Si vous avez déjà conduit une voiture à transmission automatique, vous savez qu'il existe deux grandes différences entre une transmission automatique et une transmission manuelle :
La transmission automatique (plus son convertisseur de couple) et une transmission manuelle (avec son embrayage) accomplissent exactement la même chose, mais elles le font de manière totalement différente. Il s'avère que la façon dont une transmission automatique le fait est absolument incroyable !
Dans cet article, nous allons nous frayer un chemin à travers une transmission automatique. Commençons par la clé de tout le système :les trains planétaires. Ensuite, nous verrons comment la transmission est assemblée, apprendrons comment fonctionnent les commandes et discuterons de certaines des subtilités impliquées dans le contrôle d'une transmission.
Contenu
Tout comme celle d'une transmission manuelle, la tâche principale de la transmission automatique est de permettre au moteur de fonctionner dans sa plage étroite de vitesses tout en offrant une large plage de vitesses de sortie.
Sans transmission, les voitures seraient limitées à un rapport de vitesse, et ce rapport devrait être sélectionné pour permettre à la voiture de rouler à la vitesse maximale souhaitée. Si vous vouliez une vitesse maximale de 80 mph, le rapport de démultiplication serait similaire au troisième rapport dans la plupart des voitures à transmission manuelle.
Vous n'avez probablement jamais essayé de conduire une voiture à transmission manuelle en n'utilisant que la troisième vitesse. Si vous le faisiez, vous découvririez rapidement que vous n'aviez presque aucune accélération au démarrage, et à grande vitesse, le moteur hurlerait près de la ligne rouge. Une voiture comme celle-ci s'userait très rapidement et serait presque impossible à conduire.
Ainsi, la transmission utilise des engrenages pour utiliser plus efficacement le couple du moteur et pour maintenir le moteur en marche à une vitesse appropriée. Lors du remorquage ou du transport d'objets lourds, la transmission de votre véhicule peut devenir suffisamment chaude pour brûler le liquide de transmission. Afin de protéger la transmission contre de graves dommages, les conducteurs qui remorquent doivent acheter des véhicules équipés de refroidisseurs de transmission.
La principale différence entre une transmission manuelle et une transmission automatique est que la transmission manuelle verrouille et déverrouille différents ensembles d'engrenages sur l'arbre de sortie pour atteindre les différents rapports de vitesse, tandis que dans une transmission automatique, le même ensemble d'engrenages produit tous les différents engrenages. ratios. Le train planétaire est le dispositif qui rend cela possible dans une transmission automatique.
Voyons comment fonctionne le train planétaire.
Lorsque vous démontez et regardez à l'intérieur d'une transmission automatique, vous trouvez un vaste assortiment de pièces dans un espace assez restreint. Entre autres choses, vous voyez :
Le centre d'attention est le train planétaire . De la taille d'un cantaloup, cette pièce crée tous les différents rapports de démultiplication que la transmission peut produire. Tout le reste de la transmission est là pour aider le train planétaire à faire son travail. Cet incroyable engrenage est déjà apparu sur HowStuffWorks. Vous le reconnaîtrez peut-être dans l'article sur le tournevis électrique. Une transmission automatique contient deux trains planétaires complets repliés en un seul composant. Voir Comment fonctionnent les rapports d'engrenage pour une introduction aux engrenages planétaires.
Tout train planétaire comporte trois composants principaux :
Chacun de ces trois composants peut être l'entrée, la sortie ou peut être maintenu fixe. Choisir quelle pièce joue quel rôle détermine le rapport d'engrenage pour le train d'engrenages. Jetons un coup d'œil à un seul train planétaire.
L'un des trains planétaires de notre transmission a une couronne dentée à 72 dents et une roue solaire à 30 dents. Nous pouvons obtenir de nombreux rapports de démultiplication différents avec cet ensemble d'engrenages.
De plus, le verrouillage de deux des trois composants ensemble verrouille l'ensemble de l'appareil à une réduction de vitesse de 1:1. Notez que le premier rapport de vitesse indiqué ci-dessus est une réduction -- la vitesse de sortie est plus lente que la vitesse d'entrée. Le second est un overdrive -- la vitesse de sortie est plus rapide que la vitesse d'entrée. Le dernier est à nouveau une réduction, mais le sens de sortie est inversé. Il existe plusieurs autres rapports qui peuvent être extraits de cet ensemble d'engrenages planétaires, mais ce sont ceux qui sont pertinents pour notre transmission automatique. Vous pouvez les essayer dans l'animation ci-dessous :
Animation des différents rapports de vitesse liés aux transmissions automatiques
Cliquez sur les boutons à gauche dans le tableau ci-dessus.
Ainsi, cet ensemble d'engrenages peut produire tous ces différents rapports d'engrenage sans avoir à engager ou désengager d'autres engrenages. Avec deux de ces engrenages d'affilée, nous pouvons obtenir les quatre vitesses avant et une marche arrière dont notre transmission a besoin. Nous allons assembler les deux ensembles d'engrenages dans la section suivante.
Cette transmission automatique utilise un ensemble d'engrenages, appelé engrenage planétaire composé , qui ressemble à un train planétaire unique mais se comporte en fait comme deux trains planétaires combinés. Il a une couronne dentée qui est toujours la sortie de la transmission, mais il a deux engrenages solaires et deux ensembles de planètes.
Regardons quelques-unes des parties :
La figure ci-dessous montre les planètes dans le porte-satellites. Remarquez comment la planète de droite est plus basse que la planète de gauche. La planète de droite n'engage pas la couronne dentée - elle engage l'autre planète. Seule la planète de gauche engage la couronne dentée.
Ensuite, vous pouvez voir l'intérieur du porte-satellites. Les vitesses les plus courtes ne sont engagées que par la plus petite roue solaire. Les planètes les plus longues sont engagées par le plus gros planétaire et par les plus petites planètes.
L'animation ci-dessous montre comment toutes les pièces sont reliées dans une transmission.
Déplacez le levier de vitesses pour voir comment la puissance est transmise par la transmission.
En première vitesse, la plus petite roue solaire est entraînée dans le sens des aiguilles d'une montre par la turbine du convertisseur de couple. Le porte-satellites essaie de tourner dans le sens inverse des aiguilles d'une montre, mais est maintenu immobile par l'embrayage unidirectionnel (qui ne permet que la rotation dans le sens des aiguilles d'une montre) et la couronne dentée fait tourner la sortie. Le petit pignon a 30 dents et la couronne dentée en a 72, donc le rapport de démultiplication est :
Rapport =-R/S =- 72/30 =-2.4:1
La rotation est donc négative 2,4:1, ce qui signifie que la direction de sortie serait opposée le sens d'entrée. Mais la direction de sortie est vraiment la même comme direction d'entrée - c'est là qu'intervient l'astuce avec les deux ensembles de planètes. Le premier ensemble de planètes engage le deuxième ensemble, et le deuxième ensemble fait tourner la couronne dentée ; cette combinaison inverse la direction. Vous pouvez voir que cela entraînerait également la rotation du plus grand engrenage solaire; mais parce que cet embrayage est relâché, le plus gros planétaire est libre de tourner dans le sens opposé de la turbine (sens antihoraire).
Déplacez le levier de vitesses pour voir comment la puissance est transmise par la transmission.
Cette transmission fait quelque chose de vraiment soigné afin d'obtenir le rapport nécessaire pour la deuxième vitesse. Il agit comme deux trains planétaires connectés l'un à l'autre avec un porte-satellites commun.
Le premier étage du porte-satellites utilise en fait la plus grande roue solaire comme couronne dentée. Ainsi, le premier étage se compose du soleil (le plus petit planétaire), du porte-satellites et de l'anneau (le plus gros planétaire).
L'entrée est le petit planétaire; la couronne dentée (grande roue solaire) est maintenue immobile par la bande et la sortie est le porte-satellites. Pour cette étape, avec le soleil en entrée, le porte-satellites en sortie et la couronne fixe, la formule est :
1 + R/S =1 + 36/30 =2.2:1
Le porte-satellites tourne 2,2 fois pour chaque rotation du petit planétaire. Au deuxième étage, le porte-satellites sert d'entrée pour le deuxième ensemble d'engrenages planétaires, le plus grand planétaire (qui est maintenu immobile) agit comme le soleil et la couronne dentée agit comme la sortie, de sorte que le rapport de démultiplication est :
1 / (1 + S/R) =1 / (1 + 36/72) =0,67:1
Pour obtenir la réduction globale pour le deuxième rapport, nous multiplions le premier étage par le second, 2,2 x 0,67, pour obtenir une réduction de 1,47:1. Cela peut sembler farfelu, mais si vous regardez la vidéo, vous aurez une idée de son fonctionnement.
Déplacez le levier de vitesses pour voir comment la puissance est transmise par la transmission.
La plupart des transmissions automatiques ont un rapport de 1:1 en troisième vitesse. Vous vous souviendrez de la section précédente que tout ce que nous avons à faire pour obtenir une sortie 1:1 est de verrouiller ensemble deux des trois parties de l'engrenage planétaire. Avec la disposition de ce train d'engrenages, c'est encore plus facile - tout ce que nous avons à faire est d'engager les embrayages qui verrouillent chacun des engrenages solaires sur la turbine.
Si les deux planétaires tournent dans le même sens, les planétaires se verrouillent car ils ne peuvent tourner que dans des sens opposés. Cela verrouille la couronne dentée sur les planètes et fait que tout tourne comme une unité, produisant un rapport de 1:1.
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Par définition, un overdrive a une vitesse de sortie plus rapide que la vitesse d'entrée. C'est une augmentation de la vitesse — le contraire d'une réduction. Dans cette transmission, engager l'overdrive accomplit deux choses à la fois. Si vous avez lu Comment fonctionnent les convertisseurs de couple, vous avez découvert les convertisseurs de couple verrouillables. Afin d'améliorer l'efficacité, certaines voitures ont un mécanisme qui verrouille le convertisseur de couple afin que la puissance du moteur aille directement à la transmission.
Dans cette transmission, lorsque la surmultipliée est enclenchée, un arbre qui est fixé au carter du convertisseur de couple (qui est boulonné au volant moteur du moteur) est relié par embrayage au porte-satellites. Le petit pignon solaire est en roue libre et le plus grand pignon solaire est maintenu par la bande de surmultiplication. Rien n'est connecté à la turbine; la seule entrée provient du boîtier du convertisseur. Revenons à nouveau à notre tableau, cette fois avec le porte-satellites en entrée, le planétaire fixe et la couronne en sortie.
Rapport =1 / (1 + S/R) =1 / ( 1 + 36/72) =0,67:1
Ainsi, la sortie tourne une fois tous les deux tiers d'une rotation du moteur. Si le moteur tourne à 2000 tours par minute (RPM), la vitesse de sortie est de 3000 RPM. Cela permet aux voitures de rouler à la vitesse de l'autoroute tandis que le régime moteur reste agréable et lent.
Déplacez le levier de vitesses pour voir comment la puissance est transmise par la transmission.
La marche arrière est très similaire à la première vitesse, sauf qu'au lieu que la petite roue solaire soit entraînée par la turbine du convertisseur de couple, la plus grande roue solaire est entraînée et la petite roue libre dans la direction opposée. Le porte-satellites est maintenu par la bande inversée au carter. Ainsi, selon nos équations de la dernière page, nous avons :
Ainsi, le rapport en marche arrière est un peu inférieur à la première vitesse dans cette transmission.
Cette transmission a quatre vitesses avant et une marche arrière. Résumons les rapports de démultiplication, entrées et sorties :
Après avoir lu ces sections, vous vous demandez probablement comment les différentes entrées sont connectées et déconnectées. Cela se fait par une série d'embrayages et de bandes à l'intérieur de la transmission. Dans la section suivante, nous verrons comment cela fonctionne.
Dans la dernière section, nous avons expliqué comment chacun des rapports de démultiplication est créé par la transmission. Par exemple, lorsque nous avons parlé d'overdrive, nous avons dit :
Dans cette transmission, lorsque la surmultiplication est engagée, un arbre qui est fixé au boîtier du convertisseur de couple (qui est boulonné au volant moteur du moteur) est relié par embrayage au porte-satellites. Le petit pignon solaire est en roue libre et le plus grand pignon solaire est maintenu par la bande de surmultiplication. Rien n'est connecté à la turbine; la seule entrée provient du boîtier du convertisseur.
Pour mettre la transmission en surmultipliée, beaucoup de choses doivent être connectées et déconnectées par des embrayages et des bandes. Le porte-satellites est relié au boîtier du convertisseur de couple par un embrayage. Le petit soleil est déconnecté de la turbine par un embrayage afin qu'il puisse tourner en roue libre. Le grand planétaire est maintenu au boîtier par une bande afin qu'il ne puisse pas tourner. Chaque changement de vitesse déclenche une série d'événements comme ceux-ci, avec différents embrayages et bandes s'engageant et se désengageant. Jetons un coup d'œil à un groupe.
Dans cette transmission, il y a deux bandes. Les bandes d'une transmission sont, littéralement, des bandes d'acier qui s'enroulent autour de sections du train d'engrenages et se connectent au boîtier. Ils sont actionnés par des vérins hydrauliques à l'intérieur du carter de la transmission.
Dans la figure ci-dessus, vous pouvez voir l'une des bandes dans le boîtier de la transmission. Le train d'engrenages est supprimé. La tige métallique est reliée au piston, qui actionne la bande.
Ci-dessus, vous pouvez voir les deux pistons qui actionnent les bandes. La pression hydraulique, acheminée dans le cylindre par un ensemble de soupapes, fait pousser les pistons sur les bandes, bloquant cette partie du train d'engrenages sur le boîtier.
Les embrayages de la transmission sont un peu plus complexes. Dans cette transmission, il y a quatre embrayages. Chaque embrayage est actionné par un fluide hydraulique sous pression qui pénètre dans un piston à l'intérieur de l'embrayage. Les ressorts garantissent que l'embrayage se libère lorsque la pression est réduite. Ci-dessous, vous pouvez voir le piston et le tambour d'embrayage. Remarquez le joint en caoutchouc sur le piston - c'est l'un des composants qui est remplacé lorsque votre transmission est reconstruite.
La figure suivante montre les couches alternées de matériau de friction d'embrayage et de plaques d'acier. Le matériau de friction est cannelé à l'intérieur, où il se verrouille sur l'un des engrenages. La plaque d'acier est cannelée à l'extérieur, où elle se verrouille sur le carter d'embrayage. Ces disques d'embrayage sont également remplacés lors de la reconstruction de la transmission.
La pression pour les embrayages est alimentée par des passages dans les arbres. Le système hydraulique contrôle les embrayages et les bandes qui sont activés à un moment donné.
Cela peut sembler simple de verrouiller la transmission et de l'empêcher de tourner, mais il existe en fait des exigences complexes pour ce mécanisme. Premièrement, il faut pouvoir le débrayer lorsque la voiture est en côte (le poids de la voiture repose sur le mécanisme). Deuxièmement, vous devez pouvoir enclencher le mécanisme même si le levier ne s'aligne pas avec la vitesse. Troisièmement, une fois engagé, quelque chose doit empêcher le levier de sortir et de se désengager.
Le mécanisme qui fait tout cela est assez soigné. Examinons d'abord certaines parties.
Le mécanisme de frein de stationnement engage les dents sur la sortie pour maintenir la voiture immobile. Il s'agit de la section de la transmission qui s'accroche à l'arbre de transmission -- donc si cette partie ne peut pas tourner, la voiture ne peut pas bouger.
Ci-dessus, vous voyez le mécanisme de stationnement faisant saillie dans le boîtier où se trouvent les engrenages. Notez qu'il a des côtés effilés. Cela aide à désengager le frein de stationnement lorsque vous êtes garé sur une pente - la force du poids de la voiture aide à déplacer le mécanisme de stationnement hors de sa place en raison de l'angle du cône.
Cette tige est reliée à un câble actionné par le levier de vitesses de votre voiture.
Lorsque le levier de vitesses est placé en position de stationnement, la tige pousse le ressort contre la petite douille conique. Si le mécanisme de stationnement est aligné de sorte qu'il puisse tomber dans l'une des encoches de la section de l'engrenage de sortie, la bague conique poussera le mécanisme vers le bas. Si le mécanisme est aligné sur l'un des points hauts de la sortie, le ressort poussera sur la douille conique, mais le levier ne se verrouillera pas jusqu'à ce que la voiture roule un peu et que les dents s'alignent correctement. C'est pourquoi parfois votre voiture bouge un peu après que vous l'ayez mise en stationnement et relâché la pédale de frein -- elle doit rouler un peu pour que les dents s'alignent là où le mécanisme de stationnement peut se mettre en place.
Une fois que la voiture est garée en toute sécurité, la bague maintient le levier enfoncé afin que la voiture ne sorte pas du parc si elle se trouve sur une colline.
La transmission automatique de votre voiture doit effectuer de nombreuses tâches. Vous ne réalisez peut-être pas combien de façons différentes cela fonctionne. Par exemple, voici quelques-unes des caractéristiques d'une transmission automatique :
Vous avez probablement déjà vu quelque chose qui ressemble à ça. C'est vraiment le cerveau de la transmission automatique, gérant toutes ces fonctions et plus encore. Les passages que vous pouvez voir acheminent le fluide vers tous les différents composants de la transmission. Les passages moulés dans le métal sont un moyen efficace d'acheminer les fluides ; sans eux, de nombreux tuyaux seraient nécessaires pour relier les différentes parties de la transmission. Tout d'abord, nous discuterons des composants clés du système hydraulique ; nous verrons ensuite comment ils fonctionnent ensemble.
Les transmissions automatiques ont une pompe soignée, appelée pompe à engrenages . La pompe est généralement située dans le couvercle de la transmission. Il aspire le fluide d'un puisard au bas de la transmission et l'alimente dans le système hydraulique. Il alimente également le refroidisseur de transmission et le convertisseur de couple.
L'engrenage intérieur de la pompe s'accroche au boîtier du convertisseur de couple, de sorte qu'il tourne à la même vitesse que le moteur. L'engrenage extérieur est tourné par l'engrenage intérieur, et lorsque les engrenages tournent, le liquide est aspiré du puisard d'un côté du croissant et expulsé dans le système hydraulique de l'autre côté.
Le gouverneur est une valve intelligente qui indique à la transmission à quelle vitesse la voiture va. Il est connecté à la sortie, donc plus la voiture se déplace rapidement, plus le régulateur tourne rapidement. À l'intérieur du régulateur se trouve une soupape à ressort qui s'ouvre proportionnellement à la vitesse de rotation du régulateur -- plus le régulateur tourne vite, plus la soupape s'ouvre. Le fluide de la pompe est acheminé vers le régulateur par l'arbre de sortie.
Plus la voiture va vite, plus la soupape du régulateur s'ouvre et plus la pression du fluide qu'elle laisse passer est élevée.
Pour bien changer de vitesse, la transmission automatique doit savoir à quel point le moteur travaille. Il y a deux manières différentes de procéder. Certaines voitures ont une simple liaison par câble connectée à un papillon des gaz dans la transmission. Plus la pédale d'accélérateur est enfoncée, plus la pression est exercée sur le papillon des gaz. D'autres voitures utilisent un modulateur de vide pour appliquer une pression sur le papillon des gaz. Le modulateur détecte la pression du collecteur, qui augmente lorsque le moteur est soumis à une charge plus importante.
La vanne manuelle c'est ce à quoi le levier de vitesses s'accroche. Selon le rapport sélectionné, la vanne manuelle alimente les circuits hydrauliques qui inhibent certains rapports. Par exemple, si le levier de vitesses est en troisième vitesse, il alimente un circuit qui empêche l'engagement de la surmultiplication.
Soupapes de changement de vitesse fournir une pression hydraulique aux embrayages et aux bandes pour engager chaque vitesse. Le corps de soupape de la transmission contient plusieurs soupapes de changement de vitesse. La soupape de changement de vitesse détermine quand passer d'une vitesse à la suivante. Par exemple, la vanne de changement de vitesse 1 à 2 détermine quand passer de la première à la deuxième vitesse. La soupape de changement de vitesse est pressurisée avec le fluide du régulateur d'un côté et la soupape d'étranglement de l'autre. Ils sont alimentés en fluide par la pompe, et ils acheminent ce fluide vers l'un des deux circuits pour contrôler dans quel rapport la voiture tourne.
La soupape de changement de vitesse retardera un changement si la voiture accélère rapidement. Si la voiture accélère doucement, le changement se fera à une vitesse inférieure. Discutons de ce qui se passe lorsque la voiture accélère doucement.
À mesure que la vitesse de la voiture augmente, la pression du régulateur augmente. Cela force la soupape de changement de vitesse jusqu'à ce que le premier circuit de vitesse soit fermé et que le deuxième circuit de vitesse s'ouvre. Étant donné que la voiture accélère à faible accélération, le papillon des gaz n'applique pas beaucoup de pression contre la soupape de changement de vitesse.
Lorsque la voiture accélère rapidement, le papillon des gaz applique plus de pression contre la soupape de changement de vitesse. Cela signifie que la pression du régulateur doit être plus élevée (et donc la vitesse du véhicule doit être plus rapide) avant que la soupape de changement de vitesse ne se déplace suffisamment loin pour engager la deuxième vitesse.
Chaque soupape de changement de vitesse répond à une plage de pression particulière ; Ainsi, lorsque la voiture accélère, la vanne de changement de vitesse 2 à 3 prend le relais, car la pression du régulateur est suffisamment élevée pour déclencher cette vanne.
Les transmissions à commande électronique, qui apparaissent sur certaines voitures plus récentes, utilisent toujours l'hydraulique pour actionner les embrayages et les bandes, mais chaque circuit hydraulique est contrôlé par un solénoïde électrique. Cela simplifie la plomberie de la transmission et permet des schémas de contrôle plus avancés.
Dans la dernière section, nous avons vu certaines des stratégies de contrôle utilisées par les transmissions à commande mécanique. Les transmissions à commande électronique ont des schémas de contrôle encore plus élaborés. En plus de surveiller la vitesse du véhicule et la position de l'accélérateur, le contrôleur de transmission peut surveiller la vitesse du moteur, si la pédale de frein est enfoncée, et même le système de freinage antiblocage.
En utilisant ces informations et une stratégie de contrôle avancée basée sur la logique floue - une méthode de programmation des systèmes de contrôle utilisant un raisonnement de type humain - les transmissions contrôlées électroniquement peuvent faire des choses comme :
Parlons de cette dernière fonctionnalité - inhiber le passage à la vitesse supérieure lors d'un virage sur une route sinueuse. Disons que vous conduisez sur une route de montagne sinueuse et en montée. Lorsque vous conduisez sur les sections droites de la route, la transmission passe en deuxième vitesse pour vous donner suffisamment d'accélération et de puissance pour grimper les côtes. Lorsque vous arrivez dans un virage, vous ralentissez, en retirant votre pied de la pédale d'accélérateur et en appliquant éventuellement le frein. La plupart des transmissions passent à la troisième vitesse, voire à la surmultiplication, lorsque vous relâchez l'accélérateur. Ensuite, lorsque vous accélérez hors de la courbe, ils rétrogradent à nouveau. Mais si vous conduisiez une voiture à transmission manuelle, vous laisseriez probablement la voiture dans le même rapport tout le temps. Certaines transmissions automatiques dotées de systèmes de contrôle avancés peuvent détecter cette situation après avoir parcouru quelques virages et "apprendre" à ne plus passer à la vitesse supérieure.
Pour plus d'informations sur les transmissions automatiques et les sujets connexes, consultez les liens sur la page suivante.
Publié à l'origine :29 novembre 2000
