

Outre par ses freins en céramique (PCCB) de série, la 918 Spyder peut être freinée par ses deux moteurs électriques, un processus grâce auquel il est possible de récupérer de l’énergie qui est réinjectée dans la batterie de traction.

Pour une transformation en électricité sensiblement plus efficace de l’énergie cinétique du véhicule, Porsche présente une nouvelle génération du système de récupération tel que nous le connaissons aujourd’hui. Une Porsche hybride actuelle peut récupérer de l’énergie au freinage lors de décélérations jusqu’à 0,15 g. Cette valeur correspond à une force de 1,5 kg appliquée à la pédale de frein. Dans le cas de la 918 Spyder, la récupération est possible jusqu’à 0,5 g, à quoi correspond une force à la pédale de 11 kg. On peut dès lors récupérer trois fois plus d’énergie.

Une monocoque en PRFC à la base d’une construction légère et d’un centre de gravité bas

Les composants lourds nécessaires à la propulsion électrique ont amené les concepteurs de la 918 Spyder à adopter des solutions qui en ont fait un modèle de construction légère. La structure portante de sa carrosserie est constituée d’une monocoque et d’un support moteur intégré, tous deux en matière synthétique renforcée de fibres de carbone (PRFC). Ceci joue un rôle décisif dans le faible poids à vide de moins de 1.700 kg de la voiture, une valeur exceptionnellement basse pour un véhicule hybride de cette catégorie de puissance. Fait unique, une panoplie d’éléments de carrosserie réglables assurent à la 918 Spyder une configuration aérodynamique modulable à 100% qui varie automatiquement de l’optimum en termes d’efficacité énergétique à l’optimum en termes de déportance.

Les éléments de la chaîne cinématique et les composants de plus de 50 kg occupent une position aussi centrale et aussi basse que possible. Il en résulte une répartition des masses sur les trains de 57% à l’arrière et de 43% à l’avant. Associée à un centre de gravité extrêmement bas, elle se révèle idéale en termes de dynamique de roulage.

L’implantation centrale et basse de la batterie de traction directement derrière le conducteur non seulement contribue à la concentration des masses et à l’abaissement du centre de gravité, mais constitue aussi, d’un point de vue thermique, la solution qui favorise le plus son fonctionnement optimal.

Un châssis génétiquement lié aux voitures de course et un train arrière directeur

Le châssis multibras de la Porsche 918 Spyder s’inspire des architectures présentes en compétition. Il bénéficie en plus de systèmes tels que l’amortissement variable PASM et un train arrière directeur. En gros, il recourt à un variateur d’angle électromécanique à chacune des roues arrière. Le processus, asservi à la vitesse, permet d’obtenir un angle de braquage de quelques degrés vers la gauche ou vers la droite, tantôt dans le même sens que les roues avant, tantôt dans le sens contraire de celles-ci. À basse vitesse, les roues arrière braquent à contresens des roues avant, réduisant le rayon de braquage et facilitant les manœuvres. À vitesse élevée, les quatre roues braquent dans la même direction. Lors d’un brusque changement de bande de circulation, cela réduit le déport du train arrière. Il en résulte une plus grande stabilité et, par là même, une sécurité accrue.

Une nouvelle supersportive pour une nouvelle décennie

La 918 Spyder s’inscrit dans la lignée des supersportives Porsche. La Carrera GTS, la première Porsche Turbo, la 959, la 911 GT1 et la Carrera GT, autant de bijoux technologiques qui ont véhiculé l’émotion et forcé l’évolution, furent les voitures superlatives de leur décennie. Plus encore que n’importe quelle de ses devancières, la 918 Spyder influencera de façon décisive la poursuite des développements technologiques à la base des concepts automobiles du futur.

Caractéristiques techniques de la Porsche 918 Spyder*

Carrosserie spyder biplace ; monocoque en matière synthétique renforcée de fibres de carbone (PRFC) avec support moteur intégré en PRFC ; toit Targa en deux parties ; arceau fixe
Propulsion hybride intégrale parallèle ; moteur V8 de 4,6 l à implantation centrale avec lubrification par carter sec, combiné à un module hybride avec moteur électrique et embrayage de découplage ; moteur électrique avant avec embrayage de découplage et démultiplication fixe ; choix de cinq modes de fonctionnement ; fonction « Stop-Start » automatique ; récupération d’énergie ; quatre circuits de refroidissement (pour les moteurs, la boîte de vitesses et la batterie) ; gestion thermique ;
Puissance

> 570 ch (moteur V8)
+/- 90 kW (module hybride)
+/- 80 kW (moteur électrique sur le train avant)
> 770 ch (puissance cumulée)

Couple maximum > 750 Nm (couple cumulé)
Régime maximum 9.000 tr/min
Puissance spécifique +/- 125 ch/l (V8)
Transmission

aux roues arrière par l’intermédiaire de la boîte de vitesses PDK à 7 rapports et double embrayage formant un tout avec le moteur à combustion et le module hybride ;
aux roues avant par l’intermédiaire de la démultiplication fixe du moteur électrique avant ;

Châssis suspension avant à doubles bras transversaux ; système de levage électropneumatique en option à l’avant ; direction assistée électromécanique ; suspension arrière multibras ; braquage individuel des roues arrière par variateur électromécanique ; doubles amortisseurs à gaz à régulation électronique à l’avant et à l’arrière avec « Porsche Active Suspension Management » (PASM)
Système de freinage système hybride ultra-performant avec récupération d’énergie adaptative et disques de frein en céramique (PCCB)
Poids à vide (DIN) < 1.700 kg
Dimensions
Longueur 4.643 mm
Largeur 1.940 mm
Hauteur 1.167 mm
Empattement 2.730 mm
Volume du coffre (mesure VDA) +/- 100 l
Alimentation électrique batterie lithium-ions d’une capacité nominale de 6,8 kWh (en début du cycle de vie), puissance maximale de 202 kW, chargeur « plug-in » compatible avec le réseau
Performances
Vitesse de pointe > 325 km/h (> 150 km/h en mode purement électrique)
Accélération
>0-100 km/h < 3 s
0-200 km/h < 9 s
0-300 km/h < 27 s
Consommation moyenne (NEDC) +/- 3 l/100 km
Émissions moyennes de CO2 +/- 70 g/km
Autonomie en mode
purement électrique > 25 km

* Données provisoires.

3/26/2012

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