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Principe et fonctionnement du Quattro d'Audi

Le fameux dispositif 4X4 Quattro ... Qui ne connaît pas cette appellation si réputée chez les amateurs de belles voitures ? Si ce nom est presque devenu une légende il faut toutefois observer de plus près ce qu'il intègre, car entre Quattro et Quattro il y a parfois une belle différence !
Nous allons donc voir les différents systèmes Quattro existants sur les autos du Groupe Volkswagen, car oui, certaines Volkswagen en profitent aussi. Il y a donc trois grand systèmes : celui pour moteur longitudinal avant, un autre pour les moteurs longitudinaux arrière (rare, R8, Gallardo, Huracan ..) et un dernier pour les autos les plus courantes (moteur transversal).

Fonctionnement des différents types de Quattro

Voyons maintenant un peu plus en détails l'architecture et le fonctionnement des différents types de Quattro.

Quattro TORSEN pour moteur longitudinal (1987 - 2010)

Le Torsen limite le différentiel de vitesse entre deux axes de manière symétrique (si il limite à 70%, alors on aura possiblement une répartition du couple de 30% / 70% ou 70% / 30%)

Type : passif / permanent

Répartition du couple Avant / Arrière : 50% - 50%
(si grip égal entre essieu avant et arrière)

Modulation : de 33% / 67% (ou donc 67% / 33%) jusqu'à 20% / 80% (ou 80% / 20%) selon les versions de Torsen (selon la forme des rouages et pignons du Torsen étudié)

Objectif : limiter le glissement entre avant et arrière afin de pouvoir se sortir des terrains les plus glissants.

Voici un peu l'intérieur du Torsen, son mécanisme empêche qu'un des deux côtés puisse tourner sans que l'autre ne bouge contrairement à un différentiel conventionnel. Ici le moteur fait tourner le carter tout entier du différentiel (en gris) dans lequel se trouvent deux arbres (roues avant et arrière) connectés entre eux par des rouages afin de limiter le delta de vitesse entre eux (le fameux glissement limité).

Il s'agit ici d'une transmission permanente qui envoie donc du couple sur les essieux avant et arrière de manière constante.
Le couple part du moteur, passe dans la boîte puis le tout arrive dans un premier différentiel Torsen à glissement limité (Torsen pour Torque Sensing). Depuis ce différentiel, on part vers l'avant et l'arrière avec une répartition de 50/50. On ne peut pas ici déconnecter le train arrière ou avant totalement, les quatre roues reçoivent toujours du couple, même faible. Le Différentiel Torsen serait (je ne peux confirmer à cet instant précis) légèrement différent sur la gamme SUV de luxe (un peu plus apte au franchissement) : Touareg, Q7, Cayenne.
Les essieux avant et arrière sont tout deux dotés d'un différentiel standard (pas de limite au glissement) qui répartit le couple entre roues gauche et droite. Mais il existe des versions Quattro un peu plus évoluées destinées aux versions plus sportives.
Enfin, le Torque Vectoring ne peut être ici qu'appliqué par l'ESP en jouant sur les freins .. C'est donc bien moins évolué que le Torque Vectoring du différentiel arrière Quattro Sport.

Quattro CROWN GEAR (pignon en couronne / pignon plat) pour moteur longitudinal (2010 - ...)

Q7 à moteur longitudinal

Cette version (depuis 2010) emploie un autre type de boîte de transfert. Celle-ci permet une modulation de la motricité asymétrique entre les différents essieux grâce au verrouillage plus ou moins important du visco-coupleur.
Quoi qu'il en soit, il s'agit d'une transmission permanente qui enverra continuellement du couple à l'avant et à l'arrière (même si bien évidemment la modulation du couple pourra être modifiée entre les essieux selon l'adhérence, mais il y aura toujours du couple qui arrivera sur chacun d'entre eux).

Type : passif / permanent

Répartition du couple Avant / Arrière : 60% - 40%
(si grip égal entre essieu avant et arrière)

Modulation : de 15% / 85% à 70% / 30% selon la différence de grip entre essieu avant et arrière. C'est asymétrique comme vous pouvez le voir au niveau des répartitions possibles entre avant et arrière

Objectif : draguer les clients BMW en expliquant qu'on peut avoir ici jusqu'à 85% de la puissance sur l'arrière (chez BMW on a toujours été à 100%)

La cloche (carter) du différentiel (rectangle noir qui entoure le tout) est reliée à l'axe central doté des pignons satellites ("petites étoiles grises" qui lient les arbres avant et arrière, menant donc aux trains avant et arrière).

L'arbre vert menant à l'essieu arrière peut être relié à la cloche via les embrayages multidisque visibles dans la zone orange. Il s'agit d'un visco-coupleur (c'est lui qui permet d'avoir un glissement limité, dans le cas inverse on a un différentiel basique qui n'empêche pas le glissement) : le lien entre embrayages verts et gris se fait si il y a une différence de vitesse (c'est le principe du visco-coupleur, l'huile à l'intérieur se dilate en chauffant, ce qui permet de lier les embrayages entre eux. Cela car le silicone se dilate à chaud, et la différence de vitesse entre les embrayages induit un brassage qui chauffe l'huile siliconée). Cela induit que la cloche du différentiel va se solidariser avec l'arbre du train arrière si il y a une différence de vitesse entre les deux.

D'origine la répartition est de 60 (arrière) / 40 (avant) car les pignons de l'axe central (violet) ne viennent pas en contact avec les couronnes (bleue et verte) au même endroit (plus vers l'intérieur pour la bleue = 40% et plus vers l'extérieur pour la verte = 60%). Le couple est différent de base car il y a un effet levier différent.

Toute la puissance arrive par l'arbre noir qui traverse l'arbre bleu (qui mène au train avant). Cela fait tourner l'axe qui est relié au carter du différentiel et donc aussi les pignons solaires. Ces pignons solaires sont reliés à des pignons plats ("volants" bleu et vert)

Si la vitesse entre l'arbre arrière et la cloche de différentiel cela va épaissir le silicone : les embrayages sont collés les uns aux autres et le résultat sera que l'arbre moteur sera comme directement lié au train arrière (via la cloche qui est liée au moteur, mais qui le sera aussi au train arrière si le visco-coupleur s'enclenche. Dans ce cas on est alors à 85% pour le train arrière et 15% pour le train avant (situation = perte de motricité du train avant).

La théorie au dessus et la pratique en dessous.

Quattro Ultra (2016 - ...)

Type : actif / non permanent

Répartition du couple Avant / Arrière : 100% - 0%
(si grip égal entre essieu avant et arrière)

Modulation : de 100% / 0% à 50% / 50%

Objectif ; proposer une transmission intégrale qui limite la consommation au maximum quitte à sacrifier la noblesse des dispositifs passés.

Mode traction, la majorité du temps (exactement comme un Haldex), l'objectif principal est de réduire la consommation et plus vraiment d'être irréprochable en tout terrain

Cette version est la plus récente au moment où ces lignes sont rédigées, il s'agit de remplacer le Crow Wheel par un dispositif débrayable. Ce dernier peut en effet découpler l'arbre arrière pour pouvoir passer en traction, et il ne s'agit donc plus d'une transmission permanente ... Le système rappelle donc largement le Haldex mais Audi fait tout pour qu'on y pense le moins possible (la marque connaissant bien la bien plus faible réputation de l'Haldex face aux Torsen et Crown Gear). Il y a aussi deux embrayages de part et d'autre du train arrière afin de déconnecter l'arbre central, car le faire tourner (même dans le vide) prend de l'énergie. La grosse différence est que les Torsen / Crown Gear se débrouillent seuls et sont très endurants alors que ce système a besoin d'être piloté par un calculateur relié à tout un tas de capteurs. C'est donc potentiellement moins fiable mais aussi moins costaud puisque les disques peuvent chauffer (c'est d'ailleurs limité à 500 Nm de couple contrairement au Quattro classique avec Torsen).
Ce dispositif est étrangement proche du système Porsche disponible sur le Macan même si les marques font tout pour brouiller les cartes et faire comme si elles n'avaient rien en commun (en réalité c'est faux, le matériel est le même pour beaucoup d'éléments et souvent c'est même ZF qui conçoit le tout) ... C'est d'ailleurs quasiment le même principe sauf que le différentiel de Porsche permet d'être en traction ou propulsion (uniquement traction ou 4X4 sur le Quattro Ultra avec le différentiel multidisque débrayable).

Dans sa manière de faire, on peut dire que c'est exactement l'inverse du XDrive puisque le dispositif de BMW connecte le moteur continuellement à l'arrière et vient greffer le train avant à la transmission en cas de besoin. Ici c'est le train avant qui est toujours connecté, et en cas de besoin le train arrière vient s'inviter dans la chaîne de transmission pour venir y prendre 50% de couple.

Quattro pour moteur transversal

Type : actif / non permanent

Répartition du couple Avant / Arrière : 100% - 0%
(si grip égal entre essieu avant et arrière)

Modulation : de 100% / 0% à 50% / 50%

Objectif : pouvoir proposer une transmission intégrale sur les petites autos du groupe, cela grâce à l'équipementier Haldex / Borgwarner.

Voici une Audi TT, mais cela est pareil pour toutes les autos

Ici les choses sont très différentes puisqu'on a affaire à une architecture complètement autre. Le dispositif transversal optimise l'espace disponible dans l'habitacle au détriment de l'équilibre de l'auto (sans oublier qu'on oublie ici les gros blocs et grosses transmissions bien costaudes !).
Bref, le tout part des moteur / boîte comme toujours. On a en sortie un différentiel qui tourne entièrement et qui entraine l'arbre de transmission central via un pignon indiqué en violet sur le schéma. L'intérieur du différentiel avant se divise donc en deux pour les roues gauche et droite.
Au bout de l'arbre de transmission reliant l'avant et l'arrière on a le fameux Haldex tant controversé par les connaisseurs. En effet, tout le monde (ou plutôt les gens passionnés d'auto) connaît bien la gueguerrre Haldex / Torsen ...
En fait, Torsen et Haldex n'ont tien à voir, l'un est un différentiel à glissement limité et l'autre est un système d'embrayage multidisque piloté par l'électronique (hydroélectrique) qui tente donc de jouer le rôle d'un différentiel.
Dans cette configuration, l'auto ne peut recevoir plus de 50% du couple sur l'essieu arrière et cela se comprend aisément en regardant et comprenant l'image du haut.
De plus, le fonctionnement se fait majoritairement en traction, et l'arrière peut être totalement déconnecté en ne recevant plus de couple : l'Haldex débraye et il n'y a plus de lien entre arbre central et différentiel arrière.

Différence Haldex / Torsen  ?

Les différences entre les deux sont importantes. Le Torsen est un différentiel passif qui fonctionne de manière mécanique et autonome. Il permet un couple constant sur les deux essieux (le couple varie mais il y a toujours de la force transmise à toutes les roues). L'Haldex a besoin d'un calculateur et d'actionneurs pour fonctionner, et son soucis principal est justement de fonctionner en réaction.
Alors qu'un Torsen travaille tout le temps, l'Haldex attend qu'il y ait une perte d'adhérence pour se mettre en marche, ce qui provoque un petit temps mort qui réduit son efficacité.
De plus, et contrairement au Torsen, ce système va bien plus vite chauffer en raison de la friction des disques: c'est donc en théorie moins endurant.

Quattro Sport / Couple vectoriel / Torque Vectoring

Ici il y a soit un Torsen soit un différentiel différentiel Crown Gear.

Le Quattro Sport consiste à ajouter à l'arrière un différentiel sport bien plus évolué. En effet, ce dernier permet d'offrir le fameux couple vectoriel (qu'on connaît généralement en anglais : Torque Vectoring. Cliquez ici pour connaître le fonctionnement en détails).
Ce dernier est constitué d'embrayages multidisque et de pignons satellites disposés de manière hélicoïdale.

Cliquez ici pour plus de détails

Evolution du Quattro : synthèse

Evolution du Quattro longitudinal : en bref

Si on ne considère pas les autos à moteur transversal ou arrière, le système Quattro en est aujourd'hui à sa sixième génération. Il consiste donc à animer toutes les roues de l'auto par le biais d'arbres de transmission et de nombreux différentiels.
La première génération est apparue au tout début des années 80 (81 exactement) incorporait 3 différentiels : un à l'avant classique puis deux au centre et à l'arrière qui pouvait être verrouillés (pas de glissement ou modulation, c'est bloqué).
C'est à la deuxième génération que le différentiel central est incarné par un Torsen, un différentiel à glissement limité et non plus un différentiel verrouillable simple. Cela permet alors de moduler la puissance avant / arrière entre 25% / 75% ou l'inverse (75% / 25%) au lieu d'être bloqué à 50 / 50 comme sur la première génération.
Le Torsen s'est ensuite aussi invité sur l'essieu arrière à partir de la troisième génération sachant que cette dernière n'a été utilisé que sur l'Audi V8 de 1988 (c'est la future A8, mais elle n'en prend pas encore le nom).
La quatrième génération est un peu plus économique (il ne s'agit pas de fournir uniquement des limousine de luxe type Audi V8) avec un différentiel arrière classique (qui peut être verrouillé par l'électronique, donc par les freins via l'ESP).
Le système a donc évolué en gardant la même philosophie jusqu'à nos jours en améliorant les capacités du Torsen central à faire varier toujours plus le couple transférable entre les essieux avant et arrière (désormais jusqu'à 85% sur un essieu de manière mécanique et même 100% grâce à l'ESP qui agit sur les freins, rendant le système presque aussi plaisant à mener qu'avec une propulsion pur jus).
Un différentiel sport est ensuite apparu (installé sur un essieu, il ne s'agit pas d'un différentiel avant / arrière mais bien gauche / droite) sur l'essieu arrière en option ou sur certaines sportives (S5 etc.). Il s'agit de la fameuse technologie Torque Vectoring qui ets à la mode un peu chez tous les constructeurs premium, ce n'est pas uniquement lié à Quattro.
Est ensuite arrivé le Quattro Ultra (nous parlons toujours des autos à moteur longitudinal) destiné à réduire les consommations. Fini la transmission permanente, elle peut de désolidariser totalement (le train arrière évidemment) pour économiser de l'énergie.

Donc si on résume (sachant que le bornage de dates n'est pas toujours évident car une période peut inclure des autos ayant plusieurs générations de Quattro. Ex : en 1995 se vendaient des Audi avec le Quattro 2, 3 ou 4 ...) :

• Quattro génération 1 : 1981 - 1987
• Quattro génération 2 Torsen : 1987 - 1997
• Quattro génération 3 Torsen : 1988 - 1994 (uniquement sur l'ancêtre de l'A8 : l'Audi V8)
• Quattro génération 4 Torsen : 1994 - 2005
• Quattro génération 5 Torsen : 2005 - 2010
• Quattro génération 6 Crown Gear : depuis 2011
• Quattro génération 7 Ultra  (en parallèle de la génération 6) : depuis 2016
  

Evolution du Quattro Transversal : en bref

Le groupe Audi / Volkswagen vendant aussi beaucoup de voitures populaires à moteur transversal (A3, TT, Golf, Tiguan, Touran etc.), il fallait bien proposer une transmission intégrale pour ces modèles.
Et c'est justement là que le Quattro s'invite chez Volkswagen, Seat et Skoda, car ce n'est justement plus le vrai Quattro que les puristes adorent.
Si le dispositif était assez lent à la réaction à ses débuts (activation du train arrière), il a depuis largement progressé avec aujourd'hui la cinquième génération. Il est toutefois logiquement moins perfectionné et calibré que les Quattro pour moteur longitudinal réservé aux voitures les plus luxueuses. Ce dispositif a été inventé par des Suédois et non pas par Audi évidemment.

Lien avec Porsche ?

Même si Porsche fait tout pour l'étouffer, les transmissions Quattro sont très porches pour ne pas dire identiques. Sur le Cayenne on peut clairement parler de Quattro. Sur le Macan, ils ont simplement remplacé l'Haldex du centre par un système quasi identique au Quattro Ultra (un Torsen débrayable). La différence ici est que l'on peut envoyer 100% sur l'avant ou sur l'arrière, le Quattro ultra se limitant à transformer l'auto en traction. Pour le reste c'est identique avec un différentiel arrière Vectoring en option et une boîte PDK qui est en réalité une S-Tronic (fournie par ZF qui plus est). Mais chut, je vais me faire gronder si ça se sait ...

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