LA BOITE DE VITESSES MECANIQUE

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boîte de vitesses Renault PK6 (pour l'exemple)
boîte de vitesses à deux embrayages

la boîte de vitesses automatique
les performances d'une automobile

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Bases

- Bibliothèque technique de base
Voici une sélection de livres ou de documents de ma bibliothèque, à lire absolument, avec, en rouge, ceux qu'il me reste à me procurer...
Boîte de vitesses manuelle pilotée Sensodrive Type MA - Citroën 2002
Manual Gearbox Design - Alec Stokes 1992



Adaptation du couple à la vitesse - Boîte de vitesses à trains parallèles
Identifier les éléments de la transmission et et enoncer leur fonction.
Connaître le principe mécanique de conversion mécanique du couple moteur.
Connaître la relation puissance-couple-régime de rotation.
Connaître les principes élémentaires des mécanismes de changement de vitesses.
Connaître la relation puissance-couple-régime de rotation.
Choisir le fluide adapté à chaque circuit.

Fonction
Adapter le couple moteur au couple résistant, désaccoupler la transmission, permettre la marche arrière.
Le couple résistant dépendant de :
la résistance au roulement : poids du véhicule, inertie (accélération au démarrage et en mouvement), pente de la route.
la résistance de l'air : coefficient de forme et maître-couple.

Principe
Démultiplication, point mort, marche arrière.

Grandeurs associées
puissance : P = Cw où C couple et w vitesse angulaire (régime de rotation n).

Technologie
Engrenages : parallèles (boîte de vitesse, réducteur), concourrant (renvoi d'angle), trains épicycloïdaux.
Dentures droites : pignon balladeur, marche arrière.
Denture hélicoïdale : montage des pignons (fixes, fous), boîte 2 arbres, boîte 3 arbres.

Passage des vitesses
Crabotage, synchronisation, interdiction.
Commande : sélection, interdiction.


synchronisation

Renault

Peugeot "New Process"


Citroën

Syncromesh (New Process)

Borg Warner

Porsche

Caractéristiques
Rapport de démultiplication (formule de Willys) : w1/w2 = d2/d1 = Z2/Z1

Documents fournis
Caractéristiques principales des engrenages - engrenages parallèle, coucourant, gauche - train à roue intermédiaire boîte 2 arbres - boîte 3 arbres - boîte de vitesses - chaîne cinématique de transmission
Principe du crabot - synchroniseur
Commande des vitesses - dispositifs de verrouillage et d'interdiction
Régler une boîte de vitesses

Maintenance
Apprécier le niveau d'huile de la boîte de vitesses.
Apprécier l'étanchéité de la boîte de vitesses.
Vérifier le serrage des bouchons de vidange. Remplacer l'huile de la boîte de vitesses. Régler les commandes de la boîte de vitesses. Remplacer la boîte de vitesses.
Réviser une boîte de vitesses : comprenant dépose-pose boîte de vitesses, régler le jeu latéral des pignons, régler le centrage des baladeurs, régler la précontrainte des roulements.
Effectuer le diagnostic de la boîte de vitesses : passage de vitesses difficile, bruits anormaux.

Recherche
Relever le nombre de rapports et la grille de vitesses pour deux véhicules de son choix équipés d'une boîte manuelle.
Relever les rapports de démultiplication ou les rapports de couple, selon les données du constructeur.


Adaptation du couple à la vitesse - Boîte à trains épicycloïdaux
Identifier les éléments de la transmission et et enoncer leur fonction.
Connaître le principe mécanique de conversion mécanique du couple moteur (train épicycloïdal).
Boîte à trains épicycloïdaux

Technologie
Planétaire,satellite et porte-satellite, couronne.
Passage des rapports : mise en action des freins et des embrayages
Différents types de trains épicycloïdaux

Caractéristiques
Rapport de démultiplication (formule de Wyllis) : (wp - W) / (wc - W) = (-1)n.Zc/Zp = -q
où vitesse planétaire wp, couronne wc, porte-satellite W

avec ZC 13 dents et ZP 35 dents, q = ZC / Z P = 2.0857
I : wC = 0, wP moteur ; wP / W = q + 1 = 3.0857:1 (0.3241)
II : wP = 0, wC moteur ; wC / W = 1/q + 1 = 1.4794:1 (0.6759)
III : wC = wP, wP moteur ; wP / W = 1
MAr : W = 0, wP moteur ; wP / wC = -q (inversion) = - 2.0857:1 (- 0.4794)

Documents fournis
Train d'engrenages parallèles - train épicycloïdal - train épicycloïdal - train épicycloïdal complexe
boîte de vitesses à train épicycloïdal à 2 planétaires - train épicycloïdal à 2 couronnes

Maintenance
...

Recherche
...

Boîte de vitesses Renault PK6

Boîte de vitesses manuelle à 6 rapports à course de sélection courte.
Le 6ème rapport permet d'agrémenter les grands trajets en réduisant le niveau sonore et la consommation.
Dérivée de la boîte 5 vitesses :
Frottements mécaniques réduits de 20 %,
poids réduit de 2 kg.
Grande précision de sélection, efforts de passage réduits et bonne filtration.
Fourchettes sont montées sur des bagues téflonnées ou à aiguilles.
Efforts diminués de 30 %, débattement du levier de 15 %.
Commande de boîte à câbles
Embrayage Luk à mécanisme spécifique.
Limitation de l'excitation de la boîte par le moteur avec une liaison "flexible",
point de débrayage et efforts constants.


Rapports de boîte / rapports finaux

coupleIIIIIIIVVVIMAr
PK6-001
Laguna II F9Q
19/64
0,2969
11x43
0,2558/0,0759
19x40
0,4750/0,1410
31x43
0,7209/0,2140
41x40
1,0250/0,3043
41x31
1,3226/0,3926
47x30
1,5667/0,4651
27x47
0,5745/0,1705
PK6-002
Laguna II G9T
19/64
0,2969
11x43
0,2558/0,0759
19x40
0,4750/0,1410
31x43
0,7209/0,2140
41x40
1,0250/0,3043
41x31
1,3226/0,3926
47x30
1,5667/0,4651
27x47
0,5745/0,1705
PK6-003
Avantime F4Rt
17/64
0,2656
11x43
0,2558/0,0680
19x40
0,4750/0,1262
29x43
0,6744/0,1791
39x43
0,9070/0,2409
39x55
0,7091/0,1884
41x31
1,3226/0,3513
27x47
0,5745/0,1526
PK6-004
Avantilme G9T
17/64
0,2656
11x43
0,2558/0,0680
19x40
0,4750/0,1262
31x43
0,7209/0,1915
41x40
1,0250/0,2723
41x31
1,3226/0,3513
47x30
1,5667/0,4161
27x47
0,5745/0,1526
PK6-006
Clio V6 L7X
17/64
0,2656
11x43
0,2558/0,0680
19x40
0,4750/0,1262
29x43
0,6744/0,1791
39x43
0,9070/0,2409
39x55
0,7091/0,1884
41x31
1,3226/0,3513
27x47
0,5745/0,1526
PK6-007
Trafic G9Ut
18/67
0,2687
11x43
0,2558/0,0687
19x40
0,4750/0,1276
31x43
0,7209/0,1937
41x40
1,0250/0,2754
41x31
1,3226/0,3553
47x26
1,8077/0,4856
27x47
0,5745/0,1543
PK6-008
Trafic F9Q
17/67
0,2537
11x51
0,2157/0,0547
19x40
0,4750/0,1205
31x43
0,7209/0,1829
41x37
1,1081/0,2812
41x29
1,4138/0,3587
47x30
1,5667/0,3975
27x47
0,5745/0,1458
PK6-009
Trafic F4R
17/82
0,2073
11x43
0,2558/0,0530
19x40
0,4750/0,0985
31x43
0,7209/0,1495
41x40
1,0250/0,2125
41x31
1,3226/0,2742
47x30
1,5667/0,3248
27x47
0,5745/0,1191
PK6-012
Avantime L7X
17/64
0,2656
11x43
0,2558/0,0680
19x40
0,4750/0,1262
29x43
0,6744/0,1791
39x43
0,9070/0,2409
39x35
1,1143/0,2960
41x31
1,3226/0,3513
27x47
0,5745/0,1526



sélection et pont

Boîte de vitesses à deux embrayages

- Boîte de vitesses Volkswagen DSG (Yves Martin, L'Argus de l'automobile, 16.1.2003)

Bien sous tous rapports
Une boîte à six vitesses à double embrayage va équiper deux Volkswagen. Une solution qui combine les avantages des boîtes manuelles et automatiques.

Avec une boîte de vitesses mécanique, l'un des problèmes rencontrés est la perte d'entraînement lors du changement de rapport. En effet, quand le conducteur débraye pour passer la vitesse supérieure ou pour rétrograder, les roues ne sont plus entraînées par le moteur. Il y a donc une perte d'accélération incontournable. Un inconvénient partiellement évité avec les boîtes automatiques.

Cette technique n'a pas suscité l'intérêt escompté en Europe. Du coup, on a développé des boîtes de vitesses mécaniques robotisées avec un passage à commande électromécanique des rapports, ce qui a donné naissance aux commandes séquentielles. Ces dernières permettent de réduire le délai entre les changements de rapport. Hélas, à moins d'y mettre le prix fort, il subsiste quand même un temps mort entre deux vitesses, ce qui dégrade le confort. Le groupe Volkswagen propose aujourd'hui une solution innovante pour réduire voire annuler ce temps mort. En collaboration avec Borg & Beck, équipementier spécialiste des embrayages - entre autres - le constructeur allemand commercialise un système d'embrayage double.

Ainsi, la motorisation 3,2 l à six cylindres de Volkswagen sera dotée d'une nouvelle transmission Quattro à quatre roues motrices associée à une boîte de vitesses DSG. Ce sigle signifie Direktschaltende Sechsgang Automatikgetriebe, ce qui peut se traduire par boîte automatique à six rapports et prise directe. Premiers modèles à en bénéficier: l'Audi TT et la Golf R32. Le constructeur est parvenu à conjuguer les avantages d'une boîte manuelle à six rapports et les qualités d'une transmission automatique moderne.
Cette boîte possède ainsi un double embrayage multidisque à bain d'huile qui permet des changements de vitesse sous charge, sans interruption de l'entraînement. D'où une accélération permanente : les roues sont continuellement entraînées par le moteur, dans toutes les circonstances.


L'ensemble de la pignonnerie et els embrayages à bain d'huile

Les embrayages multidisques à bain d'huile (comme sur une moto) sont caractérisés par leur bon rendement et leur capacité à transmettre des couples élevés, jusqu'à 35O Nm. Ils sont associés à une commande hydraulique gérée électroniquement. La commande des vitesses est du type shift by wire : des actionneurs commandés électriquement permettent le passage des vitesses. Le conducteur peut passer les rapports manuellement - à l'aide du levier ou des palettes situées au volant - ou choisir de laisser la transmission fonctionner en mode automatique. Un programme S (pour sport) offre la possibilité de retarder les passages de rapport et de rétrograder plus tôt. La gestion électronique assure enfin les phases de débrayage et d'embrayage.

Un embrayage est relié aux vitesses paires, et l'autre aux vitesses impaires. Pour que les roues soient entraînées en permanence, deux rapports sont enclenchés en même temps. Par exemple, si l'on roule en troisième, le rapport de quatrième est quand même engagé. Comme l'embrayage qui lui est attitré n'est pas en prise, cette vitesse tourne dans le vide. Lorsque le calculateur détecte le point précis où il faut changer de rapport, il inverse la situation en trois ou quatre centièmes de seconde.

-

En mode manuel, l'inversion s'effectue d'après l'ordre reçu par l'une ou l'autre des commandes. Ce délai est extrêmement court par rapport à une commande séquentielle traditionnelle et beaucoup plus rapide qu'avec une boîte manuelle. Pour des raisons de sécurité, le calculateur utilise les informations provenant des capteurs de vitesse des roues utilisés pour l'ABS afin, par exemple, d'interdire le passage d'un rapport inadapté au milieu d'une courbe.

La réalisation de ce projet n'a pas été sans sacrifices. Pour la fabrication, Volkswagen a ainsi investi 150 millions d'euros. Le constructeur peut produire jusqu'à 1 000 unités par jour dans son usine de boîtes de vitesses située à Kassel (Allemagne). Toutefois, le résultat n'est pas aussi intéressant que l'on pourrait le croire. Les chiffres donnés par le constructeur avoisinent ceux d'une boîte classique. En comparant les accélérations offertes par les deux systèmes, on s'aperçoit que si l'avantage revient à la boîte DSG, il n'en est pas moins minime. La Golf R32 DSG atteint les 100 km/h en 6"4, contre 6"6 pour une version V6 classique.
Selon le constructeur, l'intérêt essentiel cette boîte - outre son bon confort d'utilisation - se situe surtout au niveau de la consommation. La Golf R32 se contente en moyenne de 10,2 l aux 100 km de carburant contre 11,5 l pour un V6 classique. Quant au coupé Audi TT 3.2 Quattro, il réussit à accélérer de O à 100 km/h en 6"4. Sa consommation moyenne serait de 9,8 l aux 100 km. Le gain, sur le papier, n'est donc pas si exceptionnel.

Si la Golf R32 est déjà disponible au catalogue, il faudra attendre le second semestre de 2003 (pour le marché français) pour s'offrir l'Audi TT V6 3.2 Quattro. A noter que, d'après nos informations, d'autres modèles, tel le 4x4 Volkswagen Touareg TDI V10, devraient recevoir cette boîte DSG.


Au coeur du système

Le module Mechatronic reçoit les électrovannes hydrauliques, le processeur électronique et différents capteurs.
Les composants électroniques ont été étudiés pour résister à la haute température que peut atteindre t'huile de la boite de vitesses : jusqu'à 140°C.
Le module est placé sur un échangeur de chaleur pour permettre un meilleur refroidissement.
Les informations utilisées par le module Mechatronic sont "envoyées" dans le réseau de bord multiplexé où chacun des calculateurs peut "piocher" des informations sur la boite : rapport engagé, régime des arbres, pression, température...
Les électrovannes assurent la distribution de la pression hydraulique pour effectuer les passages des rapports et pour commander les embrayages.


Nouvelle architecture

La boîte DSG a été conçue pour supporter un couple maximal de 350 Nm. Et cela en affichant 90 kg sur la balance, y compris les 6.4 l d'huile.
La boîte de vitesses est "coupée" en deux par les deux arbres d'entrée.
Le système de commande Mechatronic, placé à l'avant, reçoit les électrovannes qui permettent de commander les embrayages et les passages de rapports.
A l'intérieur, on remarque l'arbre de marche arrière (juste après le boîtier Mechatronic) et les arbres d'entrée.
Les embrayages, à gauche, sont également couplés à un système d'amortisseurs pour limiter les vibrations et les à-coups.
Enfin, à l'extrémité droite des arbres d'entrée, on aperçoit la pompe à huile qui permet de fournir la pression nécessaire au dispositif de commande hydraulique.

- Essai - Audi TT 3.2 DSG - La puissance en continu (Yves Martin, L'Argus de l'automobile, 20.2.2003)

Coupé disponible en mai (44 000 EUR), roadster en août - Moteur V6 2.5 l DE 250 ch - Puissance fiscale 17 CV.

Grâce à sa nouvelle boîte robotisée à six rapports associée à deux embrayages, l'Audi TT 3.2 Quattro possède l'une des meilleures transmissions du marché.

La version sportive de l'Audi TT reçoit deux nouveautés majeures. La première est le moteur qui équipe déjà la Golf R32, un V6 de 3,21 et 250 ch. Avec un couple de 320 Nm disponible dès 2 800 tr/min, il se révèle très agréable à l'usage, dans les bas régimes comme en conduite plus sportive.
La seconde nouveauté est la nouvelle boîte de vitesses DSG (direct shift gearbox, boîte à prise directe) à six rapports à commande séquentielle et à double embrayage (du type multidisque à bain d'huile, comme sur une moto). Un embrayage commande les vitesses impaires (1, 3, 5) et la marche arrière, et l'autre, les vitesses paires (2, 4 et 6), chaque série ayant un arbre indépendant. Pour assurer une progression rapide des rapports, lorsqu'une vitesse est en prise, la suivante est pré-engagée. Comme elle ne se trouve pas sur le même arbre, le deuxième rapport tourne "dans le vide". Quand le changement est demandé, les embrayages permutent grâce à une commande électro-hydraulique. Non seulement l'opération ne dure pas plus d'une demi-seconde mais, en plus, il n'y a aucune perte d'entraînement durant le changement de rapport. S'il est difficile de mesurer cette performance avec un chronomètre, au niveau du confort, la différence est appréciable. Rien à voir avec ce que l'on connaît aujourd'hui en matière de boîte robotisée. Sur cette TT, ni secousses ni sensations désagréables. Le passage des rapports, en accélération comme au rétrogradage, est des plus souples. En conduite rapide ou lors d'accélérations franches, la boîte se montre très discrète.
Fini le nez dans le pare-brise à chaque changement de vitesse, et ce, quelle que soit la commande de boîte choisie. Le conducteur a le choix de laisser la boîte gérer seule les changements de rapport, en position D ou S (sport, qui retarde le passage des rapports à la limite de la zone rouge, à 6 500 tr/min), ou de passer lui-même les rapports à l'aide du levier ou des palettes situées sur le volant. Il est dommage que ces dernières soient solidaires du volant, car, lorsque l'on braque, la palette pour monter les rapports se retrouve à gauche, et inversement, et l'on ne sait plus vraiment où l'on en est ! Impossible alors de changer de rapport. A signaler que la répartition du différentiel - 60 % à l'avant et 40 % à l'arrière - ne fait pas de la TT une véritable sportive. Elle se conduit alors plus comme une traction, et l'on sent que les trains roulants privilégient le confort au tempérament sportif.
L'Audi TT 3.2 Quattro DSG n'arbore pas trop de signes distinctifs. Extérieurement, elle se différencie des autres versions grâce à un soubassement Titan au-dessus des échappements, un becquet arrière un peu plus imposant, et des entrées d'air de chaque côté du spoiler avant. Les palettes de vitesse au volant sont également une spécificité de cette version sportive.

DSG, la boîte deux en un.
Conçue par Borg & Beck, cette solution date de 1980, quand Porsche équipait la 962 C de la boîte PDM.
En 1985, l'Audi Quattro de Walter Rohrl puis l'Audi S1 furent à leur tour dotées de la technique de la boîte DSG à double débrayage, assurant un passage des rapports sous charge.

Caractéristiques techniques
Moteur. A essence. Six cylindres en V à 24 soupapes. 3 189 cm3. Injection électronique séquentielle. 184 kW / 250 ch à 6300 tr/min. 320 Nm entre 2800 et 3200 tr/min. Transmissions. Aux quatre roues. Boîte mécanique robotisée à six rapports. Freinage. Quatre disques ventilés. Etriers à deux pistons à l'avant et à l'arrière. Suspension. Avant : éléments McPherson à triangles inférieurs et barre antidévers. Arrière : indépendante à double bras transversaux, bras longitudinaux et barre antiroulis. Direction. Assistée à crémaillère. Dimensions (m). Longueur : 4,041. Largeur : 1,764. Hauteur : 1,346. Empattement : 2,422. Pneumatiques. 225/45 R 17. Poids (kg). A vide : 1 520. Capacités (l). Coffre : 220. Réservoir 62. Performances. Vitesse maximale limitée à 250 km/h. De 0 à 100 km/h (s) : 6"4. Consommations (l aux 100 km). Urbaine : 13,6. Extra urbaine : 7,6. Mixte : 9,8. Pollution. CO2 : 235 g/km.

Bilan
Points Forts : Boîte de vitesses, tenue de route, finition, équipement.
Points faibles : Places arrières restreintes, répartition du différentiel.
La nouvelle boîte de vitesse DSG confère une douceur exemplaire au passage des rapports. Avec un moteur V6 de 250 ch très volontaire, les performances sont à la hauteur des espérances. La TT Quattro n'est pas une sportive exclusive, elle laisse une grande part au confort.

- Une transmission tout en douceur (Yves Martin, L'Argus de l'automobile, 1.1.2004)


La société Luk propose des solutions pour systèmes de transmission capables d'améliorer le confort, la performance, et de réduire la consommation de carburant. Exemple avec le PSG.
Le système PSG (parallel shift gearbox) de Luk est une boîte de vitesses qui reçoit deux embrayages au lieu d'un, l'un étant dédié aux vitesses paires, l'autre aux impaires.
Ainsi, il est possible de changer de rapport tout en continuant à transmettre le couple aux roues il n'y a donc pas de perte de motricité ni d'à-coups.
Lors d'un passage de vitesse, l'embrayage correspondant au rapport enclenché s'ouvre doucement tandis que, au même moment, celui du rapport à venir se ferme. A peine la vitesse est-elle désengagée que le rapport suivant est en service.
L'atout principal de cette boîte à double embrayage est qu'elle conjugue le confort d'utilisation d'une transmission automatique et les avantages d'une boîte manuelle (rapidité de passage, consommation réduite).
Autre particularité, cette boîte est conçue comme une version "sèche", par opposition aux embrayages à bain d'huile déjà disponibles (sur les motos par exemple).
Enfin, il n'y a pas de limitation quant au couple moteur qui peut être transmis par la boîte PSG.
L'équipementier espère une première production en série dans le courant de 2006.


- Boîte de vitesses Volkswagen DSG (l'Argus de l'Automobile, 13.5.2004)

Pour élaborer la boîte DSG, intégrant deux embrayages (un pour les rapports pairs, l'autre pour les impairs), soixante brevets ont été déposés.
Cette version (Volkswagen Golf 1.9 TDI) peut accepter un couple jusqu'à 350 Nm.
Le temps de passage entre deux rapports est de 0"2 (impossible à réaliser avec une boîte mécanique).
La boîte DSG pèse 90 kg contre 60 kg pour une version manuelle de même capacité, et 85 kg pour une automatique.
Volkswagen la fabrique actuellement à la cadence de 300 exemplaires par jour et continue à en développer la technologie.
La boîte DSG réclame une vidange tous les 60 000 km et le constructeur étudie la possibilité d'un graissage à vie.
Volkswagen compte conserver son avantage en matière de transmission pendant trois ans. Au terme de ce délai, cette technologie pourrait être vendue à d'autres constructeurs.