Brevet FR2918433A1 — publié le 20090109

ORGANE DE TRANSMISSION DESTINE A ETRE INTERPOSE ENTRE UN ARBRE MOTEUR ET DEUX DEMI-ARBRES ET PERMETTANT DE PILOTER EN CONTINU LA REPARTITION DU COUPLE TRANSMIS AUX DEMI-ARBRES . La présente invention concerne un organe de transmission pour véhicule, notamment pour véhicule automobile, qui transmet le mouvement de rotation d'un arbre moteur, tel que l'arbre de sortie de boîte de vitesses, à deux demi-arbres coaxiaux tels que deux demi-arbres de transmission à deux roues motrices du véhicule. Cet organe de transmission peut être implanté comme un différentiel en étant interposé entre les deux-demi arbres d'entraînement de deux roues motrices opposées, telles que les roues avant ou bien des roues arrières. Il peut aussi être intégré à la transmission intégrale d'un véhicule à quatre roues motrices, en étant interposé entre un arbre de transmission aux roues avant et un arbre de transmission aux roues arrières. Lorsqu'il est interposé entre deux roues motrices opposées d'un véhicule, un différentiel permet à ces roues d'être entraînées par un même arbre moteur tout en tournant à des vitesses différentes, ce qui est nécessaire notamment dans les virages. Cependant, si l'une des roues perd l'adhérence au sol, le couple transmis par cette roue chute et peut devenir quasiment nul. Le couple transmis au sol par la roue opposée via un différentiel libre, étant nécessairement égal, il chute dans les mêmes proportions. La somme du couple transmis au sol devient alors nulle ou presque : le véhicule manque de motricité. Ceci peut être résolu en utilisant un différentiel autobloquant ou à glissement limité, équipé de disques de friction appliquant une précontrainte, ou bien un différentiel de type Torsen (Torque Sensing) sensible au couple, ou encore un organe de couplage de type viscocoupleur sensible à la vitesse. L'objectif dans tous les cas est de reporter une partie du couple moteur vers la roue qui tourne le moins vite et donc celle qui dispose de plus d'adhérence afin que le véhicule retrouve de la motricité. Quoi qu'il en soit, la répartition du couple moteur entre les deux roues et l'éventuel report de couple permis par un système autobloquant sont fixés par construction dans le différentiel. Or la maîtrise du couple appliqué à chaque roue permet d'améliorer l'efficacité de la transmission en profitant au mieux du potentiel d'adhérence de chaque roue, dans toute situation. Ceci permet aussi d'agir sur le comportement du véhicule : en augmentant le couple appliqué à l'une des roues, le véhicule est soumis à un moment dit de lacet, c'est-à-dire à un moment autour d'un axe vertical. On parle alors d'effet de torque vectoring . Ceci permet par exemple d'améliorer l'agilité en virage. Ce mode d'action est déjà présent sur des modèles comme Honda Legend et Mitsubishi Lancer Evo et a démontré son efficacité, mais ces systèmes font appel à une série de trains d'engrenages et d'embrayages qui les rendent volumineux, complexes et coûteux à mettre en oeuvre. L'invention apporte une solution simple pour entraîner deux arbres depuis un même arbre moteur, en étant capable de piloter la répartition du couple appliqué à chaque arbre entraîné. A cet effet, l'invention a pour objet un organe de transmission destiné à être interposé entre un arbre moteur et deux demi-arbres de transmission, cet organe comprenant un boîtier destiné à être entraîné en rotation par l'arbre moteur pour entraîner les deux demi-arbres, caractérisé en ce que le boîtier porte des éléments de transmission semi-toroïdale incluant : - un disque droit et un disque gauche coaxiaux et pouvant tourner par rapport au boîtier, le disque droit étant rigidement solidaire du demi-arbre droit et le disque gauche étant rigidement solidaire du demi-arbre gauche, ces disques présentant des surfaces concaves toroïdales se faisant face, - au moins un galet supérieur et un galet inférieur disposés de manière à pouvoir pivoter entre les surfaces concaves toroïdales des disques en étant entraînés par ces surfaces, - un système de commande pour piloter l'inclinaison de l'axe de pivotement de chaque galet afin de piloter la répartition des couples transmis respectivement au disque droit et au disque gauche. Préférentiellement, le système de commande est un système à commande hydraulique. Avantageusement, les disques et les galets respectifs sont toujours séparés par un mince film d'huile, par exemple d'une épaisseur entre 0,05 et 0,4 pm, la transmission du couple se faisant par cisaillement de ce film d'huile présentant une viscosité importante. Chaque galet peut être maintenu sur un porte galet relié au système de commande. Les galets peuvent être montés en rotation sur des roulements à aiguilles. L'invention concerne aussi un véhicule automobile 25 équipé d'un tel organe de transmission. L'invention concerne aussi un véhicule automobile équipé un tel organe de transmission et d'un système électronique de régulation du type antiblocage de sécurité (ABS), anti-patinage électronique (ASR), 30 électro-stabilisateur programmé (ESP), associé à cet organe de transmission. L'invention va maintenant être décrite plus en détail mais de façon non limitative, en regard de 35 l'unique figure annexée, dans laquelle est représentée une vue en coupe de l'organe de transmission selon l'invention. L'organe de transmission selon l'invention peut être implanté comme un différentiel en étant interposé entre un arbre moteur et les deux-demi arbres d'entraînement des roues avant ou bien des roues arrières. Il peut aussi être intégré à la transmission d'un véhicule à quatre roues motrices, en étant interposé entre un arbre moteur et un arbre de transmission aux roues avant et un arbre de transmission aux roues arrières. La figure représente l'organe de transmission selon l'invention et son interposition dans la transmission de couple aux demi-arbres de transmission arrière droit et gauche, dans le cas par exemple d'un véhicule à propulsion ou à quatre roues motrices. Le couple moteur est transmis à l'organe de transmission par un arbre d'entrée 1 relié par l'intermédiaire d'un pignon 3a engrené dans une couronne 3b rigidement solidaire du boîtier 6 de l'organe de transmission. Le boîtier 6 de transmission et sa couronne 3b s'intercalent entre les 2 demi-arbres de transmission gauche 2g et droit 2d. Cet organe de transmission est basé sur la technologie des variateurs toroïdaux. On se reportera au document US-A-6 053 841 pour obtenir une description détaillée du fonctionnement d'un tel variateur. Le boîtier 6 de l'organe de transmission est relié à l'arbre moteur 1 pour être entraîné en rotation par celui-ci. Ce boîtier 6 porte au moins un galet supérieur 5a et un galet inférieur 5b intercalés respectivement entre deux disques droit 4d et gauche 4g coaxiaux formant entre eux une cavité ayant la forme générale d'un tore. Les disques droit 4d et gauche 4g sont rigidement solidaires de l'arbre de transmission droit 2d et gauche 2g, respectivement. Chaque galet 5a et 5b a deux degrés de liberté : une possibilité de rotation autour de son axe de pivotement qui coïncide avec son axe de révolution, et une possibilité d'inclinaison en tournant dans le plan de coupe de la figure. L'inclinaison des galets est ajustée en les faisant tourner autour d'un axe repéré par 7a pour le galet 5a et par 7b pour le galet 5b, les axes 7a et 7b étant normaux au plan de la figure. Chaque galet a son axe de pivotement et son axe d'inclinaison qui sont concourants. L'intersection de ces deux axes est portée par le cercle de base, coaxial aux demi-arbres, d'un tore à section circulaire qui définit une surface coïncidant avec les faces toroïdales de chaque disque. Le couple moteur du boîtier 6 est transmis grâce aux galets 5a et 5b respectivement aux disques droit 4d 15 et gauche 4g. L'inclinaison des galets 5a, 5b autour des axes 7a et 7b est pilotée par un système de commande hydraulique 12. Le galet supérieur 5a est porté par une tige 8a 20 dont il est rigidement solidaire et s'étendant selon son axe de pivotement. Cette tige 8a est apte à pivoter sur elle-même et à tourner autour de l'axe 7a pour modifier l'inclinaison du galet. Cette tige 8a présente une extrémité libre 25 sphérique 9a enserrée entre deux butées à billes 10a et 10b portées par un rail circulaire 1Oc solidaire d'un chariot 11a, ou piston, qui est mobile en translation parallèlement à l'axe de rotation des demi-arbres 2g et 2d. 30 Le rail 10c est un anneau à section en U, les deux butées à billes étant portées respectivement par l'une et l'autre des flancs internes de cet anneau à section en U. L'extrémité libre 9 de la tige 8a traverse une ouverture ménagée dans le boîtier 6 pour permettre son 35 débattement. Le piston 11a est porté par une structure de guidage 12a solidaire du carter du pont, et qui est reliée au système de commande hydraulique identifié par la conduite 12a et dans laquelle est engagée une extrémité du piston 11a. Lorsque cette conduite 12a est mise sous pression par le système de commande hydraulique, l'extrémité du piston 11a est elle-même soumise à une pression, ce qui déplace le piston 11a vers la droite sur la figure, pour incliner le galet 5a en le faisant tourner autour de l'axe 7a, dans le sens indirect sur la figure. De manière analogue, lorsque la conduite 12a est mise en dépression, ou alors lorsqu'une pression s'exerce de l'autre côté du chariot sur l'autre piston, le piston 11a est alors déplacé vers la gauche sur la figure, l'inclinaison du galet partant alors dans le sens indirect. Le galet inférieur 5b est piloté de la même manière, il comprend aussi une tige 8b à extrémité sphérique 9b enserrée entre les deux butées à billes 10a et 10b portées le rail circulaire qui est solidaire d'un autre piston 11b mobile en translation. Cet autre piston est porté par une autre structure de guidage 12b et présentant une conduite 12b reliée au système de commande hydraulique 12. Avantageusement, les galets 5a, 5b sont montés sur leurs axes de pivotement par des roulements à aiguilles. La transmission du couple est effectuée par traction, c'est-à-dire par cisaillage d'un film d'huile extrêmement fin présent en permanence entre les composants métalliques en vis-à-vis. Il n'y a ainsi aucun contact métallique entre les galets 5a, 5b et les disques 4d et 4g. Pour ordre d'idée, ce film d'huile est d'une épaisseur de 0,05 à 0,4 pm. Une des difficultés rencontrées pour la réalisation de l'organe de transmission réside dans la pression élevée existant entre les galets 5a, 5b et les disques 4d et 4g pouvant atteindre 3,5 GPa. Cette pression est dite pression de Hertz . Les huiles qui sont utilisées pour réaliser le contact disque-galets présentent de préférence une viscosité qui augmente quand elles sont soumises à la pression entre les galets 5a, 5b et les disques 4d et 4g. La régulation de la transmission consiste à modifier l'inclinaison des galets en fonction de la situation dans laquelle se trouve le véhicule, afin d'ajuster en conséquence la répartition de couple moteur transmis à la roue droite et à la roue gauche. Le couple délivré par l'arbre moteur 1 est réparti sur les demi-arbres gauche et droit, 2g et 2d, en respectant le rapport D/d. D est la distance entre les points d'appui du galet supérieur 5a et du galet inférieur 5b sur le disque 4d associé à la roue gauche, et d la distance entre les points d'appui du galet supérieur 5a et du galet inférieur 5b avec le disque 4d associé à la roue droite. Ainsi, dans la configuration de la figure unique où le galet supérieur est incliné dans le sens indirect, la distance D est supérieure à la distance d. Dans ce cas, le couple disponible sur le demi-arbre gauche 2g est supérieur au couple transmis sur le demi-arbre droit 2d, ces couples respectant le rapport D/d. On peut prévoir un seul système hydraulique 12 de commande qui est relié aux deux conduites 12a et 12b pour piloter conjointement le galet inférieur 5b et le galet supérieur 5a. Un important effet technique de l'organe de transmission à variation continue est obtenu quand celui-ci est combiné à un système électronique de régulation 13. Comme systèmes électroniques de régulation, on pourra citer par exemple le système ABS, le système ASR et le système ESP. Le système ASR (Anti Slip Regulation ou régulation anti-patinage) est un anti-patinage électronique agissant sur les roues motrices. Ce système agit sur les freins, via la centrale ABS (système anti-blocage des roues), et sur le contrôle moteur en coupant l'alimentation. L'ASR peut fonctionner en association avec la commande électronique d'accélérateur et utilise les composants de l'ABS. Si le régime d'une roue motrice augmente brusquement, ce qui est le cas quand cette roue patine, le système ASR intervient sur le contrôle moteur, réduit la puissance et supprime le patinage. Un premier exemple est donné ci-après dans le cas d'une perte d'adhérence sur la roue droite en ligne droite, l'inclinaison en sens indirect du galet supérieur a pour effet : - de réduire le couple envoyé sur la roue droite, 15 -d'augmenter celui envoyé sur la roue gauche qui n'est pas en perte d'adhérence, - tout couple freineur appliqué sur la roue droite par le système ASR par utilisation des composants de l'ABS sera multiplié d'un ratio D/d tel que défini plus 20 haut. Ce couple freineur sera alors renvoyé sur la roue gauche par les galets 5a et 5b interposés dans le tore On constate qu'en cas de perte d'adhérence, l'inclinaison des galets a donc un triple effet : la réduction du couple envoyé sur la roue qui patine, le 25 transfert de couple vers la roue motrice et l'amplification de l'ASR ayant pour effet de limiter les pertes de couple moteur. Un autre exemple est donné ci-après lors d'une 30 courbe en virage à droite sur forte adhérence où l'inclinaison du galet supérieur a pour effet : - de réduire le couple envoyé sur la roue droite, - d'augmenter celui envoyé sur la roue gauche, - ces deux effets ont pour conséquence de provoquer 35 un moment de lacet propre à favoriser la manoeuvre de virage. La création d'un moment de lacet par effet de torque vectoring ou effet de régulation de couple de lacet, le lacet étant une rotation autour de l'axe vertical du véhicule, améliore significativement la maniabilité du véhicule en virage. Cependant il convient de ne pas aller jusqu'au survirage. La régulation devra donc intégrer ce seuil à ne pas atteindre. Elle pourra donc avantageusement présenter un système de suppression de la régulation quand le seuil de survirage risque d'être atteint. Le système ESP constitue le système de régulation électronique de l'ensemble du comportement dynamique d'un véhicule. Il permet entre autres de maintenir la stabilité du véhicule et sa trajectoire en virage par action sur le circuit de freinage. En cas de sous virage, par exemple par perte d'adhérence de la roue extérieure avant, il tente de ralentir, la roue intérieure arrière. En cas de survirage, par exemple lors de l'amorce de tête à queue, il tente de ralentir la roue extérieure avant. Un premier exemple de régulation ESP avec le système selon l'invention est donné en courbe à virage à droite en cas de sous-virage, où la rotation en sens indirect du galet supérieur 5a a pour effet - de réduire le couple envoyé sur la roue intérieure, - d'augmenter celui envoyé sur la roue extérieure, - l'effet de torque vectoring provoqué aura pour effet d'épauler la régulation ESP qui concourt à générer un moment de lacet dans le même sens, - par ailleurs, tout couple freineur appliqué sur la roue arrière intérieure par régulation ESP sera multiplié par un ratio D/d et transmis à l'aide des galets à la roue arrière extérieure, D et d étant les distances précédemment définies. Il s'ensuit une meilleure efficacité de l'ESP. Un autre exemple est donné ci-après pour une régulation ESP en courbe à virage à droite dans le cas du survirage, où la rotation dans le sens direct du galet supérieur a pour effet : - de réduire le couple envoyé sur la roue extérieure qui est en dérive et dispose donc de moins de potentiel d'adhérence, - d'augmenter celui envoyé sur la roue intérieure, - l'effet de torque vectoring ou régulation du moment de lacet provoqué aura comme conséquence d'épauler la régulation ESP cherchant à générer un moment de lacet dans le même sens en exerçant un couple freineur sur la roue avant extérieure. Dans ce cas aussi, une meilleure efficacité de l'ESP est obtenue. On voit que l'organe de transmission selon l'invention permet de gérer le individuellement à chaque roue sur démontre son efficacité notamment quand un système électronique de régulation conduite. La réponse d'un tel organe de extrêmement rapide et son encombrement est faible comparé à celui présenté par ceux de l'état de la technique. L'invention étant ainsi décrite, il apparaît évident que des éléments identiques peuvent varier de nombreuses façons. De telles variantes ne doivent pas être considérées comme s'écartant de l'esprit et du cadre de l'invention, et la totalité de ces modifications, comme il ressortira à l'évidence pour un homme de métier, sont destinées à être incluses dans le cadre des revendications suivantes. couple transmis un demi-arbre et il est associé à et d'aide à la transmission est REVENDICATIONS 1. Organe de transmission destiné à être interposé entre un arbre moteur (1) et deux demi-arbres (2d, 2g) de transmission, cet organe comprenant un boîtier (6) destiné à être entraîné en rotation par l'arbre moteur (1) pour entraîner les deux demi-arbres (2g, 2d), caractérisé en ce que le boîtier porte des éléments de transmission semi-toroïdale incluant : - un disque droit (4d) et un disque gauche (4g) coaxiaux et pouvant tourner par rapport au boîtier (6), le disque droit (4d) étant rigidement solidaire du demi-arbre droit (2d) et le disque gauche (4g) étant rigidement solidaire du demi-arbre gauche (2g), ces disques (4d, 4g) présentant des surfaces concaves toroïdales se faisant face, - au moins un galet supérieur (5a) et un galet inférieur (5b) disposés de manière à pouvoir pivoter entre les surfaces concaves toroïdales des disques (4d, 4g) en étant entraînés par ces surfaces, - un système de commande pour piloter l'inclinaison de l'axe de pivotement de chaque galet (5a, 5b) afin de piloter la répartition des couples transmis respectivement au disque droit (4d) et au disque gauche (4g). 2. Organe de transmission selon la revendication 1, caractérisé en ce que le système de commande est un système de commande hydraulique (12). 3. Organe de transmission selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les disques (4d, 4g) et les galets (5a, 5b) sont séparés par un mince film d'huile, par exemple d'une épaisseur comprise entre 0,05 et 0,4 pm, la transmission du couple se faisant par cisaillement de ce film d'huile présentant une viscosité importante. 4. Organe de transmission selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque galet (5a, 5b) est maintenu par un porte galet relié au système de commande (12). 5. Organe de transmission selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les galets (5a, 5b) sont montés en rotation sur leurs axes de pivotement via des roulements à aiguilles. 6. Véhicule automobile, caractérisé en ce qu'il 10 comprend un organe de transmission selon l'une des revendications 1 à 5. 7. Véhicule automobile comprenant un organe de transmission selon l'une des revendications 1 à 5 et un système électronique de régulation (13) compris dans le 15 groupe des systèmes du type antiblocage de sécurité (ABS), anti-patinage électronique (ASR), électrostabilisateur programmé (ESP), associé à cet organe de transmission.