ZF est le premier fabricant de transmission au monde à développer une transmission automatique à 9 rapports pour voitures de tourismes. Elle a été conçue pour les véhicules à moteurs transversaux à traction ou à quatre roues motrices et peut donc être installé dans 75 pour cent des voitures produites dans le monde entier. Cela signifie que la transmission 9HP peut remplacer les transmissions automatiques à 8 rapports installées longitudinalement, mais aussi représenter un choix technologique différent pour les véhicules à moteur transversal.

Analyse de marché

Avant que les propulsions électriques ne dominent le marché, les systèmes de transmission automatiques jouent un rôle central dans un contexte de réduction des émissions de CO2. L’objectif est de réduire la consommation énergétique de l’ensemble de la transmission tout en augmentant les performances et le confort de conduite.

En général, il est logique d’utiliser les transmissions avec une plus grande ouverture et plus de vitesses avec de plus petites longueurs de rapports. Bien qu’il existe déjà des transmissions à 7 et 8 rapports avec une ouverture élevée sur le marché des transmissions installées longitudinalement, cette évolution n’a pas encore eu lieu dans le cas de véhicules équipés d’un moteur transversal en traction. Cette configuration est particulièrement utilisée pour les applications de classe compacte et moyenne, c’est à dire les segments avec un faible encombrement d’installation et une forte sensibilité aux coûts. Au niveau mondial, ces véhicules continuent de gagner des parts de marché. Aujourd’hui, dans 75 pour cent des voitures de tourisme, le moteur est installé transversalement.

Système de contrôle de la transmission 9HP

Pour des raisons de coût et d’optimisation de l’espace, les ingénieurs de ZF n’ont pas utilisé un module mécatronique entièrement intégré pour tous les capteurs, actionneurs et pour l’unité de commande électronique (ECU) dans la 9 HP. Au lieu de cela, le calculateur (ECU) est installé séparément de l’unité de commande hydraulique (HCU), à savoir sur le côté supérieur du carter de transmission. Les capteurs sont situés à l’intérieur de la transmission et les signaux provenant du véhicule sont directement connectés à la prise mâle de l’ECU.

Dans le cas de la 9HP, ZF développe et produit lui-même l’ECU complet pour la première fois. Un puissant contrôleur à mémoire flash embarquée peut réaliser des algorithmes de contrôle complexes. Sa performance de calcul est comparable au contrôleur utilisé dans la transmission automatique à 8 vitesses et peut être augmenté d’environ 30 pour cent suivant la demande. La configuration de la carte de circuits imprimés de l’ECU a été conçue de sorte que les différentes exigences matérielles des équipementiers puissent être atteintes sans aucun problème.

Différentes tailles et configurations proposées par ZF

Avec deux séries, la 9HP couvre une plage de couple de 200 à 480 Nm. Il est par ailleurs possible d’appliquer différents éléments de démarrage moteur, des systèmes hybrides et 4 roues motrices dans des voitures à moteur transversal, même dans des espaces d’installation limités.

Une boîte de transfert supplémentaire peut être connectée pour le fonctionnement d’une transmission intégrale. Le rendement du moteur est alors distribué à l’essieu avant et arrière à la sortie de transmission. Pour une mise en œuvre efficace d’une telle transmission intégrale, ZF a développé un système avec une fonction de découplage (appelée EConnect). Cette fonction actionne l’entraînement de l’essieu arrière seulement lorsque cela est nécessaire et, par conséquent, permet d’économiser jusqu’à cinq pour cent de carburant par rapport à une transmission intégrale permanente.

La transmission automatique à 9 vitesses est également capable de « start and stop » sans stockage d’huile à impulsion hydraulique (HIS pour Hydraulic Impulse Storage). Comme, dans le cas du redémarrage, il y n’a seulement besoin que d’un élément de friction devant être fermé, les temps de réponse sont très spontanés. En outre, la 9HP peut être électrifiée : Sur la base de l’architecture hybride parallèle, le convertisseur de couple est alors remplacé par un moteur électrique. Enfin, grâce à sa structure logicielle et son interface ouverte, il sera possible d’intégrer le contrôle de la transmission automatique à 9 rapports dans différents concepts de véhicules en termes de fonction et d’électronique.

Le concept de la transmission 9HP

En ce qui concerne les besoins en espace – la longueur de la transmission en particulier – la limite de taille des engrenages planétaires transversaux avant avec 6 vitesses a été atteinte en l’état actuel de la technologie : Si le nombre de vitesses de la transmission est porté à huit ou neuf pour l’avantage d’une ouverture plus élevée, des trains d’engrenages et des éléments de commande supplémentaires sont nécessaires. Cependant, dans la conception classique de transmissions à convertisseur de couple, ces composants peuvent difficilement être installés dans l’espace d’installation fortement limité. Afin d’accroître la viabilité de la technologie de trains planétaires dans le cadre d’un plus grand nombre de rapports avec un convertisseur de couple comme élément de démarrage dans la gamme des véhicules à traction, il était nécessaire de trouver de nouvelles façons d’organiser les assemblages.

Les ingénieurs ZF ont mis deux trains planétaires l’un au-dessus de l’autre, de sorte qu’il n’y ait jamais plus de trois trains d’affilée. Cette approche est plus simple à réaliser dans les transmissions pour roues avant motrices que dans le cas de transmissions installées longitudinalement, car elles sont de plus grand diamètre. Bien que les éléments de changement de rapport multidisques créent un couple de traînée, ces pertes ne jouent pratiquement aucun rôle dans le cas de crabots. Cet aspect est particulièrement important en ce qui concerne les concepts a plusieurs rapports : L’efficacité accrue générée par petites étapes de transmission ne doit pas être réduit à nouveau par les pertes de traînée due à la conception assez complexe des éléments de changement de rapport.

Globalement, le système de transmission réalisé se compose de quatre trains simples et six éléments de changement de rapport, et en plus de cela, deux crabots utilisant chacun deux embrayages multidisques et deux freins multidisques. L’ouverture est de 9,81, ce qui permet de réduire de façon significative la vitesse de rotation du moteur et donc la consommation de carburant. La transmission dispose d’une efficacité des trains planétaires supérieure à 97% pour toutes les vitesses.

Vue d’ensemble du design de la ZF 9HP

Un convertisseur de couple est utilisé comme élément de démarrage pour le 9HP parce que les clients, en particulier aux Etats-Unis et sur les marchés asiatiques, apprécient sa manœuvrabilité élevée. Afin de minimiser les pertes hydrauliques, différents systèmes d’amortissement sont utilisés de telle sorte que le « lock-up » du convertisseur de couple puisse être fermé à basse vitesse. Diverses caractéristiques d’amortissement sont également utilisées afin d’assurer un ajustement optimal de la transmission par rapport au moteur.

Enfin, le carter boîte se compose de deux parties essentielles: le logement du convertisseur et le carter principal avec un couvercle en aluminium. Par défaut, la 9HP est reliée au radiateur du véhicule par l’intermédiaire de tuyaux, et un refroidisseur de transmission peut éventuellement être fixé directement sur le carter.

Source : ZF

L’avis de Romain :

Nous avons ici un grand challenger des transmissions DCT et CVT. En effet, les transmissions automatiques à grande ouverture étaient seulement réservées aux moteurs en  position longitudinale jusqu’ici, laissant le marché des moteurs transversaux aux transmissions CVT et DCT. Cette boîte 9HP cible, selon moi, les segments B et C où les moteurs transversaux sont les plus installés, et les pays où l’acceptation des transmissions automatiques est élevée, comme l’Asie, les Etats-Unis, et l’Europe du Nord (voir quelques statistiques). Pensez-vous que la 9HP va prendre des parts de marché aux transmissions DCT qui sont dans une situation de forte croissance ? Pensez-vous que ZF 9HP soit plus efficace qu’une DCT ou qu’une CVT ?