Comment les systèmes de transmission dans les véhicules commerciaux contribuent à la performance et à la durabilité

Les systèmes de transmission dans les véhicules commerciaux sont des éléments essentiels qui assurent le transfert et la gestion de la puissance du moteur vers les roues. Ils sont conçus pour répondre aux exigences particulières des poids lourds, souvent soumis à des conditions de travail extrêmes. Parmi les composants clés de ces systèmes, on trouve les prises de force (PTO), les boîtes de transfert et les nouvelles technologies d'entraînement électrique.

Les prises de force dépendantes du moteur sont souvent entraînées par le vilebrequin ou via l’arbre à cames. En revanche, celles montées sur la transmission utilisent un arbre spécial ou une extension d’arbre qui permet de répartir la puissance selon les besoins. Cette distinction est importante pour la maintenance et la flexibilité des systèmes de transmission. Le choix entre ces deux types dépend largement des exigences spécifiques du véhicule et des fonctions supplémentaires qu’il doit remplir.

Le cas de la boîte de transfert mérite également une attention particulière. Cette unité est conçue pour distribuer la force motrice entre les essieux avant et arrière, notamment dans les véhicules à traction intégrale. Par exemple, dans les camions lourds, la boîte de transfert permet de répartir la puissance de manière symétrique ou asymétrique entre les essieux, en fonction des conditions de conduite et des besoins de traction. Certaines boîtes de transfert offrent même un mode "lent" qui permet de réduire la vitesse des roues tout en augmentant la force de traction, idéal pour les terrains difficiles.

Les boîtes de transfert sont souvent équipées de plusieurs rapports de transmission et peuvent être actionnées manuellement ou automatiquement. Ces dispositifs doivent être conçus pour résister à des couples élevés, car ils sont soumis à des charges importantes, particulièrement lors des changements de rapports en mode de traction difficile.

Dans les camions électriques, il est souvent nécessaire d’utiliser des systèmes de prises de force pour alimenter des équipements externes tels que des pompes hydrauliques ou des grues. Ces PTOs peuvent être branchées soit directement sur la transmission, soit via l’e-axle, bien que cet agencement soit complexe en raison des contraintes d’espace et de suspension. Parfois, des solutions alternatives prévoient l’électrification du corps du véhicule, éliminant ainsi la nécessité d’une prise de force mécanique, mais cela peut limiter les applications possibles pour des tâches spécifiques.

Un autre aspect important des systèmes de transmission dans les véhicules commerciaux est l’embrayage, qui permet de connecter ou de déconnecter le moteur de la transmission. Cela est essentiel pour démarrer le moteur, changer les vitesses et arrêter le véhicule en toute sécurité. L'embrayage à friction, ou embrayage sec, est l'un des types les plus courants, et il joue également un rôle dans l’absorption des irrégularités de rotation du moteur thermique.

En ce qui concerne l’avenir de ces systèmes, les tendances actuelles montrent une forte inclinaison vers l’intégration de technologies hybrides et électriques, en réponse à la pression croissante pour réduire les émissions et améliorer l’efficacité énergétique. Les véhicules électriques, bien qu'ils nécessitent des solutions techniques spécifiques, présentent de grands avantages en termes de maintenance et de coûts opérationnels, tout en permettant d’atteindre des objectifs environnementaux ambitieux.

Il est donc crucial de bien comprendre que, bien que les technologies de transmission évoluent rapidement, l’essentiel réside toujours dans l’équilibre entre performance, fiabilité et coût de maintenance. L’adaptation des systèmes de transmission aux besoins spécifiques des véhicules commerciaux, tout en tenant compte des contraintes techniques et environnementales, reste un défi de taille. Cela nécessite une ingénierie avancée et une compréhension approfondie des différentes fonctions et capacités des composants mécaniques et électriques intégrés dans ces véhicules.

Comment fonctionne un système de transmission à plusieurs rapports dans un véhicule commercial ?

Les transmissions de véhicules commerciaux se composent généralement d’un système à deux étages avec arbre secondaire. L’inconvénient majeur des transmissions à plusieurs rapports réside dans le fait que chaque système d’engrenage par lequel passe la force dans la transmission génère des pertes d’énergie. Ainsi, il est recommandé de limiter le nombre d’étapes d’engrenage dans la transmission. C’est ici que le système de transmission à prise directe trouve son avantage : aucun engrenage n’est impliqué dans le flux de force, ce qui permet de réduire les pertes.

Le rôle principal du système de changement de vitesses interne est de connecter la roue folle et l'arbre, puis de les désengager à nouveau. Dans la transmission principale, ce système comprend essentiellement une tige de commande, un manchon glissant et, dans le cas des transmissions synchronisées, un synchroniseur. Le manchon glissant permet de connecter la roue folle à l'arbre. Il est en prise d'engrenage avec l'arbre et tourne donc en permanence avec lui. Lors du processus de changement de vitesse, le manchon glissant se déplace axialement le long de l’arbre, s’engageant dans le contour latéral de la roue folle. Cela permet de fixer mécaniquement la roue folle à l’arbre, de manière à ce qu’elle tourne à la même vitesse angulaire que l’arbre. Ce déplacement du manchon glissant est le changement de vitesse.

Dans une boîte de vitesses à pignons droits, les rapports ne peuvent être changés que si le flux de force à travers le système d’engrenages est interrompu. C’est pourquoi l’embrayage doit être ouvert lors du changement de vitesse. Pendant cette interruption, la vitesse du véhicule change. En descente, le véhicule accélère ; en montée, il ralentit, indépendamment de la vitesse du moteur. Afin de réduire cet effet, il est conseillé de rendre l’interruption du flux de force aussi courte que possible et de changer de vitesse rapidement.

Les transmissions synchronisées possèdent un synchroniseur entre le manchon glissant et la roue folle. Ce dernier est un élément de friction en forme d’anneau qui est situé entre le manchon glissant et la roue folle. Il permet d’accélérer ou de ralentir la roue folle afin d’ajuster sa vitesse à celle du manchon glissant, permettant ainsi à ce dernier de s’engager dans la roue folle. L’ajout d’un synchroniseur implique l’installation de composants supplémentaires, qui doivent répondre à des exigences strictes en matière de matériaux et de qualité de fabrication.

À l'inverse, les transmissions non synchronisées, également appelées transmissions à dents en prise constante, se passent de ces éléments de synchronisation. Dans ce type de transmission, les vitesses de rotation sont ajustées différemment, par exemple en faisant appel à un changement de régime du moteur, afin d'atteindre une vitesse de rotation optimale entre la roue folle et l'arbre.

Dans le cas d’une boîte de vitesses manuelle non synchronisée, pour rétrograder, le conducteur doit d'abord passer en neutre, puis, avec l'embrayage débrayé, accélérer le moteur (et le contre-arbre) pour que la vitesse de la roue folle corresponde à celle de l’arbre de sortie. Ce n’est qu’après cette phase de synchronisation manuelle qu’il est possible d’engager la roue folle avec l’arbre grâce au manchon glissant. Bien que ce processus exigeant soit moins couramment utilisé aujourd’hui, notamment dans les camions modernes, il est encore possible de trouver des boîtes de vitesses manuelles non synchronisées dans certains véhicules.

Avec l'avancée technologique, les transmissions non synchronisées automatisées sont désormais courantes. Elles permettent de réaliser automatiquement les processus de synchronisation complexes, ce qui facilite la conduite et améliore l'efficacité énergétique. Ces transmissions peuvent aussi être équipées d’un frein sur l’arbre secondaire, permettant de contrôler la vitesse de l’arbre pour accélérer les changements de vitesse.

Les transmissions à dents en prise constante offrent plusieurs avantages par rapport aux transmissions synchronisées : l’absence de composants de synchronisation coûteux et complexes permet d’élargir les roues dentées dans le même boîtier de transmission. Cela permet de concevoir une transmission plus robuste, capable de supporter des couples plus élevés, ce qui devient essentiel avec l’augmentation continue de la puissance des moteurs modernes.

En plus de ces systèmes, il est important de noter que le rapport de vitesse inverse est une autre fonctionnalité essentielle d’une transmission. La possibilité de faire tourner les roues dans les deux directions est rendue possible grâce à l’utilisation d’un engrenage supplémentaire, appelé roue intermédiaire, qui inverse la direction de rotation. Ce système permet au véhicule de se déplacer en marche arrière, tout en maintenant le moteur dans une seule direction de rotation constante.

Enfin, la compréhension des diagrammes de transmission, souvent appelés diagrammes à roues, est essentielle pour saisir pleinement le fonctionnement d’un système de transmission. Ces diagrammes simplifient la représentation des composants fonctionnels clés, tels que les roues dentées, les arbres et autres éléments critiques de la transmission. Ces outils visuels sont indispensables à la fois pour l’analyse technique et pour la conception de nouvelles transmissions.

Quelle est la fonction du groupe divisé et comment il améliore les transmissions dans les véhicules ?

Un moyen de réaliser cette fonctionnalité de division est illustré par un diagramme de roues. Il repose sur l'idée de faire tourner l'arbre secondaire à l'aide de deux paires d'engrenages différents. La paire d'engrenages située sur l'arbre d'entrée qui entraîne l'arbre secondaire est aussi appelée le "constant". Dans ce cas, la division est réalisée par la présence de deux constants. Selon que l'arbre secondaire soit entraîné par le constant 1 ou le constant 2, différents rapports de vitesse peuvent être choisis. En mode de transmission directe, les deux constants sont contournés. Le schéma montre clairement comment ces deux constants sont utilisés pour créer un rapport dans la transmission principale. Cette approche intègre la fonctionnalité du groupe divisé directement dans la transmission principale, de sorte qu’il devient difficile de faire une distinction nette entre la transmission divisée et la transmission principale elle-même.

Cela mène à une solution astucieuse où l'on obtient un système de rapports plus souple et précis, tout en conservant la simplicité et l'efficacité du mécanisme principal. Cette intégration astucieuse du groupe divisé dans la transmission permet d’optimiser les performances du véhicule, surtout dans des conditions exigeantes comme le franchissement de pentes raides ou le transport de charges lourdes. Il est crucial de comprendre que cette approche améliore non seulement l’efficacité énergétique mais aussi la durabilité de la transmission en permettant une gestion plus fine des forces appliquées.

En parallèle, le système épicyclique, ou transmission planétaire, offre une approche différente, qui se distingue par sa compacité et sa capacité à transmettre des couples élevés. Ce système est constitué d'un soleil central, d'un porte-planétaire qui supporte les planétaires et d'un anneau denté. Les engrenages planétaires tournent autour du soleil, et la combinaison de ces éléments permet des rapports de vitesse multiples, répartis entre les différentes parties du système. La transmission planétaire est connue pour sa capacité à fonctionner dans un espace réduit tout en offrant une grande force de traction et de transmission.

Le groupe de rapports d’un véhicule, quant à lui, est conçu pour élargir la plage de vitesses disponibles, permettant ainsi une meilleure gestion de la puissance dans une large gamme de conditions. Ce groupe peut intégrer un système d'engrenages planétaires, qui fonctionne comme un sous-système au sein de la transmission principale. Selon que le porte-planétaire et l'anneau denté sont fixés ou non, un rapport de transmission particulier est créé, souvent très élevé dans le cas d’une immobilisation de l’anneau denté. Ce rapport peut varier en fonction de la configuration de l'engrenage, mais l’objectif reste le même : offrir un changement de rapport très large pour mieux gérer les conditions de conduite difficiles.

Il est aussi important de noter que ces systèmes de transmission ne sont pas nécessairement des systèmes planétaires, mais peuvent également inclure des engrenages droits conventionnels, qui fonctionnent de manière similaire à ceux de la transmission principale. En dépit de la complexité apparente de ces systèmes, leur rôle est primordial pour la performance du véhicule dans des situations où des changements de rapport fréquents et très variés sont nécessaires.

Dans les véhicules légers, une transmission se contentant de la transmission principale est souvent suffisante, mais à mesure que le nombre de rapports augmente, il devient nécessaire de recourir à des transmissions à plages multiples, comme celles utilisées dans les poids lourds et les véhicules agricoles. Ces systèmes sophistiqués permettent d'adapter la transmission aux besoins spécifiques de puissance et de traction, optimisant ainsi l'efficacité générale du véhicule, en particulier lorsqu'il est soumis à des conditions de conduite sévères.