Bien que plusieurs essais aient été entrepris pour concevoir une transmission à sélection automatique des rapports, ce n’est qu’en 1939 que les ingénieurs de General Motors ont trouvé une solution satisfaisante.
L’HydraMatic a été la première transmission entièrement automatique à équiper des voitures de tourisme, avec environ 25 000 voitures Oldsmobile équipées de cette nouvelle transmission.
Près de vingt-cinq ans plus tard, Earl A. Thompson (à la tête du groupe d’ingénieurs de General Motors qui a mis au point l’HydraMatic), a reçu en 1963 le prix Sperry, récompensant «une contribution d’ingénierie remarquable qui grâce à son système éprouvé a fait progresser les transports sur terre, en mer et dans les airs».
Au cours des 75 années qui ont suivies, les transmissions automatiques ont gagné cinq vitesses supplémentaires (voire six sur certains véhicules). Elles ont également été équipées d’un système de contrôle électronique et ont diminué en taille. De nos jours, les transmissions automatiques dépendent toujours de la pression hydraulique pour le passage des rapports.
La pression hydraulique contrôle les transmissions automatiques
Le boîtier de soupapes est le centre de contrôle des transmissions automatiques. Il contient un labyrinthe de canaux et de passages qui dirigent le fluide hydraulique vers les nombreuses soupapes. Celles-ci actionnent ensuite l’embrayage multidisque ou le servo de la courroie pour activer les engrenages appropriés aux situations de conduite.
Chacune des nombreuses soupapes a une fonction précise et porte le nom de cette fonction. Par exemple, la soupape 2-3 active le changement de la deuxième à la troisième vitesse en accélération, tandis que la vanne 3-2 détermine le moment de rétrogradage de la troisième à la deuxième vitesse.
La soupape la plus importante est la soupape de commande manuelle. Celle-ci est directement reliée au levier de changement de vitesse et ouvre ou referme divers passages en fonction de sa position. Par exemple, lorsque le levier est en position «Drive», la soupape à commande manuelle dirige le fluide vers l’embrayage multidisque qui contrôle la première vitesse. Elle surveille également la vitesse du véhicule et la position de la commande des gaz pour déterminer la force et le moment de passage de la première à la deuxième vitesse.
Dans le cas des transmissions contrôlées par ordinateur, des solénoïdes électriques sont installés dans le boîtier de soupapes pour diriger le fluide vers les embrayages multidisques ou les courroies gérés par ordinateur afin de contrôler plus précisément les points de changement de vitesse.
La pression générée par la pompe à huile est acheminée vers la soupape de pression principale, la soupape du régulateur et la soupape de la commande des gaz pour contrôler et lubrifier la transmission. Certaines de ces soupapes ont été remplacées ou fonctionnent désormais avec des commandes électroniques.
- La pression du régulateur augmente avec la vitesse du véhicule. Les transmissions plus anciennes étaient équipées de régulateurs mécaniques constitués de ressorts, de poids centrifuges et d’une soupape de régulation pour contrôler la pression. La pression du régulateur détermine le passage à la vitesse supérieure tandis que la pression de la commande des gaz détermine le rétrogradage. Les transmissions actuelles utilisent des solénoïdes pour la synchronisation.
- La pression de la commande des gaz indique la charge du moteur. Certaines transmissions utilisent un modulateur de dépression ou un câble de commande des gaz pour contrôler l’accélération. Les derniers modèles de transmissions utilisent des solénoïdes électriques.
Dans une transmission automatique, les changements de vitesse s’effectuent par le déplacement des soupapes de commutation. La pression du régulateur agit à une extrémité de la soupape, et la pression de la commande des gaz agit de l’autre. Lorsqu’un véhicule est à l’arrêt puis accélère, la pression de l’accélérateur est supérieure à celle du régulateur, de sorte que la voiture reste en première vitesse. À mesure que la vitesse du véhicule augmente, la pression du régulateur (affectée par la vitesse du véhicule) augmente jusqu’à ce qu’elle dépasse la pression de l’accélérateur et provoque un passage de vitesse supérieure.
Le rétrogradage se produit lorsque la pression de de l’accélérateur dépasse la pression du régulateur. Ceci est dû à l’augmentation de la charge du moteur. Ces deux pressions contrôlent le mouvement des soupapes de commutation, qui à leur tour contrôlent les dispositifs réactionnels (embrayages et courroies) qui entraînent et bloquent les éléments du train épicycloïdal.
Les changements de vitesse en douceur et sans «glissement» excessif de l’embrayage ne sont pas une mince affaire: la pression, qui verrouille un groupe de courroies et en libère un autre, doit non seulement être correctement distribuée, mais elle doit également être appliquée de manière ferme sans créer d’à-coups. Tout ce processus est contrôlé par la pression de la ligne hydraulique.
Au cours du développement de transmissions automatiques, les pressions sont mesurées en temps réel et comparées aux normes de conception afin de confirmer que les paramètres de conception sont respectés. Dans le même temps, la précision et le chronométrage des rapports sont mesurés et évalués afin de garantir la conformité aux objectifs de performance et de maniabilité. Cela ne peut être réalisé qu’avec des capteurs de pression ultra précis et de haute qualité, tels que ceux produits par STS.
Les mesures enregistrées au cours du développement sont essentielles, non seulement pour garantir l’efficacité des changements de vitesse, mais également pour élaborer des spécifications uniques relatives à chaque transmission automatique. Ces mesures sont généralement utilisées pour le diagnostic des pannes dans les ateliers de réparation.
Maintenir la cadence des améliorations
Étant donné que les réglementations en matière d’émissions polluantes jouent un rôle déterminant dans le développement des véhicules modernes, les constructeurs doivent repenser la conception des transmissions automatiques en cherchant à améliorer l’efficacité sans nuire aux performances.
Dans le cadre des développements entrepris par le fabricant coréen KIA, 143 nouvelles technologies ont été brevetées lors de la conception d’une boîte automatique 8 rapports (8AT). Cette nouvelle transmission offre des accélérations souples, une réduction de la consommation de carburant, de meilleures caractéristiques NVH (bruits, vibrations et dureté) et une accélération plus décisive à grande vitesse qu’une transmission automatique avec moins de rapports.
Pour améliorer la consommation de carburant de cette transmission automatique à huit vitesses, les ingénieurs KIA ont considérablement réduit la taille de la pompe à huile (principale source de perte de puissance dans une transmission automatique) et simplifié la structure du boîtier de soupapes. Équipée de la plus petite pompe à huile de sa catégorie, la transmission 8AT utilise l’huile hydraulique de manière plus efficace en la distribuant uniformément dans toute l’unité.
Les équipes de développement de KIA ont également incorporé un boîtier de soupapes à commande directe pour permettre un contrôle de l’embrayage par solénoïdes plutôt que par l’intermédiaire de plusieurs soupapes de commande. Cela a permis de réduire le nombre de soupapes de commande (12 au lieu de 20) et d’obtenir un passage de rapports plus rapide, ainsi qu’une liaison mécanique plus directe avec le moteur et une conception plus compacte.
Le défi de cette approche révolutionnaire consistait à faire en sorte que la pompe plus petite soit capable de fournir des volumes de fluide hydraulique suffisants à des pressions allant jusqu’à environ 20 bars.
Au cours des tests de développement, les pressions ont été mesurées à température de fonctionnement dans des conditions de ralenti et de commande des gaz ouverte, afin de s’assurer que la petite pompe était à la hauteur de la tâche. En raison de la nature critique de ces procédures de test, les mesures n’étaient envisageables qu’avec des capteurs de pression de haute qualité et certifiés en laboratoire.
