La transmission, La gestion de la puissance
La transmission permet de faire la liaison directe entre le moteur et les roues motrices. Il se situe juste derrière le moteur (Fig. 1). Aujourd'hui l'ensemble transmission joue un rôle de structure important dans le comportement dynamique de la voiture car il supporte dans la plus part des modèles tout le système de suspension arrière, et les ailerons arrière.
Figure 1- La transmission et les différents appendices greffés directement
L'architecture de la boite de vitesses est montrée en (1) sur la Figure 1. Elle comporte une entretoise en carbone (2), le système de suspension avec amortisseur verticaux (3) et barre de torsion (4), les freins (7) et la structure déformable (6) en carbone maintenant l'aileron arrière.
La boite de transmission est réalisée avec des matériaux "exotiques", qui sont usinés en commandes numériques, la dernière innovation ayant été réalisé par CRP à Modène pour Minardi en titane (Fig. 1.1). Preuve que ce matériau est efficace, Ferrari l'a adopté en 2002. L'ensemble de la boite de vitesses doit être lubrifié car elle subie de fortes frictions et à 150°C les propriétés de matériaux se dégradent. Les forces centrifuges dues aux mouvements des roues dentées ne facilitent pas l'extraction de l'huile nécessaire au bon fonctionnement du système. La quantité d'huile est d'environ 1,5 litres pour qu'elle se répande bien et à cause des mouvements internes à une pression de 0,2 Mpa. La pression engendre quelques problèmes aux servo-valves en obstruant leur capteur. On utilise alors des huiles peu visqueuses mais supportant de fortes contraintes de cisaillement, huile étant très difficile à mettre au point, car les deux propriétés, viscosité et cisaillement sont étroitement liés.
Figure 1.1 - Boite de vitesse en titane de CRP
Il existe différentes structures de boites de vitesses mais celle retenue pour la Formule 1 est la boite de vitesse longitudinale car facilement intégrable au châssis arrière (Fig. 1.2).
Figure 1.2 Plan d'une boite de vitesses longitudinale
Légende :
Selector barrel : arbre de sélection ; Oil jet : injecteur d'huile ; Selector fork : cran de sélection ; Dog rings : synchros; Gear ratios : Vitesses ; Reverse : marche arrière ; Starter shaft : entré de l'arbre de transmission ; Input shaft : sortie ; Intermédiate bevel : roue denté intermédiaire ; Final drive spur gear : denture de vitesse finale ; Oil pumps : Pompe à huile. |
Un moteur ne peut pas délivrer toutes ses capacités, puissance, agilité, nervosité, directement aux roues motrices. La transmission est là pour gérer les tours minutes du moteur, c'est-à-dire l'adaptation de la puissance moteur à l'allure de la voiture dans toutes les conditions. Grâce à la boite de vitesses qui est un ensemble de roues dentés ou leur tailles est judicieusement choisie (diamètre, nombre de dents, pas) la transmission va changer le rapport entrée moteur, sortie arbre (fig. 1.3) et ainsi la puissance moteur s'étalera idéalement sur toute la plage de vitesses accessibles.
Figure 1.3 - Réglage des rapport afin d'utiliser la plage de vitesse de 0 à 350 Km/h
On voit sur la Figure 1.3 le principe des rapports de la boite de vitesses pour chaque vitesse. Par exemple pour la première vitesse le rapport 13/33 signifie qu'il y a deux roues en contact qui assurent la transmission, une de treize dents et l'autre de trente trois dents. Pour la suite c'est le même principe qu'un vélo muni d'un changement de vitesses. Si vous démarrer avec un grand plateau et un petit pignon vous aurez du mal à avancer au début car il faut beaucoup de couple moteur (là ce sont vos jambes) afin de faire démarrer la machine.
Pour un moteur c'est pareil. On veut de la nervosité au démarrage pour propulser la voiture le plus rapidement possible. Il faut donc que le moteur peine le moins donc on met un grand pignon en entré et un petit en sortie. Une fois le moteur lancé il va être aidé par sa propre énergie de rotation pour parvenir à conserver un régime idéal. Le principe sera ensuite de déterminer le meilleur rendement moteur. En effet un moteur délivre sa puissance maximale à un régime précis. Une fois ce régime moteur dépassé la voiture va perdre énormément de puissance, de plus le passage d'une vitesse à l'autre ne sera pas effectué dans de bonnes conditions. Le réglage du passage d'une vitesse à l'autre s'étalonne suivant les tours/minute l'idéal étant de diminuer l'écart de tour/minute entre la fin d'une vitesse et le début de l'autre. Les tours/minute de la fin de vitesse doivent être évidemment supérieurs aux tours minutes de la vitesse suivante, autrement cette vitesse ne s'enclenchera jamais. On voit donc sur le graphique de la figure 5.2 l'évolution des tours minute suivant les sept vitesses disponibles. Actuellement des boites de vitesses ont six ou sept rapports.
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