Indépendamment de sa marque, un véhicule de transport en commun européen comprend immanquablement des organes fournis par ZF. Incontournable, cet équipementier apporte sa capacité d’innovation aux constructeurs et facilite leur évolution vers la mobilité électrique, l’entretien connecté et la conduite autonome.
Discrètement omniprésent, ZF fournit des essieux, des embrayages, des systèmes de direction complets, des sous-ensembles de liaison au sol, des aides à la conduite, des solutions connectées (y compris un régulateur prédictif), des composants électroniques et des chaînes cinématiques électriques ainsi que des logiciels dédiés aux opérateurs (Openmatics). À ses composants traditionnels, ZF ajoute maintenant de quoi convertir assez facilement un véhicule thermique en véhicule électrique.
Les assistances hydrauliques de direction participent de façon non négligeable à la consommation d’énergie. Depuis le moteur situé à l’arrière jusqu’à l’essieu avant directeur, les systèmes traditionnels exigent une vingtaine de mètres de canalisation. Ces longues tuyauteries sont responsables de pertes de rendement. C’est pourquoi on installe maintenant une pompe électrique proche de l’essieu dirigé hydrauliquement. Elle ne met le circuit sous pression qu’en cas de besoin.
ZF va désormais au-delà de ces assistances électro-hydrauliques en proposant une direction purement électrique, sans hydraulique. Appelée ReAX EPS (Electric Powered Steering), celle-ci comprend un moteur électrique (70 Nm) qui fournit toute la force d’assistance. Plus simple, plus légère et consommant moins d’énergie que les directions classiques, ReAX APS se destine naturellement à une utilisation sur les véhicules électriques ou hybrides. Elle s’intègre aux aides à la conduite (maintien dans la file, évitement d’obstacle) ainsi qu’aux systèmes de conduite autonome pilotés par le module ZF ProAI. ReAX EPS fonctionne sous 48 V et ne nécessite donc ni qualifications spéciales pour les mécaniciens, ni périmètre de sécurité dans les ateliers. Raffinement ultime, la direction ReAX EPS peut être programmée de manière à restituer des sensations de conduite propres à chacun des constructeurs qui l’intégreront à leurs modèles.
Destiné aux bus, le pont portique ZF AVE130 est équipé d’un moteur par roue. Sa configuration dégage l’espace entre les roues afin d’abaisser le plancher du véhicule. Pour une adhérence et une puissance maximales, il est possible d’équiper un même véhicule avec deux ponts AVE130 ainsi que ZF l’a fait sur un bus articulé de démonstration dont les deux sections sont motorisées. Ceci est particulièrement intéressant pour les opérateurs confrontés à des chaussées enneigées. Ceci dit, un seul pont AVE130 suffit à l’entraînement d’un bus articulé dans la plupart des cas. Occupant le même volume qu’un pont portique classique, l’AVE130 s’intègre à bord de véhicules conçus initialement pour une chaîne cinématique conventionnelle. ZF précise que l’AVE130 s’adapte à toutes les sources d’électricité habituelle, qu’il s’agisse de batteries, de condensateurs doubles couches, de piles à combustibles ou de captage par ligne de contact aérienne. Il convient ainsi à la fois aux véhicules purement électriques et à l’hybridation série.
L’AVE130 est sur le point de franchir le cap des mille unités en service. Avec ses onduleurs (un par moteur) et son module de commande, ce pont pèse 1 250 kg et développe une puissance de 250 kW (340 ch) en pointe, ou de 120 kW (163 ch) en continu. Après démultiplication, le couple en sortie atteint 22 000 Nm en pointe. Sur les véhicules à plancher bas, l’AVE130 peut être complété par l’essieu avant à roues indépendantes RL82EC.
Les moteurs asynchrones CeTrax sont destinés à s’intégrer dans la chaîne cinématique d’un véhicule conçu initialement pour un moteur thermique. On parle dans leur cas de « motorisation centrale », le moteur occupant sensiblement la même position que sur un véhicule thermique. Révélés en 2016 à l’occasion de l’IAA, les CeTrax facilitent « l’électrification » des bases techniques existantes. Leurs performances sont élevées et atteignent 300 kW (408 ch) et 4 400 Nm en pointe ou bien 200 kW (272 ch) et 2 170 Nm en continu pour un moteur pesant 285 kg avec son onduleur et son module de commande. Fonctionnant sous une tension de 650 V avec une intensité atteignant 500 A, un tel moteur impose une formation spécifique et un périmètre de sécurité pour son entretien.
La gamme CeTrax a récemment été élargie avec l’arrivée d’une version CeTrax Lite pour véhicules jusqu’à 7,5 t, et d’une version CeTrax Mid pour les véhicules jusqu’à 19 t. En gamme lourde, la motorisation CeTrax est utilisable avec ou sans boîte de vitesses, selon le profil de mission envisagé. Pour ses motorisations électriques, AVE130 ou CeTrax, ZF fournit une solution complète qui comprend l’onduleur et l’électronique de commande, mais laisse le choix du type de batteries au constructeur qui intégrera la motorisation à ses véhicules.
Également adaptée à la conversion de bases techniques existantes, la boîte ZF TraXon Hybrid se prête à « l’hybridation » de véhicules diesel. Il ne faut pas pour autant en conclure qu’il sera facile pour les constructeurs de proposer une version hybride de leurs autocars équipés de la boîte TraXon. En effet, outre la masse et l’encombrement des batteries, le module hybride allonge la boîte de vitesses. Or cet encombrement n’est pas compatible avec tous les véhicules et pourrait imposer une réorganisation dispendieuse du porte-à-faux arrière.
Sur le point de se répandre à bord des cars Irizar, Iveco, MAN-Neoplan, VanHool ou VDL, entre autres, la boîte ZF TraXon intégrera en 2019 une fonction de maintenance prédictive. Cette option présente l’avantage d’adapter précisément les intervalles d’entretien aux conditions réelles d’utilisation des véhicules tout en réduisant le risque d’immobilisation imprévue. Désormais connectée, la boîte de vitesses transmet par exemple le niveau d’huile de transmission ou l’état du disque d’embrayage au gestionnaire de flotte. Les données de la boîte de vitesses, traitées par ZF, sont destinées à être transmises aux constructeurs des véhicules qui traiteront l’ensemble des données avant d’en transmettre une synthèse à l’utilisateur final ou au point de service. En cas d’automatisation de la conduite, la fiabilité des véhicules deviendra encore plus importante. La conduite autonome imposera donc la maintenance prédictive.
Prioritairement destiné aux robots-taxis ou aux véhicules de livraison entièrement automatisés, le Trendsetting Cockpit développé par ZF et par Faurecia se caractérise par l’absence de pédales et de volant. Un Joystick permet de conduire ponctuellement en mode manuel, mais cet environnement de conduite est principalement destiné à une délégation de conduite quasiment totale et permanente (niveau 4). C’est en effet l’unité centrale de commande ZF ProAI qui contrôle le véhicule.
ZF expérimente déjà plusieurs types de véhicules autonomes, notamment une camionnette de livraison capable de chercher seule une place de parking ainsi que des camions manœuvrant seuls avec des caisses mobiles ou avec des semi-remorques dans les enceintes des bases logistiques. Ce savoir-faire est directement transposable aux besoins des flottes de transport en commun, par exemple pour le garage et le dégarage automatiques des autobus.
L’IAA 2018 verra l’arrivée massive de la TraXon chez les constructeurs d’autocars qui confient leurs transmissions à ZF. L’équipementier développe par ailleurs de multiples services connectés afin d’améliorer la rentabilité, la fiabilité et la sécurité du transport.
Selon le degré de délégation de la conduite, il existe cinq niveaux d’automatisation de la conduite:
• Niveau 1 « sans les pieds », le véhicule contrôle son déplacement longitudinal. C’est le cas avec les régulateurs adaptatifs utilisant des radars frontaux.
• Niveau 2 « sans les mains », le véhicule contrôle son déplacement latéral, par exemple avec la fonction de maintien dans la file qui s’appuie sur une caméra.
• Niveau 3 « sans les yeux », la conduite devient automatique dans certaines situations, par exemple dans les embouteillages, mais le conducteur doit encore pouvoir reprendre le contrôle à tout instant.
• Niveau 4 « sans la tête », la conduite est totalement automatique et il est même possible de se passer de conducteur dans certaines situations, par exemple pour envoyer le véhicule se garer seul.
• Niveau 5 « sans conducteur », les occupants du véhicule sont de simples passagers. La conduite est dans ce cas totalement informatisée.
En 2018, le niveau 3 est atteint par différents véhicules déjà commercialisés. Le niveau 4 correspond par exemple au garage-dégarage automatique développé par CEA-List et essayé par la RATP en son dépôt de Lagny dans le cadre d’EBSF2 (European Bus System of the Future). Les solutions techniques des niveaux 4 et 5 existent, mais leurs déploiements sur la voie publique se heurtent aux limites du cadre réglementaire actuel.
ZF a réalisé un CA de 36,44 milliards d’euros en 2017, majoritairement en Europe (48 %), mais avec une activité également importante en Amérique du Nord (27 %) et dans la zone Asie-Pacifique (21 %). Les ventes de ZF concernent majoritairement les organes pour véhicules légers (moins de 6 t) qui représentent 81 % des ventes. Les véhicules lourds pèsent 11 %, suivis par les nombreuses activités industrielles de l’entreprise, qui est également présente dans l’éolien, l’aéronautique, la propulsion marine, les transmissions pour véhicule non routier, etc. À elle seule, la division poids lourds de ZF occupe 13 700 des 146 148 employés du groupe.
ZF connaît un succès durable avec sa boîte EcoLife à 6 rapports et à convertisseur de couple. Concurrente de la Voith Diwa, l’EcoLife s’est déjà vendue à 150 000 exemplaires, principalement pour des autobus. Lancée fin 2016, sa version pour autocar supporte un couple d’entrée jusqu’à 2 300 Nm et est montée par Irizar, MAN, Van Hool et VDL, entre autres. En région montagneuse, l’EcoLife a l’avantage de disposer d’un ralentisseur primaire dont l’efficacité dépend du régime du moteur alors que celle d’un ralentisseur secondaire dépend de la vitesse du véhicule. Quant à l’EcoLife urbaine, elle est désormais compatible avec la fonction stop’n start du moteur, ce dont le VDL Citea fut l’un des premiers à tirer profit depuis fin 2016. Cette Ecolife stop’n start est limitée à 1 600 Nm en entrée, ce qui correspond au besoin des bus urbains. ZF produit également des boîtes de vitesses manuelles (EcoShift, Ecolite) et automatisées (AS-Tronic, TraXon).
Le système d’amortissement hydraulique PCV (Premium Comfort Valve) améliore la filtration des chocs et des vibrations sans nuire à la stabilité du véhicule. Le système se fonde sur une alimentation en huile qui dépend de la vitesse avec laquelle le piston se déplace. Monté initialement par MAN, Solaris, SOR et Wrightbus, le système PCV l’est également par Yutong depuis juillet 2017.
Lancée il y a une quinzaine d’années, la boîte automatisée ZF AS-Tronic à 12 rapports a été déclinée avec succès en version autocar pour des couples jusqu’à 2 700 Nm. Elle est disponible avec un ralentisseur hydraulique intégré (ZF Intarder). L’année 2018 est celle du remplacement de l’AS-Tronic par la TraXon, plus moderne, plus légère et plus rapide. La TraXon se caractérise par une ouverture atteignant 16,78 et par un rendement de 99,7 %. En version autocar, la TraXon accepte un couple d’entrée jusqu’à 2 800 Nm et est normalement complétée par le ralentisseur ZF Intarder 3 dont la puissance atteint 600 kW (816 ch). La TraXon intègre une fonction roue libre, une compatibilité avec le stop’n start du moteur et une possibilité de pilotage par GPS (régulateur prédictif ZF PreVision GPS). Quant à sa fiabilité, la TraXon est conçue pour supporter un nombre de changements de rapports supérieur de 66 % à celui de l’AS-Tronic et un nombre de mouvements d’embrayage supérieur de 50 %. La TraXon est habituellement montée avec un embrayage monodisque, mais ZF prévoit également pour elle des embrayages bidisques, un double embrayage, un convertisseur de couple (WSK), une prise de mouvement pleine puissance (NMV) ou un module hybride parallèle.