Une boite de vitesses automatique, comment ça marche ?

Pourquoi votre voiture dispose-t-elle d’une boite de vitesses ?

Tout simplement, pour faire passer la puissance du moteur aux roues et pour faire avancer le véhicule. Comme pour un vélo, le rôle de la boite de vitesses est de faire passer les rapports avec plusieurs « pignons » lorsque celui-ci en bien lancé.

Pour une boite automatique la gestion des changements de rapports est autonome et se fait  en fonction de paramètres tels que le régime moteur, la position de la pédale d’accélérateur et la vitesse du véhicule. Son principal avantage est son confort à l’usage, notamment en ville et dans les embouteillages (changements fréquents des rapports…).

Petit historique sur la boite automatique…

Avec le temps et les l’évolution des performances mécaniques automobiles, le nombre de rapports proposé sur les boites de vitesse s’est vu augmenter. Aujourd’hui la boite dite « mécanique » peut compter jusque 6 rapports, et la boite automatique entre 6 et 9 rapports (10 dans un avenir très proche…). 1 rapport, 2 puis 3 rapports dans les voitures des années 50, l’évolution s’est faite progressivement avec l’ajout de paliers supplémentaires. Puis la voiture à 4 vitesses est apparue avant de laisser place à la fameuse boite manuelle à 5 rapports. N’oublions pas l’intermédiaire de la boite à 5 rapports appelée « overdrive » (surmultiplicateur) qui consistait à ajouter une vitesse supplémentaire à l’ensemble ou certains rapports de la boite. Volvo a beaucoup utilisé cette technologie. La boite 6 vitesses est apparue, à la base, pour exploiter entièrement un moteur diesel avant de faire son apparition sur les véhicules essence (petite ou grande cylindrée).

Le choix de la boite de vitesse pour un constructeur : Plusieurs modalités

• Objectif stratégique, positionnement du véhicule dans une gamme. Chez Dacia par exemple l’objectif est de construire un véhicule low-cost et donc de réduire au maximum les coûts de fabrication. Le constructeur opte donc pour l’implantation d’une boite mécanique dans son véhicule (les boites automatiques sont plus couteuses à développer). Le but étant de proposer un prix réduit au client final.
• La destination finale, l’usage du véhicule : Il existe des boites spécifiques pour les citadines, les routières, les sportives, les 4×4 etc… Tout dépend du tempérament de conduite que l’on souhaite proposer au conducteur.
• Aspect géographique : Le développement des boites se réalise également en fonction du pays d’utilisation. Les contraintes géologiques et thermiques sont totalement différentes d’un pays à l’autre.
• Aspect technique : La disposition mécanique d’un véhicule fait qu’un type de boite de vitesses est plus recommandé qu’un autre… Exemple : En fonction de la taille du châssis d’un véhicule on sait plus où moins quel moteur pourra s’y loger. De même pour la boite de vitesse qui peut se voir installer horizontalement ou transversalement (ex : La Mondiale T où la boite de vitesses devient transversale d’où l’appellation T du modèle). La taille du moteur et son couple peuvent exclure certaines boites : certains moteurs vont être trop puissants et trop « coupleux ». En effet, si le couple est trop puissant, la boite de vitesses va exploser et inversement si le moteur n’est pas puissant, il est inutile d’y associer une boite performante (qui sera sous exploitée…).

• Aspect écologique : Plus la boite de vitesses d’un véhicule possède de rapports et moins le moteur va tourner vite. Ce qui va faire diminuer le taux de consommation et les émissions de CO2. En fonction de ce taux d’émissions, le constructeur peut bénéficier d’aides fiscales, aspect non négligeable quand on produit à grande échelle. Par contre pour une voiture sportive ou un poids-lourd l’objectif premier n’est pas de limiter l’émission de CO₂.

Logiquement, la durée de vie d’une boite de vitesses est similaire à celle du véhicule qu’il équipe. Il existe cependant des pièces d’usures sur les boites automatiques : le volant moteur, l’embrayage, qui ne sont pas couverts par la garantie (sauf vice caché reconnu par le constructeur).

Usure d’une boite de vitesses : facteurs explicatifs

– Par son utilisation/utilisateur (une conduite souple n’a pas le même impact sur une boite de vitesses qu’une conduite « nerveuse »).

– Défaillance : dans ce cas le constructeur prend en charge (l’intégralité ou pas) la réparation de la boite ou exige une vidange lorsque le véhicule atteint un certain kilométrage. (Ex : Mercedes classe B, boite à variateur, vidange conseillée à 60 000km).

Lorsqu’une boite rencontre un problème, un garagiste ne prend pas le risque de l’ouvrir. Il préconise habituellement un échange standard de boite par l’intermédiaire du constructeur. A savoir que les constructeurs sous-traitent la fabrication des boites à d’autres entreprises ultra spécialisées (sauf Mercedes).

Les types de boites de vitesses automatiques :

• La boite au convertisseur de couple

Il s’agit de la boite la plus connue après la boite manuelle. Le fonctionnement est relativement simple : un convertisseur hydraulique va remplacer l’embrayage à disque de la boite manuelle. Le convertisseur hydraulique est composé de deux turbines qui tournent en face à face dans un bain d’huile spécifique et assurent la transmission du couple. L’une des turbines étant reliée au moteur et l’autre à la boite de vitesses. Le passage automatique des vitesses se fait grâce à des trains épicycloïdaux qui autorisent un plus grand nombre de rapports de transmission dans un volume réduit (5 à 7 en général).

Les boites modernes sont désormais dirigées par un calculateur électronique. Celui-ci comporte différents capteurs : la pédale d’accélérateur, la pédale de frein, le couple moteur, le régime moteur, la vitesse du véhicule, le choix de fonctionnement du véhicule… pour permettre d’optimiser le bon passage du rapport. Voici une petite vidéo d’explication : https://www.youtube.com/watch?v=RlqSgUtNP70

Exemples : DPO/Renault, AL4/ Peugeot ; Tiptronic/Volkswagen, Steptronic/BMW…

• La boite robotisée à simple embrayage

C’est une version économique du mode automatique. Il s’agit d’une boite de vitesse manuelle sur laquelle on greffe un robot. C’est un système électro-hydraulique où se trouve un dispositif (pièce avec un vérin) qui embraye, débraye et passe les vitesses à votre place. Ce « robot » est plus souvent constitué d’actionneurs électriques rapides (hydraulique sur les véhicules sportifs). Le défaut de ce rajout est une certaine sensation de lenteur entre le passage des rapports. Le tout est dirigé par un système électronique, de plus en plus sophistiqué au fil des années… La boite BMP6 a par exemple connu une évolution en se transformant en ETG6. Avec comme objectif de rendre cette boite plus réactive et fluide dans le passage de vitesses. De plus, une fonction de rampage facilite les manœuvres à basse vitesse, comme sur une boite automatique standard.

Sur ce type de boite le conducteur peut également passer en mode manuel, ce qui lui permet de changer les rapports comme bon lui semble.

En termes de coût, le développement d’une boite robotisée est limité. Comptez 600-700€ de surcoût par rapport à une boite mécanique sur un même véhicule et même finition. Concernant la boite automatique (double embrayage) comptez 2 000 – 2 500€ de surcoût. La boite robotisée est donc un intermédiaire à la boite automatique. C’est pour cette raison que celle-ci équipe des « petits » véhicules (pour son prix et pour sa place au sein du moteur).

Exemples : BMP6/PSA, ASG/Volkswagen, SMG/BMW, QuickShift/Renault…

 

• La boite robotisée à double embrayage

  

Trouvant son origine dans le monde agricole (sur les tracteurs), le double embrayage est apparu à la fin des années 1970 dans l’automobile, chez Porsche. N’étant pas bien exploité pour les véhicules de tous les jours, le groupe Volkswagen a décidé de retravailler le concept et d’implanter ce type de boite de vitesses sous l’appellation DSG. C’est ainsi que le groupe a progressivement commercialisé ce type de boite sur l’ensemble de ses modèles (à tel point que les premières boites à double embrayage sur les Audi portaient le nom DSG – appelées à présent S-tronic-).

Comme son nom l’indique, la boite possède deux embrayages (assemblage de deux demi-boites de vitesses, chacune ayant son propre embrayage). Lorsque le premier rapport entre en fonction, le second, lui, est pré-engagé, ce qui va permettre un changement de vitesse extrêmement rapide (quelques millisecondes). L’électronique va donc calculer, en fonction de la conduite, quel rapport doit-être pré sélectionné. La transmission du couple est donc en continue, ce qui évite les saccades que l’on peut rencontrer avec une boite de vitesses simple embrayage. Ici aussi, le conducteur peut passer en mode manuel, ce qui lui permettra de passer les rapports à sa guise !

Vous retrouvez différents avantages : changements rapide des rapports, meilleure consommation, aucune perte de traction, un changement de rapport sans à-coups, préserve la mécanique en évitant les mauvais changements de rapports… Son prix est bien sûr plus élevé… Retrouvez cette courte vidéo illustrant le fonctionnement d’une boite i-Shift à double embrayage : https://www.youtube.com/watch?v=ZFr9t-FF3C0

Exemples : EDC/Renault, 7G-DCT/Mercedes, DSG/Volkswagen, S-tronic/Audi, DSC/Peugeot…

 

• La boite à variateur

La vitesse varie de manière progressive, sans passage de rapports. La CVT (transmission à variation continue) ne possède aucune roue dentelée. Elle est composée de deux poulies variables qui sont reliées entre elles par une courroie. Celle-ci peut être faite en caoutchouc (tracteur, clyclo…) ou en métal (automobile). Les deux poulies coniques possèdent un diamètre d’enroulement qui varie automatiquement en fonction du régime du moteur.

Exemple de la boite Multitronic (chez Audi, à chaîne) où il n’y a aucune cassure de couple, le passage des rapports est donc linéaire. Les Japonais sont également très friands de cette boite de vitesses, notamment sur les petites citadines. Les véhicules hybrides se dotent également de ce type de boite dans la mesure où il faut exploiter deux types de moteurs : l’électrique et le thermique.

Son coût de développement reste élevé pour le moment c’est pour cela que cette boite de vitesse se retrouve uniquement sur des modèles haut de gamme. Un défaut ? Le patinage lors d’une accélération franche, la boite va avoir tendance à mouliner.

Exemples : Xtronic/Nissan, Autoronic/Mercedes, Multitronic/Audi…

Article de W.Le Corre, rédigé avec l’aide de Frédéric Bourdiaux et Chrystelle LN

De nombreux véhicules VPauto disposent de boite de vitesses automatiques : profitez-en !