Boîte de vitesses robotisée

Système automatisé pneumatique (ici, de poids lourds).

Une boîte de vitesses robotisée est une boîte de vitesses mécanique à engrenages parallèles à laquelle est greffé un système automatisé électrotechnique, qui pilote les sélecteurs et le ou les embrayages, souvent en association avec un système hydraulique, et qui se comporte :

• soit en mode automatique, comme une boîte automatique changeant les rapports au moment le plus opportun ;
• soit en mode manuel, auquel cas le conducteur peut changer de rapport à l'aide de boutons, palettes, ou d'un levier, à condition que les conditions ad hoc soient réunies (pour éviter sur- et sous-régime).

Cette boîte de vitesses ne comporte donc pas de pédale d'embrayage visible.

On trouve ce type de système chez la plupart des constructeurs, sous l'appellation Sensodrive ou BMP6 chez Citroën, Quickshift ou EDC chez Renault, Selespeed ou TCT chez Alfa Romeo, F1 chez Ferrari, DSG chez Volkswagen, PDK chez Porsche etc.

Boîte manuelle robotisée

Les premières boîtes de vitesses robotisées ont été conçues à partir de boîtes manuelles traditionnelles. La première technique, conçue pour la compétition automobile, repose sur des mécanismes hydrauliques, choisis pour leur rapidité, qui reconstituent la séquence opérée manuellement par le conducteur : débrayage, mouvement des pignons, embrayage. Cette technique est arrivée en série sur la Ferrari 355 équipée de la boîte dite F1. Par la suite, BMW et Alfa Romeo produiront des systèmes similaires, en réduisant les temps de passage des rapports de chaque nouveau modèle, pour descendre aujourd'hui sous les 100 ms.

Parmi les constructeurs généralistes, des mécanismes électriques, plus économiques mais plus lents, ont été préférés, tout en jouant le même rôle. On trouve de telles boîtes dans les productions des groupes Renault, PSA, Fiat ou Toyota. Ce type de boîte remplace plutôt les boîtes automatiques à convertisseur de couple, inadaptées aux petits modèles, tandis que les boîtes manuelles robotisées hydrauliques sont vendues pour leurs vertus sportives.

Boîte robotisée à double embrayage

Il existe également des boîtes robotisées à double embrayage telles que :

Direct-Shift Gearbox (DSG)

Levier de commande d'une boîte automatique DSG

La Direct-Shift Gearbox^{[Note 1]}, ou plus communément boîte DSG, est la marque donnée à une boîte de vitesses à double embrayage et à commande électronique Volkswagen. La dénomination S-tronic, utilisée par Audi^[1] désigne le même type de boîte de vitesses.

Le but de cette technique est d'allier les avantages des boîtes manuelles: un meilleur rendement, une excellente robustesse, un coût de fabrication réduit et le plaisir de la conduite sportive; à ceux des boîtes automatiques à convertisseur de couple: le confort d'utilisation, un changement de rapport sans à-coups et sans rupture de traction (appelée « rupture de charge »). Le coût et le poids de ce type de boîte sont cependant similaires à ceux d'une boîte automatique traditionnelle.

Pour cela, la DSG se base sur le principe des embrayages doubles, dont la réalisation nécessita 6 années de coopération entre Volkswagen et BorgWarner^[2]. On parle dans le cas général de boîte à double embrayage DCT pour « Dual Clutch Transmission ».

Principe

Fonctionnement

Illustration schématique des deux embrayages.

La boîte de vitesses DSG se compose en réalité de deux demi-boîtes traditionnelles placées en parallèle. Leur structure est semblable à une boîte de vitesses manuelle. La première demi-boîte se compose des rapports impairs (1-3-5) et de la marche arrière, alors que la deuxième utilise les rapports pairs (2-4-6). La DSG nécessite donc deux embrayages - en bain d'huile^[1] - spécifiques auquel le couple est transmis^[3].

L'originalité de cette boîte par rapport à une boîte traditionnelle réside dans sa transmission ininterrompue du couple, évitant ainsi les à-coups de la boîte. En effet, lorsqu'un rapport pair est engagé, le rapport impair suivant est pré-sélectionné, c'est-à-dire que les pignons sont pré-engrenés^[4]. Ainsi, lors du passage suivant, le rapport est déjà engagé, si bien que le laps de temps entre le passage d'un rapport à un autre n'est pratiquement dû qu'à l'ouverture et la fermeture de l'un des deux embrayages^[3]. Selon Volkswagen, le temps de réponse est de l'ordre de 8 millisecondes^[5].

« Saut » de rapports

L'inconvénient de cette conception, essentiellement pour le sport automobile, se pose lors d'un passage rapide de plusieurs rapports — un rétrogradage le plus souvent — en très peu de temps. En effet, si le temps de passage entre 2 rapports consécutifs est très faible, celui entre deux rapports non consécutifs est bien plus long qu'une boîte traditionnelle^[3].

Néanmoins, ce problème est pris en compte lors de la conception de la boîte, et le rapport présélectionné peut être différent du rapport consécutif. Selon les configurations de la charge, totale (lorsque la pédale d'accélérateur est enfoncée) ou partielle, le rapport présélectionné varie^[6].

Tableau des « sauts » de rapports possibles.

Conception

Module mécatronique

Le module mécatronique, composé du calculateur électronique et d'une unité de pilotage électrohydraulique (le « labyrinthe »), gère la boîte : le débit d’huile de refroidissement, les valves de modulation de pression, soupapes de déclenchement, etc. Douze capteurs et plusieurs calculateurs annexes envoient des signaux à cette unité de pilotage centrale. Ce dernier adapte les positions des embrayages, celles des positionneurs hydrauliques à l'engagement d'un rapport, ainsi que la pression principale^[4]. Le module est implanté directement dans la boîte, si bien que l’interface vers le véhicule s’effectue par le biais d’une prise multibroches unique^[3].

Double embrayage

Coupe d'une boîte DSG en exposition au German Museum of Technology Berlin. Les deux disques d'embrayages sont, sur cette image, visibles.

Le couple est initialement transmis au volant bi-masse, en passant par un arbre cannelé jusqu'au moyeu d’entrée de l’embrayage. De là, un disque entraîneur permet le passage du couple dans le carter d’embrayage, plus précisément dans le disque support de lamelles externes du premier ou du second embrayage, et dans le moyeu principal. Ce dernier est guidé sur l’arbre d’entrée par le biais de 2 cages à aiguilles^[3].

La compensation des pistons d’activation des embrayages est réalisée hydrauliquement en agissant à l’encontre des ressorts de rappel. L’huile sous pression est pour cela acheminée dans la chambre d’embrayage via des canaux axiaux au travers d’une entretoise tournante. Cette alimentation en huile est certes continue, mais elle est pilotable. Un capteur de température implanté dans la chambre permet de suivre l’évolution de la température de l’huile cisaillée, et de piloter le débit d’huile^[3].

Étant donné le débit d’huile de 20 l/min et la capacité de stockage calorique importante de la boîte DSG, des pointes de puissances dissipées par frottements peuvent atteindre jusqu’à 70 kW. La transmission du couple de 350 Nm s’effectue avec une pression de consigne de 10 bars^[3].

Utilisation

La boîte DSG est une boîte de vitesses automatique. L'utilisation de cette boîte correspond à l'utilisation d'autres boîtes complètement automatiques. La seule action du conducteur consiste à manipuler le levier de vitesse au démarrage, pour reculer, pour se garer ou dans des situations particulières, comme pour changer un rapport trop élevé dans des pentes trop fortes. Si le conducteur souhaite un choix de vitesse automatique, il peut le déclencher avec un changement de vitesse au volant ou en actionnant le levier de vitesse (en avant ou en arrière) dans un second passage.

Porsche DoppelKupplung (PDK)

Le Porsche DoppelKupplung (PDK) est une boîte robotisée à double embrayage (style DSG) et à 7 rapports. Elle s'utilise en mode manuel ou automatique, le changement des rapports est ultra rapide et sans rupture de couple pour de meilleures accélérations et une réduction de la consommation. L'étagement des 6 premiers rapports est sportif, le 7^e se contentant d'améliorer la consommation à vitesse constante (cruise control).

Notes

Références

Annexes

Sources

• (de) Cet article est partiellement ou en totalité issu de l’article de Wikipédia en allemand intitulé « Doppelkupplungsgetriebe » (voir la liste des auteurs)

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