Rapport de pont et transmission finale : simple réduction, réduction dans les moyeux et portique

La page de spécifications du FMX de Volvo Trucks UK & Ireland donne pour chaque essieu arrière deux choses : un type et une série de nombres. Le type est une courte expression – simple réduction, réduction dans les moyeux. Chaque nombre est un décimal nu, sans unité : 2,31, ou 3,70, ou 5,41. Le nombre est la démultiplication entre l’arbre de transmission et les roues ; le type dit comment cette démultiplication est obtenue. Et ces types, avec l’essieu à portique à leurs côtés, sont définis en droit de l’UE, dans l’annexe d’un règlement européen qui certifie les pertes de couple des essieux moteurs.

Le règlement qui nomme les pièces

Le règlement (UE) 2017/2400 détermine les émissions de CO2 et la consommation de carburant des véhicules utilitaires lourds par simulation plutôt qu’en les faisant rouler. Son article 2, paragraphe 1, l’applique, sous réserve de l’article 4, deuxième alinéa, aux camions moyens, aux camions lourds et aux autobus lourds ; ce deuxième alinéa écarte les articles 5 à 23 – le bloc qui mène aux dispositions de l’annexe VII relatives aux essieux – pour les camions lourds des groupes de véhicules 6, 7, 8, 13, 14, 15, 17, 18 et 19, pour les camions moyens des groupes 51, 52, 55 et 56, et pour tout véhicule pourvu d’un essieu avant moteur des groupes 11, 12 et 16. L’article 2, paragraphe 3, exclut les véhicules hors route, les véhicules à usage spécial et les véhicules hors route à usage spécial tels que définis aux points 2.1 à 2.3 de la partie A de l’annexe I du règlement (UE) 2018/858. L’article 9, paragraphe 1, fait peser l’obligation sur le constructeur de véhicules, qui détermine les émissions de CO2 et la consommation de carburant de chaque nouveau véhicule, à l’exception des nouveaux véhicules utilisant les technologies de véhicule énumérées à l’appendice 1 de l’annexe III, destiné à être vendu, immatriculé ou mis en service dans l’Union, en utilisant la dernière version disponible de l’outil de simulation ; en ce qui concerne les autobus lourds, le constructeur du véhicule ou le constructeur intermédiaire utilise la méthode décrite à l’annexe I, point 2). Pour les technologies exemptées, seuls les paramètres d’entrée spécifiés dans le tableau 5 de l’annexe III sont déterminés, et non les émissions de CO2 et la consommation de carburant.

La simulation prend les pertes de couple de l’essieu comme données d’entrée – valeurs standard au titre de l’article 13, paragraphe 5, ou valeurs certifiées au titre de l’article 14, paragraphe 7 –, si bien que le règlement devait d’abord décrire les essieux. L’annexe VII, intitulée « Vérification des données relatives aux essieux », le fait pour les essieux moteurs. Son point 2 commence par préciser que les définitions qui suivent valent pour les besoins de cette annexe : elles sont le vocabulaire d’une procédure de certification, et non une définition juridique générale de l’essieu.

Ce que compte le nombre

Le rapport est un multiplicateur entre l’arbre et la roue, et le règlement l’utilise comme tel. Le point 4.4.4 de l’annexe VII calcule la perte de couple d’un essieu côté entrée comme le couple d’entrée moins le couple de sortie divisé par i_gear, le rapport de démultiplication de l’essieu ; le point 6.2.3 calcule le rendement de chaque point mesuré lors d’un essai de conformité à partir du couple de sortie, du couple d’entrée et de i_axle, le rapport de pont ; l’appendice 3 de la même annexe calcule le couple de traînée de base côté roue par T_d0 = T₀ + T₁ × i_gear. Dans ces formules, le couple arrive aux roues multiplié par le rapport, moins les pertes. L’autre moitié – la vitesse de l’arbre divisée par ce rapport –, le règlement ne l’écrit pas sous forme de formule ; les fiches techniques de Volvo la mettent en mots, celle du RSS1370A indiquant que, dans un essieu arrière à simple réduction, la vitesse de rotation est réduite en une seule étape dans la transmission finale.

L’appendice 2 montre comment le rapport est déclaré. Le document d’information relatif à l’essieu demande au constructeur la ligne d’essieux – SR, HR, SP, SRT ou HRT – et le rapport de démultiplication de l’essieu, et, parmi les caractéristiques des engrenages, le diamètre de la couronne d’entraînement, la compensation verticale pignon / couronne d’entraînement, le nombre de dents du pignon et le nombre de dents de la couronne d’entraînement ; le point 1.13 demande le rapport de démultiplication de la réduction dans les moyeux.

Volvo publie la conséquence pratique. Son RSS1370A, un essieu simple hypoïde à simple réduction prévu pour 13 tonnes sur l’essieu et 70 tonnes de poids total roulant, figure sur sa fiche technique avec des rapports de 2,06, 2,17, 2,31, 2,47, 2,64, 2,85 et 3,08:1. Entre le 2,31 et le 2,85, la vitesse de l’arbre de transmission diffère de 23 % à n’importe quelle vitesse de roue donnée – ce pourcentage est notre calcul à partir des deux rapports publiés, non un chiffre de Volvo. Ce que la fiche ne donne pas, c’est un moteur : elle décrit l’essieu comme conçu pour un couple d’unité d’entraînement électrique de 3 550 Nm, sa ligne de spécification indique un couple maximal d’unité d’entraînement électrique de 3 500 Nm, et aucun couple moteur n’y figure nulle part. Le rapport est un chiffre de l’arbre à la roue, et c’est tout ce que le document permet d’y lire. Deux constructeurs de véhicules publient la même extrémité longue de cette liste en partant de l’autre côté : la brochure de février 2024 d’IVECO pour le S-Way mentionne de nouveaux rapports de pont arrière de 2,17 et 2,06 dans son paragraphe « Best performer in TCO », les deux mêmes nombres que porte la fiche technique de Volvo, et la fiche de données en anglais de juillet 2026 de Ford Trucks pour le F-MAX donne 2,31 dans sa ligne de spécification pour le F-MAX et le F-MAX L, et 2,17 pour le F-MAX LL ; son tableau des pneumatiques et de la sellette indique 2,47 sur toutes les lignes F-MAX et F-MAX L, avec 2,31 comme alternative sur les lignes en 315/70 R22.5, et 2,17 et 2,31 sur le F-MAX LL.

Où se fait la démultiplication, et ce que cela ne tranche pas

Placez côte à côte deux essieux Volvo de même charge sur l’essieu et de même poids total roulant, et leurs fiches techniques diffèrent par la plage de rapports et par la taille de la couronne. Le RSS1370A à simple réduction va de 2,06 à 3,08:1 avec une couronne de 485 mm. Le RSH1370F, un essieu simple à réduction dans les moyeux prévu pour les mêmes 13 tonnes sur l’essieu et 70 tonnes de poids total roulant, porte une couronne de 295 mm et ses rapports sont listés par modèle : 3,46, 3,61, 3,76, 4,12 et 4,55:1 sur les FE, FH et FM ; 5,41:1 sur les FH et FM ; et 4,67, 5,46, 6,18 et 7,21:1 sur le seul FE. Sur ces deux fiches, le rapport le plus bas de l’essieu à réduction dans les moyeux se situe au-dessus du plus élevé de l’essieu à simple réduction. Seuls les poids sont communs, toutefois : la fiche du RSH1370F donne un couple moteur maximal de 3 550 Nm, alors que celle du RSS1370A dimensionne l’essieu par rapport à une unité d’entraînement électrique. L’explication que Volvo donne lui-même du réducteur central est que sa conception à denture spiro-conique est utilisée principalement dans les essieux arrière où la majeure partie de la démultiplication a lieu dans les engrenages de moyeu et seulement une petite part dans le réducteur central ; la différence de diamètre entre le pignon et la couronne est faible, ce qui, selon Volvo, donne un réducteur central facile à entretenir et à faibles pertes d’entraînement. Voir dans les 485 mm et les 295 mm la conséquence visible de ce choix est notre lecture ; Volvo imprime les deux diamètres sur des fiches distinctes et n’établit aucune comparaison entre eux.

Élargissez le cadre au-delà de ces deux fiches, et le schéma cesse de tenir. La fiche technique de Volvo pour le RSS1370B, version B du même essieu à simple réduction pour les mêmes 13 tonnes sur l’essieu et 70 tonnes de poids total roulant, le donne à 3,40, 3,67 et 4,11:1, et les deux plus élevés de ces rapports se situent au-dessus du plus bas du RSH1370F, 3,46. La page de spécifications du Volvo FMX de Volvo Trucks UK & Ireland met les deux familles côte à côte dans un même tableau : elle range ses essieux arrière en un groupe à simple réduction et un groupe à réduction dans les moyeux, avec des poids d’ensemble approuvés allant de 44 tonnes sur les RSS1344C/E et RSS1244B à 150 tonnes sur le RTH3815. Son tableau des rapports de pont arrière liste les deux versions sous la désignation combinée RSS1370A/B, à 2,47, 2,64, 2,85, 3,08, 3,40, 3,67 et 4,11:1 – les rapports de la fiche A à partir de 2,47 et les trois de la fiche B, sans les 2,06, 2,17 et 2,31 de la fiche A ; cette correspondance est notre lecture des trois documents, non une ligne que Volvo imprime. Le même tableau liste le RSS1344C/E à simple réduction jusqu’à 5,29:1 et le tandem à simple réduction RTS2310A jusqu’à 4,63:1, tous deux au-dessus de tous les rapports à réduction dans les moyeux que la page du FMX propose pour le RSH1365. L’endroit où se fait la démultiplication ne fixe pas où tombe le rapport ; les plages publiées se chevauchent. Là où les documents diffèrent vraiment, c’est sur le couple : la page du FMX donne 3 800 Nm pour le RSS1370A/B et pour le RSH1370F, les fiches techniques RSS1370B et RSH1370F donnent un couple moteur maximal de 3 550 Nm, et celle du RSS1370A dimensionne cet essieu pour un couple d’unité d’entraînement électrique de 3 550 Nm. Les deux documents donnent des chiffres différents, et aucun n’explique la différence.

Le règlement classe lui aussi les lignes par rapport, mais pas pour les décrire. Lorsqu’un contrôle de conformité de la production est effectué par mesure du couple de traînée – point 6.1, c), de l’annexe VII, l’une des trois méthodes qui s’appliquent « sous réserve d’un accord préalable entre l’autorité chargée de la réception et le candidat à la certification » –, le couple de traînée de l’essieu soumis à l’essai, selon le point 6.4.1, b), « doit être inférieur à celui correspondant au couple de traînée de l’essieu réceptionné ou se situer dans la marge de tolérance indiquée dans le tableau 2 ». Dans ses colonnes pour les essieux mesurés après rodage, le tableau 2 échelonne cette tolérance, en Nm, selon le rapport de démultiplication, avec une limite fixée par ligne d’essieux : i ≤ 3 ou > 3 pour SR et SRT, ≤ 6 ou > 6 pour SP, ≤ 7 ou > 7 pour HR et HRT. Cette limite est un palier dans un tableau de tolérances plutôt que la borne de la plage de rapports d’une ligne, et elle est placée plus haut pour les lignes à réduction dans les moyeux que pour celles à simple réduction. Le point 3 de l’annexe ajoute une conséquence pour les essais : pour les essieux à réduction dans les moyeux, les essieux tandem à réduction dans les moyeux et les essieux à portique unique – HR, HRT et SP –, des rapports de pont différents peuvent être mesurés en échangeant uniquement la réduction dans les moyeux.

L’essieu à portique existe pour la garde au sol ou un plancher bas

Le point 2, 2), est la définition à citer, et c’est la seule des cinq qui lie une disposition mécanique à un concept de véhicule. On entend par essieu à portique unique un essieu présentant généralement une compensation verticale entre l’axe rotatif de la couronne dentée et l’axe rotatif de la roue « en raison de l’exigence d’une garde au sol plus élevée ou d’un plancher abaissé destiné à permettre un système de plancher surbaissé pour les autobus urbains ». La définition décrit ensuite la construction : en règle générale, la première réduction se présente sous la forme d’un engrenage conique et la deuxième sous la forme d’un engrenage droit avec compensation verticale à proximité des roues. Le règlement (UE) 2022/1379 a ajouté « ou hélicoïdal » à cette phrase.

Deux conséquences en découlent. Le décalage vertical est la raison d’être de l’essieu plutôt qu’un effet secondaire : le règlement désigne une garde au sol plus élevée ou un plancher abaissé comme l’exigence qui produit cette disposition, et il rattache la seconde, dans ses propres termes, à « un système de plancher surbaissé pour les autobus urbains » – le règlement définit lui-même le plancher surbaissé comme les codes de véhicule CE, CF, CG et CH du règlement (UE) 2018/858 (annexe I, tableau 3, note 2). Et le règlement traite les essieux à portique comme un cas particulier à l’annexe I et dans les appendices de l’annexe VII. L’annexe I utilise la ligne d’essieux pour classer les autobus lourds complets et complétés : selon le point 1.2.3, d), et sa figure 1, un autobus à plancher surbaissé de code de véhicule CE ou CG est « à emmarchement bas » lorsque son type d’essieu est autre qu’à portique unique ; sur un essieu à portique unique, il n’est à emmarchement bas qu’avec une marche dans le couloir central, et la valeur par défaut est non. L’appendice 2 comporte une ligne réservée aux essieux à portique, l’angle entre l’axe du pignon et l’axe de la couronne d’entraînement, en degrés. L’appendice 4 contient deux critères de famille propres aux essieux à portique – angle de pignon par rapport au plan horizontal dans une fourchette de ± 5°, angle entre l’axe du pignon et l’axe de la couronne d’entraînement dans une fourchette de ± 3,5° – et exempte les essieux à portique unique du critère de géométrie du carter d’essieu qui s’impose à toutes les autres lignes.

Solaris spécifie l’essieu moteur de l’Urbino 12 electric à traction modulaire, un autobus urbain électrique à batterie, comme un essieu portique avec stabilisateur, associé à un moteur électrique central de 240 kW, sur un autobus de 19 500 kg de PTAC – jusqu’à 20 000 kg selon le pays et les pneumatiques. La fiche technique nomme l’essieu ; elle ne dit pas à laquelle des deux exigences de la définition il répond.

Un tandem, c’est deux composants, pas un

Les deux dernières définitions décrivent une transmission traversante. Un SRT est un essieu à simple réduction qui transfère aussi le couple depuis sa bride d’entrée vers un autre essieu, par l’intermédiaire d’une bride de sortie ; un HRT est un essieu à réduction dans les moyeux doté de la même capacité. Sur un bogie tandem moteur comme le RTH3312 de Volvo, la transmission traversante est la façon dont le second essieu est entraîné : l’arbre de sortie du renvoi actionne la transmission finale du second essieu par l’intermédiaire d’un arbre de transmission. La notation des configurations d’essieux indique seulement que deux essieux sont moteurs, jamais comment le couple parvient au second.

Le règlement comptabilise la paire plutôt que l’unité. Pour un tandem mesuré, le point 4.4.8.5 de l’annexe VII additionne les cartographies de pertes des deux essieux simples en une cartographie combinée ; pour les valeurs standard, l’appendice 3 prévoit que les essieux tandem sont calculés à l’aide d’un rendement combiné pour un essieu avec transmission traversante, SRT ou HRT, plus l’essieu simple correspondant, SR ou HR. Le RTH3312 de Volvo montre le matériel : deux réducteurs simples à denture spiro-conique avec réduction dans les moyeux, une boîte de répartition à engrenages droits cylindriques dans l’essieu arrière avant, avec un rapport de 1:1, trois blocages de différentiel, des rapports de 3,61 à 7,21:1, une charge maximale du bogie de 33 000 kg et un poids maximal de l’ensemble de 120 000 kg. La boîte de répartition n’effectue aucune démultiplication ; le nombre sur la fiche de spécifications reste le rapport de réduction dans les moyeux. Les 120 000 kg sont une capacité de l’essieu, non un poids autorisé : les limites légales et la plaque du véhicule lui-même sont des plafonds distincts.

Ce que le droit suppose quand personne ne mesure l’essieu

Une famille d’essieux peut être certifiée par mesure, ou le constructeur peut accepter les valeurs standard de l’appendice 3 de l’annexe VII. Ces valeurs sont un rendement générique pour les pertes en fonction de la charge plus un couple de traînée de base générique, et elles sont fixées par ligne d’essieux.

Deux lectures méritent d’être tirées de ce tableau. La première est le coût de n’appartenir à aucune des cinq lignes nommées : un essieu qui n’entre dans aucune d’elles est supposé avoir un rendement de 0,90 avec un couple de traînée de base de 150 + 50 × i Nm, contre 0,98 et 70 + 20 × i Nm pour un simple essieu à simple réduction. Aucune de ces paires de nombres n’est en soi un couple de traînée : ce sont les coefficients T₀ et T₁, et le couple de traînée est ce que la formule en tire. La seconde lecture en découle : le chiffre de traînée croît avec le rapport, et rien d’autre dans le tableau ne le fait. En appliquant la propre formule du règlement aux rapports ci-dessus, un essieu à simple réduction à 2,31 obtient un couple de traînée de base de 116,2 Nm et un essieu à réduction dans les moyeux à 5,41 obtient 178,2 Nm – notre calcul à partir du tableau 1 et des rapports publiés, non des chiffres imprimés dans le règlement. Il vaut la peine d’être précis sur ce que cette comparaison fait varier, car elle fait varier deux choses à la fois. La colonne du rendement est liée à la ligne d’essieux et non au rapport : tout essieu SR reçoit 0,98, quel que soit le nombre qu’il porte, et la baisse à 0,97, 0,96 ou 0,95 vient du fait d’être un HR, un SRT ou SP, ou un HRT. Seul T_d0 dépend de i_gear. Ainsi, avec les valeurs standard, un rapport numériquement plus élevé n’est pénalisé que sur la traînée ; la seconde pénalité de l’exemple tient au changement de ligne, non au changement de nombre.

Un appendice distinct fixe la manière dont l’essieu parent d’une famille est choisi. Selon le point 4.1 de l’appendice 4, l’essieu parent est celui qui a le rapport de pont le plus élevé ; si plus de deux essieux ont le même rapport de pont, le constructeur « fournit une analyse afin de déterminer quel est l’essieu le plus défavorable pour le désigner comme essieu parent ». Les caractéristiques « dont on peut considérer qu’elles ont une incidence sur les pertes de couple » doivent aussi être identifiées et prises en compte dans ce choix (point 4.3), et l’autorité chargée de la réception « peut juger » que la meilleure manière de déterminer les pertes de couple de la famille dans le cas le plus défavorable consiste à essayer d’autres essieux (point 4.2).

Où le nombre apparaît sur le papier

L’annexe IV décrit les fichiers que produit la simulation, chacun devant contenir les informations énumérées « si applicable ». Dans le dossier d’enregistrements du constructeur, le point 1.7.4 est le type d’essieu – le modèle donne lui-même « essieu à simple réduction » comme exemple – et le point 1.7.5 le rapport de pont. Dans le dossier d’information du client, le document court qui doit accompagner les camions et les autobus lourds complets ou complétés lorsqu’ils sont immatriculés, vendus ou mis en service, la transmission et l’essieu se réduisent à quelques rubriques : valeurs relatives à la boîte de vitesses mesurées ou standard, type de boîte de vitesses, nombre de rapports, ralentisseur oui ou non, et, au point 1.2.8, rapport de pont. Des six rubriques relatives à l’essieu du dossier d’enregistrements, les points 1.7.1 à 1.7.6, seul le rapport est repris dans le dossier d’information du client ; le type d’essieu reste dans le dossier d’enregistrements du constructeur. Pour les véhicules utilisant les technologies énumérées à l’appendice 1 de l’annexe III, l’article 9, paragraphe 1, n’exige que les paramètres d’entrée du tableau 5 de l’annexe III, et cette liste ne comporte ni rapport de pont ni type d’essieu.

C’est un chiffre à lire avec la boîte de vitesses plutôt que seul. L’annexe IV énonce la relation là où elle décrit un groupe motopropulseur électrique intégré : le point 1.14.6 du dossier d’enregistrements du constructeur est le rapport de transmission total le plus bas, « rapport de transmission de la boîte de vitesses et rapport de pont les plus élevés, le cas échéant ». Faites la multiplication, et un rapport supérieur en prise directe et un rapport supérieur surmultiplié atteignent le même rapport total avec des rapports de pont différents – notre calcul, non une ligne que le règlement imprime ; le côté boîte de vitesses de ce choix est traité dans les boîtes de vitesses robotisées. Le RSS1344C de Volvo illustre la question de la disponibilité plutôt que la théorie : des deux modèles que couvre la fiche, le 3,70:1 est proposé à la fois sur le FM et sur le FH, le 4,11 et le 4,63:1 sur le FM mais pas sur le FH, et le 5,29:1 sur le FM en 4×2 seulement. Cette fiche, comme celle du RSS1370A, est rédigée autour d’un couple d’unité d’entraînement électrique – 2 600 Nm – et ne nomme aucun moteur. Un rapport dans lequel un essieu est fabriqué n’est pas toujours un rapport proposé sur chaque modèle.

À quoi sert un essieu, Volvo le dit sur chaque fiche technique, avec ses propres mots. Le RSS1370A « has fast ratios and is intended for high speed heavy transports » [a des rapports rapides et est destiné aux transports lourds à grande vitesse] ; le RSS1344C « is intended for high-speed transport on good roads » [est destiné au transport à grande vitesse sur de bonnes routes] ; le RSH1370F « is designed to be used for heavy transports on demanding and hilly roads » [est conçu pour les transports lourds sur des routes difficiles et vallonnées] ; le RTH3312 « is designed for heavy, demanding haulage and train weights of up to 120 ton » [est conçu pour les transports lourds et exigeants et des poids d’ensemble allant jusqu’à 120 tonnes].