Conclusion
Transmissions dans l'automobile - Boîtes automatiques et performances des différents concepts

BM2587 v1 Article de référence

Conclusion
Transmissions dans l'automobile - Boîtes automatiques et performances des différents concepts

Auteur(s) : Elian BARON, Philippe PESCAROU

Relu et validé le 29 juin 2023 | Read in English

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Sommaire
Médias

Présentation

1 - Présentation

2 - Boîtes automatiques à convertisseur et trains planétaires

2.1 - Notions de base sur les trains planétaires
2.2 - Formule de Willis et cas d'utilisation

Figure 11 - Terminologie utilisée Tableau 1
2.3 - Trains complexes

Figure 12 - Train Simpson Figure 13 - Trains Ravigneaux Figure 14 - Concept Lepelletier
2.4 - Convertisseur

Figure 20 - Convertisseur avec lock-up
2.5 - Lock-up
2.6 - Autres composants de la boîte automatique

Figure 23 - Pack solénoïdes Figure 27 - Frein à bande Figure 28 - Embrayage m ultidisque
2.7 - Architectures et pilotage du groupe moto-propulseur

Figure 33 - Environnement du TCM
2.8 - Synthèse

3 - Boîtes de vitesses à variation continue

3.1 - Variateurs à poulies

Figure 41 - Poulies de CVT Figure 43 - Courroie métallique de CVT Figure 44 - CVT à chaîne Figure 45 - Circuit d'huile de la CVT
3.2 - Variateurs toroïdaux

Figure 48 - Variateur semi-toroïdal Figure 52 - Variateur full-toroïdal

4 - Performances comparées des différents types de boîtes

4.1 - Focus sur le rendement

Tableau 3 Tableau 4 Tableau 5
4.2 - Focus sur la consommation
4.3 - Macro-relation entre consommation et rendement

5 - Conclusion

Bibliographie & annexes

Présentation

RÉSUMÉ

Cet article décrit les boîtes automatiques à convertisseur et les boîtes à variation continue. Les boîtes automatiques à convertisseur font l'objet de progrès continus dictés par des niveaux de prestations toujours plus élevés. Les concepts de boîtes à variation continue sont nombreux. La présente étude se limite à la description de deux d'entre eux faisant ou ayant fait l'objet d'une fabrication en série: le variateur à courroie et le variateur toroïdal. Quelques éléments de comparaison des performances des principaux types de transmissions (boîte de vitesses manuelle, boîte de vitesses automatisée, boîte à double embrayage, boîte automatique à convertisseur et boîte à variation continue) sont également donnés, en focalisant sur le rendement et la consommation.

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Auteur(s)

Elian BARON : Ingénieur-docteur - Expert chaîne cinématique, Renault Automobiles
Philippe PESCAROU : Ingénieur-docteur - Expert-Leader chaîne cinématique, Renault Automobiles

INTRODUCTION

Depuis les débuts de l'automobile, les inventions et brevets relatifs aux boîtes de vitesses ont été nombreux et continueront de l'être, les évolutions liées à l'hybridation, voire à l'électrification intégrale du véhicule, allant de pair avec de nouvelles architectures de boîtes de vitesses.

Il existe de nombreux types de boîtes de vitesse, souvent basés sur des concepts très différents, chacun revendiquant des qualités sur le plan des performances ou bien encore du confort.

Dans un premier article [BM 2 586], nous avons décrit trois concepts assez voisins dans leur architecture de base ; la boîte de vitesses manuelle, la boîte de vitesses manuelle automatisée et la boîte automatique à double embrayage.

Dans le présent article, nous nous intéressons aux boîtes automatiques à convertisseur et aux boîtes à variation continue, deux concepts qui monopolisent le marché aux États-Unis et en Asie. Les boîtes automatiques à convertisseur telles que nous les connaissons aujourd'hui existent depuis le milieu du siècle dernier. Il s'agit donc d'un concept éprouvé, mais qui fait l'objet de progrès continus dictés par des niveaux de prestations toujours plus élevés. Les concepts de boîtes à variation continue sont nombreux, mais souvent moins compatibles avec les contraintes technologiques et industrielles actuelles. Nous nous limitons donc ici à la description de deux concepts faisant ou ayant fait l'objet d'une fabrication en série : le variateur à courroie et le variateur toroïdal.

Nous donnons également quelques éléments de comparaison des performances de l'ensemble des principaux types de transmissions (boîte de vitesses manuelle, boîte de vitesses automatisée, boîte à double embrayage, boîte automatique à convertisseur et boîte à variation continue), en focalisant sur le rendement et la consommation.

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MOTS-CLÉS

transmissions automobiles transmissions automatiques transmissions à variation continue consommation du véhicule rendement des transmissions

DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-bm2587

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5. Conclusion

La transmission est un organe incontournable du groupe moto-propulseur (GMP) thermique, les chiffres de production en attestent. En effet, environ 105 millions de transmissions de tous types devraient sortir des chaînes de fabrication en 2020, soit 35 % de plus qu'en 2010.

La situation en termes de marché est assez stable, avec une répartition quasi égale entre transmissions manuelles (tous types) et transmissions automatiques (tous concepts ; BVR, DCT, BVA, CVT). À l'horizon 2020, la répartition des types de transmissions devrait être la suivante : BVM (50 %), BVA (28 %), CVT (10 %), DCT (8 %), transmissions électrifiées (4 %).

Dans un contexte où les attentes des clients, mais aussi la réglementation liée aux émissions de dioxyde de carbone (CO₂) en particulier, constituent de fortes contraintes pour les constructeurs, les boîtes automatiques à convertisseur (BVA et CVT) font l'objet d'améliorations constantes pour répondre aux objectifs.

Pour ces deux types de transmissions, les points à retenir sont les suivants :

BVA : la pénalité liée au rendement global d'une boîte de vitesses automatique (pertes convertisseur de couple, traînées internes, puissance hydraulique d'actionnement…) est en partie gommée par l'augmentation du nombre de rapports et de l'ouverture (8 et même 9 vitesses pour les dernières générations de BV compactes) ;
CVT : c'est dans le principe la transmission idéale par ses capacités d'adaptation en continu du point de fonctionnement moteur et son haut niveau de confort, mais la CVT est pénalisée par un moindre rendement global (rendement intrinsèque poulies/courroie, convertisseur de couple et puissance absorbée par l'actionnement hydraulique des poulies). L'amélioration des pertes internes, la mise en place de doubleurs de gamme pour limiter les pertes courroies permettront des progrès en terme de rendement global, sans toutefois atteindre les performances énergétiques globales d'un DCT 8 rapports ou d'une BVA 9 rapports ;
hybridation : toutes les technologies 2 pédales sont hybridables et aucune ne présente un avantage significatif en termes de potentiel d'hybridation. CVT et BVA sont propices à une intégration des machines électriques sur l'axe primaire de la transmission en lieu et place du convertisseur de couple, même si BVR et DCT sont davantage prédisposées à des machines électriques disposées en parallèle de l'axe primaire de la transmission ...