Une boîte de vitesses est un élément mécanique proposant plusieurs rapports de transmission entre un arbre moteur et un arbre de sortie.
Son cas d'utilisation le plus fréquent est la transmission du couple d'un moteur thermique aux roues motrices d'un véhicule. Elle est aussi utilisée dans de multiples autres contextes tels que les machine-outils, machines agricoles...
La boîte de vitesses est l’élément qui adapte le couple moteur disponible, souvent constant ou peu négociable, au couple souvent très variable et nécessaire au fonctionnement d'un dispositif mécanique : mise en mouvement, entretien du mouvement, transformation de puissance. Pour un véhicule, il s'agit de la résistance inertielle au démarrage ou celle à l'avancement variant suivant les conditions de roulage (plat, montées, descentes, virages...).
Classification des boîtes de vitesses
Pour les véhicules à moteur thermique, on pourra distinguer les boîtes suivant trois fonctions techniques indépendantes :
* la technologie des réducteurs : par engrenages classiques, train épicycloïdal, courroie...
* Le système de commande : manuelle, semi-automatique, automatique, séquentielle...
* La synchronisation : autorisant le changement de rapport en marche ou à l'arrêt seulement.
* Enfin l'orientation qui n'a d'influence que sur la géométrie des liaisons avec l'arbre moteur et le différentiel. L'architecture est différente suivant que le moteur est implanté transversalement (axe de rotation du vilebrequin parallèle à l'axe de rotation des roues) ou longitudinalement (axes orthogonaux) et, que le couple est transmis aux roues avant, arrière, ou aux quatre roues.
À chaque combinaison correspond un modèle de boîte de vitesses différent.
Boîte manuelle à engrenages parallèles
La boîte manuelle dite « à pignons toujours en prise » « à prise constante » est la plus utilisée de nos jours; elle se distingue sur ce point des boîtes de machines outils qui disposent d'engrenages désaccouplés.
Ce type de boîte est constitué généralement de deux arbres portant des pignons :
* L’arbre d’entrée (ou primaire) lié à l’arbre moteur via l'embrayage, porte les pignons primaires fixes. Il y a autant de pignons que de rapports de boîte.
* L’arbre de sortie (ou secondaire) portant des pignons fous (engrenant respectivement avec un pignon de l'arbre d'entrée), les systèmes de crabotage et les synchroniseurs.
* Le troisième arbre n'intervient que pour la marche arrière. Il contient un pignon pouvant coulisser et s'intercaler entre un pignon de l'arbre d'entrée et un autre de l'arbre de sortie ; ainsi, on dispose d'un engrenage de plus entre les deux arbres (soit deux inversions de sens de rotation au lieu d'une), d'où la marche inversée. C'est le seul cas où l'engrenage n'est pas toujours en prise.
* L'arbre de sortie est lié au couple conique du différentiel, intégré au carter de la boîte (pour les véhicules à traction avant) ou reporté sur le pont arrière (pour les véhicules à propulsion).
* Le changement de rapport se fait par manipulation de coulisseaux actionnant crabots et synchroniseurs grâce aux fourchettes de commandes liées temporairement au levier de vitesses.
Boîte robotisée
Ce sont des boîtes manuelles standards auxquelles on a greffé un système automatisé, électrotechnique /qui pilote les sélecteurs et l'embrayage/ souvent associé à l'hydraulique, qui soit se comportent :
* en mode automatique : comme une boîte automatique changeant les rapports au moment le plus opportun ;
* soit en mode semi-automatique, assistant le conducteur en lui laissant le soin de demander, (à l'aide de boutons, palettes, ou d'un levier), le passage des rapports, mais qui n'agit que quand les conditions ad hoc sont réunies.
On trouve ce système chez différents constructeurs, sous l'appellation Sensodrive chez Citroën, Quickshift chez Renault, Selespeed chez Alfa Romeo, F1 chez Ferrari, etc.
Boîte séquentielle
C'est une version dérivée de la boîte de vitesses manuelle, qui reprend le même principe mécanique de pignons et de crabots, mais avec une configuration qui implique que, le conducteur ne peut pas choisir un rapport au hasard, mais uniquement le rapport immédiatement supérieur ou inférieur à celui en service, ce qui constitue une séquence dans le passage des vitesses. C'est le cas des boîtes de motocyclettes ainsi que de nombreuses automobiles de courses.
On parlera plutôt de « commande séquentielle », laquelle peut être associée à une boîte mécanique (de moto), à une boîte mécanique robotisée, ou à une boîte automatique. Ces deux dernières peuvent également être associées à une commande automatique : la boite est alors mixte : l'automatique est désactivable.
Boîte à crabots
Utilisé en compétition (rallye notamment) et sur les motos, cette boîte possède l'avantage de pouvoir se passer d'embrayage et d'avoir un meilleur rendement, au prix d'une usure qui peut être rapide et d'un claquement lors des passages de vitesse.
Une boîte manuelle, synchronisée, possède des pignons et bagues ( « synchros » ) qui permettent d'accorder la vitesse de rotation de l'« arbre primaire » avec celle de l'« arbre secondaire », avant d'engager les pignons. Il s'agit le plus souvent de bagues coniques complémentaires qui vont se coincer avant l'engagement des crabots définitifs.
Une boîte dite « à crabots » ne possède pas ces synchroniseurs, la vitesse passe d'un coup, et parfois violemment, si les arbres n'ont pas des vitesses de rotation proches. Le changement de rapport demande alors la pratique du double débrayage. Ces boîtes ont souvent des engrenages à dentures droites qui supportent mieux les à-coups, mais qui font nettement plus de bruit, par contre elles ont un meilleur rendement, car la poussée latérale des pignons à denture hélicoïdale est absente.
Boîte automatique
La transmission automatique comporte un système capable de déterminer de façon autonome le meilleur rapport de transmission. Cette transmission détermine seule le bon rapport de transmission, grâce a des informations telles que : le couple et la vitesse de rotation du moteur, l'enfoncement de la pédale de l'accélérateur, la vitesse du véhicule, le mode de fonctionnement de la boite (D, S, manuel), le couple résistant du véhicule (montée, descente) et d'autres fonctions plus complexes qui dépendent du niveau technologique de la boite de vitesses automatique. À l'identique d'une boîte de vitesses robotisée, c'est un système électro-hydraulique piloté par un calculateur électronique qui gère les passages de vitesses. Par contre le transfert de puissance est quasi continu dans une boîte de vitesses automatique, ce qui n'est pas le cas pour les autres types de boîte.
Plusieurs approches pour la commande de la boite de vitesses sont aujourd'hui sur le marché :
* Le sélecteur de commande « PRNDL » se caractérise par le fait que chaque position définit un mode de fonctionnement spécifique. On peut ainsi trouver par exemple les positions suivantes :
o P : frein de parking (Park) : la transmission est bloquée par l'enclenchement d'un verrou dans un élément tournant de l'étage de sortie ;
o R : marche arrière (Reverse) ;
o N : point mort (Neutral) ;
o D : conduite normale avec la totalité des rapports (Drive) ;
o 3 et/ou 2 : conduite soit :
+ avec les seuls rapports de 1re, 2e ou 3e, ce qui laisse le moteur prendre des tours ;
+ avec le seul rapport de 2e (même au démarrage) pour faciliter les départs sur neige ou verglas ;
o 1 ou L : Conduite en 1re ou (Lent), utilisée par exemple dans les fortes descentes.
* Le sélecteur « steptronic » se trouve en général sur les modèles plus récents. Il garde les positions P, R, N et D du « PRNDL » mais offre généralement une position sport. Cette position permet d'obtenir une sélection plus agressive des rapports lors d'une conduite sur route sinueuse par exemple. De plus, lorsque le sélecteur est en position D ou S, un mode manuel permettant au conducteur de choisir directement le rapport est disponible. En parallèle de ce système, chaque constructeur peut choisir d'ajouter des boutons ou leviers sur le volant pour sélectionner le rapport.
* Le point commun entre ces deux modes de fonctionnement est qu'il existe un lien mécanique entre le levier et la boite de vitesses. Plusieurs constructeurs offrent maintenant un système se rapprochant du système « steptronic » mais utilisant une commande électrique pour toutes les manœuvres. Le choix du mode se fait en fonction de la position actuelle de la boite et du sens dans lequel le conducteur bouge le levier. Par exemple, si le conducteur est en position « Drive » et qu'il pousse d'un cran le sélecteur, la boite automatique commandera la position « Neutre » ; Par contre si le conducteur pousse le sélecteur de deux crans, la boite commandera la position « Reverse ». Pour passer en position « Park » il faut généralement appuyer sur un bouton. Ce type de commande est intéressante car le constructeur peut placer le levier où il veut dans l'habitacle du véhicule mais demande également un niveau de sécurisation plus élevé. En effet si l'électronique devait avoir un problème, le conducteur peut ne plus avoir les moyens de se mettre dans une position sûre ( « Neutre » ).
Vue de l'extérieur, cette boîte est disposée identiquement à la boîte manuelle entre le moteur et le différentiel-pont. Cependant, la gestion des changements de vitesse requiert des adaptations technologiques :
* en amont, l'embrayage est remplacé par un convertisseur de couple hydraulique. Son rôle est de transmettre le couple d'entraînement tout en autorisant des glissements (équivalent du patinage inévitable lors du passage de rapport), il sert aussi à séparer le moteur du reste de la chaîne comme un embrayage. En glissement quasi permanent, c'est l'élément à l'origine du mauvais rendement de ce type de boîte. Les boîtes modernes disposent de plus d'une crabotage du convertisseur qui s'enclenche dès que les régimes des arbres d'entrée et de sortie sont suffisamment voisins. De ce fait le rendement est optimal.
* La constitution la plus répandue est celle de trains épicycloïdaux en cascade. En solidarisant par le biais d'embrayages ou de freins, certaines parties de ces trains, on obtient des rapports différents. La sélection d'un rapport dépendant alors uniquement d'une combinaison d'ordre des pistons de commande. De ce fait, il n'y a aucun crabotage à piloter.
* Un étage, ou train épicycloïdal est constitué de différents composants, planétaires, satellites, porte satellites, qui tournent librement les uns par rapport aux autres (2 mobilités par étage).
* Une pompe hydraulique haute pression, intégrée dans la boîte, entraînée directement par le moteur, fournit l'énergie pour les actuateurs hydrauliques nécessaire aux embrayages et aux freins, elle lubrifie aussi sous pression les différents éléments.
* Le système de commande prend en considération l'intention du conducteur (état des pédales d'accélérateur et frein) le régime du moteur, la vitesse du véhicule, ainsi que le couple transmis. Le meilleur rapport est alors appliqué. Un distributeur (équivalent de la carte à trous) envoie alors la pression vers les éléments concernés.
o Les premières générations de boîtes automatiques sont pilotées par des systèmes mécaniques, électromécaniques (boîte Cotal) ou hydrauliques. Un câble reliant la boîte à l'accélérateur, asservit la boîte à la charge du moteur. La pression variable délivrée par la pompe donne une information proportionnelle au régime moteur. Ces paramètres permettent au système de contrôle de déclencher le passage des rapports en fonction des besoins.
o Les générations de boîtes actuelles sont pilotées par des calculateurs électroniques, lesquels, associés à de nombreux capteurs, permettent une gestion de plus en plus intelligente de la boîte.
Note importante : le contrôle du niveau d'huile d'une boîte automatique se fait moteur tournant, la pompe à huile « remplissant » le convertisseur de couple. Ceci implique qu'une boîte automatique dispose d'une jauge.
--Message édité par le 17-03-10 à 08:49:29--
Scrapyard Dog
