Brevet FR2634847A1 — publié le 19900202

La présente invention concerne un système différentiel à glissement variable contr8ôlé pouvant entraîner deux roues d'un essieu d'un véhicule automobile ou deux arbres respectivement reliés aux roues avant et arrière d'un tel véhicule. Pour contrôler le glissement d'un tel système différentiel, plusieurs solutions techniques ont été proposées parmi lesquelles certaines utilisent le frottement de pièces antagonistes liées respectivement à l'entrée du différentiel (bottier) et à un pignon planétaire de sortie du différentiel. Selon ces solutions, le taux de frottement et donc le niveau de couple transmissible est lié au couple transmis par le différentiel aux deux sorties de celui-ci. Ce principe de fonctionnement peut s'avérer négatif dans certains cas d'utilisation d'un véhicule équipé d'un système différentiel de ce type. Par exemple, en virage, une variation rapide du couple moteur entrafne un changement de comportement brutal du véhicule. De même, lors d'une phase de freinage, le couple de retenue transitant par le différentiel entraîne un certain verrouillage de celui-ci, qui peut perturber le fonctionnement du système de freinage, notamment s'il existe un système d'anti-blocage et entraîner une - instabilité du véhicule. Les inconvénients ci-dessus des systèmes de contrôle de différentiel à frottement ont été en partie éliminés par un pilotage du taux de verrouillage, indépendant du seul couple transmis par le différentiel. Les systèmes pilotés connus réalisent un taux de verrouillage du différentiel variable par application d'un effort variable sur un empilage de disques solidaires alternativement de l'entrée et d'une sortie au moins du différentiel. Ainsi, certains systèmes utilisent un système hydraulique pour appliquer l'effort variable susmentionné et dont le récepteur est intégré au bottier de différentiel, nécessitant une alimentation en fluide du récepteur par des joints tournants, ce qui rend ces systèmes difficiles à réaliser et peu fiables. Selon d'autres systèmes, l'effort appliqué à l'empilage des disques est dû pour partie aux réactions de dentures des pignons coniques du différentiel (donc un effort lié au couple transitant par le différentiel) et pour autre partie à un vérin hydraulique dont la pression d'utilisation peut être pilotée. Ce dernier système permet, par rapport à un système purement mécanique à frottement, de disposer d'une capacité de verrouillage améliorée lors du démarrage ou du-roulage du véhicule à faible allure sur terrain peu adhérent. Cependant, ce système connu présente deux inconvénients: - du fait qu'une partie de l'effort de verrouillage est due à la réaction de dentures, donc au couple transitant dans le différentiel, il n'est jamais possible avec ce système d'avoir un différentiel libre en rotation lorsque cela est nécessaire, notamment en phase de freinage; - le fonctionnement des dentures du différentiel s'effectue à Jeu non constant, du fait des légers déplacements axiaux des pignons planétaires sous couple et lors de l'application de l'effort de pilotage, ce qui est préjudiciable à la tenue des dentures. L'invention a pour but de pallier les inconvénients ci-dessus en proposant un système différentiel à glissement variable contrôlé permettant d'obtenir dans toutes les phases de roulage du véhicule un taux de verrouillage indépendant du couple transitant par le différentiel et pouvant de ce fait être optimisé pour toutes les phases de roulage. Pour cela, le système différentiel à glissement variable contr8lé de l'invention, du type comprenant un bottier extérieur monté rotatif dans un carter de différentiel et entraînant les pignons planétaires et satellites du différentiel; un moyen embrayage à empilage de disques alternativement accouplés au bottier extérieur et à l'un des arbres coaxiaux de sortie du différentiel et pouvant occuper une position débrayée o le différentiel entraîne conjointement les deux arbres de sortie respectivement à deux vitesses angulaires pouvant différer librement et une position embrayée o l'action du différentiel est limitée ou verrouillée, s'opposant à une rotation relative entre les deux arbres de sortie; et un dispositif de commande du serrage, suivant un effort variable, des disques du moyen embrayage, pour produire un couple de verrouillage du différentiel; est caractérisé en ce qu'il comprend un bottier intérieur enfermant les pignons de différentiel et portant les pignons satellites, réalisé en un seul bloc au moins en direction axiale parallèle à l'axe longitudinal des arbres de sortie et accouplé au bottier extérieur en pouvant coulisser axialement dans celui-ci et en ce que le dispositif de commande déplace ensemble axialement le bottier intérieur et les pignons du différentiel de façon que le bottier intérieur transmettre directement l'effort de serrage variable aux disques du moyen embrayage. Selon une caractéristique de l'invention, le bottier intérieur est monobloc et est axialement interposé entre l'empilage de disques du moyen embrayage et un moyen terminal du dispositif de commande. Avantageusement, le bottier intérieur est accouplé au bottier extérieur par un agencement de tenons-rainures. De plus, le bottier intérieur est de forme approximativement cylindrique et comprend au moins deux tenons externes diamétralement opposés logés respectivement dans deux rainures internes du bottier extérieur. Par ailleurs, le bottier intérieur comprend une première paroi frontale annulaire dont une face plane externe vient en appui contre un disque de l'empilage de disques précité à la position embrayée du moyen embrayage, la face plane interne opposée étant en appui contre une face plane externe correspondante de l'un des pignons planétaires et une seconde paroi frontale annulaire opposée contre laquelle est en appui le moyen terminal de commande. Avantageusement, le moyen terminal comprend au moins deux leviers radiaux montés diamétralement opposés et pivotant entre la seconde paroi frontale annulaire et le bottier extérieur. Selon toujours une caractéristique de l'invention, le bottier intérieur comprend une partie formant couvercle en appui contre une face plane externe correspondante de l'autre pignon planétaire et maintenue axialement dans le bottier intérieur par un anneau interne formant circlips. Suivant un second mode de réalisation, le bottier intérieur comprend une paroi frontale annulaire interposée entre l'empilage de disques et le moyen terminal qui est formé par la face plane externe du pignon planétaire solidaire de l'arbre de sortie auquel sont accouplés certains des disques du moyen d'embrayage et déplaçable axialement dans le sens de serrage des disques et la paroi frontale annulaire opposée du bottier intérieur est en appui contre la face plane externe de l'autre pignon planétaire. De préférence, le bottier interne est réalisé en deux demi-bottiers séparés l'un de l'autre suivant un plan passant par l'axe des pignons planétaires. L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, caractéristiques détails et avantages de celle-ci apparaitront plus clairement au cours de la description explicative qui va suivre faite en référence aux dessins schématiques annexés donnés uniquement à titre d'exemple illustrant deux modes de réalisation de l'invention et dans lesquels: - la figure 1 est une vue en coupe du système différentiel de l'invention suivant un premier mode de réalisation; - la figure 2 est une vue en coupe du bottier interne utilisé dans le système différentiel de la figure 1; - la figure 3 est une vue en coupe du système différentiel de l'invention suivant le second mode de réalisation; - la figure 4 est une vue suivant la flèche IV de la figure 3 du bottier interne; et - la figure 5 est une vue en coupe suivant la ligne V-V de la figure 4. En se reportant aux figures i et 2, le système différentiel à glissement variable contr6lé conforme à l'invention comprend un différentiel 1 d'un véhicule automobile comprenant un bottier extérieur de différentiel 2 en deux parties solidaires l'une de l'autre suivant un plan de Joint confondu au plan de la figure 1 et monté rotatif relativement aux arbres de sortie coaxiaux 3 et 4 du différentiel par l'intermédiaire de moyens formant paliers constitués par exemple par deux roulements coniques 5 et 6 montés chacun entre le carter 7 du différentiel et le bottier extérieur 2. Le bottier extérieur 2 est entraîné en rotation par l'intermédiaire d'un pignon 8 solidaire du bottier 2, par exemple par un moyen de vis de fixation (non représentées), et engrenant avec un pignon de renvoi (non représenté) solidaire par exemple d'un arbre de transmission du véhicule. Le différentiel 1 comprend également un bottier intérieur 9 mécaniquement accouplé en rotation au bottier externe, pouvant coulisser axialement dans le bottier extérieur 2 et enfermant les pignons du différentiel comprenant les deux pignons planétaires tronconiques 10 et 11 solidaires en rotation respectivement des arbres de sortie 3 et 4 et les pignons satellites 12 montés par paires respectivement sur deux arbres orthogonaux, dont un seul 13 est représenté, chaque arbre 13 de pignons satellites étant fixé à ses deux extrémités respectivement dans deux trous correspondants coaxiaux 14 du bottier intérieur 9. Ce dernier présente une forme générale cylindrique comprenant deux portées cylindriques 9a et 9b de diamètres différents et raccordées l'une à l'autre par une partie en épaulement 9c, les portées 9a et 9b étant montées en ajustement coulissant respective- ment dans deux parois cylindriques correspondantes 2a et 2b du bottier extérieur 2. Le bottier intérieur 9 comprend de plus au moins deux tenons diamétralement opposés 9d et 9e s'engageant respectivement dans deux rainures internes correspondantes 2c et 2d du bottier extérieur 2 et parallèles à l'axe longitudinale X-X' des arbres de sortie 3 et 4. De préférence, le bottier comprend deux paires de tenons deux à deux diamétralement opposés. Le bottier intérieur 9 se termine, d'une part, par une paroi frontale annulaire de fermeture 9f du bottier 9 entourant coaxialement la queue 10a du pignon planétaire 10 et, d'autre part, par une face extrême frontale annulaire 9g, coaxiale à l'axe X-X', et contre laquelle viennent en appui les extrémités supérieures de deux bras de levier 15 radiaux diamétralement opposés ayant chacun un point de pivotement 15a constitué par un bossage ou protubérance arrondie en appui contre la face interne d'une paroi transversale 2e de fermeture du bottier extérieur 2 et perpendiculaire à l'axe X-X'. Dans la paroi cylindrique du bottier intérieur 9 définissant la portée cylindrique externe 9b et la paroi frontale 9g est emmanchée une partie formant couvercle 16 transversale à l'axe X-X' et maintenue axialement dans celle- ci par un anneau interne formant circlips 17. La partie formant couvercle 16 comprend une ouverture circulaire 16a entourant coaxialement la queue lla du pignon planétaire 11 et a sa face plane interne 16b en appui contre une face plane arrière correspondante llb du pignon planétaire 11. La partie formant couvercle 16 fait ainsi office de paroi de fermeture de la chambre enfermant les pignons du différentiel. De même, la paroi frontale 9f a sa face plane interne 9f1, parallèle à la face 16b de la partie formant couvercle 16, en appui contre la face plane arrière correspondante 10b du pignon planétaire 10 pour enfermer complètement les pignons du différentiel. Le bottier intérieur 9 est réalisé en une seule pièce, c'est-à-dire monobloc. Le système différentiel de l'invention comprend de plus un moyen embrayage formé par un empilage de disques 17, disposés perpendiculairement à l'axe X-X', et alternativement accouplés au bottier extérieur 2 et à l'arbre de sortie 3. Pour cela, certains des disques 17 comportent extérieurement des encoches périphériques régulièrement angulairement espacées pour définir des parties formant tenons s'engageant dans les rainures internes correspondantes 2c, 2d du bottier extérieur 2 et les autres disques 17 comportent intérieurement des encoches périphériques régulièrement angulairement espacées pour définir des parties formant tenons s'engageant respectivement dans des rainures réalisées sur le pourtour de la queue lOa du pignon planétaire 10 et parallèles à l'axe X-X'. L'empilage de disques 17 est disposé entre la face plane interne perpendiculaire à l'axe X-X' de la paroi transversale 2f de fermeture du bottier 2 et une face plane externe 9f2 de la paroi frontale 9f du bottier intérieur 9 et également perpendiculaire à l'axe X-X'. Les pignons planétaires 10 et 11 sont solidaires en rotation respectivement des arbres de sortie 3 et 4 par l'intermédiaire de cannelures réalisées sur le pourtour des extrémités des arbres de sortie. Les deux pignons planétaires 10 et 11 peuvent se déplacer axialement suivant l'axe X-X', sur ces cannelures ou avec l'arbre 3, 4 associé s'il est mobile axialement. Un manchon 18, sur le pourtour duquel est monté rotatif le bottier extérieur 2, est monté coaxialement sur l'arbre de sortie 4 de fagon à pouvoir se déplacer axialement suivant l'axe X-X'. Le manchon 18 comprend un épaulement interne 18a en appui contre les extrémités inférieures d'actionnement des bras de levier 15 et un épaulement extérieur 18b pouvant tourner relativement à une butée annulaire 19 par l'intermédiaire d'un roulement à aiguilles 20 disposé entre la butée 19 et l'épaulement 18b. Un dispositif, non représenté et extérieur au différentiel, commande le serrage, suivant un effort variable, des disques de friction 17 du moyen embrayage pour produire un couple de verrouillage du différentiel 1. Le dispositif de commande peut être du type électrique, hydraulique ou mécanique. La figure 1 représente un levier de commande 21, dont l'extrémité est 263484? en appui contre la butée fixe 19 et qui, lorsqu'actionné par le dispositif de commande, fait coulisser axialement le manchon 18 vers la droite par rapport à cette figure. Le fonctionnement du système conforme à l'invention ressort déjà de la description qui en a été faite ci-dessus et va être maintenu expliqué en détail. Lorsque le système occupe la position de repos représentée à la figure 1 o le levier ou bras de commande 21 n'exerce aucune action sur le manchon 18, le moyen embrayage 17 est débrayé de sorte que le différentiel fonctionne normalement, c'est-à-dire qu'il entra!ne conjointement les deux arbres de sortie 3 et 4 à des vitesses angulaires pouvant différer librement. Pour embrayer le moyen embrayage 17, le bras 21 est actionné de façon à le déplacer vers la droite par rapport à la figure 1, ce qui déplace le manchon 18 vers la droite, lequel, par son épaulement 18a, agit sur les bras de levier 15 pour déplacer vers la gauche le bottier intérieur 9 par rapport au bottier externe 2 de façon que la face 9f2 de la paroi frontale 9f vienne en appui contre le disque adjacent de l'empilage de disques 17 pour embrayer le moyen embrayage et donc accoupler le pignon planétaire 10 aux bottiers extérieur 2 et intérieur 9. L'effort de serrage exercé à partir du dispositif de commande extérieur aux disques 17 du moyen embrayage produit ainsi un couple de verrouillage du différentiel. Cet effort est variable en fonction d'un certain nombre de paramètres liés à l'état du véhicule tels que la vitesse différentielle entre les deux arbres de sortie, la vitesse du véhicule, la charge moteur du véhicule, l'utilisation des freins, le braquage des roues directrices, etc.... Le déplacement axial du bottier intérieur 9 parallèlement à l'axe X-X' vers la position embrayée du moyen d'embrayage 17 s'accompagne également d'un déplacement concomitant des pignons planétaires 10, 11 et satellites 12 de façon à respecter le principe du fonctionnement à Jeu constant du différentiel. Le second mode de réalisation du système différentiel de l'invention va être maintenant décrit en référence aux figures 3 à 5, les éléments identiques à ceux représentés aux figures 1 à 2 et/ou accomplissant les mêmes fonctions portant les mêmes références. Ainsi, seules les différences existant entre ces deux modes de réalisation seront détaillées. Selon ce second mode de réalisation, le bottier intérieur 9, de forme approximativement cylindrique, est réalisé en deux demi-bottiers 9h et 9i séparés l'un de l'autre par un plan axial de symétrie P perpendiculaire au plan de la figure 3 et contenant l'axe X-X' mais chaque demi-bottier 9h, 9i est réalisé en un seul bloc en direction axiale parallèle à l'axe X-X'. Le bottier 9 comprend deux groupes de quatre tenons 9d réalisés sur le pourtour du bottier et axialement distants l'un de l'autre. Les quatre tenons de chaque groupe sont deux à deux diamétralement opposés, deux tenons successifs étant angulairement espacés d'un angle de 90 . De plus, deux tenons diamétralement opposés respectivement des deux groupes de tenons sont réalisés en deux moitiés de tenons situées de part et d'autre du plan de symétrie P du bottier 9. Les tenons 9d s'engagent respectivement dans des rainures rectilignes correspondantes 2c à l'intérieur du bottier extérieur 2 de façon à permettre notamment le coulissement du bottier intérieur 9 relativement au bottier extérieur 2. Le bottier intérieur 9 comporte, à l'état assemblé des deux demi-bottiers 9h et 9i, deux parois frontales annulaires espacées 9j et 9k enfermant les pignons 10-12 du différentiel et dont les faces planes internes transversales à l'axe X-X' viennent respectivement en appui, par l'intermédiaire de bagues de friction 22 contre les faces planes arrière correspondantes des deux pignons planétaires tronconiques et 11. La face plane externe 9J1 de la paroi frontale 9J, à la position de repos du système de l'invention représentée à la figure 3, est en appui contre une face interne plane correspondante du pignon tronconique d'entratnement 8 par l'intermédiaire d'une bague de friction 23. Le moyen embrayage à disques empilés 17 est disposé entre la face plane externe 9kl de la paroi frontale 9k et la face plane interne d'une partie en équerre 2g de fermeture du bottier extérieur 2 et solidaire de ce dernier par exemple par un cordon de soudure annulaire 24. La paroi frontale 9k se trouve ainsi interposée entre le moyen embrayage 17 et le pignon planétaire 11, dont la queue lla est réalisée en une seule pièce avec l'arbre de sortie 4 du différentiel. Les disques 17 du moyen embrayage sont alternativement accouplés au bottier extérieur 2 par les rainures internes 2c et à la queue lla du pignon 11 par des rainures rectilignes parallèles réalisées sur le pourtour de celle-ci. L'arbre de sortie 4 peut être déplacé vers la droite par rapport à la figure 3 pour exercer par l'intermédiaire du dispositif de commande extérieur le serrage, suivant un effort variable, des disques 17 du moyen d'embrayage. Dans le cas présent, le dispositif de commande est du type hydraulique o un fluide hydraulique est envoyé sous pression, par l'intermédiaire d'une conduite d'amenée 25 dans une chambre 26 délimitée par un moyen formant piston annulaire 27 se déplaçant dans une paroi cylindrique coaxiale à l'axe X-X' définie dans une pièce 28 fixée de façon étanche au carter 7 par les vis de fixation 29. Une pièce 30 de commande du déplacement axial de l'arbre de sortie 4 suivant l'axe X-X' comprend une portion intermédiaire cylindrique 30a liée en rotation à l'arbre 4 par des cannelures réalisées sur le pourtour de celui-ci et tournant relativement au moyen formant piston 27 par l'intermédiaire d'un roulement de butée à aiguilles 31 interposé entre le moyen formant piston 27 et la pièce 30. Celle-ci est immobilisée axialement sur l'arbre 4 par maintien en appui sur un épaulement 30c de ce dernier au moyen d'un écrou 33 vissé sur l'extrémité filetée de l'arbre. Un joint d'étanchéité à lèvre 34 est monté coaxialement à l'axe X-X'et interposé entre le moyen formant piston 27 et la pièce 30. Lorsque du fluide sous pression est introduit dans la chambre 26 par l'intermédiaire de la conduite 25, le moyen formant piston 27 se déplace axialement vers la droite par rapport à la figure 3 de façon à déplacer dans le même sens la pièce 30 qui commande le déplacement axial de l'arbre 4 et donc du pignon planétaire 11, dont la face plane arrière 11b agit directement sur la paroi frontale 9k du bottier intérieur 9 qui exerce un effort variable de serrage des disques 17 du moyen d'embrayage, créant ainsi un couple de verrouillage du différentiel. Le bo!tier intérieur 9 est ainsi conçu pour déplacer ensemble les pignons planétaires 10, 11 et les pignons satellites 12 suivant l'axe X-X' afin de respecter le principe du fonctionnement à Jeu constant du différentiel. Le système différentiel à glissement variable tel qu'il ressort des deux modes de réalisation ci-dessus décrits, permet donc d'obtenir dans toutes les phases de roulage du véhicule un taux de verrouillage indépendant du couple transitant par le différentiel et pouvant de ce fait être optimisé pour toutes les phases de roulage. R E V E N I C AT I 0 N S 1. Système différentiel à glissement variable contr8lé du type comprenant un bottier extérieur monté rotatif dans un carter du différentiel et entraînant les 'pignons planétaires et satellites du différentiel; un moyen embrayage à empilage de disques accouplés alternativement au bottier extérieur et à l'un des arbres coaxiaux de sortie de différentiel et pouvant occuper une position débrayée o le différentiel entratne conjointement les deux arbres de sortie respectivement à deux vitesses angulaires pouvant différer librement et une position embrayée o l'action du différentiel est limitée ou verrouillée, s'opposant à une rotation relative entre les deux arbres de sortie; et un dispositif de commande du serrage, suivant un effort variable, des disques du moyen embrayage pour produire un couple de verrouillage du différentiel; caractérisé en ce qu'il comprend un bottier intérieur (9) enfermant les pignons (10-12) du différentiel (1) et portant les pignons satellites (12) , réalisé en un seul bloc au moins en direction axiale parallèle à l'axe longitudinal (X-X') des arbres de sortie (3,4) et accouplé au bottier extérieur (2) en pouvant coulisser axialement dans celui-ci et en ce que le dispositif de commande déplace ensemble axialement le bottier intérieur (9) et les pignons (10-12) du différentiel (1) de façon que le bottier intérieur (9) transmette directement l'effort de serrage variable aux disques (17) du moyen embrayage. 2. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que le bottier intérieur est accouplé au bottier extérieur (2) par Ut agencement de tenons (9d)-rainures (2c). 3. Système selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le bottier intérieur (9) est de forme approximativement cylindrique et comprend au moins deux tenons externes diamétralement opposés logés respectivement dans deux rainures internes correspondantes (2c) du bottier extérieur (2). 4. Système selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le bottier intérieur (9) est monobloc et est axialement interposé entre l'empilage de disques (17) du moyen embrayage et un moyen terminal (15) du dispositif de commande. 5. Système selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le bottier intérieur (9) comprend, à une première extrémité une paroi frontale annulaire (9f), dont une face plane externe (9f2) vient en appui contre un disque (17) de l'empilage de disques précité à la position embrayée du moyen embrayage, et dont la face plane interne opposée (9fl) est en appui contre une face plane externe correspondante (lOb) de l'un (10) des pignons planétaires, et à l'extrémité opposée une face frontale annulaire (9g) contre laquelle est en appui le moyen terminal de commande (15). 6. Système selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le moyen terminal (15) comprend au moins deux leviers radiaux montés pivotants entre la face frontale annulaire (9g) et le bottier extérieur (2). 7. Système selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comprend un levier (21) du dispositif de commande pouvant actionner chaque levier pivotant (15) par l'intermédiaire d'un manchon axialement mobile (18). 8. Système selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le bottier intérieur (9) comprend une partie formant couvercle (16) en appui contre une face plane externe correspondante (11b) de l'autre pignon planétaire (11) et maintenue axialement dans le bottier intérieur (9) par un anneau interne formant circlips (17). 9. Système selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en que le bottier intérieur (9) comprend une paroi frontale annulaire (9k) interposée entre l'empilage de disques (17) et le moyen terminal (11b) précité qui est formé par la face plane externe du pignon planétaire (11) solidaire de l'arbre de sortie (4) auquel sont accouplés certains des disques (17) du moyen embrayage et déplaçable axialement dans le sens de serrage des disques (17) et en ce que la paroi frontale annulaire opposée (9J) du bottier intérieur (9) est en appui contre la face plane externe (lob) de l'autre pignon planétaire (10). 10. Système selon la revendication 9, caractérisé en ce que le bottier intérieur (9) est réalisé en deux demi-bottiers (9h, 9i) séparés l'un de l'autre suivant un plan passant par l'axe des pignons planétaires. 11. Système selon la revendication 9 ou 10, caractérisé en ce que le bottier intérieur (9) comprend deux groupes axialement distants de tenons (9d) réalisés sur le pourtour dudit bottier en étant deux à deux diamétralement opposés, deux des tenons diamétralement opposés de chaque groupe étant réalisés en deux moitiés disposées de part et d'autre du plan de symétrie axial (P).