Il y a différentes boîtes de vitesse :
- boîte manuelle : celles que nous connaissons en Europe
- boîte automatique classique : celles que nous
voyons aux USA
aujourd'hui.
Cependant, chacun des types évolue :
- boîte manuelle : vers une boîte robotisée
- boîte automatique : vers des transmissions
continuemant variables (CVT).
Il y a aussi d'autres types plus spécifiques comme les boites automatiques à 2 embrayages.
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Exemple : boite automatique 6 vitesse (BMW, Jaguar). Chacun des rapports est
sélectionné en activant un des mini
embrayages, lui même pilote par des vannes électro-hydrauliques. |
Les boites manuelles robotisées
Exemple : Alfa Roméo Selespeed.
Ces transmissions sont en train de devenir populaires en Europe :
- bon rendement du fait de l'absence de convertisseur de couple
- possibilité de garder une commande manuelle (rapport + ou rapport-).
La plupart de ces boîtes sont aujourd'hui à commandes hydrauliques :
l'électronique pilote des électro-vannes qui distribuent la pression
hydraulique : il était plus facile de distribuer une pression que de mettre des
micro-moteurs pour chaque engrenage.
Des commandes électriques sont déjà prêtes (plus besoin de pompe hydraulique
sur le bloc moteur => économie de carburant).
les boîtes à double embrayage
semblent celles promises à un développement en volume en Europe.
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Exemple : boite Renault |
Les CVT à courroie sont déjà en production sur certaines voitures.
Cependant, elles ne peuvent être montées (économiquement) sur des moteurs avec
un gros couple.
Des nouvelles CVT sont au stade de prototypes / production limitée : les CVT
toroides et les CVT-coniques
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Principe : C'est un entraînement par courroie classique mais les flasques des poulies peuvent se rapprocher/s'éloigner pour changer le rapport de transmission. Du fait des puissances à transmettre, il faut des courroies spéciales. |
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Courroie : La fiabilité de ces transmissions a beaucoup augmenté lorsqu'on est passé à des courroies métalliques (au lieu de courroies classiques). La photo montre une courroie métallique : des feuilles métalliques maintenues par des chaînons individuels. |
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Exemple : CVT pour la nouvelle mini. Electronique : pour la nouvelle mini, l'électronique configure la boite CVT en boîte à 6 rapports. (avoir plus de 6 rapports offre peu d'intérêts). |
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Principe : Audi a développé une chaîne pour améliorer la vitesse de changement de rapport des boîtes CVT et pour en augmenter le couple maximum. Autre innovation : la pression des disques est asservie au couple pour minimiser les pertes d'énergie. |
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Rapport de transmission : de 6 à 1 (de 5 à 1 sur une boîte manuelle). |
Inventées par Charles Hunt en 1877, elles ont déjà été utilisées sur plusieurs voitures vers 1920 et 1950 mais le manque de maîtrise des composants les a rendu peu fiables à l'époque.
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Principe : Un galet sert d'intermédiaire entre 2 roues. L'angle de contact du galet fait varier la vitesse de l'arbre de sortie par rapport à l'arbre d'entrée. |
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Application : Pour augmenter le rendement, on utilise 2 toroides. Coupe d'une boite de vitesse Nissan. |
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Les transmissions toroïdales utilisent un fluide élastohydrodynamique (EHL) : sa
viscosité augmente beaucoup avec la pression au
point d'être presque solide. => il y a transmission de couple sans contact donc sans usure et avec un très bon couplage, donc bon rendement.. Cependant, il faut des précisions importantes sur les élements (quelques microns d'espace entre le galet et les roues). |
Caractéristiques principales des CVT toroidales :
Rendement : > 92%
Vitesse de changement de rapport (entre extrêmes) : 1/7 de tour moteur !!!
Durée de l'état solide du fluide : quelques microsecondes seulement.
Faiblesse : demande des états de surface de très bonnes qualités;
fiabilité à démontrer.
Avantage : va devenir moins cher que les boites de vitesse classiques !!!
Rapport de vitesse : 4.4 à 1
Conic CVT
Conic CVT are also based on a metal / metal
contact together with an elastohydrodynamic fluid.
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Principle : An intermediate metal ring is used to set the speed ratio between 2 cones. The ring is moved along the cone to change the ratio. The contact is a metal/metal contact using an elastohydrodynamic fluid. prototype information :  |
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Conic CVT features :
reduced number of parts
low power control requirements (about 20watt)
low tolerance requirements
La photo ci-dessous illustre une boîte de vitesse manuelle
pour moteur transversal et traction (sur l'arbre de sortie on voit le
différentiel).
On voit les 2 commandes des fourches qui déplacent des engrenages afin de les
engager sur les synchro.
Les boîtes automatiques à 2 embrayages
Les boîtes de vitesse à 2 embrayages ne sont pas récentes.
La première a été conçue par Adolphe Kégresse pour les Citroën Traction !!
Le principe qu'un seul des embrayages soit totalement enclenché : pendant
qu'une vitesse est active, la suivante est préparée mais son embrayage n'est
pas actif : lors du passage de la vitesse suivante, comme tout est prêt, il n'y
a plus qu'à embrayer la vitesse suivante et à débrayer en même temps la
vitesse actuelle : il y a continuité du couple moteur : c'est une boîte
de vitesse automatique avec les sensations d'une boîte manuelle.
Caractéristiques : Passage à une vitesse supérieure : 8ms !!!. passage à une
vitesse inférieure : 600ms (ce n'est pas la boîte qui défini ce chiffre mais
le système boîte/moteur).
Application / utilisation : voitures sportives.
Embrayage double de Volkswagen : les embrayages sont coaxiaux (compacité)
Synoptique de la boîte DSG de Volkswagen :
Photo de la boîte Direct Shift Gearbox de Volkswagen (Audi TT3.2, Golf R32).
Temps de changement de vitesse
Selespeed Alfa Romeo : 700ms en mode sport; 1 à 1.5 secondes
en mode normal.
Aston Martin Vanquish : 250ms
Maserati 4200GT : 80ms
Hydraulic actuator : soloneoid
driving the opening/closing of an hydraulic valve.
control method : PWM from the CPU : the average pressure is the direct
integration of the PWM signal.
Delphi hydraulic valve : 
Limitation : This requires an hydraulic pump.
Advantage : force/actuation can be easily applied where it is needed.
Electric actuator : electric
motor are coming on the market.
Ex : LUK electric motor :
Advantage : no more need of hydraulic pump : energy consumption only when
needed.
Limitation : mechanical implementation : the complete system needes to be
redesigned for electric motor integration.