Les transmissions automatiques
L’intérêt pour les transmissions automatiques est double pour le conducteur. Elles apportent évidemment du confort et de la facilité de conduite car il n’a plus à gérer les changements de rapports et le - parfois difficile - patinage de l’embrayage. Un avantage en consommation est également généré en conduite réelle par les produits les plus récents : en effet, outre leurs améliorations techniques, leur démultiplication moindre sur la dernière vitesse et/ou leur plus grand nombre de rapports permettent d’utiliser le moteur à des régimes très bas, donc dans une zone plus efficace, ce qu’un conducteur ne fera jamais naturellement avec une boîte manuelle ou alors en acceptant de changer très fréquemment de rapports.
Un levier permet de sélectionner la marche avant (D pour Drive) ou arrière (R - Rear), de même que le point mort (N - Neutral) et la position parking (P) qui bloque la boîte. Un changement de rapport peut aussi être demandé par le conducteur en tirant sur des palettes au volant ou en poussant/tirant le levier de vitesses, que ce soit en position automatique ou manuelle.
Plusieurs technologies de boîtes de vitesses automatiques ou automatisées existent :
Les boîtes robotisées
La plupart des boîtes robotisées sont à la base des boîtes manuelles enrichies d’une commande automatique de l’embrayage et du passage des rapports. Des vérins électriques ou parfois hydrauliques actionnent la butée d’embrayage et sélectionnent les fourchettes des crabots. Lorsque le calculateur a déterminé qu’un rapport doit être changé, il coordonne un relâché momentané d’accélérateur et une action des vérins pour débrayer, retirer le rapport, engager un nouveau et embrayer progressivement. Cette opération nécessite de 0,4 et 1,2 secondes selon la performance de la boîte et le programme choisi entre les modes confort ou sport.
Les boîtes à double embrayage
Si les boîtes à double embrayage ne sont apparues en grand volume de production que depuis une dizaine d’années, son concept fut breveté en 1939 par l’ingénieur français Adolphe Kégresse. L’idée est d’utiliser deux boîtes manuelles en une, l’une proposant les rapports pairs (2e, 4e et 6e par exemple) et l’autre les impairs (1re, 3e, 5e). Ainsi, pendant que le moteur délivre sa puissance sur un rapport, le suivant qui est sur l’autre boîte peut être engagé pré-sélectivement. Le changement de rapport est exécuté sous charge sans interruption de la force de traction en passant progressivement d’un embrayage à l’autre.
Il y a bien deux boîtes en termes de principe de fonctionnement mais qu’une seule physiquement : celle des rapports impairs est constituée d’un embrayage côté moteur qui transmet le couple aux pignons placés en bout de carter via un arbre primaire qui passe au centre de l’arbre creux de la boîte des rapports pairs.
Les embrayages sont de type sec montés un derrière l’autre ou, pour la transmission de couples élevés, de type multidisque à bain d’huile placés un au-dessus de l’autre. Dans ce dernier cas, l’embrayage de plus grand diamètre est celui des rapports impairs car il assure également la fonction de démarrage.
Le principal inconvénient réside dans l’impossibilité de sauter directement sous charge d’un rapport pair à un autre pair ou d’un impair à un autre impair mais sauter 2 rapports (6e / 3e) est possible. Il ne faut pas confondre ce module double embrayage avec un embrayage à bi-disque dont les deux disques sont solidaires en rotation afin de transiter des couples supérieurs. Même s’il y a une continuité, une légère baisse de couple aux roues est généralement notée aux changements de rapports afin de faciliter le travail des embrayages. La durée de ce changement est maintenant entre 0,2 à 0,9 seconde selon le style de conduite sélectionné, certains constructeurs de voitures sportives annonçant moins de 0,1 s !
Les transmissions automatiques conventionnelles
Les transmissions automatiques conventionnelles n’utilisent pas des paires de pignons pour chaque rapport mais deux à quatre trains planétaires montés en série. Un train planétaire (ou épicycloïdal) est constitué d’un pignon central planétaire, d’une couronne à dents intérieures, d’un porte-satellites et de satellites reliant les deux premières pièces. Ces éléments peuvent être solidarisés ou bloqués au moyen d’embrayages et de freins multidisques. Les embrayages s’ouvrent et se ferment de façon synchronisée pour que les changements de rapports se fassent sans discontinuité de couple aux roues.
La fonction de démarrage est donnée à un convertisseur hydrodynamique qui fait transiter le couple via un flux d’huile entre deux demi-roues : l’impulseur (ou pompe) et la turbine. Au centre du convertisseur, un stator permet d’accroître la vitesse du flux d’huile et ainsi augmenter la démultiplication. Ce convertisseur étant la source principale de perte d’énergie, un embrayage de pontage (lock-up) permet alors de le verrouiller lorsqu’il n’est plus utile. Sur les transmissions récentes, le convertisseur intervient un court instant au démarrage et de façon très brève aux changements de rapports, voire plus du tout dans certains cas. Comme pour la boîte précédente, il y a une baisse de couple aux changements de rapports qui n’est que de 0,3 à 0,9 seconde selon le style de conduite souhaité, cette valeur n’étant plus vraiment une référence car la baisse de couple est de moins en moins perceptible.
Les CVT
Les CVT sont des transmissions totalement différentes des précédentes puisque la démultiplication n’est pas réalisée par des paires de pignons mais par une courroie entre deux poulies à diamètre variable. Les deux flancs des poulies peuvent s’éloigner ou se rapprocher, ce qui positionne la courroie en V sur le plus petit diamètre de l’une et le plus grand de l’autre, et réciproquement selon la démultiplication choisie. Contrairement aux rapports fixes des transmissions précédemment citées, la variation de démultiplication est ici continue, d’où l’appellation anglophone CVT pour “Continuously Variable Transmission”.
Si les premières CVT étaient à courroies en caoutchouc armé de fils métalliques, par exemple le système DAF Variomatic apparu en 1958, les courroies métalliques se sont ensuite généralisées en automobile afin d’accroître la capacité maxi de couple. Inventée par Van Doorne Transmissie en 1987, elle est composée de deux rubans sans fin et parallèles en acier enserrant 300 à 600 pièces nommées cavaliers. Sa particularité de fonctionnement est qu’elle ne transfère pas le couple en traction mais en compression, les cavaliers se poussant les uns contre les autres. L’adhérence avec les poulies est assurée par une forte tension de la courroie. Afin d’accepter un couple encore plus élevé, Audi a commercialisé une CVT à chaîne (Audi Multitronic) en contact sur les poulies par les extrémités des axes des maillons.
La fonction d’embrayage pour le point mort et le lancement du véhicule est réalisée par un embrayage ou un convertisseur hydrodynamique. Un pignon de renvoi permet d’inverser le sens de rotation pour la marche arrière. L’ensemble est piloté électroniquement et la position des flancs de poulie est contrôlée par des vérins hydrauliques.
Attention à ne pas confondre la CVT avec la transmission des Toyota Prius et autres véhicules du groupe. Ces véhicules disposent bien d’une variation continue du rapport entre le moteur et les roues, mais il n’y a pas de courroie car la variation est effectuée par un train planétaire et par une dérivation d’une partie de la puissance sur un générateur et un moteur électrique.
Quelle est la meilleure ?
Les CVT sont les transmissions qui présentent le plus faible rendement (perte d’énergie : une partie de la puissance fournie par le moteur est perdue par les frottements de la courroie et par le mécanisme de commande). Si elles ont l’avantage d’utiliser le moteur au régime idéal grâce au nombre de rapports infini dans la plage effective, le bilan consommation global n’est pas optimal. Elles sont répandues en Asie pour des utilisations urbaines mais peu appréciées en Europe en raison du déphasage inhabituel ressenti entre le régime du moteur qui semble figé et la montée en vitesse du véhicule, exactement comme un scooter ou l’effet “Mobylette” pour les plus anciens. Ce désagrément est amoindri par un programme de variation de régime moteur ou par une commande manuelle pilotant quelques rapports constants.
Le premier intérêt des boîtes robotisées est leur faible coût et elles sont aujourd’hui principalement utilisées sur des voitures de premiers segments de marché. Leur rendement est également des meilleurs. L’inconvénient majeur est une baisse brutale d’accélération aux changements de rapports qui secoue les passagers en avant/arrière (appelé par certains professionnels “effet Salut” !). Le confort n’est maintenu qu’en ayant le pied léger. Une exception est l’emploi de ce type de transmission sur un véhicule hybride comme par exemple les Hybrid4 de PSA : le moteur électrique compense en partie la coupure moteur lors des changements de rapports. Autre inconvénient, elles sont pour le moment limitées à 6 rapports mais le dernier rapport peut être plus long que celui de la boîte manuelle afin de réduire la consommation.
Les boîtes à double embrayage sont venues bouleverser le marché des transmissions il y a une dizaine d’années. Elles sont dynamiques, relativement économes à l’achat et à l’usage et proposent généralement 7 rapports. L’ajout de rapports implique une augmentation de l’encombrement, ce qui n’est pas le cas des transmissions automatiques conventionnelles. Celles à embrayages à bain d’huile présentent un rendement légèrement inférieur. Certains embrayages manquent de progressivité pour les manœuvres, ou la perdent à l’usure.
Poussées par la performance des boîtes à double embrayage, les transmissions automatiques conventionnelles ont fait des bonds prodigieux en rendement et en rapidité de changements de rapports. Le convertisseur de couple offre un meilleur confort au démarrage, une caractéristique indispensable pour les Etats-Unis. Par ailleurs, les produits récents disposent de 7, 8 ou 9 rapports, si bien qu’il est possible qu’une berline Diesel roule à 80 km/h sur le dernier rapport avec un moteur à seulement 1 000 tr/min.
Il n’y a pas aujourd’hui de mauvaises transmissions automatiques, chaque technologie présente une bonne adéquation avec une catégorie de véhicules et de marchés. Les deux dernières citées sont les mieux placées pour les besoins européens. Les technologies peuvent également se mixer : des Mercedes-AMG utilisent une transmission automatique dotée d’un embrayage multidisque en lieu et place du convertisseur pour gagner en “sportivité” et Honda commercialise aux USA une boîte à double embrayage faisant appel à un convertisseur hydraulique afin de procurer des démarrages tout en douceur et ne pas renverser les gobelets de Coca !