BAC PRO Conducteur Routier
BAC PRO et CAP CRM
Conducteur Routier de Marchandises
SÉANCE 9.1.6 :
LA BOITE
DE VITESSES
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 des différentes boites de vitesses.
1ère partie : Les boites de vitesses manuelles
1 - Emplacement et rôles :
1.1 - Emplacement :
La boite de vitesses ( BdV ) se situe entre l'embrayage et l'arbre de transmission
1.2 - Rôles de la boite de vitesses :
La boite de vitesses a pour rôles :
• Multiplier le couple moteur au démarrage ( 1ère vitesse )
• Permettre au moteur de conserver son régime (le plus économique en combustible) quelle que soit la vitesse, la charge du véhicule et le profil de la route ( 2ème , 3ème, 4ème…)
• Supprimer la liaison du mouvement entre le moteur et les roues motrices (point mort )
• Inverser le sens du mouvement de l' arbre de transmission (marche arrière )
1.3 - Fonction principale de la boite de vitesses :
Sa fonction principale est d'assurer le même effort au moteur quelque soit la situation…
2 - BdV manuelle non synchronisée :
2.1 - Description et fonctionnement de la BdV manuelle non synchronisée :
Lorsque l'embrayage est en position embrayée, le mouvement du moteur entre dans la boite de vitesses par l'arbre primaire (1). Cet arbre est en quelque sorte le prolongement du vilebrequin à la sortie de l'embrayage.
Cet arbre primaire est relié à l'arbre intermédiaire (2) par 2 pignons appelés pignons d'entrainement (4).
Lorsque l'arbre primaire est en mouvement, alors l'arbre intermédiaire est en mouvement lui aussi, juste son sens de rotation est inversé.
L'ensemble de ce mécanisme de la boite de vitesse est enfermé dans un carter étanche (7) partiellement rempli d'huile pour favoriser le coulissement des pignons de l'arbre secondaire et leur accroche aux pignons de l'arbre intermédiaire. De plus cette huile contribue à la protection de l'ensemble des pignons contre l'usure et le grippage.
Cette huile a besoin d'être renouvelée occasionnellement, c'est pourquoi ce carter dispose d'un bouchon de vidange (8).
En manipulant le levier de vitesse, le conducteur agit sur les pignons de l'arbre secondaire (3). En effet, à l'aide du levier, il déplace le coulisseau (5) et les fourchettes (6) et ainsi, déplace l'un ou l'autre des pignons de l'arbre secondaire pour le rendre solidaire de l'un des pignons de l'arbre intermédiaire.
Lorsque les arbres intermédiaires et secondaires sont reliés par deux pignons, l'arbre secondaire entre en mouvement, entrainé par l'arbre intermédiaire.
L'arbre de transmission qui prolonge cet arbre secondaire entraine à son tour les roues motrices.
Les arbres intermédiaires et secondaires tournent en sens opposé et donc le sens de rotation de l'arbre secondaire devient identique à celui de l'arbre primaire.
Une fois cet ajustement réalisé, lorsque le moteur tourne avec l'embrayage en position embrayé, alors le mouvement est transmis depuis le vilebrequin à l'arbre primaire, et de l'arbre primaire jusqu'à l'arbre secondaire en passant par l'arbre intermédiaire.
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En associant, par engrenage, 2 pignons de taille identique la vitesse de rotation des pignons sera identique.
Lorsqu'on engage 2 pignons identiques l'un dans l'autre, avec un même diamètre et un nombre de dents identique alors ils tournent ensemble, en sens opposé, mais à la même vitesse.
Lorsque l'un des pignons à fait 1 tour, alors l'autre pignon a également fait 1 tour.
A
B
Si les 2 pignons sont de tailles différentes, l’écart de vitesse de rotation entre les 2 pignons sera proportionnelle à la différence de taille : différence de nombre de dents et/ou différence de diamètre.
A
B
2.2 - Principe de la démultiplication :
Exemple : 1 pignon A d'un rayon r avec 8 dents et engagé avec un pignon B d'un rayon R et de 32 dents avec R = 4 x r
Lorsque le pignon B aura réalisé un tour, alors le pignon A, quatre fois plus petit, aura déjà effectué 4 tours.
On peut également présenter cette situation de la façon suivante : Le pignon A doit effectuer 4 tours pour entrainer le pignon B à réaliser qu'un seul tour : le rapport de démultiplication ( = "division " ) et de 1 pour 4 ( = 1 / 4 )
B
A
Fonctionnement des engrenages
2.3 - La BdV ( manuelle ) et ses différents rapports de démultiplication :
Fonctionnement de la boite de vitesses
2.3.1 - Les différents pignons d'une BdV avec 4 ou 5 rapports ( de démultiplication )
A est un pignon situé à l'extrémité de l'arbre primaire, il est relié en permanence au pignon B, situé pour sa part à l'extrémité de l'arbre intermédiaire. La vitesse de rotation de l'arbre primaire et du pignon A est identique à celle du vilebrequin telle qu' affichée sur le compte tours.
A et B sont 2 pignons d'entrainement : lorsque l'arbre primaire est en mouvement, alors l'arbre intermédiaire entre lui aussi en mouvement.
C, E et G sont trois pignons situés sur l'arbre intermédiaire. Ils sont tous les 3 solidaires de cet arbre. Lorsque l'arbre tourne, alors ces trois pignons sont eux aussi en mouvement. Les pignons B, C, E et G ont la même vitesse de rotation.
D, F et H sont trois pignons situés sur l'arbre secondaire. En manipulant le levier de vitesse, le conducteur déplace l'un ou l'autre de ces 3 pignons de façon à le rendre solidaire des pignons C, E et G de l'arbre intermédiaire ou du pignon A de l'arbre primaire.
Il est possible d'associer les pignons de la façon suivante :
- le pignon D avec le pignon C ( arbre intermédiaire ) ou le pignon A ( arbre primaire )
- le pignon F avec le pignon E
- le pignon H avec le pignon G
Tous ces pignons A, B, C, D, E, F, G et H sont des pignons de tailles différentes ( nombres de dents différents et différents diamètres ). Les différentes combinaisons d'associations possible apportent différentes possibilité de démultiplication.
2.3.2 - Le 1er rapport de la BdV
En mettant le levier sur la première vitesse, le conducteur obtient dans la boite de vitesses l' ordre d'entrainement suivant :
A / B et G / H ( A et B d'une part, et G et H d'autre part sont engagés ensemble )
1ère démultiplication entre A et B : A est beaucoup plus petit que B, l’arbre intermédiaire tourne beaucoup moins vite que l’arbre primaire.
Pour rappel B et G, sont fixés sur le même arbre, ils ont la même vitesse de rotation
2ème démultiplication entre G et H : G est beaucoup plus petit que H, l’arbre secondaire tourne beaucoup moins vite que l’arbre intermédiaire.
Résultat final : L’arbre secondaire tourne très nettement moins vite que l’arbre primaire. Même si le compte tour affiche une vitesse de rotation de près de 2000 tr/mn pour le vilebrequin comme pour l'arbre primaire, nous aurons une vitesse de rotation très faible de l'arbre secondaire et donc la transmission d'une vitesse très faible transmise aux roues motrices via la transmission.
La très forte démultiplication de ce premier rapport de boite de vitesses ne permet pas au véhicule d'atteindre une grande vitesse de déplacement, tout au plus une dizaine de kilomètres/heure mais procure à l'ensemble de la transmission une force très importante pour mettre le véhicule en mouvement malgré un forte inertie.
2.3.3 - Le 2ème rapport de la BdV
En mettant le levier sur la deuxième vitesse, le conducteur obtient dans la boite de vitesses l' ordre d'entrainement suivant : A / B et E / F ( A et B d'une part, et E et F d'autre part sont engagés ensemble )
1ère démultiplication entre A et B : A est beaucoup plus petit que B, l’arbre intermédiaire tourne beaucoup moins vite que l’arbre primaire.
Pour rappel B et F, sont fixés sur le même arbre, ils ont la même vitesse de rotation
2ème démultiplication entre E et F : E est plus petit que F, l’arbre secondaire tourne moins vite que l’arbre intermédiaire.
Résultat final : L’arbre secondaire tourne nettement moins vite que l’arbre primaire. Même si le compte tour affiche une vitesse de rotation de près de 2000 tr/mn pour le vilebrequin comme pour l'arbre primaire, nous aurons une vitesse de rotation encore faible de l'arbre secondaire et donc la transmission d'une vitesse faible transmise aux roues motrices via la transmission.
La forte démultiplication de ce deuxième rapport de boite de vitesses ne permet pas au véhicule d'atteindre une grande vitesse de déplacement, mais permet de circuler à basse vitesse.
2.3.4 - Le 3ème rapport de la BdV
En mettant le levier sur la première vitesse, le conducteur obtient dans la boite de vitesses l' ordre d'entrainement suivant :
A / B et C / D ( A et B d'une part, et C et D d'autre part sont engagés ensemble )
1ère démultiplication entre A et B : A est beaucoup plus petit que B, l’arbre intermédiaire tourne beaucoup moins vite que l’arbre primaire.
Pour rappel B et C, sont fixés sur le même arbre, ils ont la même vitesse de rotation
2ème démultiplication entre C et D : C est légèrement plus grand que D, l’arbre secondaire tourne un peu plus vite que l’arbre intermédiaire, mais moins vite que l'arbre primaire.
Résultat final : L’arbre secondaire tourne un peu moins vite que l’arbre primaire. Même si le compte tour affiche une vitesse de rotation de près de 2000 tr/mn pour le vilebrequin comme pour l'arbre primaire, nous aurons une vitesse de rotation légèrement inférieure pour l'arbre secondaire.
La faible démultiplication de ce troisième rapport de boite de vitesses permet au véhicule d'atteindre une vitesse de déplacement plus élevée. A partir de ce rapport, la force du couple moteur est plus faible mais le véhicule gagne en puissance.
2.3.5 - Le 4ème rapport de la BdV
En mettant le levier sur la quatrième vitesse, le conducteur obtient dans la boite de vitesses l' ordre d'entrainement direct suivant : A / D
Pas de démultiplication entre A et D : Les deux pignons engagés l'un avec l'autre donne la possibilité à l'arbre secondaire d'être le prolongement de l'arbre primaire : les 2 arbres tournent à la même vitesse
Résultat final : L’arbre secondaire tourne à la même vitesse que l’arbre primaire. Si le compte tour affiche une vitesse de rotation de près de 2000 tr/mn pour le vilebrequin alors, nous aurons une vitesse de rotation de 2000 tr/mn pour l'arbre secondaire.
Sans démultiplication, ce quatrième rapport de boite de vitesses permet au véhicule d'atteindre une vitesse de déplacement encore plus élevée.
2.3.6 - Le 5ème rapport de la BdV
Lorsque le conducteur engage aujourd'hui le 5e rapport, il n'y a pas de démultiplication, mais au contraire une surmultiplication : les pignons engagés permettent d'obtenir une vitesse de rotation de l'arbre secondaire plus élevée que la vitesse de rotation de l'arbre primaire.
Résultat final : L’arbre secondaire tourne plus vite que l’arbre primaire.
Avec cette surmultiplication, ce cinquième rapport de boite de vitesses permet au véhicule de circuler à vitesse élevée tout en restant dans des régimes moteurs raisonnables et économiques
2.3.7 - Le point mort
Au Point mort aucun des pignons de l’arbre secondaire n’est solidaire d’un autre pignon
( de l’arbre primaire ou de l’arbre intermédiaire ).
De ce fait, aucun mouvement n'est donné à l'arbre secondaire ou à la transmission.
2.3.8 - La marche arrière
En mettant le levier sur la marche arrière, le conducteur obtient dans la boite de vitesses un ordre d'entrainement identique à celui de la première vitesse : A / B et G / H
( A et B d'une part, et G et H d'autre part sont engagés ensemble ) toutefois, dans le cadre de l'entrainement G / H, c'est un pignon dit inverseur qui fait le lien entre le pignon G et le pignon H.
Dans le cadre de la première vitesse, l'arbre intermédiaire a un sens de rotation inverse de celui de l'arbre primaire du fait de l'entrainement A / B.
Toujours sur ce 1er rapport de la boite de vitesses, l'arbre secondaire a un sens de rotation inverse de celui de l'arbre intermédiaire du fait de l'entrainement G / H. Donc, les arbres primaire et secondaire se trouvent à tourner dans le même sens.
Dans le cadre de la marche arrière, c'est le pignon inverseur qui garde le même sens de rotation que l'arbre primaire et l'arbre secondaire tourne dans le sens inverse : toute la transmission reçoit un mouvement inversé et donc, au lieu d'avancer, le véhicule recule !
Résultat final : L’arbre secondaire tourne dans le sens inverse de l’arbre primaire. La transmission tourne aussi dans le sens inverse et permet au véhicule de reculer
Certains véhicules utilisent un groupe de pignons exclusivement réservés à la marche arrière et donc indépendants ce ceux utilisés en marche normale
( vers l'avant )
3 - BdV manuelle synchronisée :
3.1 - Description et fonctionnement de la BdV
( manuelle ) synchronisée :
Lorsque l'embrayage est en position embrayée, le mouvement du moteur entre dans la boite de vitesses par l'arbre primaire (1). Cet arbre est en quelque sorte le prolongement du vilebrequin à la sortie de l'embrayage.
Cet arbre primaire est relié à l'arbre intermédiaire (2) par 2 pignons appelés pignons d'entrainement.
Lorsque l'arbre primaire est en mouvement, alors l'arbre intermédiaire est en mouvement lui aussi, juste son sens de rotation est inversé.
Chacun des pignons de cet arbre intermédiaire sont associés de façon permanente à un pignon fou de l'arbre secondaire.
Les pignons de l'arbre secondaire sont dit " fous " car ils sont libres de toute rotation autour de l'arbre sans que ce mouvement entraine celui de l'arbre : ils ne sont pas solidaires de l'arbre.
Lorsque l'arbre intermédiaire est en rotation, les pignons de l'arbre secondaire sont eux aussi en rotation mais l'arbre secondaire reste immobile aucun rapport n'a été engagé par le conducteur
En manipulant le levier de vitesse, le conducteur agit sur des synchroniseur (4) dont le rôle est de solidariser les pignons fous avec l'arbre secondaire (3). En effet, à l'aide du levier, il déplace un coulisseau et des fourchettes et ainsi, déplace l'un ou l'autre des synchroniseur en charge de solidariser le pignon fou souhaité avec l'arbre secondaire et ainsi le rendre solidaire de l'un des pignons de l'arbre intermédiaire.
Une fois le pignon fou synchronisé à l'arbre, son mouvement de rotation ( donné depuis l'arbre intermédiaire ) est transmis à l'arbre et dirigé vers la transmission.
Une fois cet ajustement réalisé, lorsque le moteur tourne avec l'embrayage en position embrayé, alors le mouvement est transmis depuis le vilebrequin à l'arbre primaire, et de l'arbre primaire jusqu'à l'arbre secondaire en passant par l'arbre intermédiaire.
3.2 - Principes de la synchronisation :
Le système de synchronisation a été développé et utilisé par Cadillac à partir de 1929. Il se généralise à partir des années 1930 sur la plupart des automobiles. Les pignons qui composent chaque rapport de la boîte deviennent solidaires lorsqu’ils s’entraînent afin de transmettre le couple moteur et de créer le mouvement de transmission. L’ensemble de ces pièces ne tourne pas à la même vitesse et leur synchronisation devient nécessaire pour faciliter leur engagement. Le synchroniseur, communément appelé "synchro", est un cône de friction qui permet justement de synchroniser la vitesse des pignons. Il évite ainsi les craquements lors des changements de rapports, ainsi que d’avoir recours au double débrayage pour les éviter à chaque fois.
Le synchroniseur a pour rôle d’amener progressivement la vitesse du pignon correspondant au nouveau rapport engagé, à celle du synchro. Le synchro. est « fixé » à l’arbre secondaire, il tourne donc à la même vitesse que celui-ci, mais a la possibilité de se coulisser.
Le levier de vitesse actionné depuis le poste de conduite déplace des fourchettes qui sélectionnent et coulissent l’un ou l’autre des synchro. suivant le rapport à engager.
Une fois le synchro. engagé, le pignon qui a perdu sa « liberté », est contraint de tourner à la même allure que l’arbre secondaire, il en contribue en partie à en déterminer la vitesse de rotation.
3.3 Synchronisation d'un pignon fou :
Description de la synchronisation :
1 – pignon "fou"
2 – le baladeur
3 – le moyeu ( ou cône femelle )
4 - Bille
5 – le cône mâle
6 – le crabot
Dans cette boite de vitesses, les pignons ( roues dentées ) sont constamment en contact.
Les rapports de transmission sont commandés par le levier placé dans la cabine, à l'aide de la timonerie de changement de vitesses ( coulisseau, fourchettes... )
Le pignon denté qui correspond à la vitesse choisie est libre sur son arbre.
A l'instant où il est sélectionné, il est engrené à cet arbre, grâce à un synchroniseur et à un crabot qui établissent la connexion.
A : Au point mort le pignon (1) est fou sur l'arbre, le baladeur (2) et le moyeu (3) sont solidaires et tournent à la même vitesse de l'arbre.
B : En engageant la vitesse, le baladeur entraine le moyeu grâce à la pression des billes (4). Le cône femelle du moyeu touche le cône mâle (5) fixé sur le pignon. Ils prennent la même vitesse.
C : En terminant de passer la vitesse, les billes se dégagent et le baladeur s'engage dans le crabot (6)
Fonctionnement synchronisation par Th. Schwenkle
4 - Maintenance de la BdV manuelle :
4.1 - Précautions d' utilisation :
Le conducteur doit :
- Veiller à la manipulation correcte de la boîte de vitesses, avec douceur et précision dans les changements de rapports.
- Utiliser un choix du rapport adapté à la charge, au profil de la route, aux possibilités de son moteur et aux conditions de circulation (densité, météo, etc…).
- Ne pas se servir du levier de vitesses comme repose main (usure de la fourchette qui frotte sur le baladeur).
- Privilégier le point mort lors d’un arrêt prolongé ( ex : feux rouges ). Sur certains PL, l’injection peut se couper en cas d’arrêt prolongé avec une vitesse engagée même en débrayant correctement !
Le conducteur doit aussi :
- Choisir le rapport par rapport aux indications du compte-tours, voir suivre les informations indiquées au tableau de bord…
- Ne pas utiliser le double débrayage ou double pédalage sur une boite synchronisée !
4.2 - Le cahier du conducteur :
• Démarrage du véhicule :
Il faut toujours démarrer sur la vitesse préconisée par le constructeur (souvent la première). Cela dépend toutefois aussi de la charge et du profil de la route.
Exceptions :
- En descente, le véhicule se lance tout seul dès que le frein est « lâché », donc le conducteur accompagne ce lancement avec un rapport supérieur.
- Pour s’insérer rapidement dans la circulation, il est possible, parce que la sécurité prime sur la mécanique de démarrer sur un rapport supérieur. Cela doit rester exceptionnel.
• En circulation sur le plat :
Toujours rouler sur le rapport le plus haut possible et passer le moins de rapports possible tout en maintenant le moteur dans ou au voisinage de la zone verte.
Donc si il est possible de monter ou de descendre plusieurs rapports à la fois, il faut le faire.
• En montée :
Il peut être nécessaire d’aller au delà de la zone verte pour passer le rapport suivant.
Ensuite, 2 cas de figure :
- le régime se stabilise et tout va bien
- le régime chute, il faut alors revenir au rapport inférieur et le maintenir en haut de la plage verte.
En montée, il faut toujours rouler sur le rapport le plus haut possible tant que le régime moteur peut se maintenir dans la zone verte, souvent au régime de couple maxi (plus le rapport de boîte de vitesses est élevé, plus la consommation est faible).
• En descente :
La boîte de vitesses n’est pas un frein, avant de descendre les rapports, il faut d’abord ralentir le véhicule.
Il faut ensuite choisir un rapport qui, avec ou sans l’aide de ralentisseur, stabilise l’aiguille du compte tour au dessus de la zone verte sans jamais entrer dans la zone rouge.
C’est dans cette zone que le frein moteur et les ralentisseurs sont les plus efficaces.
Il faut profiter si possible de la fin de la descente pour relancer le véhicule, il est alors possible de passer plusieurs rapports à la fois et relancer en léger sous régime.
4.3 - Règles de maintenance :
Le conducteur doit :
• Veiller à l’entretien et au bon fonctionnement de celle-ci,
• Signaler toute anomalie de fonctionnement (changement de vitesse difficile, vitesse qui « craque », vitesse qui saute etc…)
• Vérifier et parfois planifier les entretiens périodiques.
Contrôles à effectuer :
• Étanchéité (vérifier l’absence de tâche sous le véhicule)
• Niveaux (effectués à l’atelier lors de l’entretien périodique)
• Vidanges (selon les prescriptions du constructeur, exemple de viscosité d’huile : 50W70)
• En cas de remorquage, désaccoupler la transmission.
Avec l’aide du carnet d’entretien et de la notice du véhicule, le conducteur veille au respect de la périodicité des contrôles et entretiens.
2ème partie : Les boites de vitesses PL
à étages, à relais ou automatiques
1 - Notion de boite de vitesses PL
Les véhicules lourds sont équipés de boîtes de vitesses qui en plus des boîtes classiques sont munies d’un relais, ou d’un étage, ou encore des deux.
Ces dispositifs permettent d’augmenter le nombre des rapports car la plage d’utilisation d’un moteur de poids lourd est très réduite (600 à 800 tr/mn) et les efforts demandés aux éléments de la chaine cinématique sont plus conséquents ( plus de masse à déplacer ).
Les boîtes classiques à 5 ou 6 vitesses qui équipent les VL, ne sont pas toujours assez efficaces pour mettre en mouvement et aider au déplacement de la masse imposante d’un PL .
Il a fallu concevoir des boites offrant un plus grand nombre de possibilités de «démultiplications».
Pour limiter l’encombrement de celles-ci, sont apparues les boites à étages et les boites à relais.
2 - La boite de vitesses à étage :
2.1 - Principe :
On retrouve le principe de la boite de vitesse à étage tout simplement sur la plupart des vélos :
Le dérailleur ( sur la roue arrière ) constitue la boite de vitesses et les plateaux ( au pédalier ) font office de changement d’étage
2.2 - Fonctionnement :
Sur les véhicules au couple moteur élevé, on emploie un réducteur accolé au carter ( ex : à l’arrière ), pour diminuer l’encombrement.
Le réducteur, souvent un train épicycloïdal, possède une position réduction et une position prise directe. Il est entraîné par l’arbre de sortie de la boite de vitesses (arbre secondaire )
A l’étage inférieur ( de la 1ère à la 4ème ), les satellites sont en mouvement et actionnent le planétaire.
La couronne est fixe.
Pour les 4 premiers rapports : le mouvement du prolongement de l'arbre secondaire en sortie du réducteur ( = étage ) est démultiplié ( = réduit ) par rapport à celui de l'arbre secondaire en sortie de boite de vitesses.
Ce dispositif augmente le nombre de rapports de vitesses à forte démultiplication et à couple élevé pour aider au démarrage et en circulation à basse vitesse plus particulièrement lorsque le véhicule est lourdement chargé.
① Arbre secondaire
② planétaire
③ Couronne
④ Satellites
⑤ Arbre secondaire ( prolongement )
⑥ Porte-satellites.
A l’étage supérieur ( de la 5ème à la 8ème ), les satellites ne sont en mouvement, ils font tourner la couronne et agissent ensemble pour transmettre le mouvement au planétaire.
Pour les 4 derniers rapports, le mouvement du prolongement de l'arbre secondaire en sortie du réducteur ( = étage ) est identique à celui de l'arbre secondaire en sortie de boite de vitesses.
Il n'y a pas de démultiplication, les 2 arbres secondaires ( de part et d'autre du réducteur ) sont en prise directe.
Ces 4 rapports sont davantage étudié pour circuler à allure normale.
Vidéo : Transmission de mouvement par engrenages
Vidéo : Engrenages planétaires
2.3 - Utilisation :
2.3.1 - BdV à étage à grille unique :
Un " interrupteur " ( bouton ou bague) situé sur le levier de vitesse permet de basculer le réducteur sur l'un ou l'autre des 2 étages.
Le conducteur permute la position de cet interrupteur pour passer de la 4ème à la 5ème, tant en montant qu'en descendant les rapports.
Le conducteur doit permuter la position de cet interrupteur avant tout débrayage ou déplacement du levier lors de ces passages de la 4ème à la 5ème, tant en montant qu'en descendant les rapports.
Dans le cadre d'une grille unique, la manipulation du levier est identique
- pour trouver la 1ère et la 5ème vitesse,
- pour trouver la 2ème et la 6ème vitesse,
- pour trouver la 3ème et la 7ème vitesse,
- pour trouver la 4ème et la 8ème vitesse.
2.3.2 - BdV à étage à grille double :
Un " interrupteur " situé sur le levier de vitesse permet de basculer le réducteur sur l'un ou l'autre des 2 étages.
Mais le plus souvent, dans le cas d'une grille double, c'est une action sur le levier lui-même qui permet le changement d'étage.
Alors que le levier est au point mort, si le conducteur donne au levier une impulsion la gauche ( = vers lui ), il place le réducteur sur l'étage inférieur ( de la 1ère à la 4ème vitesse ).
Lorsque le conducteur exerce cette impulsion sur le levier, vers la droite, il bascule le réducteur sur l'étage supérieur ( de la 5ème à la 8ème vitesse ).
La manipulation exercée par le conducteur sur le levier vaut à ce type de boite de vitesses le nom de " boite à claques "
Le conducteur doit positionner le levier sur la position "point mort " et donner l'impulsion sur à chaque passages de la 4ème à la 5ème, tant en montant qu'en descendant les rapports.
Dans le cadre d'une grille double, la manipulation du levier est identique uniquement pour trouver la 3ème et la 5ème vitesse, ou pour trouver la 4ème et la 6ème vitesse.
3 - La boite de vitesses à relais :
3.1 - Principe :
Le relais est placé dans un carter accolé à la boite de vitesses ( souvent en entrée de boite ).
Ce type de boite permet de partager en deux chaque rapport de vitesses.
Il serait presque envisageable de retrouver le principe de la boite à relais sur un vélo. Pour cela, le cycliste devrait disposer de 4 plateaux au niveau du pédalier ( = 4 vitesses ) et de relier ces 4 plateaux à 2 pignons de tailles différentes au niveau du dérailleur ( sur la roue arrière ).
Chacune des 4 vitesses disponibles sur le pédalier se verraient être dédoublées en 2 sous rapports " petite " et "grande " au niveau du dérailleur.
L'ensemble des rapports à disposition du cycliste passe alors de 4 à 8 rapports.
3.2 - Fonctionnement :
Un train de pignons supplémentaire peut être placé, par exemple, à l’entrée de la boite, sur les arbres primaire et intermédiaire. Ces pignons supplémentaires ayant des rapports de démultiplication différents, on peut ainsi faire varier la vitesse d’entraînement des arbres primaire et intermédiaire.
3.3 - Utilisation :
Une commande de relais se trouve sur le levier de vitesses ( une bague ou un bouton ).
Pour passer, pour un même rapport, de la "petite" à la "grande", le conducteur doit agir sur le sélecteur du relais puis enclencher le changement petite/grande avec une action sur la pédale d'embrayage.
Pour des changements de rapports très progressifs, comme dans le cas des routes à fortes déclivités, le conducteur peut aussi utiliser le relais. Il peut ainsi passer de la 4ème grande à la 5ème petite avec une très faible variation de régime et utiliser la boite de vitesses de façon beaucoup plus rationnelle.
Dans ce cas, le conducteur positionne la commande de relais sur la position souhaitée avant de débrayer et dé^placer le levier de vitesses.
4 - La BdV à étage et à relais :
4.1 - La Boite à 16 rapports ( ex : Renault V.I. ) :
Il est tout à fait envisageable d'avoir un relais et un étage sur la même boite de vitesses. Les 4 rapports disponibles sur la boite de vitesses sont dédoublés par l'étage en 8 rapports. Le relais permet de dédoubler, à nouveau, ces 8 rapports en 16 rapports.
4.2 - La Boite à 12 rapports ( ex : Scania ) :
Scania propose une boite à 3 rapports avec un premier dédoublement par l'étage en 6 rapports. Le relais permet de dédoubler, à nouveau, ces 6 rapports en 12 rapports.
Vidéo : manipulation BdV étage et relais
5 - Maintenance sur une BdV manuelle PL
à étage et/ou à relais :
5.1 - Précautions d' utilisation :
Le conducteur doit :
- Veiller à la manipulation correcte de la boîte de vitesses, avec douceur et précision dans les changements de rapports.
- Utiliser un choix du rapport adapté à la charge, au profil de la route, aux possibilités de son moteur et aux conditions de circulation (densité, météo, etc…).
- Ne pas se servir du levier de vitesses comme repose main (usure de la fourchette qui frotte sur le baladeur).
- Privilégier le point mort lors d’un arrêt prolongé ( ex : feux rouges ). Sur certains PL, l’injection peut se couper en cas d’arrêt prolongé avec une vitesse engagée même en débrayant correctement !
Le conducteur doit aussi :
- Choisir le rapport par rapport aux indications du compte-tours, voir suivre les informations indiquées au tableau de bord…
- Ne pas utiliser le double débrayage ou double pédalage sur une boite synchronisée !
5.2 - Le cahier du conducteur :
• Démarrage du véhicule :
Il faut toujours démarrer sur la vitesse préconisée par le constructeur (souvent la première). Cela dépend toutefois aussi de la charge et du profil de la route.
Exceptions :
- En descente, le véhicule se lance tout seul dès que le frein est « lâché », donc le conducteur accompagne ce lancement avec un rapport supérieur.
- Pour s’insérer rapidement dans la circulation, il est possible, parce que la sécurité prime sur la mécanique de démarrer sur un rapport supérieur. Cela doit rester exceptionnel.
• En circulation sur le plat :
Toujours rouler sur le rapport le plus haut possible et passer le moins de rapports possible tout en maintenant le moteur dans ou au voisinage de la zone verte.
Donc si il est possible de monter ou de descendre plusieurs rapports à la fois, il faut le faire.
• En montée :
Il peut être nécessaire d’aller au delà de la zone verte pour passer le rapport suivant.
Ensuite, 2 cas de figure :
- le régime se stabilise et tout va bien
- le régime chute, il faut alors revenir au rapport inférieur et le maintenir en haut de la plage verte.
En montée, il faut toujours rouler sur le rapport le plus haut possible tant que le régime moteur peut se maintenir dans la zone verte, souvent au régime de couple maxi (plus le rapport de boîte de vitesses est élevé, plus la consommation est faible).
• En descente :
La boîte de vitesses n’est pas un frein, avant de descendre les rapports, il faut d’abord ralentir le véhicule.
Il faut ensuite choisir un rapport qui, avec ou sans l’aide de ralentisseur, stabilise l’aiguille du compte tour au dessus de la zone verte sans jamais entrer dans la zone rouge.
C’est dans cette zone que le frein moteur et les ralentisseurs sont les plus efficaces.
Il faut profiter si possible de la fin de la descente pour relancer le véhicule, il est alors possible de passer plusieurs rapports à la fois et relancer en léger sous régime.
5.3 - Règles de maintenance :
Le conducteur doit :
• Veiller à l’entretien et au bon fonctionnement de celle-ci,
• Signaler toute anomalie de fonctionnement (changement de vitesse difficile, vitesse qui « craque », vitesse qui saute etc…)
• Vérifier et parfois planifier les entretiens périodiques.
Contrôles à effectuer :
• Étanchéité (vérifier l’absence de tâche sous le véhicule)
• Niveaux (effectués à l’atelier lors de l’entretien périodique)
• Vidanges (selon les prescriptions du constructeur, exemple de viscosité d’huile : 50W70)
• En cas de remorquage, désaccoupler la transmission.
Avec l’aide du carnet d’entretien et de la notice du véhicule, le conducteur veille au respect de la périodicité des contrôles et entretiens.
6 - Boites de vitesses automatiques :
6.1 - Principes de la BdV 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
6.1 - Différents types de BdV 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.
6.3 - Avantages de la BdV 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.
6.4 - Notions de fonctionnement :
6.4.1 - 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 ?
6.4.2 - BdV automatique robotisée
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).
6.4.3 - 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.
6.4.4 - 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.
6.4.5 - 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.