Brevet FR2807490A1 — publié le 20011012

La présente invention concerne un différentiel pour véhicule automobile, qui transmet le mouvement de rotation d'un arbre moteur, tel que l'arbre de sortie de la boîte de vitesses, à deux demi-arbres généralement coaxiaux qui entraînent chacun une roue motrice. Le différentiel a pour fonction de permettre à deux roues opposées motrices d'un véhicule de tourner à des vitesses différentes dans les courbes ou les virages. En effet, dans une trajectoire courbe, la roue extérieure tourne plus vite que la roue intérieure. A défaut, y a glissement relatif entre le pneu et la chaussée. Un différentiel de conception classique comprend un boîtier rotatif dont l'axe de rotation correspond à l'axe commun aux deux demi-arbres ; ce boîtier est solidaire d'une couronne dentée, appelée couronne principale, qui est en prise avec un pignon porté par l'arbre moteur. Dans le boîtier sont installés tête-bêche, et coaxialement, une paire de pignons coniques identiques, appelés satellites ; leur axe commun est perpendiculaire et concourant à l'axe demi-arbres. Les satellites sont guidés en rotation autour de leur propre axe, à l'intérieur du boîtier, et sont en prise tous deux avec deux pignons coniques, appelés planétaires, qui sont montés chacun ' l'extrémité libre d'un demi-arbre. En ligne droite, le mouvement de l'arbre moteur est transmis, par un pignon monté sur celui-ci, à la couronne principale, laquelle entraîne à son tour le boîtier en rotation. Ce mouvement de rotation est transmis à chacun des deux demi- arbres par les dents des deux satellites, qui sont en prise avec les pignons d'extrémité. Lorsque les deux demi-arbres de roue tournent à la même vitesse, les pignons satellites ne tournent pas eux-mêmes ; ils tournent seulement en bloc avec le boîtier. En revanche, lorsqu'il y a une différence de vitesses de rotation entre les deux roues, en particulier dans une courbe ou un virage, les deux satellites tournent sur eux-mêmes, en sens inverse transmettant ainsi le mouvement de l'arbre moteur, mais à des vitesses différentes, ' chacun des deux demi-arbres de roue. Lorsque le véhicule décrit une trajectoire courbe il se produit, sous l'effet de la force centrifuge, un transfert de la masse du véhicule vers l'extérieur. La roue extérieure est donc plus chargée que la roue intérieure. Or, une transmission de mouvement mettant en oruvre un différentiel classique, tel que décrit plus haut, voire un différentiel autobloquant, permet de développer l'un des deux demi-arbres un couple qui ne peut excéder 50 % du couple disponible, reçu de l'arbre moteur. Ceci n'est pas satisfaisant, dans la mesure où il serait souhaitable que le couple développé par la roue chargée, en l'occurrence la roue extérieure, soit le plus grand possible, afin d'augmenter la motricité de cette roue, donc la performance dynamique du véhicule, ainsi que de mieux contrôler la stabilité du véhicule dans courbe. objectif est atteint, conformément à l'invention, grâce au fait que le différentiel comporte des moyens aptes à assurer une transmission partielle du couple développé par l'arbre moteur directement, de manière sélective, à l'un ou l'autre des deux demi-arbres - en l'occurrence au demi-arbre qui porte, ou qui entraîne indirectement, la roue extérieure -. Selon un certain nombre de caractéristiques avantageuses, mais non limitatives, de l'invention lesdits moyens de transmission partielle du couple développé par ledit arbre moteur comprennent une paire d'embrayages intercalés chacun entre un pignon, dit additionnel, porté par l'arbre moteur et l'un desdits demi-arbres ; - lesdits embrayages sont des embrayages multi-disques ; - lesdits embrayages sont à commande hydraulique ; - le différentiel comporte une paire de couronnes auxiliaires situées de part et d'autre de ladite couronne principale et guidées librement en rotation sur le boîtier, chacune de ces couronnes étant en prise avec desdits pignons additionnels, lesquels sont montés de part et d'autre dudit pignon principal, et chaque embrayage est adapté pour, sélectivement, solidariser rotation, ou non, la couronne auxiliaire à laquelle il est associé avec le demi-arbre correspondant ; - il comporte des moyens de détection du braquage du véhicule, ainsi que des moyens de pilotage automatique desdits moyens de transmission partielle du couple développé par ledit arbre moteur directement, à l'un ou l'autre desdits demi-arbres, en fonction de cette détection, ces moyens étant ainsi agencés que ladite transmission se fait sur le demi-arbre portant la roue extérieure, par rapport à la courbe de trajectoire du véhicule ; - ces moyens de pilotage automatique comprennent des moyens de régulation de la pression hydraulique de chaque embrayage fonction des courbures de la trajectoire suivie par le véhicule. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront de la description et des dessins annexés qui en représentent, à simple titre d'exemple non limitatif, mode de réalisation possible. Sur ces figures - la figure 1 est une vue générale très schématique différentiel ; - les figures 2 et 3 sont des vues similaires à celles de la figure 1, à échelle légèrement plus petite, ces vues étant destinées à illustrer fonctionnement du dispositif dans des situations différentes. Le différentiel représenté sur les figures comprend arbre moteur 1, qui est l'arbre de sortie de la boîte de vitesses (non représentée) du véhicule. Cet arbre 1 est guidé dans les parois 11 du carter du différentiel, dans des paliers appropriés 12a-12b, qui peuvent être des roulements à billes. Dans sa zone centrale, l'arbre 1 porte un pignon (roue dentée) 10, qui sera appele par la suite pignon principal . Symétriquement, de chaque côté du pignon 10, l'arbre 1 porte une paire de pignons identiques 9, dont le diamètre est un peu plus grand que celui du pignon principal 10. Ils seront désignés dans la suite par pignons additionnels . Les trois pignons 9 et 10 sont solidaires de l'arbre aussi bien en translation qu'en rotation. Le différentiel qui fait l'objet de l'invention a une configuration générale symétrique de chaque côté d'un plan médian Q contenant pignon 10. On a désigné par la même référence les éléments constitutifs des deux sous ensembles situés d'un côté ou de l'autre de ce plan, en leur affectant soit l'indice a (sous-ensemble de gauche sur la figure) soit l'indice b (sous-ensemble de droite). Ce différentiel comprend un boîtier rotatif 2, dont l'axe de rotation est référencé X-X', cet axe correspondant à l'axe commun aux deux demi-arbres de roue à entraîner. L'axe X-X' est perpendiculaire au plan Q. Le boîtier 2 est solidaire, à sa périphérie, d'une couronne dentée 3, dite principale, qui engrène avec le pignon principal 10. A l'intérieur du boîtier 2 sont guidés en rotation deux pignons coniques 4, 4', appelés pignons satellites, portés par des tronçons d'arbre 40, respectivement 40'. Ceux-ci sont guidés en rotation, et immobilisés en translation, de manière connue, dans des paliers appropriés, tels que des roulements à billes, prévus dans le boîtier. Les deux pignons 4, 4' sont disposés coaxialement, suivant un axe Y-Y' situé dans le plan Q et qui coupe perpendiculairement l'axe X Les angles au sommet des deux cônes passent le point d'intersection O de ces deux axes. deux demi-arbres de roues, référencés 51 a et 51 b, présentent des portions d'extrémité de plus grand diamètre, 50a, respectivement 50b, convenablement guidées dans des paliers 13a, respectivement 13b, logés dans les parois 11 carter. Ces portions peuvent être des manchons cannelés intérieurement emboîtés sur les parties d'extrémité des demi-arbres, lesquelles sont dotées à cet effet de cannelures complémentaires. Les portions 50a et 50b pénètrent à l'intérieur du boîtier dont elles assurent le guidage en rotation suivant X-X', par des portées de roulement appropriées 20a, 20b. Sur l'extrémité libre de chacun des deux demi-arbres, à l'intérieur du boîtier 2, est monté un pignon conique 5a, respectivement 5b, appelé pignon planétaire . Chacun des deux pignons planétaires engrène avec deux pignons satellites 4, 4', leur conicité étant adaptée en conséquence. Usuellement chaque pignon satellite et planétaire a conicité de 4 0 5 La structure de différentiel telle qu'elle vient d'être décrite jusqu'ici est tout-à-fait classique. Son fonctionnement va être maintenant expliqué en référence à la figure 2, sur laquelle les autres éléments constitutifs du différentiel - qui seront décrits plus loin - n'ont pas été représentés à dessein. Sur cette figure 2, on a symbolisé par la flèche f la rotation de l'arbre moteur 1. Ce mouvement de rotation est transmis au boîtier 2, avec inversion du sens de rotation, via le pignon 10 et la couronne 3. En ligne droite, les deux satellites 4 et 4' tournent en bloc, conjointement avec le boîtier 2, dont la rotation est symbolisée par la flèche g, autour de l'axe X-X'. En revanche, ils restent immobiles en rotation sur eux-mêmes (autour de l'axe Y-Y'). Ils transmettent intégralement ce mouvement, dans le même sens, du fait que les dentures des satellites et des planétaires sont en prise, à chacun des deux demi-arbres de roues 51a, 51 b, dont les mouvements de rotation sont symbolisés les flèches h. En revanche, lors d'un virage, comme on le décrira plus loin référence à la figure 3, la transmission du mouvement peut se faire avec des vitesses différentes des deux demi-arbres 51a et 51b, par suite de la libre rotation sur eux mêmes (autour de l'axe Y-Y'), dans des sens inverses, des deux pignons satellites 4'. En référence, à nouveau, à la figure 1, ce différentiel est équipé, conformément à l'invention, d'une paire d'embrayages 6a, 6b, disposés de part d'autre de la couronne principale centrale 3. Chacun des embrayages, très schématiquement illustré, comprend partie 60 en forme de cloche montée sur la portion d'arbre 50, entre la paroi carter 11 et le boîtier 2. Cet élément 60 est solidaire, aussi bien en rotation qu'en translation, de portion 50. De chaque côté également de la couronne 3 est montée une paire de couronnes, dites auxiliaires, 7a, 7b. Celles-ci sont montées libres en rotation, par l'intermédiaire de paliers de roulements appropriés 70a, 70b, sur la paroi extérieure du boîtier 2. A cet effet, ce dernier présente, bien entendu, une forme cylindrique, ou possède des portions cylindriques, permettant un tel guidage. En revanche, les couronnes 7 sont immobilisées en translation axiale (suivant X-X') sur le boîtier 2. Les couronnes 7a et 7b sont en prise, respectivement, avec les pignons additionnels 9a et 9b cités plus haut. Les embrayages 6 sont des embrayages multi-disques humides comprenant une série de disques 61 qui sont intercalés entre la partie 60 en forme de cloche et la face extemè de la couronne auxiliaire associée 7. On a symbolisé par les flèches 8 des pistons hydrauliques constitutifs de l'embrayage, solidaires de la partie 60, et permettant d'appliquer plus ou moins fortement les différents disques les uns contre les autres et contre la couronne 7. Un tel agencement peut être de tout type connu, couramment usité dans la construction automobile, son adaptation à la présente application relevant d'une démarche normale de l'homme du métier. Grâce à cette disposition, lorsqu'on applique une pression hydraulique, on solidarise une couronne auxiliaire 7 avec le demi-arbre 51 associé. En revanche, en l'absence de pression hydraulique, ces deux éléments sont indépendants en rotation. Cette solidarisation mutuelle peut être régulée, et plus moins importante, en fonction de la pression appliquée permettant une transmission partielle du mouvement de la couronne 7 à la partie 6, avec un certain glissement possible entre les disques. Un tel système est équipé de moyens de pilotage automatique comprenant des moyens de régulation de cette pression hydraulique, ces moyens de pilotage automatique étant asservis à la valeur de certains paramètres peuvent être mesurés en permanence par des capteurs appropriés. Comme paramètres on peut citer, sans que ce soit exhaustif, l'amplitude de braquage du véhicule, le régime moteur, la vitesse du véhicule, ainsi que le degré de transfert de charge vers l'extérieur du véhicule. Un calculateur, en fonction de ces valeurs et en application d'un algorithme approprié, peut alors piloter la régulation de la pression dans l'un ou l'autre des deux embrayages 6a ou 6b. En ligne droite, chacun des embrayages est débrayé (pas pression appliquée). Le différentiel fonctionne donc de la manière usuelle précédemment décrite en référence à la figure 2. La figure 3 est représentative d'une situation dans laquelle le véhicule suit une trajectoire courbe correspondant à un virage vers la droite, le demi-arbre 51 a correspondant par conséquent à la roue extérieure. Dans cette situation, ce demi-arbre 51 a doit tourner à une vitesse ja supérieure à celle jb du demi-arbre opposé 51b. Ceci est possible - comme expliqué plus haut - par rotation sur eux- mêmes des satellites 4 et 4', rotations qui sont symbolisées par les flèches v et v' sur le dessin. En outre, et conformément à la présente invention, on va améliorer la motricité de cette roue extérieure en augmentant le couple développe sur le demi- arbre correspondant 51a. Pour cela, on alimente, à partir d'une source de pression et via des conduits appropriés, l'embrayage 6a par du liquide hydraulique sous pression variable, l'autre embrayage (6b) - qui n'est pas représenté - restant débrayé. Cette application de pression, symbolisée par les flèches P, a pour effet de comprimer les disques de l'embrayage solidarisant la cloche 60a avec la couronne auxiliaire 7a. Comme celle-ci est elle-même entraîné par le pignon on obtient ainsi une transmission partielle du couple de l'arbre moteur 1 directement, c'est-à- dire sans passer par le boîtier du différentiel, au demi-arbre 51 a. La motricité de la roue extérieure est donc améliorée, ce qui contribue à une meilleure stabilité du véhicule dans la courbe. Le degré de transmission de cette partie du couple peut etre régulé en jouant sur la valeur de la pression mise en oeuvre P, ceci de manière automatique, grâce au calculateur qui pilote le système. Bien entendu, dans un virage en direction opposée, c'est l'embrayage 6b est mise en #uvre, l'embrayage 6a demeurant inactif. En lieu et place d'une commande automatique des embrayages 6a, 6b, en complément de cette commande automatique, on peut prévoir avantageusement une commande volontaire. Ceci permet au conducteur, ponctuellement, de servir d'aide au démarrage lors d'une situation difficile liée à l'adhérence, situation dans laquelle il est souhaitable d'augmenter le couple sur l'une des deux roues motrices. On notera enfin que, dans le mode de réalisation préféré, l'agencement est tel que les deux couronnes 7a et 7b tournent plus vite que le boîtier 2. Ceci est obtenu, comme représenté à la figure 1, par le fait que les pignons 9 ont un plus grand diamètre que le pignon 10 et les couronnes 7 un plus petit diamètre que la couronne 3. Ceci est utile notamment dans une situation limite correspondant au braquage maximum (par exemple lors d'une manceuvre en parking) car on peut créer du braquage par un pilotage de couple à la roue : il est donc possible de réduire le rayon de braquage. REVENDICATIONS 1. Différentiel pour véhicule automobile, transmettant le mouvement de rotation d'un arbre moteur (1) à deux demi-arbres généralement coaxiaux (51) d'entraînement de roues motrices, qui comprend un boîtier rotatif (2), dont l' de rotation correspond à celui (X-X') des demi-arbres (51), solidaire d'une couronne dentée (3), dite couronne principale, en prise avec un pignon (10), dit pignon principal, porté par l'arbre moteur (1), une paire de pignons coniques identiques (4,4'), appelés satellites, qui sont disposés tête-bêche et coaxialement, suivant axe (Y-Y') concourant et perpendiculaire à l'axe (X-X') des demi-arbres (51), et sont guidés en rotation autour de leur propre axe (Y-Y') à l'intérieur du boîtier (2), étant en prise tous deux avec deux pignons coniques (5), appelés planétaires, qui sont montés chacun à l'extrémité libre d'un demi-arbre (51), caractérise par le fait qu'il comporte des moyens (6-9) aptes à assurer une transmission partielle du couple développé par ledit arbre moteur (1) directement, de manière sélective, à l'un ou l'autre desdits demi-arbres (5 2. Différentiel pour véhicule automobile selon la revendication 1, caractérise par le fait que lesdits moyens de transmission partielle du couple développé par ledit arbre moteur comprennent une paire d'embrayages (6) intercalés chacun entre un pignon (9), dit additionnel, porté l'arbre moteur (1) et l'un desdits demi-arbres (51). 3. Différentiel pour véhicule automobile selon la revendication 2, caractérisé par le fait que lesdits embrayages (9) sont des embrayages multi-disques. 4. Différentiel pour véhicule automobile selon revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait que lesdits embrayages (9) sont à commande hydraulique. 5. Différentiel pour véhicule automobile selon l'une des revendications 2 à 4, caractérisé par le fait qu'il comporte paire de couronnes auxiliaires (7) situées de part et d'autre de ladite couronne principale (3) et guidées librement rotation sur le boîtier (2), chacune de ces couronnes (7) étant en prise avec l'un desdits pignons additionnels (9), lesquels sont montés de part et d'autre dudit pignon principal (10), et que chaque embrayage (6) est adapté pour, sélectivement, solidariser en rotation, ou non, la couronne auxiliaire (7) à laquelle il est associe avec le demi-arbre (51) correspondant. 6. Différentiel pour véhicule automobile selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'il comporte des moyens de détection du braquage du véhicule, ainsi que des moyens de pilotage automatique desdits moyens (6-9) de transmission partielle du couple développé par ledit arbre moteur (1) directement à l'un ou l'autre desdits demi-arbres (51), en fonction de cette détection, ces moyens étant ainsi agencés que ladite transmission se fait le demi-arbre 1) portant la roue extérieure, par rapport à la courbe de trajectoire véhicule. 7. Différentiel pour véhicule automobile selon les revendications 4 et 6, prises combinaison, caractérisé par le fait que les moyens de pilotage automatique comprennent des moyens de régulation de la pression hydraulique de chaque embrayage en fonction des courbures de la trajectoire suivie par le véhicule.