BAC PRO Conducteur Routier
Transport de Marchandises
POLE TRANSPORT Louis Armand Chambéry (73)
SÉANCE 12 :
LES BOITES DE
VITESSES
AUTOMATIQUES
Objectif de cette séance : développer les connaissances permettant de conduire rationnellement et en sécurité le véhicule, et d'en exploiter les caractéristiques techniques.
Le conducteur doit être capable d'exploiter les caractéristiques techniques du véhicule en toutes circonstances, et d'identifier les principaux composants et le fonctionnement de la boite de vitesses.
Le coin du prof'...
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1 - Principes de la boite de vitesses automatique :
• Changement des rapports sans l’action du conducteur.
• Plus de pédale d’embrayage.
• Moins de manutention pour le conducteur qui peut se concentrer sur sa conduite.
• Elle ne commet pas d’erreur, ne se fatigue pas et le moteur est donc toujours utilisé de manière optimale.
• Démarrage sans à coup…
boites de vitesses automatiques et/ou robotisées ?
Il existe plusieurs types de boîtes dites « automatiques » , elles sont automatisées, semi-automatiques, robotisées…
Dans certains cas l’automatisme gère toutes les tâches, dans d’autres cas, l’automatisme propose des choix au conducteur qui les valide par une action sur l’embrayage ou qui peut les modifier auparavant par une action sur le levier ou une commande au volant...
Boite de vitesses auto / boite de vitesses manuelle
Commande de boite de vitesses EAT8 sur Peugeot 308
2 - Différents types de boites de vitesses automatique :
L'offre des boîtes automatiques est multiple : classique, robotisée, à double embrayage ou à variation continue...
La Boite de Vitesses automatique fait appel à l’électronique ou aux automatismes qui à partir des données relatives au moteur (régimes), simplifient la manœuvre de la Boite de Vitesses et facilitent au conducteur le choix judicieux des rapports (boite semi-automatique) ou changent les rapports dans l’aide du conducteur (boite automatique).
Le convertisseur de couple joue également ce rôle. Facilement manipulable, il est fréquemment utilisé en service urbain (bus et camions de collecte des déchets ménagers ).
La commande de Boite de Vitesses automatique peut être électrique, hydraulique ou électronique. L’automatisation d’avenir se dirige vers l’emploi de boites mécaniques avec levier assisté par ordinateur et suppression de la pédale d’embrayage.
Principe de la boîte auto-adaptative :
Automatique ou robotisée, la boîte de vitesses peut également être auto-adaptative. Cela signifie que la loi de passage des rapports est calculée en fonction de plusieurs paramètres prédéfinis.
Le calculateur tient compte du comportement du conducteur, du type de parcours et de la position de l'accélérateur afin de proposer le rapport optimal.
Certaines situations sont également prises en compte, comme le maintien d'un rapport ou la rétrogradation pour augmenter le frein moteur, l'impossibilité de changement de rapport montant en virage, ou la rétrogradation maximale quand l'accélérateur est à fond (kick-down) pour relancer la mécanique.
Les conditions de faible adhérence sont aussi détectées par la boîte lorsqu'on adopte un programme de pilotage de type "neige", avec rappel de cette information au combiné.
3 - Avantages de la boite de vitesses automatique :
- Diminution voir suppression de l’effort du conducteur lors des passages de vitesses
- Charge de travail réduite, accroissement de la disponibilité du conducteur, et par conséquent de la sécurité,
- Positionnement sûr et rapide des vitesses
- Empêchement de tout enclenchement erroné
- Possibilité de sauter facilement 2 rapports autant en montée qu’au rétrogradage
- Possibilité supplémentaire de trouver le rapport adapté à la vitesse momentanée du véhicule
- Ménagement de l’embrayage et autres organes de la chaîne cinématique par des manœuvres de passage de rapports dans la zone de régime optimal du moteur.
4 - Notions de fonctionnement :
4.1 BdV automatique avec convertisseur de couple :
Le convertisseur comprend deux éléments essentiels placés dans un carter rempli d'huile :
- la roue motrice : jouant le rôle de pompe,
- la roue réceptrice : qui fait office de turbine.
Ces deux éléments ont une forme demi-torique et sont munis d'ailettes planes disposées radialement. Le mouvement étant transmis par l'huile, Il n'y a aucune liaison mécanique entre elles Lorsque le moteur tourne, la motrice agit comme une roue à aubes de bateau à vapeur, entraînant la turbine.
Au démarrage, la valeur du couple transmis croît progressivement avec l'accélération de la roue motrice et l'huile n'entraîne pas immédiatement la turbine : c'est la phase de patinage.
Dès que le couple devient suffisant, le convertisseur transmet le mouvement à l'intérieur de la boîte de vitesses.
La gestion des rapports est réalisée par un boîtier hydraulique (aujourd'hui assisté d'un calculateur électronique pour un gestion plus fine) qui gère la répartition de la pression pour commander les différents freins et embrayages.
De plus en plus compétitive...
Les boîtes automatiques ne cessent d'évoluer. Ainsi, pour pallier la perte de puissance due au patinage du convertisseur de couple, les fabricants ont associé un embrayage au convertisseur. Dès que la puissance est suffisante, l'embrayage se ferme et "shunte" le convertisseur. Il n'y alors plus de perte ni d'échauffement de l'huile.
Cette nouvelle technique permet de réduire considérablement la surconsommation, donnant à la boîte automatique un nouvel attrait économique.
Boite de vitesses automatique, comment ça marche ?
4.2 BdV "automatique" robotisée :
Gestion électronique sophistiquée :
Dérivée de la boîte de vitesses mécanique, la version robotisée se caractérise par une gestion électronique de l'embrayage et du passage des rapports. La pédale d'embrayage est supprimée, et le levier de sélection de vitesse, bien qu'étant toujours présent, n'a plus aucune liaison mécanique avec la boîte.
En effet, ici, la gestion est assurée par un calculateur qui pilote deux actionneurs : un pour le passage des rapports, et l'autre, équipé d'un système de compensation d'usure de la garniture, qui pilote l'embrayage.
Le calculateur de la boîte dialogue également avec celui qui contrôle le moteur afin d'adapter son fonctionnement au besoin de puissance ( rupture d'accélération ).
Le calculateur contrôle l'ensemble des fonctions liées à la boîte robotisée : mise en route, mode automatique, sécurité affichage. De plus, il diagnostique les défaillances éventuelles et met en œuvre un fonctionnement dégradé, le cas échéant.
Cette gestion électronique sophistiquée prend en compte l'ensemble des paramètres nécessaires pour assurer un passage correct des rapports : position du levier de vitesse, de l'accélérateur, de la pédale de freins, régimes de rotation du moteur et de la boîte de vitesses, vitesse du véhicule, état de l'ABS et de l'ESP. Elle relève en outre le couple et la température du moteur. Ainsi, à partir de l'ordre de changement de rapport, quel que soit le mode de fonctionnement utilisé, le calculateur demande la coupure du moteur, débraye, change le rapport de boîte, embraye et autorise la remise des gaz. Ces opérations sont enchaînées le plus rapidement possible afin d'obtenir la rupture d'accélération la plus courte possible.
Cette boîte propose, en permanence, deux modes de fonctionnement :
En version automatique : où la décision de sélection du rapport est prise par le calculateur à partir de lois de passage auto-adaptatives, le calculateur analyse le comportement du conducteur, le type de parcours (montée, descente, virage), la charge du véhicule et les conditions d'adhérence afin de proposer le rapport de boîte de vitesses le plus approprié.
Avec le mode séquentiel, le conducteur conserve la maîtrise de la sélection des rapports de boîte. Enfin, il est possible de passer les vitesses selon deux types de commandes : au levier (en le déplaçant vers l'avant ou vers l'arrière pour changer de rapport) ou à l'aide de palettes situées derrière le volant (selon le modèle).
4.3 BdV automatique à double embrayage :
La boîte de vitesses à double embrayage est une cousine de la boîte robotisée, à cette différence qu'elle comporte... deux embrayages, chacun relié à un arbre. L'un est utilisé pour les rapports impairs (1ère, 3ème et 5ème) et l'autre pour les pairs (2ème, 4ème, 6ème et marche arrière).
Lorsqu'un embrayage est fermé (la vitesse est enclenchée), le second est ouvert. Une gestion électronique précise permet, via des capteurs situés sur chaque arbre, de savoir quelle vitesse est engagée, en même temps qu'elle relève les régimes de rotation de chaque arbre. Cela interdit, par exemple, le passage de deux rapports en même temps.
L'utilisation des deux embrayages permet aussi, lorsqu'un rapport est engagé, de faire passer le suivant tout en le laissant en attente. Ainsi, dès que le régime moteur devient trop élevé, la vitesse suivante peut être enclenchée très rapidement : il suffit "simplement" d'ouvrir un embrayage et de fermer l'autre.
Aujourd'hui, deux solutions sont proposées :
- Embrayages de type multidisque à bain d’huile ( comme sur une moto )
- Avec 2 embrayages « à sec »
Ces deux propositions présentent chacune des avantages et des inconvénients, à savoir un besoin de place plus important et l'utilisation d'une pompe à huile (engendrant une petite perte de puissance) pour la première, et, pour la seconde, la nécessité d'une étanchéité parfaite des embrayages.
4.4 BdV automatique à variation continue :
La boîte de vitesses à variation continue a fait son apparition dès les débuts de l'automobile, alors que les puissances des moteurs étaient encore faibles.
Baptisée CVT (Continuously variable transmission), elle fonctionne selon le principe du variateur de cyclomoteur : deux poulies formées de deux plateaux coniques, dont un est axialement mobile, sont reliées entre elles par une courroie métallique.
Pour modifier le rapport, il suffit d'écarter ou de rapprocher les plateaux de la poulie motrice afin que l'entraînement de la courroie se fassent plus ou moins près du centre de rotation.
Plus la courroie est près du centre de rotation de la poulie d'entraînement, plus le rapport de démultiplication est important, ce qui correspond aux basses vitesses et à la position de démarrage du véhicule.
A l'inverse, dès que la courroie s'éloigne, le rapport diminue. On obtient alors la position utilisée pour une conduite à vitesse plus rapide.
La courroie utilisée n'est pas de type classique, comme, par exemple, celle destinée à l'entraînement de l'alternateur. Elle est, en l'occurrence, constituée de deux anneaux métalliques reliés entre eux par des clavettes en acier.
4.5 La BdV automatique LUK : la solution du futur ?
Luk, équipementier spécialiste dans la fabrication de systèmes d'embrayages et de boîte de vitesse (mécanique, robotisée ou à variation continue), a intégré un moteur électrique de 10 watts à une boîte de vitesses robotisée à double embrayage.
Ce moteur électrique peut assurer le déplacement du véhicule jusqu'à une vitesse d'environ 50 km/h. le moteur thermique prenant ensuite le relais.
Sur cette version baptisée ESG (elektrisches schaltgetriebe, ou boîte de vitesses à assistance électrique), l'équipementier a, d'autre part, associé le compresseur de climatisation au moteur électrique afin de le faire fonctionner indépendamment du moteur thermique. Cette nouvelle technique permet à la fois d'assurer le refroidissement de l'habitacle quand le moteur est à l'arrêt, et de moins solliciter ce dernier lorsque le véhicule roule.
Selon Luk, cette solution, couplée à un moteur Diesel de 1,3 l, devrait apporter un gain de consommation d'au moins 15 %, et ce pour un coût relativement réduit par rapport à celui des motorisations hybrides actuelles.
Le moteur électrique permet également de fournir une surcroît de puissance, à l'instar d'un turbocompresseur, pour effectuer un dépassement par exemple.
Selon Georg Schneider, responsable des projets boîtes de vitesses pilotées et embrayage chez Luk, "avec une puissance comprise entre 10 et 15 kW pour le moteur électrique, on obtient un coût raisonnable pour le client". Un facteur déterminant pour la suite des événements.
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