Brevet FR2683489A1 — publié le 19930514

Transmission mécanique pour véhicules automobiles L'objet de l'invention est un système de transmission mécanique pour véhicules automobiles, comportant essentiellement, outre des arbres de transmission, des organes de guidage et des organes d'accouplement, au moins un différentiel et au moins un coupleur visqueux qui lui est associé, l'organe primaire du coupleur visqueux étant entraîné par l'un des organes de sortie du différentiel. On connaît différents systèmes de transmission conformes, à cette description. On peut notamment citer ceux qui sont décrits dans JSAE Review vol 10 n01 VISCO CONTROL UNIT (T. USHIJIMA et Y. YUHASHI) janvier 1989 pp. 18 à 23. Dans cet article, la structure générale d'un coupleur visqueux est représentée à la figure 1. On peut y distinguer - un carter axisymétrie, - un arbre creux, en liaison rotoïde avec le carter autour de son axe, - deux séries de plaques minces dont la forme générale est celle d'une couronne, chaque série étant en liaison prismatique respectivement avec le carter et avec l'arbre, les axes de ces liaisons étant confondus avec celui de la liaison rotoïde carter arbre, les plaques de chaque série étant alternativement disposées le long de cet axe et séparées les unes des autres par des anneaux d'espacement, - des joints d'étanchéité disposés entre le carter et l'arbre de manière à délimiter une chambre dans laquelle on introduit de l'air ainsi qu'unie quantité contrôlée d'huile silicone. Un tel coupleur est associé à d'autres éléments mécaniques d'un système de transmission, d'une part par l'intermédiaire du carter et d'autre part par l'intermédiaire de l'arbre creux. On appellera organes primaire et secondaire d'un tel coupleur, son carter et son arbre creux, munis des plaques minces avec lesquelles ils sont respectivement en liaison prismatique, sans distinguer plus particulièrement lequel de ces organes est qualifié de primaire et lequel est qualifié de secondaire, les qualifications de primaire et secondaire se rapportant au sens habituel de transmission de l'énergie. La figure 14 du même article montre que dans la plupart des systèmes de transmission connus où l'on associe un coupleur visqueux à un différentiel, l'organe primaire du coupleur est entraîné par l'un des organes de sortie du différentiel et l'organe secondaire est soit entraîné par le châssis du même différentiel (organe d'entrée du différentiel) (figure 14a), soit entraîné par l'organe de sortie du même différentiel (figure 14b). On peut également citer comme système de transmission conforme à la description figurant au premier alinéa, le système décrit dans la demande de brevet européen EP-A-0240795. Dans ce système, l'organe primaire du coupleur est également entraîné par l'un des organes de sortie du différentiel, alors que l'organe secondaire du coupleur entraîne un arbre de transmission dont l'autre extrémité entraîne un autre différentiel disposé entre les deux roues d'un même essieu. Contrairement à ces systèmes connus, les systèmes objet de l'invention ont la particularité suivante : le coupleur visqueux dont l'organe primaire est entraîné par l'organe de sortie d'un différentiel, a un organe secondaire qui est, soit libre de tourner autour de son axe, soit susceptible d'être immobilisé ou freiné par rapport au châssis du véhicule, au moyen d'un embrayage commandé (E1) L'invention peut trouver deux grandes familles d'applications. Dans la première, qui concerne les véhicules à deux essieux moteurs au moins, le coupleur visqueux est unique et est associé à un différentiel interposé entre deux essieux du véhicule (différentiel inter-ponts) , de sorte que l'organe primaire du coupleur soit entraîné par l'un des organes de sortie de ce différentiel interponts, que l'autre organe de sortie du différentiel inter-ponts soit connecté à l'un des essieux (essieu secondaire) et que l'organe d'entrée du même différentiel inter-ponts ainsi que l'autre essieu (essieu principal) reçoivent l'énergie motrice à partir de l'arbre de sortie de la boîte de vitesses du véhicule. On remarquera d'une part que, par boîte de vitesses, il faut comprendre l'ensemble des éléments qui permettent une réduction, une multiplication, ou une interruption de la vitesse du moteur, et que d'autre part l'énergie motrice peut être reçue à partir de l'arbre de sortie de la boîte de vitesses soit directement, soit à partir d'une distribution en série au différentiel inter-ponts et à l'essieu principal, l'ordre de cette distribution pouvant être quelconque. Conformément à la description générale de l'invention, lorsque l'organe secondaire du coupleur est libre de tourner autour de son axe, aucun couple n'est théoriquement transmis par le différentiel inter-ponts et l'essieu secondaire ne reçoit théoriquement aucun couple (fonctionnement en 4X2) ; en pratique un très faible couple dû aux frottements visqueux et à l'inertie de l'organe secondaire peut être transmis par le différentiel inter-ponts à essieu secondaire. Par contre, lorsque l'organe secondaire du coupleur est immobilisé par rapport au châssis, un couple est transmis par le différentiel inter-ponts à l'essieu secondaire, ce couple étant d'autant plus important que la vitesse de l'organe primaire du coupleur est importante (fonctionnement en 4x4 du type de celui représenté à la figure 13d de l'article cité supra). On remarquera que l'on peut choisir les caractéristiques cinématiques de l'ensemble de la transmission, y compris les rayons effectifs des pneumatiques de sorte que lorsque le véhicule circule en ligne droite à vitesse constante (conditions de référence), la vitesse de l'organe de sortie du différentiel inter-ponts qui entraîne l'organe primaire du coupleur soit nulle. Avec ce choix, le fonctionnement effectif en 4x2 s'identifie à son fonctionnement théorique et, en fonctionnement 4x4, le couple n'est transmis que si l'on s'écarte de ces conditions de référence. Si par contre, on choisit les caractéristiques cinématiques pour que dans les conditions de référence, la vitesse de l'organe de sortie du différentiel inter-ponts qui entraîne l'organe primaire du coupleur ne soit pas nulle, un couple sera transmis en permanence à l'essieu secondaire, lorsque l'on est en mode de fonctionnement 4x4. Selon cette première variante de l'invention, il est possible d'adopter deux modes de fonctionnement : un mode de fonctionnement normal en 4x4 avec un couple transmis à l'essieu secondaire croissant avec le glissement de l'essieu principal par rapport à l'essieu secondaire, et un mode de fonctionnement en 4x2, particulièrement utile lorsque le dispositif de freinage est activé, lorsque le véhicule doit être remorqué, ou encore lorsqu'il doit être testé sur un banc conçu pour véhicules classiques à deux roues motrices. Par rapport aux systèmes de transmission connus utilisant un visco coupleur dont l'organe secondaire entraîne directement l'essieu secondaire (cf article cité supra, figure 13d), le système objet de l'invention permet le fonctionnent en 4x2 sans recourir à l'utilisation d'une roue libre blocable, ce qui permet, contrairement à cette disposition connue, de conserver la possibilité de faire agir le frein moteur en 4x4. Par rapport au système de transmission faisant l'objet de EP-A0240795, le système objet de l'invention autorise, si l'on choisit judicieusement le type et le dimensionnement du différentiel, l'entraînement de l'essieu secondaire à une vitesse élevée, tout en donnant au visco-coupleur une sensibilité plus grande. Ceci permet un allégement de la transmission et une réduction du temps de réponse du visco-coupleur. Tout comme ce système connu, les systèmes objet de l'invention répondant à cette première variante sont particulièrement adaptés à la transformation de véhicules à moteur et traction avant en véhicules à quatre roues motrices, quelle que soit la disposition du moteur : longitudinale ou transversale. Toujours dans le cadre de la première famille d'applications, il est possible et c'est l'objet d'une seconde variante de l'invention, d'ajouter au dispositif qui vient d'être décrit dans la première variante, un second embrayage commandé (E2 > , permettant d'immobiliser ou de freiner par rapport au châssis du véhicule l'organe primaire du coupleur visqueux. Selon cette seconde variante de l'invention, on peut obtenir trois modes de fonctionnement : le mode normal de fonctionnement en 4x4 et le mode de fonctionnement en 4x2 déjà décrits et obtenus lorsque l'embrayage E2 est ouvert, ainsi qu'un mode de fonctionnement exceptionnel en 4x4 obtenu en fermant l'embrayage E2, de manière à immobiliser l'organe secondaire du coupleur visqueux, quelle que soit la commande agissant sur l'embrayage E1. Dans ce troisième mode de fonctionnement, le différentiel inter-ponts est bloqué, les vitesses des deux roues des deux essieux sont identiques et le couple est distribué aux essieux en proportion de leur adhérence respective. Il est évident que dans ce cas, les caractéristiques cinématiques de l'ensemble de la transmission doivent être choisies pour respecter cette condition de synchronisme de vitesse des roues du véhicule et que les virages ne sont possibles que moyennant une déformation du sol et/ou un ripage des pneumatiques sur le sol. L'intérêt de cette variante résulte de la possibilité, que n'offre aucun système connu, de combiner ces trois fonctionnements et de fournir un compromis tout-à-fait satisfaisant aux différentes conditions de circulation que l'on peut rencontrer, sans imposer en contrepartie une complexité trop importante. On observera que le couple transmis à l'essieu secondaire est toujours limité à une valeur qui dépend du couple transmis par l'embrayage E1 et le cas échéant par l'embrayage E2. Selon la première ou la seconde variante des systèmes objet de l'invention, on a en principe intérêt à adopter une valeur aussi élevée que nécessaire du couple transmis par l'embrayage E1, de manière à permettre l'immobilisation en toutes circonstances de l'organe secondaire du coupleur visqueux, pour que le couple transmis à l'essieu secondaire en mode 4x4 normal ne soit imposé que par le glissement relatif des deux essieux. Par contre, lorsqu'on réalise des systèmes conformes à la seconde variante, on peut, en agissant sur la valeur du couple transmis par l'embrayage E2, c'est-à-dire en agissant sur sa commande, réaliser un transfert de couple contrôlable de l'essieu principal vers l'essieu secondaire - lorsqu'on est en mode de fonctionnement 4x4 exceptionnel - et autoriser corrélativement un glissement relatif entre les deux essieux. Dans une deuxième famille d'applications, qui concerne les véhicules à un nombre quelconque d'essieux, on utilise deux coupleurs visqueux associés à un différentiel, chaque organe de sortie du différentiel entraînant l'organe de primaire de l'un des coupleurs visqueux. Avec cette organisation mécanique, lorsque les organes secondaires des coupleurs sont libres, le différentiel se comporte comme un différentiel classique. Par contre lorsque l'on agit sur l'un des embrayages solidarisant l'organe du coupleur avec le châssis du véhicule, on freine la sortie correspondante du différentiel avec un couple d'autant plus important que la vitesse de l'organe de sortie du différentiel est élevée, ce couple étant toutefois limité au niveau de celui transmis par l'embrayage correspondant. En contrôlant la commande des embrayages, on réalise de la sorte un différentiel à glissement contrôlé, pouvant être utilisé dans le cadre d'un système antipatinage. On observera en outre que si l'on agit simultanément sur les deux embrayages, le système fonctionne en ralentisseur, ce qui enrichit les fonctionnalités du système. L'intérêt de cette troisième variante de l'invention se manifeste tout particulièrement lorsque le différentiel concerné est interposé entre les deux roues d'un même essieu moteur. Dans ce cas, par action sur les embrayages, on peut contrôler le couple transmis aux roues, assurer la motricité et contrôler la stabilité du véhicule. Par rapport aux différentiels classiques à glissement limité connus (cf AUTOMOTIVE ENGINEER Février 1987 TRACTION CONTROL differentials pp 20 à 26 et notamment pp 23 à 26), à l'exception des systèmes regroupés dans cet article sous le titre "electronic systems", le système objet de l'invention offre l'avantage de pouvoir limiter le glissement non seulement de la roue qui tourne le plus vite, mais aussi celui de la roue qui tourne le plus lentement. Le contrôle du glissement peut par conséquent s'effectuer sur n' importe quelle roue, quelles que soient les circonstances de progression du véhicule, en ligne droite ou en virage. Le contrôle du glissement peut être rendu automatique, selon les techniques classiques connues et notamment selon celles qui utilisent les signaux des capteurs placés dans les roues en vue de commander l'action des dispositifs d'antiblocage de frein. On notera qu'en principe ce type de contrôle du glissement sera rendu inopérant au delà d'une certaine vitesse du véhicule (par exemple 40 km/h) pour ne pas provoquer chez le conducteur des réactions qui seraient en opposition avec les réactions du contrôle automatique. Par rapport aux systèmes de contrôle qualifiés de "electronic systems", le système objet de l'invention ajoute la possibilité de faire agir les deux coupleurs visqueux en ralentisseur du véhicule, ce qui augmente les possibilités de ralentissement et de freinage du véhicule et corrélativement la sécurité. Par rapport aux systèmes de contrôle agissant sur les freins pour réduire le couple transmis aux roues, le système objet de l'invention offre l'avantage de ne pas utiliser, totalement ou partiellement, le système de freinage en vue de contrôler la traction, ce qui garantit une efficacité maximale lors des situations de freinage d'urgence et qui limite l'usure des freins. Dans le cadre de la deuxième famille d'applications, on peut compléter le système qui vient d'être décrit de la manière suivante il y correspond la quatrième variante de l'invention : l'organe secondaire de l'un des coupleurs visqueux au moins est connecté à l'organe d'entrée du différentiel au moyen d'une roue libre organisée pour que la vitesse de l'organe secondaire de ce coupleur soit inférieure ou égale à celle de l'organe d'entrée du différentiel lorsque le véhicule progresse vers l'avant, de manière à limiter la liberté en rotation de l'organe secondaire de coupleur. Dans le cadre des systèmes objet de l'invention selon la troisième variante, l'organe secondaire d'un coupleur peut être libre de tourner autour de son axe (embrayage ouvert), soit être immobilisé ou freiné par rapport au châssis du véhicule (embrayage fermé). Dans le premier cas, le coupleur est inopérant ; dans le second cas, il transmet un couple au châssis et freine la sortie correspondante du différentiel avec une efficacité d'autant plus grande que la vitesse de l'organe de sortie du différentiel est grande. Dans le cadre des systèmes objet de l'invention selon la quatrième variante, aux deux possibilités de mouvement de l'organe secondaire du coupleur, se superpose l'action de la roue libre interposée entre cet organe secondaire et l'organe d'entrée du différentiel. L'organisation de la roue libre qui a été décrite permet l'ouverture ou la fermeture de l'embrayage et les deux modes de fonctionnement déjà décrits. La roue libre limite automatiquement la vitesse de l'organe de sortie du différentiel à la vitesse d'entrée de ce différentiel. Le système réagit comme un différentiel à glissement limité incorporant un coupleur visqueux disposé entre l'entrée et une sortie du différentiel. Lorsque le véhicule progresse en marche avant, quatre modes de fonctionnement sont possibles - embrayage ouvert, vitesse de l'organe de sortie du différentiel inférieure à celle de l'organe d'entrée du différentiel, tout le couple est transmis par l'organe de sortie du différentiel - embrayage ouvert, vitesse de l'organe de sortie du différentiel tendant à devenir supérieure à celle de l'organe d'entrée du différentiel, blocage de la roue libre, une partie du couple est transmise à l'organe d'entrée du différentiel et donc à l'autre organe de sortie du différentiel ; - embrayage fermé, vitesse de l'organe de sortie du différentiel inférieure à celle de l'organe d'entrée du différentiel, une partie du couple est dissipée par freinage, - embrayage fermé, vitesse de l'organe de sortie du différentiel tendant à devenir supérieure à celle de l'organe d'entrée du différentiel , blocage de la roue libre, une partie du couple est transmise à l'organe d'entrée du différentiel et donc à l'autre organe de sortie du différentiel, une autre partie du couple est dissipée par freinage. Lorsque le véhicule progresse en marche arrière, les modes de fonctionnement sont analogues, sauf que la roue libre est bloquée dès que le module de la vitesse de l'organe de sortie du différentiel tend à devenir inférieur au module de la vitesse de l'organe d'entrée du différentiel, ce qui permet à une partie du couple reçu par le différentiel d'être transmis à l'organe de sortie tournant le plus lentement. Les effets des quatre modes de fonctionnement sont identiques à ceux correspondant à la marche avant, il y a seulement pour une même situation de vitesses, interversion de l'action et de l'inaction des deux coupleurs. Il est clair que les systèmes objet de l'invention répondant à cette quatrième variante combinent les avantages des systèmes connus utilisant un différentiel à glissement limité avec coupleur visqueux et ceux inhérents aux systèmes objet de l'invention répondant à la troisième variante. On observera également que les systèmes objet de l'invention répondant à la quatrième variante peuvent être utilisés pour répartir le couple entre deux essieux ou entre deux roues. Ils trouvent donc notamment leur application dans les véhicules du type 4x2 et 4x4. Lorsqu'ils sont utilisés pour répartir le couple entre deux essieux, l'un des deux coupleurs visqueux, l'embrayage commandé et la roue libre qui lui sont associés peuvent être supprimés. Les figures 1 et 2 décrivent schématiquement deux exemples de systèmes de transmission conforme à l'invention. La figure 1 décrit un système répondant à la deuxième variante. Selon ce système, l'arbre moteur 1 entraîne le différentiel avant 2 qui, par l'intermédiaire de l'arbre 3, entraîne le différentiel interponts 4. L'une des sorties de ce différentiel 4 entraîne, par l'intermédiaire de l'arbre 5 le différentiel arrière 6. t'autre sortie du différentiel 4 entraîne l'arbre creux 7, sur lequel est assemblé l'organe primaire 8 du coupleur visqueux, en rotation rotoïde avec son organe secondaire 9; celui-ci est immobilisable par rapport au châssis 0 par l'intermédiaire de l'embrayage commandé E1 10. L'organe primaire 8 est immobilisable par rapport au châssis 0 par l'intermédiaire d'un second embrayage commandé E2/11. Pour transformer ce système en un système répondant à la première variante, il suffit de supprimer l'embrayage commandé 11. La figure 2 décrit un système répondant à la quatrième variante et appliqué à un différentiel inter-ponts. On y distingue le portesatellites 105 (organe d'entrée du différentiel), les deux organes de sortie 102 et 104, les satellites 101 et 103, le carter 0 partiellement représenté, la roue dentée 106 recevant l'énergie motrice et solidaire du porte-satellites 105, l'organe primaire 8 de l'un des coupleurs, son organe de sortie 9, l'embrayage commandé 112 ainsi que la roue libre 100, interposée entre l'organe secondaire 9 du coupleur et le porte-châssis 105. Pour être appliqué à un différentiel inter-roues, il faut dupliquer l'ensemble coupleur visqueux 8,9, embrayage commandé 112 et roue libre 100 à l'autre sortie du différentiel. REVENDICATIONS 1. Système de transmission mécanique pour véhicules automobiles, comportant essentiellement, outre des arbres de transmission, des organes de guidage et des organes d'accouplement, au moins un différentiel et au moins un coupleur visqueux qui lui est associé, l'organe primaire (8) de ce coupleur visqueux étant entraîné par l'un des organes de sortie du différentiel, CARACTERISE EN CE QUE l'organe secondaire (9) du même coupleur peut être, soit libre de tourner autour de son axe, soit immobilisé ou freiné par rapport au châssis du véhicule, au moyen d'un embrayage commandé (10 ou 112). 2. Système conforme à la revendication 1, CARACTERISE EN CE QU'UN seul coupleur visqueux est associé à un différentiel (4) interposé entre deux essieux du véhicule, l'organe de sortie de ce différentiel qui n'entraîne pas le coupleur visqueux étant connecté à l'un des essieux, l'organe d'entrée du même différentiel et l'autre essieu recevant l'énergie motrice à partir de l'arbre de sortie de la boîte de vitesses du véhicule. 3. Système conforme à la revendication 2, CARACTERISE EN CE QUE l'organe primaire (8) du coupleur visqueux peut être immobilisé ou freiné par rapport au châssis, par l'intermédiaire d'un second embrayage commandé (11). 4. Système conforme à la revendication 1, CARACTERISE EN CE QUE deux coupleurs visqueux sont associés au différentiel, chaque organe de sortie du différentiel entraînant l'organe primaire de l'un des coupleurs visqueux. 5. Système conforme à la revendication 1, CARACTERISE EN CE QUE l'organe secondaire (9) d'un coupleur visqueux au moins est connecté à l'organe d'entrée (105) du différentiel au moyen d'une roue libre (100) organisée pour que la vitesse de l'organe secondaire du coupleur visqueux soit inférieure ou égale à celle de l'organe d'entrée du différentiel, lorsque le véhicule progresse en roulant vers l'avant, de manière à limiter la liberté en rotation de l'organe secondaire du coupleur visqueux.