Le fonctionnement général d’une boîte de vitesses automatique (BVA)

Les boites de vitesses automatiques permettent au conducteur de s’affranchir des contraintes de changements de vitesse. Cependant, leur gestion pose un problème : comment prendre en compte la volonté du conducteur ?

1.1      Qu’est-ce qu’une boîte de vitesses automatique ?

Une boîte de vitesses automatique^[1]est un système qui assume automatiquement les fonctions de l’embrayage et de la boîte de vitesses. L’accouplement entre le moteur et la boîte de vitesses est plus progressif et plus doux et le couple transmis aux roues au niveau de la boîte est plus important. En revanche, l’augmentation du couple entraine une diminution de la puissance.

Dans une transmission m´mécanique, c’est le conducteur qui choisit le rapport en ´évitant de d´passer les régimes dangereux pour le moteur. Une bva doit donc ˆetre pourvue d’un système susceptible de s´sélectionner le meilleur rapport en fonction de la vitesse du véhicule et du régime du moteur.

Pour la plupart des transmissions automatiques, cette fonction est assurée par un calculateur. Un signal provenant des roues indique la vitesse du véhicule et le système effectue une première s´élection entre les rapports (rapports supérieurs si la vitesse est ´élevée, inferieurs si la vitesse est faible). Ensuite, un signal provenant du moteur indique le régime et le calculateur peut donc choisir le rapport qui permettra au moteur de tourner a` un nombre de tours ni trop bas ni trop haut (généralement entre 2000 et 5000 tours par minute).

Schéma général d’une boîte de vitesse automatique :

1.2 Les BVA, une invention qui a eu besoin des progrès techniques de tout un siècle pour devenir compétitive

La première bva à être réalisée par la société américaine Sturtevant – Miel en 1907. Les pignons ´étaient toujours en prise et chaque rapport disposait de son propre embrayage. Un dispositif centrifuge commandait le passage des différentes vitesses.

En 1908, Hermann Fottinger¨ inventa le coupleur hydraulique, qui allait révolutionner les bva. En 1939, la première boîte automatique munie d’un convertisseur de couple hydraulique fut mise au point par General

Motors.

Enfin, a` la fin du vingtième siècle, la maitrise de technologies telles que l’électronique a permis aux concepteurs de bva d’améliorer fortement leur comportement. Depuis 1991, avec l’apparition de la logique floue dans les transmissions automatiques, le pouvoir de d´excision des calculateurs se rapproche toujours plus de l’esprit humain.

1.3    Les éléments mécaniques d’une BVA

      1.3.1    Le convertisseur de couple

Cet élément peut etre considère comme un embrayage hydraulique dont l’enclenchement se produit de manière automatique, d`es qu’un certain nombre de tours a ´etre dépasse.

Un coupleur hydraulique comprend deux éléments essentiels : la motrice jouant le rôle de pompe et la réceptrice qui fait office de turbine. Ces deux éléments ont la forme d’un demi-tour et sont munis d’ailettes planes disposées radialement. La motrice et la réceptrice sont montées dans un carter qui est rempli d’huile.

-         Éclatée de la motrice, de la réceptrice et du couvercle

L’huile est l’agent qui transfère la puissance ; en effet, il n’y a aucune liaison mécanique entre les deux éléments. Le coupleur transmet une puissance proportionnelle au cube de la vitesse et un couple proportionnel au carré de la vitesse. Ces deux grandeurs dépendent aussi du volume d’huile dans le carter.

–        Schéma en coupe d’un coupleur traction

Au démarrage, la valeur du couple transmis croit progressivement avec l’accélération de la motrice et l’huile n’entraîne pas immédiatement la réceptrice. Tant que le couple transmis n’a pas atteint la valeur du couple résistant de la machine a` entrainer, le glissement est de cent pour cent (100 %). Très rapidement (en quelques secondes au plus), le couple transmis dépasse le couple résistant et la vitesse de la réceptrice croit. Le démarrage de la machine s’effectue donc progressivement jusqu’au régime permanent. Une fois ce régime atteint, le glissement est inférieur a` cinq pour cent (5 %).

En pratique, pour une bva, le régime permanent est assez rare. En effet, le conducteur impose le plus souvent une accélération ou une d´décélération à son véhicule.

1.3.2          Le bloc hydraulique

Le bloc hydraulique sert de distributeur. Il est alimenté par une pompe a` huile et délivre aux différents organes de la boîte une pression d’huile appelée pression de ligne. Ainsi, il contrôle la commande du convertisseur de couple mais aussi l’alimentation du circuit de graissage, les pistons des bandes de freinage, ...

Lors du fonctionnement, les informations provenant des capteurs de vitesse en entrée et en sortie de la bva sont comparées et le résultat d´extermine l’injection d’huile sous pression dans l’une ou l’autre des parties de la bva. Lorsque le bloc envoie de l’huile sous pression dans la boîte ou dans le convertisseur, l’huile passe a` travers les ´électrovannes, commandées avec précision grâce a` un calculateur. Les régulateurs servent a` ´évacuera de l’huile si la pression devient trop importante dans le bloc hydraulique. Enfin, la sonde de

–        Schéma d’un bloc hydraulique

Température d’huile a un fonctionnement similaire a` celle d’un moteur : elle commande l’allumage d’un voyant sur le tableau de bord si la température de l’huile devient trop élevée.

1.3.3      La boîte de vitesses, composée de trains ´épicycloïdaux

Sur une boîte mécanique, le moteur est complétement désolidarisé de l’arbre menant aux roues lors du changement de rapport. Sur une bva le passage des vitesses sans heurts est beaucoup trop difficile et compliqué à mettre en œuvre. Ainsi, les concepteurs ont préféré utiliser un système de trains ´épicycloïdaux.

Un train ´épicycloïdal se compose de trois éléments : la couronne, le satellite et le planétaire. Dans une bva, ils sont toujours en prise mais peuvent ˆetre bloques pour ´éviter une perte de puissance.

–        Schéma d’un train ´épicycloïdal

Pour bloquer certains trains, on utilise en général des bandes de freinage. Sur la photo 1.6, on peut voir les bandes de freinage et leur piston correspondant, actionné par le bloc hydraulique, qui provoque le blocage. Chaque train (donc chaque rapport de vitesse) dispose de sa propre bande de freinage.

- freinage

1.4 La résolution du problème de style de conduite du conducteur

La première solution à ce problème à été d’adapter les bva sur des voitures disposant d’une grosse motorisation. De cette façon, le conducteur pouvait régler son style de conduite grâce a` la pédale d’accélérateur. Malheureusement, cette solution coûte cher, et les personnes voulant disposer d’une bva ne pouvaient pas toujours s’offrir la voiture qui allait avec.

Une deuxième solution consiste à` placer un levier de commande pour le style de conduite. Généralement, trois modes sont proposés : le mode normal, un mode sport et un mode neige (ou route glissante). Cette solution n’était toujours pas satisfaisante. En effet, le mode sport n´nécessitait encore un moteur puissant, donc adapter cette boîte sur une voiture moins puissante posait encore le problème du style de conduite du conducteur.

La troisième solution est présentée dans le deuxième chapitre, a` savoir : l’introduction du pilotage ´électronique a` travers des calculateurs et adapter ces calculateurs pour leur permettre de fonctionner en logique floue.

---