Le volant en magnésium des véhicules automobiles

Volant automobile - Source PSA.

Volant automobile - Source PSA.

Le volant en magnésium des véhicules automobiles est un produit complexe qui intègre, en plus de sa fonction de direction, de nombreuses commandes intégrées facilement accessibles au conducteur (radio, régulateur de vitesse, avertisseur sonore, …) ou des organes de sécurité (airbag). Ce composant du véhicule, qui allie le design aux fonctions techniques, a fortement évolué et continuera de se transformer.

Le volant automobile – un peu d’histoire

Volant magnésium - premier volant automobile en 1894 sur un véhicule Panhard.
Volant magnésium – premier volant automobile en 1894 sur un véhicule Panhard.

Le tout premier volant automobile apparut en juillet 1894 sur la Panhard 4 CV d’Alfred Vacheron dans la course Paris-Rouen organisée par un journaliste du Petit Journal, un quotidien parisien. Il s’agit alors de la toute première compétition de l’histoire de « voitures sans chevaux ». La vitesse est réglementée à 12,5 km/h et sont privilégiées pour les récompenses les véhicules répondant à 3 critères : « sécurité », « commodité » et « bon marché relatif ». Plus de cent voitures avec différents types de motorisation (vapeur, pétrole, gazoline, électrique, air comprimé, pédales, …) participeront à cette course. Alfred Vacheron arrivera 4ième et touchera un prix de 1000 Francs. Panhard et Levassor et Les fils de Peugeot frères arriveront 1ier ex-aequo. Le volant est ensuite venu remplacer progressivement la barre qui servait alors de commande de direction aux voitures de l’époque.

Une complexification croissante du volant

Le volant, très simple à l’origine, et dédié uniquement au contrôle de la direction, s’est peu à peu complexifié et a pris du volume (et du poids) en intégrant progressivement de multiples fonctions secondaires (radio, commandes de régulation de la conduite, airbag, …). Le matériau du volant a lui aussi fortement évolué. L’armature du volant, initialement en bois à l’origine, est passée à l’acier, puis à l’aluminium et enfin au magnésium. De très nombreux matériaux sont utilisés de nos jours dans un volant (magnésium, acier, polymère, cuir, …) qui devient un assemblage hybride et multi-matériau.

Les raisons du choix du magnésium pour le volant

Magnesium steering Wheel.
Magnesium steering Wheel.

A ce jour, la seule application où le magnésium a été généralisé dans l’automobile est l’insert de volant. En effet, dans ce cas particulier, le magnésium amène des performances optimisées (inertie polaire, intégrations de fonctions, tenue au crash, …) à moindre coût. Pour le volant, le gain de poids apporté (500 g environ), en vue d’alléger pour réduire la consommation, n’est pas l’élément décisionnel pour le choix du matériau alors que l’inertie polaire l’est davantage. De plus, le magnésium (AM50 et AM60B en particulier) apporte une capacité élevé d’absorption de l’énergie en cas de chocs et une très bonne capacité d’amortissement des vibrations.

Le passage de l’aluminium au magnésium

Alors que dans les années 80, les armatures de volant étaient réalisées majoritairement en aluminium injectés avec surmoulage d’insert en acier, la très grande majorité de ces pièces est aujourd’hui réalisé en magnésium monobloc (sans insert acier). Il reste néanmoins quelques modèles en aluminium qui représentent entre 20 % et 30 % du marché environ. L’aluminium semble cependant en constante diminution.

La gamme de fabrication d’un volant automobile

La gamme de fabrication d’un volant automobile (vidéo en anglais)

Au-delà de l’opération de fonderie sous pression qui permet de réaliser l’armature en magnésium, de nombreuses autres opérations sont ensuite nécessaires pour arriver au volant final. Il faut en effet surmouler l’armature à l’aide d’une mousse de polyuréthanne souple par le procédé RIM (Reaction Injection Moulding) puis insérer les composants électroniques et accessoires de commandes et enfin monter l’airbag central. Ces différentes opérations sont, pour certaines, entièrement automatisées.

Les différents types d’alliages de magnésium et d’aluminium

Composition chimique alliages de magnésium.
Composition chimique alliages de magnésium.

Plusieurs nuances d’alliages de magnésium sont utilisées pour réaliser l’armature en fonderie : l’AM50 et l’AM60. Les armatures en aluminium, en nette diminution, sont quant-à-elles, généralement moulées en AlSi9Cu3. Le comparatif entre les alliages de magnésium et l’AlSi9Cu3 montrent des meilleures performances spécifiques (ramenées à la masse volumique) du magnésium pour le Rp0.2 et la tenue au choc.

Volant en magnésium  -Caractéristiques mécaniques spécifiques ramené à la masse volumique - magnésium et aluminium.
Volant en magnésium -Caractéristiques mécaniques spécifiques ramené à la masse volumique – magnésium et aluminium.

Les procédés de transformation du magnésium

Les armatures de volants en magnésium sont très majoritairement réalisés en fonderie sous pression chambre froide avec un gaz de protection au niveau du four de fusion/maintien pour éviter l’inflammation du magnésium. La fonderie sous pression permet de garantir une très bonne précision dimensionnelle, de limiter les usinages ultérieurs (near-net-shape casting) et enfin de réaliser des parois minces (allègement de l’armature) avec des temps de cycle court (compatible avec les grandes séries automobile).

La fabrication de volants en France

L’équipementier automobile Autoliv est concepteur et fabricant d’airbags, de volants et de ceintures de sécurité. Dans l’hexagone, sur son site de Chiré-en-Montreuil (en région Nouvelle Aquitaine), Autoliv Isodelta fabrique des volants et possède une fonderie sous pression intégrée pour l’injection des armatures en aluminium et en magnésium.

Les innovations de la fonction volant

Des innovations technologiques apparaissent régulièrement sur le volant. Certains volants peuvent ainsi vibrer pour alerter le conducteur d’une situation dangereuse alors que dans certains pays froids, les volants sont chauffants pour le confort du conducteur.

Le volant intuitif d’Autoliv

zForce DRIVE Intuitive Steering Wheel - Source Autoliv.
zForce DRIVE Intuitive Steering Wheel – Source Autoliv.

Le volant intuitif zForce DRIVE d’Autoliv est une innovation basée sur un IHM (Interface Homme Machine) qui utilise la technologie tactile et des commandes de mouvements aériens pour permettre au conducteur de garder le contrôle total, permettant d’avoir une transition transparente entre la conduite manuelle et la conduite automatisée. En utilisant la technologie tactile et le contrôle des mouvements de l’air, zForce peut anticiper les actions humaines et y réagir afin de s’adapter à tous les revêtements de route et à toutes les conditions météorologiques. La technologie infrarouge permet de toucher n’importe quelle surface du volant, ce qui le rend idéal pour les applications futures où la diversité est la clé. zForce permet au conducteur de contrôler plus de fonctions avec moins de distraction, ce qui rend la conduite plus sûre.

Les volants haut de gamme

Sur les modèles haut de gamme, la finition main du volant peut intégrer du cuir ou du bois sur tout ou partie du volant (branches, …) et des parties chromées.

Le volant des véhicules partagés

Certains constructeurs imaginent déjà le volant du futur. Ainsi, selon Jaguar, le volant deviendrait amovible et aussi intelligent qu’un smartphone. « Le volant connecté pourrait bien devenir le seul élément de votre véhicule dont vous soyez propriétaire », imaginaient les ingénieurs de Jaguar en 2017. « Il sera reconnu par le véhicule partagé et servira à y importer vos préférences en matière de réglages de siège et de radio, vos itinéraires fréquents, … ».

La disparition du volant sur les véhicules autonomes ?

En 2014, le prototype de voiture 100% autonome de Google lançait la tendance de la voiture « sans volant ni pédales ». Seul un bouton rouge d’arrêt d’urgence permettait au passager d’interagir avec le véhicule, en cas de problème donc. Depuis, certains prototypes ont prolongé cette expérience et l’ensemble des constructeurs automobile travaillent sur des véhicules futurs plus autonomes.

Ainsi, par exemple, le Groupe PSA déploie son programme AVA « Autonomous Vehicle for All » (véhicule autonome pour tous) pour une voiture autonome simple et intuitive. Le groupe Renault propose lui aussi sur ses véhicules des systèmes d’aide à la conduite dits « ADAS » pour Advanced Driver Assistance Systems (Systèmes d’aide à la conduite avancés).

Automatisation de la conduite automobile et importance du volant.
Automatisation de la conduite automobile et importance du volant.

Plusieurs modes de conduites sont envisagés avec des degrés d’automatisation du véhicule autonome classés en cinq niveaux par l’OICA (Organisation Internationale des Constructeurs Automobiles). On distingue ainsi le niveau 1 «Hands on» : (avec les mains) aides à la conduite sous surveillance du conducteur, le niveau 2  «Hands on » ou « Hands off» : (avec ou sans les mains) conduite automatisée sous surveillance du conducteur, le niveau 3 «Eyes off» : (sans surveillance visuelle) conduite automatisée dans des situations définies sans surveillance du conducteur,  avec reprise en main requise par le conducteur en cas de demande du système, le niveau 4 «Mind Off» : (sans intervention humaine) conduite automatisée dans des situations définies sans surveillance conducteur sans besoin de reprise en main et enfin le niveau 5 « Driverless » : conduite automatisée sans conducteur. Seul le niveau 5, encore lointain, pourrait se passer totalement du volant sous réserve d’une acceptation sociétale et d’un changement de la réglementation. Le véhicule complètement autonome – sans commande manuelle et donc sans volant – n’est sans doute pas pour demain …

Conclusions

Le volant a déjà fortement évolué (passage de l’aluminium au magnésium pour l’armature, diversification des fonctions d’usage, …). Dans le futur, avec la montée progressive de l’autonomie du véhicule, le volant va sans doute être de plus en plus connecté au reste du véhicule et intégrer de multiples aides à la conduite.

6 commentaires

  1. Mercier dit :

    Sigmasoft Virtual Molding est à votre disposition pour simuler et optimiser tout process d’injection Magnesium ou Aluminium comme nous le faisons également pour les Thermoplastiques, les thermodurs et les Elastomères.
    visitez notre site: http://www.sigmasoft.de pour plusd’information

    • Alain JUPIN dit :

      Bonjour
      Merci de votre proposition. Pour information, la plateforme numérique de simulation fonderie/forge/fabrication additive de CTIF est rompue à l’exercice. Si vous avez besoin d’échanger sur le sujet sur des problématiques complexes, nous nous ferons un plaisir de vous accompagner.
      Très cordialement
      Alain JUPIN
      jupin@ctif.com

  2. Bonjour,
    Le groupe Français ID Casting propose des solutions innovantes et économiquement performantes en transformant le magnésium en chambre chaude depuis plus de 10 ans. Nous obtenons des cadences de production plus élevée avec de plus petite machine qu’en chambre froide.
    N’hésitez pas à prendre contact avec nous si vous souhaitez plus de renseignement ou simplement un devis ! Vous pouvez contacter cette adresse :
    c.richard@id-casting.com ou appeler le 03 84 66 30 35.

    Cordialement,

    • Le métallonaute Le métallonaute dit :

      Bonjour Sébastien. Merci de cette information sur la transformation du magnésium en chambre chaude, qui effectivement est intéressante en termes de cadence de production.

      • griveaud dit :

        Attention avec l’inertie polaire
        La tendance à la réduction des tailles de volant, les mousses légères ammenent maintenant au problème inverse part manque d’inertie au regard des exigences attendues ….

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