Les systèmes de transmission manuelle automatisée : Une évolution technologique pour le confort et l'efficacité

Les transmissions manuelles automatisées (AMT) ont connu un développement spectaculaire au cours des deux dernières décennies, modifiant profondément le paysage des véhicules utilitaires lourds et des camions de transport longue distance. Ces systèmes de transmission, tout en maintenant les caractéristiques d'un système manuel traditionnel, offrent un confort accru au conducteur grâce à une gestion électronique de l'engagement des vitesses, ce qui élimine la nécessité d'un changement de vitesse manuel traditionnel.

Dans une transmission manuelle automatisée, une unité électronique détermine les moments les plus appropriés pour changer de vitesse et spécifie quel rapport doit être engagé. Pour ce faire, l'unité électronique actionne des soupapes électromagnétiques qui introduisent de l'air dans des cylindres pneumatiques, permettant de contrôler le système de changement de vitesses interne de la transmission. En général, un affichage sur le tableau de bord informe le conducteur sur la vitesse actuellement engagée, facilitant ainsi la conduite.

Les transmissions manuelles automatisées ont fait leur apparition sur le marché européen au début des années 2000. En moins de dix ans, elles ont pris une place dominante dans le secteur du transport longue distance. Le succès n'a pas tardé à se répandre aux États-Unis, et depuis 2020, ces technologies connaissent une adoption croissante sur des marchés comme la Chine. Elles offrent des avantages considérables, notamment en termes de confort de conduite et d'efficacité énergétique, ce qui contribue également à améliorer la valeur de revente des véhicules.

Une caractéristique remarquable des AMT est la gamme étendue de fonctions supplémentaires qu'elles offrent pour simplifier la conduite. Le mode de manœuvre, par exemple, facilite les manœuvres à faible vitesse en offrant une plage complète de la pédale d'accélérateur sur une bande de régime moteur réduite. Cette fonctionnalité permet un contrôle plus précis du véhicule lorsqu'il est nécessaire de se déplacer lentement. Le mode "rocking", quant à lui, est conçu spécifiquement pour les véhicules de chantier ou tout-terrain. Il permet de passer rapidement d'avant en arrière, ce qui peut être crucial pour dégager un véhicule coincé dans un sol meuble.

Le mécanisme de démarrage du moteur dans un véhicule AMT présente aussi des spécificités. Contrairement aux véhicules à transmission manuelle classique où le conducteur laisse souvent la voiture engagée pour le stationnement, un véhicule AMT doit être stationné avec la transmission en neutre. Cela est dû à la nécessité de garantir que l'air comprimé dans les réservoirs soit suffisant pour permettre à la transmission de passer en neutre et au système d'embrayage de fonctionner correctement après une période d'inactivité prolongée.

En outre, ces transmissions ne doivent pas être confondues avec les transmissions automatiques classiques, qui utilisent des embrayages hydrodynamiques et un convertisseur de couple. Si ces transmissions automatiques offrent un confort de conduite sans interruption de la force de traction, elles sont plus courantes dans les véhicules de tourisme que dans les camions. La consommation d'énergie dans ces systèmes est généralement plus élevée en raison de la nécessité de maintenir une pression d'huile constante pour les embrayages multiplis.

Un autre aspect important est que ces systèmes de transmission automatisée réduisent non seulement la charge de travail du conducteur mais permettent aussi un contrôle plus précis des différentes conditions de conduite. Dans les situations de transport longue distance, la capacité à optimiser la gestion des vitesses en fonction du terrain, de la charge et des conditions climatiques peut avoir un impact considérable sur la consommation de carburant et l'usure du véhicule.

Quelles sont les particularités des embrayages dans les véhicules commerciaux et lourds ?

Les embrayages jouent un rôle essentiel dans le transfert de puissance entre le moteur et la transmission dans les véhicules, et cette fonction varie en fonction de la technologie utilisée. L'embrayage sec, par exemple, est composé de deux surfaces de friction qui se pressent l'une contre l'autre grâce à un ressort à diaphragme. L'une de ces faces est fixée de manière permanente à l'arbre d'entrée de la transmission, tandis que l'autre est attachée au vilebrequin du moteur. Lorsqu'une force est appliquée sur le ressort à diaphragme, ces deux surfaces se séparent, désengageant ainsi l'embrayage. Cette séparation est souvent réalisée à l'aide d'un cylindre pneumatique, en particulier dans les poids lourds, où la force du ressort à diaphragme est particulièrement importante. Dans les transmissions manuelles automatisées, l'unité électronique contrôle une valve électromagnétique qui remplit le cylindre pneumatique, permettant ainsi l'ouverture de l'embrayage.

Il existe deux principaux types d'embrayages selon la direction d'action du ressort à diaphragme : les embrayages à poussée et les embrayages à traction. La géométrie du ressort à diaphragme et la manière dont il est connecté au couvercle de l'embrayage déterminent si l'embrayage est un modèle à poussée ou à traction. Ces variations sont essentielles pour le bon fonctionnement du système, car la force exercée par le ressort à diaphragme doit être suffisante pour éviter tout glissement entre les faces d'embrayage, tout en permettant un transfert de couple sans à-coups.

Dans ce contexte, les embrayages hydrodynamiques, comme ceux utilisés dans les convertisseurs de couple, peuvent offrir certains avantages. Ces systèmes utilisent un fluide pour transmettre les forces entre un volant pompe et une roue turbine, ce qui permet une accélération fluide et continue. Bien que moins efficaces que les embrayages secs, les embrayages hydrodynamiques offrent un confort supplémentaire, notamment dans les véhicules urbains comme les bus, où les arrêts fréquents et les démarrages sous faible charge sont courants. Le principal inconvénient de ces embrayages réside dans leur inefficacité énergétique, qui entraîne une consommation de carburant plus élevée, ce qui les rend moins populaires dans les camions modernes où l'efficacité est cruciale.

Pour les camions et autres véhicules de transport lourd, les embrayages hydrodynamiques sont de plus en plus utilisés dans des applications spécifiques où un démarrage sous forte charge est nécessaire. Ces véhicules doivent être capables de manœuvrer avec des charges massives et d'effectuer des trajets à faible vitesse, ce qui impose une forte contrainte thermique sur l'embrayage. Bien que les embrayages hydrodynamiques soient bien adaptés à ces besoins, ils présentent l'inconvénient d'une complexité accrue et d'un coût plus élevé.

Le choix entre un embrayage sec et un embrayage hydrodynamique dépend largement des exigences spécifiques du véhicule et de son utilisation. Pour les véhicules lourds, un embrayage hydrodynamique est souvent préféré dans des applications de transport de marchandises lourdes, tandis que les véhicules plus légers ou ceux ayant besoin d'une plus grande efficacité énergétique se tourneront généralement vers les embrayages secs. Le progrès technologique continue de modeler l'avenir des systèmes de transmission dans les véhicules commerciaux, avec une attention particulière portée à l'efficacité, la durabilité et la performance thermique des embrayages.

Comment concevoir la transmission d'un véhicule pour une performance optimale ?

Dans la conception d'une transmission, qu'elle soit conventionnelle ou électrique, plusieurs paramètres influencent directement les performances du véhicule. Parmi ceux-ci, la vitesse, la puissance, la force de traction et la capacité de montée sont des éléments essentiels pour garantir une conduite efficace. La gestion de ces paramètres passe par la compréhension et l'optimisation de plusieurs facteurs, que ce soit pour un moteur à combustion interne ou un moteur électrique.

La conception de la transmission repose d'abord sur l'optimisation de la vitesse du moteur. Par exemple, si l'on suppose une vitesse de manœuvre désirée de 1,5 mph (environ 0,7 m par seconde) et une vitesse de ralenti du moteur de 500 tr/min, il est crucial de déterminer le rapport de transmission adapté à ce mode de fonctionnement. À cet effet, on utilise des équations mathématiques permettant de définir le rapport de transmission optimal, prenant en compte la puissance disponible à chaque vitesse du moteur et les caractéristiques du véhicule.

Une autre composante essentielle est la force de réserve, qui peut être utilisée pour l'accélération ou pour gravir une pente. Cette force résiduelle, obtenue après avoir soustrait la résistance au roulement et la traînée aérodynamique de la force maximale théorique, est cruciale pour déterminer la capacité de montée d'un véhicule. En fonction de la vitesse du véhicule et du type de transmission, la capacité maximale de montée est déterminée par la relation entre la force de réserve et l’angle de pente. Les véhicules peuvent démarrer sur des pentes légères si la force de traction est suffisamment élevée au moment où la roue atteint la pente.

Le phénomène de limite de traction est également un aspect fondamental de la conception de la transmission. La limite de traction définit la force maximale que les pneus peuvent transmettre à la route, en fonction du coefficient de friction et du poids du véhicule. Lorsqu'une force dépasse cette limite, les roues commencent à patiner, ce qui entraîne une perte d'adhérence et d'efficacité. Ce phénomène est particulièrement important dans des conditions de conduite difficiles, comme sur des routes enneigées ou glissantes, où un moteur plus puissant ne sera pas bénéfique si les roues perdent leur adhérence au sol.

Dans le contexte de la conception des systèmes de freinage, il est important de noter que les véhicules sont équipés de freins qui, tout en étant efficaces pour des décélérations normales, ne sont pas conçus pour des freinages prolongés sur des pentes longues. Dans de telles situations, le frein moteur ou des systèmes de freinage permanents peuvent être utilisés pour maintenir la sécurité du véhicule sans surchauffer les freins.

Les moteurs situés directement dans les roues, appelés moteurs de moyeu, sont une autre solution prometteuse, bien que cette technologie présente des défis en termes de masses non suspendues, ce qui peut affecter la conduite et la maniabilité du véhicule. Cependant, cette disposition permet une utilisation plus rationnelle de l’espace dans des véhicules comme les bus à plancher bas, où l’optimisation de l’espace est cruciale.

Dans l’ensemble, qu’il s’agisse d’un véhicule à moteur thermique ou électrique, la conception de la transmission joue un rôle primordial dans la performance globale du véhicule. La gestion optimale de la force de traction, de la montée en pente, de la limite de traction et des exigences de freinage doit être envisagée de manière systémique pour assurer une expérience de conduite fluide et efficace.

Quel est l'impact de la conception géométrique des transmissions à étages multiples ?

Une caractéristique importante des transmissions à découpe de plage est l'utilisation de "pas géométriques" dans les changements de vitesse. Contrairement aux transmissions à un seul groupe de rapports, qui ont des changements de vitesse progressifs, les étapes géométriques garantissent que la différence entre chaque rapport est constante. Cette approche simplifie la combinaison de trois sous-transmissions pour créer une boîte de vitesses à découpe de plage. Par exemple, un groupe de découpe peut offrir un pas de rapport deux fois plus petit que celui de la transmission principale, tandis qu'un groupe de plage peut fournir un pas de rapport plus large, correspondant à l'étendue de la transmission principale plus un rapport supplémentaire.

Dans un tel système, le calcul de l'incrément des étapes géométriques repose sur la formule suivante :