Transmission
Boîte de vitesses automatique

Historique  

Qui a inventé la boîte de vitesses 100% automatique ? Un Américain ? Non, un Français !

Bien que ce type de boîte de vitesses équipe quasiment toutes les autos aux États-Unis depuis 1939, date à laquelle elle a été installée sur une Oldsmobile pour la première fois, le brevet de la transmission 100% automatique ne demandant aucune opération du pilote ni pour s’élancer ni pour changer de rapport (au contraire des systèmes Cotal ou Wilson, qu'on verra plus loin), est déposé le 20 décembre 1935 par le Français Gaston Fleischel, né en 1885 et installé à Bléneau, dans l’Yonne où il fabrique des mécanismes de précision. Il a commencé à expérimenter son invention dès 1923 sur une Citroën B14. Malheureusemnt, sa société ne se relèvera pas de la dépression de 1929 et fermera en 1931. Il créé alors la Société des Transmissions Automatiques Fleischel qui se consacre à la recherche et au dépôt de brevets afférents.

Gaston Fleischel (deuxième à partir de la gauche) présentant sa boîte automatique au Président de la République Albert Lebrun (à gauche), au salon de Paris 1935 © DR

Peugeot présente au Salon de Paris de 1935 une 402 équipée de la boîte Fleischel qui ne sera toutefois jamais commercialisée à cause du surcoût trop important dû à ce mécanisme qui par ailleurs utilise une part trop importante de la puissance du moteur ; la boîte sera alors remplacée par une transmission Cotal.

Fleischel dépose alors ses brevets aux USA où de nombreux constructeurs s’intéressent à son invention puis il créé une nouvelle société en France, la TAF (Transmissions Automatiques Fleischel) qui détient tous ses brevets. Malheureusement, les USA entrés en guerre en 1942, s’accaparent tous les brevets de la TAF déposés aux USA ; ils ne lui seront restitués qu'en 1947 après avoir été copieusement pillés par les constructeurs américains. Il faudra attendre plusieurs années pour qu'après une longue bataille judiciaire, les dirigeants de grandes marques US (Chrysler, Ford, GM, Hudson, Packard, mais aussi Bendix et Borg-Warner) signent un accord où ils reconnaissent qu’ils ont bien utilisé les brevets de Fleischel.

Fleischel décèdera en 1965 sans jamais accèder à la notoriété.

Fonctionnement  

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La boîte de vitesse Viratelle  

Marcel Viratelle, né en 1877 et mort en 1954, est un inventeur constructeur de vélos à moteur, de motocyclettes, de side-cars et de cyclecars. Ses motos étaient révolutionnaires pour l'époque sur de nombreux points dont un qui nous intéresse ici, leur boîte de vitesse à trains épicycloïdaux et présélection pour laquelle il déposa un brevet en 1906.

Marcel Viratelle devant son usine à Lyon © DR

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La boîte de vitesse Wilson  

Walter Gordon Wilson, né en 1874 à Blackrock (Dublin) et mort en 1957, est ingénieur en mécanique et officier britannique. Il fut co-inventeur du char d'assaut avec sir William Tritton.

Après avoir fabriqué des moteurs d'avion puis des automobiles avant la première guerre mondiale, il inventa la transmission Wilson pendant la Grande Guerre en s'inspirant fortement de la boîte Viratelle ; il la fabrique et la commercialise après la guerre en association avec J. D. Siddeley.

Il s'agit là encore d'une boîte de vitesses à trains épicycloïdaux et à présélection. D'abord destinée aux véhicules militaires et en particulier aux blindés, elle fut ensuite employée sur différents véhicules civils (voitures particulières haut-de-gamme et poids lourds) jusqu'au milieu des années 1950. On la trouve sur certains modèles d'automobiles Armstrong-Siddeley, puis elle est adoptée par différents constructeurs de voitures de luxe, Daimler, Talbot, Riley, etc. Elle a également été employée sur les autobus anglais à étage et certains autobus Chausson.

La boîte Wilson offre généralement 4 vitesses en marche avant et une marche arrière alors que la majorité des boîtes de vitesses de cette période n'avaient que 3 rapports en marche avant et une marche arrière. Les premières vitesses et la marche arrière sont intégrées dans un planétaire à quatre trains d'engrenages épicycloïdaux enfermés dans quatre tambours dentés. La 4^ème est en prise directe et est enclenchée par un embrayage à disque. L'ensemble des engrenages est toujours en prise et le changement de vitesse se fait par le freinage d'un des tambours ou par l'embrayage en prise directe.

La présélection offre au conducteur la capacité très appréciable de changer de vitesse tout en gardant les deux mains sur le volant ; rappelons qu'à l'époque, les directions étaient lourdes et les rétrogradages délicats. En effet, le conducteur choisit par avance quel rapport enchaîner au rapport en cours en positionnant le levier de vitesse, puis commande le passage effectif du rapport choisi en appuyant sur l'embrayage.

Cette caractéristique a fait la faveur de la boîte Wilson pour les poids-lourds et la compétition automobile. Il est également possible de sélectionner un rapport au moment de l'enclencher, comme sur une boîte mécanique ordinaire.

Outre les avantages liés à la présélection, la boîte Wilson, taillée pour un usage intensif, est réputée quasiment inusable et indestructible : pas de pignons qui craquent, pas de pénible double débrayage et double pédalage, pas de limaille à la vidange.

Mais, la boîte Wilson est très lourde ; l'ensemble tournant est également lourd, et le tout chauffe copieusement. Ceci explique qu'elle fut cantonnée aux poids lourds et aux grandes routières haut de gamme. De plus, l'embrayage en est réputé extrêmement dur.

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La boîte de vitesse Cotal  

Histoire

La boîte Cotal est une boîte de vitesses à commande électromagnétique conçue par Cotal et construite en France. Elle a été très utilisée sur des véhicules haut de gamme des années 1930 jusqu'aux années 1950. Le système à changement de vitesse à trains épicycloïdaux, semblable à celui de la boîte Wilson, en diffère par le fait que le blocage des éléments est obtenu par des freins électromagnétiques au lieu de freins à ruban et qu'elle ne possède pas de présélection.

Son poids et son prix élevé la réservaient aux véhicules de luxe comme les Delahaye, Salmson, Delage, Hotchkiss, Voisin et Ford. UNIC a également équipé ses U4 B sport et ses U6 de boîtes Cotal MK 15 de 1935 à 1938 ; quelques Citroën Traction Avant furent équipées de Cotal ainsi que la Peugeot 402, en option.

Cette boîte de vitesses a aussi été montée sur certains autorails construits dans les années 1930, en particulier l'Autorail Bugatti ainsi que sur certains autobus parisiens.

Le levier de commande de cette boîte était communément appelé le moutardier.

Fonctionnement

Pour expliquer le fonctionnement de cette boîte de vitesse originale, je ne peux résister à reproduire in-extenso l'article de M. E. Weiss, paru en 1924 dans la revue La Nature, lors de la mise sur le marché de ce dispositif. Il s'agit du texte qui suit, en italique.

Le bon fonctionnement et le parfait entretien du changement de vitesse dans une voiture est une garantie de sa conduite facile. Le passage d'une vitesse à une autre est malgré tout délicat et ce n'est qu'avec une grande pratique que l'on peut acquérir la virtuosité nécessaire, afin de ne pas faire grincer par trop les dents des engrenages.

Si nous examinons le fonctionnement des changements de vitesse habituellement employés, nous constatons que, même avec une manœuvre parfaitement conduite, il se produit inévitablement un temps d'arrêt au moment du passage des vitesses. Si le conducteur est sûr de lui et s'il actionne le levier de changement de vitesse au moment précis, ce temps d'arrêt est très réduit, mais il existe quand même pendant le temps où le moteur se trouve isolé du mécanisme. Fatalement, la voiture perd un peu de son élan.

On constate ce fait fréquemment dans une rampe, quand on passe de la prise directe à la vitesse immédiatement inférieure, il arrive que le temps d'arrêt dont nous venons de parler a un effet parfois suffisant pour qu'on se trouve forcé de descendre encore d'un échelon dans la gamme des vitesses, une fois que les balladeurs se trouvent placés sur la vitesse voulue.

Un changement de vitesse qui permet le passage rapide d'une vitesse à une autre, avec une suppression du temps d'arrêt ou du moins avec le temps d'arrêt minimum, donnera toute satisfaction, si par contre il n'exige pas une trop grande virtuosité de la part du conducteur, afin que son emploi puisse être accessible au plus grand nombre.

Le changement de vitesse idéal est donc celui où la commande peut se faire sans effort et sans grande précision pour l'appréciation des vitesses, au moment du passage d'une vitesse à une autre.

Avec des trains d'engrenages épicycloïdaux toujours en prise, ces conditions se trouvent en partie résolues, car on évite l'action souvent brutale du balladeur, qui bute fréquemment contre les dents des engrenages. Les systèmes à satellites, très employés sur certaines voitures américaines et notamment sur les Ford, contribuent pour beaucoup à la facilité de conduite de ces voitures.

Changement de vitesse Cotal, tampon du carter enlevé © La Nature

Une boîte de vitesse à commande électrique, réalisée par un ingénieur, M. Cotal, assure une automaticité de manœuvre plus grande encore, grâce à la rapidité de transmission et d'action du courant électrique.

Sur la figure schématique de cet appareil, on distingue quatre pignons planétaires, qui ont le même axe que les arbres moteur et récepteur.

Dispositif schématique du changement de vitesse Cotal © La Nature

Le premier pignon à gauche est solidaire de l'arbre à entraîner et les trois autres pignons sont solidaires de manchons superposés les uns aux autres. Ces manchons entourent l'arbre à entraîner et peuvent tourner indépendamment autour de leur axe.

Sur chacun des manchons est fixé un plateau en acier doux (il se voit à droite dans le schéma) qui fait partie de l'armature d'un électro-aimant annulaire. Les trois électro-aimants ainsi constitués sont concentriques au carter et peuvent recevoir de légers déplacements suivant leur axe ; des vis de réglage, montées dans des colonnettes, donnent la possibilité de régler, de l'extérieur, l'entrefer de chaque électro et de son armature.

Le plateau du milieu peut recevoir un léger déplacement et se trouver rappelé en arrière par des ressorts, de façon à servir d'armature pour l'électro, qui se trouve à gauche de lui sur le schéma, et qui s'appelle électrotournant.

La distribution du courant à l'électro voulu se fait au moyen d'un frotteur, qui est commandé, à partir du volant de direction, par un système de renvois et de leviers actionné par une manette de changement de vitesse. Le courant électrique, qui provient de la batterie d'accumulateurs de 12 volts en service sur la voiture, est amené à une borne qui communique avec le frotteur, lequel suivant sa position alimente tel ou tel électro. L'electrotournant est alimenté par le dernier plot duquel part un câble isolé, aboutissant à un balai qui frotte sur une bague collectrice, reliée elle-même au bobinage par un conducteur rayonnant.

Trois séries de pignons satellites, solidaires entre eux et tournant sur des axes montés dans un tambour, engrènent avec les pignons planétaires. Le tambour porte des boulons qui forment tocs de tour et le font entrainer un disque plat, jouant le rôle de l'organe actif d'un embrayage à plateau, car il se trouve interposé entre le volant du moteur et le plateau de pression qu'actionne la pédale du mécanisme de commande d'embrayage.

Le passage d'une vitesse à une autre se fait en amenant le frotteur à la position voulue, sans modifier la position de la pédale d'accélérateur, ni la position de la pédale de débrayage. Étant donné qu'on obtient avec les électro-aimants un entraînement très progressif, on part du repos avec toute la douceur désirable et on peut très bien ne jamais se servir du débrayage.

Voici le détail du fonctionnement de l'appareil :

À l'arrêt : Aucun électro n'est excité, que le mécanisme soit embrayé ou non. Le tambour n'entraîne pas l'arbre du mécanisme.

Première vitesse : Le frotteur est actionné et arrêté sur le deuxième plot (cas du schéma) ; l'électro du milieu, à droite, est excité, ce qui immobilise le plateau correspondant, ainsi que l'avant-dernier pignon planétaire à droite. L'arbre du mécanisme tourne à une vitesse réduite dans le sens marche avant.

Deuxième vitesse : On pousse le frotteur sur le troisième plot, ce qui alimente l'électro de droite (le plus petit). On immobilise le premier planétaire à gauche et on obtient une vitesse inférieure à celle de l'arbre du moteur, mais plus grande que la vitesse précédente.

Troisième vitesse : On pousse le frotteur à fond, ce qui alimente l'électrotournant, lequel immobilise le plateau central. On rend ainsi solidaires les deux pignons planétaires ; tout mouvement relatif entre les engrenages est impossible. L'ensemble tourne donc d'un bloc à la vitesse du moteur : c'est la prise directe.

Marche arrière : Lorsque le frotteur est arrêté sur le premier plot, on envoie le courant dans l'électro de plus grand diamètre, ce qui immobilise le plateau correspondant et le planétaire de droite. L'arbre du mécanisme tourne à une vitesse réduite, en sens inverse de l'arbre moteur.

Vitesse de secours : En cas de panne de courant, comme aucun électro ne peut être excité, on peut, de l'extérieur, au moyen d'une vis que l'on manœuvre, immobiliser l'électro choisi avec son plateau correspondant, grâce à des goupilles de solidarisation. Cette opération se fait à l'arrêt ; on met ensuite le moteur en marche et on embraye.

Suivant la vitesse en prise, la consommation d'énergie est variable, elle va généralement de 5 à 8 W. Elle est plus faible en prise directe. Pendant cette période de fonctionnement, tout l'ensemble du mécanisme vient faire appoint de sa masse au volant du moteur et contribue à augmenter le pouvoir régulateur. Ainsi on peut, en prise directe, entraîner momentanément la voiture à vitesse réduite, en évitant dès lors le passage trop fréquent aux vitesses inférieures.

Le graissage du mécanisme est assuré par l'huile qui remplit le carter.

On voit donc que la manœuvre des vitesses se fait avec une seule manette, le passage est instantané, sans temps d'arrêt et sans déplacements de dents d'engrenages.

La manette est placée devant un secteur fixé ou non au volant de direction, sa manœuvre se fait sans précaution et l'on peut adapter à chaque instant le mécanisme à la route parcourue et aux efforts demandés au moteur. Chaque électro est établi et calculé pour l'effort tangentiel qu'il doit assurer, un seul électro se trouvant excité pour une vitesse déterminée.

L'appareil Cotal contribue à simplifier encore la voiture moderne, qui a déjà perdu beaucoup d'organes apparents des conceptions primitives ; il permet de supprimer le levier des vitesses et de le remplacer par une manette ; il élimine au besoin l'embrayage mécanique. Il rend agréable le freinage par le moteur, car il facilite la mise immédiate à la vitesse qui correspond au profil de la descente parcourue.

Le véhicule automobile jouit alors du maximum de souplesse. et de confort, la marche est silencieuse, même si le conducteur n'est pas très familier avec le passage des vitesses et avec la manœuvre de l'embrayage. La conduite de la voiture est donc grandement simplifiée et l'actionnement des organs de manœuvre demande une moins grande dépense de force, une attention moins soutenue.

Un changement de vitesse de ce genre s'applique par conséquent d'une façon merveilleuse, en particulier sur des voitures devant être conduites par des mains féminines. On peut d'ailleurs se rendre compte que le nombre de ces véhicules, voitures légères, petites Citroën, Renault 6 ch, petites Mathis ou même voitures véritables et puissantes, où l'on voit une femme au volant, s'augmente constamment de jour en jour. Constatons aussi que le pourcentage d'accidents ne suit aucunement cette charmante progression.