Véhicule tout terrain électrique - AVS

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Nos activités
Présentation du projet

Ce projet consiste à mettre au point, homologuer et fabriquer en petite série un véhicule 100% électrique permettant de transporter des personnes (9 places) et/ou du matériel en terrain très accidenté, dans des milieux naturels sensibles interdisant l'utilisation de véhicules à moteurs thermiques. Le véhicule doit être capable d'emprunter des pistes en très mauvais état, de traverser des gués de 60 cm, monter et descendre des pentes de l'ordre de 45° (100%) et supporter des devers de 30° (86%) avec une charge d'environ une tonne. La surface de chargement et une capacité de traction d'une remorque de plus de 3000 kg  permet le transport de matériel encombrant. La destination presque exclusivement tout terrain du véhicule oriente le choix vers un véhicule rustique, très solide, compact et maniable pour passer sur les petites pistes ou sous bois.

Afin de maîtriser les coûts de développement et de mise au point nous nous dirigeons vers une solution consistant à utiliser comme base un véhicule thermique existant déjà éprouvé pour ce genre de missions : le Pinzgauer. En version 710 (4x4) ou 712 (6x6), ce véhicule propose des caractéristiques tout à fait adaptées à nos besoins.

Le Pinzgauer

Conçu et construit selon un cahier des charges militaire, le Pinzgauer propose des caractéristiques bien particulières. Très compact, le 4x4 fait la taille d'un Defender 90 et le 6x6 celle d'un Defender 110, il permet de disposer d'un espace de chargement inégalé grâce à sa cabine avancée. Il est conçu pour faire du tout terrain à pleine charge, configuration dans laquelle sa garde au sol est de 35 cm grâce à ses demi ponts portiques oscillants autour d'une poutre centrale rigide dans lesquels sont incorporées les transmissions. De ce fait toutes les roues sont indépendantes, d'où un confort étonant sur pistes. Il dispose de blocages de différentiels sur tous les ponts. Son origine militaire en fait un véhicule très rustique et réputé très robuste.
On retiendra :
  • Excellent franchisseur (garde au sol de 35 cm, blocages de ponts, possibilité 6x6),
  • Véhicule rustique et réputé très robuste,
  • Très maniable,
  • Très confortable pour le transport de personnes,
  • Volume et capacité de chargement très importants,
  • Positionnement des batteries particulièrement simple,
  • Véhicule insolite qui éveille les curiosités.

Nous prévoyons d'utiliser des véhicules d'occasion totalement reconditionnés : châssis, transmissions, suspensions, freins et carrosserie. Les véhicules seront personnalisés et modernisés par une peinture  spécifique et des accessoires améliorant à la fois le confort et l'aspect visuel : sièges, éclairage à LEDs,  tableau de bord, roues, … L'idée étant d'ajouter une identité un peu plus moderne à ces véhicules déjà dotés d'un excellent capital sympathie par leur ligne peu commune.
Pour en savoir plus sur ce véhicule souvent méconnu nous avons compilé quelques informations concernant le Pinzgauer en fin de ce document (Wikipedia, presse spécialisée, ...)
Les perspectives

Le marché du véhicule tout terrain non polluant a certainement un bel avenir et devrait se développer assez rapidement. L'image des véhicules tout terrain est clairement ternie par le fait qu'ils sont bruyants : leur présence dans la nature ne passe pas inaperçue et que leur consommation généralement élevée engendre une pollution atmosphérique plus importante que les autres véhicules.
Toutefois le véhicule que nous souhaitons développer va répondre à un besoin spécifique et n'a pas  vocation à être produit en grandes quantités. Modestement nous avons établi nos calculs de prix et de rentabilité pour une production d'environ dix véhicules par an. Ces faibles quantités ne nécessitent pas d'investissements importants pour démarrer la production mais posent cependant un problème pour l’approvisionnement des composants du véhicule : certains fournisseurs ne s'intéressent pas  aux petits constructeurs et il est difficile de négocier des tarifs pour des petites quantités d'achat.
Il est important de noter que l'expérience acquise sur ce marché de niche sera très précieuse et pourrait s'avérer un atout majeur pour le développement d'un véhicule orienté vers un public plus large et une production beaucoup plus importante. Nos études et nos choix techniques tiennent compte de cet axe de développement.
Un peu de technique...

Dans un souci de limiter les coûts de développement, les modifications du véhicule seront limitées au strict minimum. La transformation consiste à remplacer le moteur thermique et la boite de vitesse par un moteur électrique accouplé à un réducteur assurant la bonne démultiplication. La boite de transfert sera conservée, elle assure sa fonction initiale de transfert du couple moteur aux ponts avant et arrière et de réduction supplémentaire en usage tout terrain. De par les caractéristiques du moteur électrique l'embrayage n'est plus nécessaire.
La transformation du véhicule consiste à intégrer les éléments classiques d'un véhicule électrique, l'usage en tout terrain implique 3 spécificités :
  • un bon refroidissement des composants électriques à très faible vitesse,
  • une gestion de la sensibilité de la pédale d'accélérateur en franchissement,
  • la gestion du couple appliqué au frein moteur à travers une commande spécifique au tableau de bord afin d'améliorer la sécurité d'une part et d'optimiser la recharge de la batterie en descente.

Les composants nécessaires à la transformation :
  • Moteur électrique :
    • Il est dimensionné en fonction du réducteur de façon à assurer des performances au moins similaires au moteur thermique.
  • Réducteur :
    • Il permet d'assurer les bons ratios de couple / vitesse en fonction des caractéristiques du moteur électrique.
  • Variateur (ou inverter en anglais) :
    • Il permet de contrôler le moteur électrique (couple, vitesse, freinage, ...)
  • Pack de batteries lithium :
    • D'une capacité de 40kWh à 80kWh la batterie assure l'autonomie du véhicule. Divisée en 2 packs distincts qui seront placés de part et d'autre du véhicule à la place des coffres à outils et du réservoir de carburant pour assurer une excellente répartition des masses et un centre de gravité au plus bas.
  • Contrôleur de gestion de la batterie lithium (BMS en anglais) :
    • Ce dispositif assure à la fois la sécurité et la longévité de la batterie. Il contrôle l'état de la batterie en temps réel et communique au variateur et au chargeur les autorisations et seuils de charge ou décharge de la batterie. En général le BMS gère la mise sous tension du système.
  • Chargeur de batterie lithium :
    • Embarqué sur le véhicule, le chargeur de batterie autorise la recharge à partir d'une simple prise domestique (charge lente) ou d'une prise dédiée (charge rapide).
  • Convertisseur DC/DC pour produire du 12V à partir de la batterie lithium :
    • Ce composant remplace l'alternateur d'un véhicule thermique, il permet d'alimenter les composants électriques du véhicule (ventilation, essuies glaces, éclairage, …).
  • Contrôleur de gestion principal du système électrique :
    • Cerveau du véhicule, ce contrôleur va dialoguer avec tous les composants afin d'assurer le bon fonctionnement du système électrique.
  • Afficheur de tableau de bord :
    • L'afficheur permet de fournir au conducteur toutes les informations utiles sur l'état et le fonctionnement du système électrique.
  • Commandes du véhicule (contact, accélérateur, frein, dispositifs de sécurité).

Nous avons rédigé un document décrivant les caractéristiques techniques de chaque composant.

Schéma général :

L'autonomie et la batterie

L'autonomie du véhicule est dépendante de trois facteurs : la consommation du véhicule, sa capacité de recharge en descente et la capacité de la batterie. Le choix de composants électriques ayant des bons rendements va permettre d'optimiser la consommation électrique. Contrairement à la majorité des voitures électriques développés actuellement,  la vocation du véhicule à transporter des charges lourdes sur des terrains accidentés ne nous permet pas de travailler sur l'allègement du véhicule au détriment de sa solidité. Son autonomie sera donc dépendante de sa capacité à recharger les batteries sur les dénivelés négatifs en tout terrain et de la capacité de la batteries.
En partant sur une base de consommation horaire d'un véhicule à moteur thermique en tout terrain d'environ 10 l/heure et une équivalence calculée de 2 kWh électrique par litre de carburant on obtient une consommation électrique de 20 kWh par heure de fonctionnement. Sachant que le rendement du moteur thermique est mauvais en usage tout terrain (utilisation de l’embrayage, ralenti, etc) on peut raisonnablement tabler sur les consommation suivantes :
En tout terrain à vitesse très réduite :
-25 kWh en montée,
+10 kWh en descente,
-15 kWh en terrain mixte.
Sur route à vitesse réduite : -20 kWh / 100 kms
Sur route à vitesse normale : -30 à -40 kWh / 100 kms
En fonction de l'usage du véhicule nous sommes en mesure de proposer des batteries d'une capacité allant de 40 kWh à 80 kWh.
Notre étude du marché actuel des batteries au lithium révèle que le coût de la batterie constitue encore une part très importante du coût total du véhicule.
Par contre nous avons découvert qu'un nouveau marché s'ouvre pour les petits constructeurs : le recyclage des modules de batteries des voitures électriques produites en grande série ayant été accidentées. Outre l'aspect écologique consistant à réutiliser des modules de batteries dont la durée de vie est très loin d'être atteinte, ces modules sont généralement vendus à des tarifs proches des productions en grande série. Les modules remis à  la vente disposent à minima de 95% de leur capacité initiale.
Nous avons étudié cette opportunité et prévoyons d'utiliser des modules de batteries Tesla d'excellente qualité dans nos véhicules. Pour simplifier les approvisionnements nous tentons de nous rapprocher de constructeurs nationaux afin de recycler des modules de batteries assemblés en France.

L'homologation des véhicules

L'homologation de nos véhicules est indispensable et constitue une partie délicate du projet. Il est presque impossible d'homologuer un véhicule existant re motorisé en ne validant que les parties modifiées. Il faut donc considérer le véhicule comme nouveau et homologuer l'ensemble des systèmes.
La vocation et l'usage de nos véhicules les destinent à un usage professionnel en montagne, sur les chemins, dans les bois ou tout du moins dans nos campagnes. L'utilisation sur route n'est pas leur vocation mais doit être possible et sera souvent nécessaire. Nous envisageons donc une homologation aux contraintes adaptées à ce type d'usage : sécurité et confort du conducteur et des passagers sur terrain accidenté à vitesse réduite et résistance en cas de retournement du véhicule. La catégorie T correspond tout à fait à ces contraintes.
La catégorie T impose une vocation agricole ou forestière du véhicule et une limitation de vitesse à 40 km/h  par conception. Nous prévoyons deux versions du véhicule avec des motorisations différentes : la version basique du véhicule conservera sa commande de boite de transfert et permettra de couvrir une plage de vitesse allant de 0 à 20 km/h en gamme courte et 0 à 40 km/h en gamme longue. La version améliorée sera homologuée et vendue avec la commande de boite de transfert démontée et permettra de couvrir une plage de vitesse allant de 0 à 40 km/h en gamme courte uniquement.
La vocation agricole ou forestière du véhicule devra être justifiée par son utilisation en tant qu'utilitaire de transport de personnes  et/ou de matériel hors route en milieu sensible :
  • Transport de personnel et / ou de matériel dans les parcs naturels
  • Transport de personnel et / ou de matériel dans le cadre d'interventions techniques pour les collectivités locales ou professionnels (accès aux relais radio, stations de ski, ...)
  • Transport de personnel et / ou de matériel pour les activités d'exploitation forestières
  • Transport de personnel et / ou de matériel pour les chalets d'alpage et refuges de montagne

L'aspect financier

La logique financière d'un véhicule électrique est légèrement différente d'un véhicule thermique. Le coût d'utilisation est nettement inférieur grâce à un coût de l’énergie plus faible : environ 15 cts le kWh, soit 30 cts par équivalent litre de carburant et par un coût d’entretien réduit à l'entretient des éléments de transmission, de suspension et des pneumatiques. Les freins sont très peu sollicités : en tout terrain l'essentiel du freinage étant assuré par le moteur en récupération d'énergie.

Par ailleurs nos choix technologiques sont orientés vers des matériels et des technologies fiables et durables afin d'amortir l'investissement sur de nombreuses années. La technologie des batteries lithium garantie un minimum de 3000 charges avec une capacité restant supérieure à 80%, soit environ 10 ans d'utilisation. Les moteurs n'ont pas de charbons ou autres pièces d'usure, seuls les roulements sont en contrainte. Le choix des équipements sont faits en fonction de leur qualité de fabrication et leur MTBF (indice de fiabilité) de façon à garantir une fiabilité de haut niveau durant un minimum de 10 ans.

L’élément impactant le plus le coût d'un véhicule électrique est la batterie. Voici le tarifs constatés à considérer :
1000€ le kWh en tarif catalogue
750€ le kWh pour une batterie constituée de modules standardisées
500€ le kWh pour une batterie fabriquée par nos soins (prix de revient)
<250€ le kWh pour les batteries de grande série (Zoé ou Tesla)

Nous sommes en phase de consultation de fournisseurs pour :
les batteries,
l'ensemble moteur / variateur,
le réducteur,
le chargeur,
le contrôleur principal,
les dispositifs de sécurité,
les équipements annexes.

Le fait de prévoir une fabrication en petite série impacte de façon négative le coût des composants car les rares fabricants disposés à travailler avec des petits constructeurs proposent des tarifs à l'unité très élevés avec des remises importantes sur des volumes d'achat inadaptés à nos prévisions.

Un  objectif raisonnable serait d'atteindre un coût de l'ordre de 40 k€ pour la modification d'un véhicule en version basique avec une batterie de 40 kWh et 60 k€ pour la version améliorée avec une batterie de 80 kWh, coût homologué et immatriculé, hors véhicule original et hors subventions ou aides.

Les coûts d'étude sont répartis entre l'étude technique, la recherche de fournisseurs, la fabrication du prototype, les essais préliminaires, la constitution des dossiers et les tests d'homologation.
Cette somme est divisée en coûts d'achat et coûts de main d’œuvre et constitue notre investissement initial.

Nous prévoyons d'autofinancer les coûts de main d’œuvre et de trouver des sources de financement pour les coûts d'achat sachant que nous avons déjà financé l'achat de deux Pinzgauers : un 4x4 qui servira de prototype et un 6x6 permettant de valider la transformation sur ce modèle.

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