Transmission (véhicule)

Figure 1. Le pommeau de vitesse permet de changer les rapports de la transmission afin de varier la puissance transmise aux roues.

Les transmissions manuelles sont abordées dans cet article, visitez How Stuff Works pour en savoir plus sur la transmission automatique.

La transmission est utilisée dans les voitures pour faire varier le couple allant du moteur aux roues motrices. C'est un élément important de la chaîne cinématique.

Les voitures ont besoin d'une transmission parce que leur moteur a un tr/min (tour par minute) maximum auquel il peut tourner avant d'être endommagé, appelé ligne rouge (plus précisément, le tr/min est une mesure de la rotation du vilebrequin). Ensuite, chaque moteur a un certain régime auquel il produit le maximum de chevaux et de couple. Afin de fonctionner à un régime approprié, une transmission utilise des engrenages ; les engrenages font varier le couple et la vitesse angulaire transmis du moteur à la roue, ce qui permet de maintenir le régime en dessous de la ligne rouge tout en fournissant une puissance maximale.

Opération

Figure 2. Une transmission à 5 vitesses provenant d'une Volkswagen Golf.

Les transmissions utilisent ce qu'on appelle un rapport de vitesse, qui est une mesure de l'avantage mécanique que leurs engrenages produisent. Plus le rapport de vitesse est élevé, moins la vitesse angulaire (ce qui signifie une valeur de tr/min plus faible) est transmise à l'arbre de transmission, mais cela s'accompagne d'un couple proportionnellement plus élevé. Un rapport de vitesse élevé est souhaitable à basse vitesse, afin que les roues ne tournent pas trop vite et que le couple soit suffisant pour faire avancer la voiture. Un rapport de vitesse faible est souhaitable pour fournir une vitesse maximale aux roues, et serait donc utilisé à des vitesses plus élevées lorsque les roues n'ont pas besoin d'autant de couple. Ce rapport est donné par

[math]\displaystyle{ RV=\frac{\omega_{moteur}}{\omega_{sortie}}=\frac{\tau_{sortie}}{\tau_{moteur}} }[/math]

où

• [math]\displaystyle{ RV }[/math] est le rapport de vitesse
• [math]\displaystyle{ \omega_{moteur} }[/math] est la vitesse de rotation du moteur en tr/min
• [math]\displaystyle{ \omega_{sortie} }[/math] est la vitesse de rotation de l'arbre de sortie en tr/min
• [math]\displaystyle{ \tau_{moteur} }[/math] est le couple du moteur
• [math]\displaystyle{ \tau_{sortie} }[/math] est le couple sur l'arbre de sortie

Un tableau contenant le rapport de démultiplication correspondant aux vitesses d'une voiture typique à 5 vitesses si le moteur tourne à 3 000 tr/min :

Vitesse	Rapport	Tr/min à l'arbre de sortie
1ère	2,315 : 1	1 295
2ième	1,568 : 1	1 913
3ième	1,195 : 1	2 510
4ième	1,000 : 1	3 000
5ième	0,915 : 1	3 278

Pièces

Figure 3. La transmission d'une voiture à 5 vitesses.

La transmission d'une voiture comporte de nombreux éléments fonctionnels (embrayage, arbre de renvoi, etc.) mais son principe est assez simple : utiliser des vitesses pour faire varier le couple transmis aux roues. Nous avons mentionné plus haut comment cela se fait en termes de rapport de vitesse. Voici donc une liste des pièces de la transmission et de leur rôle dans l'accomplissement de cette tâche. Tout d'abord, l'arbre d'entrée (partie verte de la figure 3) provenant du moteur tournera à la même vitesse que le moteur. La première pièce importante est ce qui relie ceci à la transmission, et permet au moteur de tourner alors que la voiture est à l'arrêt.

• Embrayage - L'embrayage est un composant majeur d'une transmission manuelle, et il est souvent utilisé. Son but est de connecter ou de déconnecter le moteur de la transmission. Lorsqu'il est déconnecté, le moteur tourne tout seul et aucune puissance n'est transmise aux roues, ce qui permet de changer de vitesse et de faire tourner la voiture à l'arrêt. Lorsqu'il est connecté, l'embrayage relie les deux systèmes et permet le transfert de puissance et l'accélération.

• Arbre de renvoi - L'arbre de renvoi (rouge) est relié au moteur par l'embrayage et tourne comme une seule unité. Par conséquent, lorsque l'embrayage est engagé, l'arbre de renvoi tourne tant que le moteur tourne, et tout changement de vitesse du moteur est relayé à l'arbre de renvoi. Il est relié à la partie suivante, qui fait avancer la voiture.

• Vitesses et arbre de sortie - Les vitesses (bleus) et l'arbre de sortie (jaune) sont reliés à l'arbre de transmission, au différentiel, et enfin aux roues. L'arbre et les vitesses ne tournent pas comme une seule unité à moins que la partie violette, appelée collier, ne soit verrouillée par un engrenage.

• Collier - Cette partie est cruciale pour l'objectif principal de la transmission, qui est de faire bouger les roues à la vitesse souhaitée. Si le collier n'est pas relié à un engrenage, comme dans la figure 3, la voiture est considérée comme étant au « point mort », et le moteur ne fournit aucune puissance aux roues. Le collier est relié à l'engrenage par ses « dents de chien », et si vous avez déjà entendu une voiture manuelle grincer lors d'un changement de vitesse, c'est parce que ces dents tentent de se verrouiller dans un engrenage. Dans les voitures modernes, on utilise des synchroniseurs pour rendre le changement de vitesse plus doux.

• Fourchette du sélecteur de vitesse - C'est ce que le conducteur utilise pour changer de vitesses, comme le montre la figure 1. Le déplacement de cette fourchette modifie la position du collier, et permet au conducteur de changer de vitesse uniquement lorsque l'embrayage est désengagé. Dans la figure 3, on peut voir comment une voiture passe la marche arrière, car le « pignon fou » fait tourner la marche arrière dans la direction opposée aux autres.

En savoir plus

Pour plus d'informations, veuillez consulter les pages correspondantes ci-dessous :

• Rendement énergétique
• Couple
• Chaîne cinématique (il y a une vidéo amusante expliquant les différentiels ici)
• Arbre de transmission
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