LE SYSTEME DE TRANSMISSION (3) Pierre DUYSINX Université de Liège Année Académique

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1 LE SYSTEME DE TRANSMISSION (3) Pierre DUYSINX Université de Liège Année Académique

2 Références bibliographiques T. Gillespie. «Fundamentals of vehicle Dynamics», 1992, Society of Automotive Engineers (SAE) W. Milliken & D. Milliken. «Race Car Vehicle Dynamics», 1995, Society of Automotive Engineers (SAE) R. Bosch. «Automotive Handbook». 5th edition Society of Automotive Engineers (SAE) J.Y. Wong. «Theory of Ground Vehicles». John Wiley & sons (2nd edition) 2001 (3rd edition). H. Heisler (1999) Vehicle and Engine Technology. 2nd edition. Buterworth Heineman. R. Langoria. «Vehicle Power Transmission: Concepts, Components, and Modelling». Lecture notes of Vehicle System Dynamics and Control, The University of Texas at Austin,

3 DIFFERENTIEL 3

4 LE DIFFERENTIEL Le différentiel doit permettre aux roues motrices de tourner à des régimes différents (nécessaire dans les virages!) Il permet de délivrer des couples aux roues droite et gauche même si elles ont des vitesses différentes Il permet donc de répartir la puissance de manière différentes aux deux roues 4

5 LE DIFFERENTIEL Le différentiel est un dispositif permettant de diviser le couple entre deux arbres de sortie. Pour les essieux, le différentiel divise le couple entre roue droite et gauche. Lorsque le véhicule est en virage, le différentiel permet un mouvement à vitesses différentes entre les essieux et les roues 5

6 Le concept du différentiel En ligne droite, la couronne fait seulement tourner le logement En courbe, la rotation des satellites permet une vitesse différente des planétaires 6

7 LE DIFFERENTIEL Pour les véhicules à plusieurs essieux moteurs, le différentiel encore appelé boîte de transfert répartit le couple entre les différents essieux. 7

8 Le concept du différentiel On distingue les différentiels pour automobile Différentiel à engranges en biseau Différentiel à trains épicycloïdaux 8

9 Différentiel à engrenages en biseau Le différentiel à engrenage en biseau peut être vu comme un différentiel dont le planétaire et la couronne ont le même diamètre. La seule manière de le réaliser d utiliser des engrenages en biseau sur les satellites. Le porte satellite est l entrée du différentiel 9

10 Différentiel à train épicycloïdal Les trains épicycloïdaux peuvent être utilisés comme différentiels pour conduire à une répartition de couple inégale entre les essieux ou les roues L entrée est le porte satellite tandis que les planètes et couronnes sont les deux sorties Le rapport entre les deux couples de sorties est donné par le rapport entre les nombres de dents sur la couronne et sur la planète. Il s agit souvent de boîtes de transfert 10

11 Différentiel à train épicycloïdal Boîte de transfert utilisant une train épicycloïdal 11

12 Le concept du différentiel 12

13 Le concept du différentiel Vitesses en A et B v w R w R w R A C planet pignon pignon g planet v w R w R w R B C planet pignon pignon d planet Si w g /= w d 2w R 0 ( w w ) R C planet g d planet w C ( w w ) g 2 d

14 Le concept du différentiel L équilibre du différentiel s écrit C C C g d C

15 Fonctionnement du différentiel En ligne droite: couples résistants gauche / droite égaux pas de rotation des satellites 4 sur leur axe rotation identique de 5 et 6 En courbe vitesses des arbres gauche / droite différentes rotation des satellites 4 sur leur axe rotation différentes de satellites 5 et couples différents sur les arbres de sortie 6 15

16 Le constitution du différentiel 16

17 Transaxes manuels Sur des tractions avant, la boîte de vitesses et le différentiel sont intégrés dans la même unité La seule différence réelle est la forme et le placement des parties On peut avoir un montage du moteur en longitudinal (ici) ou en transversal 17

18 Contrôle du glissement Avec un simple différentiel, le couple moteur est distribuée de manière inégale entre les roues. Si une roue glisse de manière excessive (perte de coefficient de friction), cela va entraîner une chute de la puissance sur la roue avec le coefficient de friction le plus élevé. Idem pour des véhicules dont la roue se lève Pour éviter le problème, il faut bloquer le différentiel, c.-à-d. rendre solidaire un des planétaires du boîtier du différentiel Dispositif pour bloquer le différentiel un différentiel autobloquant un différentiel à taux de glissement limité Système anti patinage 18

19 Blocage du différentiel Le couple maximum transmissible est déterminé par le couple minimum sur les deux roues / essieux Si les deux roues étaient reliées de manières rigides (au dépend de la tenue de route et de la présence d un couple de lacet) le couple maximum transmissible serait donné par le couple maximum. En vue de maintenir un couple transmissible élevé malgré le maintient d un différentiel, on utilise des différentiel à glissement limité Le blocage est caractérisé par le ratio entre la différence de couple transmissible et le couple d entrée S M M max min Me Mmax Mmin M e 19

20 Différentiels avec glissement limité Contiennent des éléments internes pour transférer le couple moteur à la roue avec le meilleur coefficient de friction. Habituellement cela est réalisé en utilisant des éléments de friction qui résistent à des opérations différentielles. Certains systèmes utilisent des engrenages ou des visses sans fin ou des embrayages hydrauliques. Différentiel avec glissement limité 20

21 Blocage du différentiel On distingue 3 grandes familles de système de limitation du glissement : Différentiel avec un engagement manuel d un système de blocage Différentiel avec un système de limitation du glissement basé sur des éléments de friction Différentiel avec friction régulée électroniquement 21

22 Blocage du différentiel Mémeteau Fig 7.11 Comment bloquer le différentiel? Un craboteur lié à un des arbres des roues et libre de translation grâce à des cannelures Une denture à crabots montée sur le boîtier du différentiel Lorsque le différentiel agit sur le levier de blocage du différentiel, une fourchette à commande directe ou assistée, déplace le craboteur qui vient s engrener avec la denture du boîtier de différentiel La manœuvre doit s effectuer à l arrêt, car pendant le patinage d une roue, la différence de vitesse importante entre le boîtier et l arbre de roue interdit la manœuvre. 22

23 Blocage du différentiel 23

24 Blocage du différentiel Un blocage du différentiel tel que celui-ci peut être actionné manuellement pendant que le véhicule roule à une vitesse inférieure à 10 km/h Un des engrenages du planétaire se prolonge pour avoir une synchronisation Au-delà d un vitesse donnée, il y a désengagement automatique du blocage pour éviter le ripage ou le tressautement du véhicule Heisler (1999) Fourchette de contrôle pour engager l embrayage, actionnement par un moteur 24

25 Blocage du différentiel Le blocage du différentiel peut être effectué en introduisant des systèmes de friction qui limitent la différence de couple entre les deux sorties Le système le plus simple est constitué d un élément de friction entre les deux sorties La différence de couple entre les sortie est fixe et le taux S diminue donc avec le couple d entrée 25

26 Différentiel auto bloquant Le différentiel auto bloquant comporte un dispositif de blocage qui entre automatiquement en action lorsque la différence de vitesse entre les deux arbres de roue devient trop importante. Le principe de fonctionnement est basé sur l action de la force centrifuge qui agit sur un ou plusieurs patins de freins ou d embrayage. Les patins de frein ou d embrayage sont solidaires des arbres de roue tandis que les tambours de frottement sont solidaires du boîtier. 26

27 Blocage du différentiel Le blocage du différentiel peut être réalisé en introduisant un système de friction entre les arbres de sorties et le carter du différentiel Types de Différentiels à glissement limité Disque d embrayage (Sure-Grip, Positraction, Traction Lok) Embrayages coniques (ex. système Borg-Warmer) La force de friction est dépendante du couple d entrée car elle dépend de l effort sur les dentures qui presse les engrenages contre les parois 27

28 Blocage du différentiel 28

29 Différentiels avec glissement limité Système Sure Grip

30 Différentiels avec glissement limité Types de Différentiels à glissement limité Type de friction: disque d embrayage (Sure-Grip, Positraction, Traction Lok) et des embrayages coniques Type engrenage: Torsen et hypoïde Différentiel Torsen

31 Blocage du différentiel Un des systèmes les plus connus est le système TORSEN (pour TORque SENsistive). Il est formé d un système d engrenage en forme de vis sans fin dont l angle des dentures ont une forme optimisée. L angle est optimalisé pour augmenter la friction en fonction de la présence d un couple différentiel entre les arbres de sortie 31

32 Différentiels avec glissement limité TORSEN = TORque SENsitive 32

33 Différentiels avec glissement limité 33

34 Différentiels avec glissement limité Une application célèbre du différentiel TORSEN: l Audi Quattro 34

35 Différentiel auto bloquant Différentiel auto bloquant ZF 35

36 Les différentiels avec blocage par embrayage hydraulique Le différentiel auto bloquant comporte un dispositif de blocage basé sur l action un ou plusieurs éléments d embrayage. Dans un design purement passif le visco-coupleur hydraulique transfert le couple de friction la paroi du carter du différentiel. Le couple de friction dépend de la vitesse de cisaillement du fluide donc de la vitesse relative des lamelles. La mise au point demande le choix d une courbe température viscosité particulière de l huile. 36

37 Les différentiels avec blocage par embrayage hydraulique 37

38 Les différentiels avec blocage par embrayage hydraulique 38

39 Les différentiels avec blocage par embrayage hydraulique Disques d embrayage Planétaires solidaires des essieux de roue Différentiel Eaton 39

40 Les différentiels avec blocage par embrayage hydraulique Le système peut être encore amélioré en incluant un système actif de modification de la friction. Le système HALDEX utilise la pression d huile 40

41 Les différentiels avec blocage par embrayage hydraulique Système Haldex 41

42 ARBRES DE TRANSMISSION 42

43 Arbres de transmission : propulsion L arbre de sortie de la boite est connecté au différentiel via un arbre de transmission L arbre de transmission est généralement creux et doit être flexible Pour permettre le mouvement relatif, un joint de cardan est utilisé à chaque bout Attention au montage homocinétique des joints de cardan pour éviter les fluctuations de vitesse) Pour autoriser le débattement de suspension, on place un joint prismatique

44 Arbres de transmission : propulsion 44

45 Joints de cardan Différentes réalisations des joints de Cardan ou universel 45

46 Arbres de transmission : propulsion Parfois, la longueur de l arbre abaisse trop fortement la fréquence naturelle de l arbre On peut alors placer un support intermédiaire pour remonter les fréquences 46

47 Arbres de transmission : propulsion L arbre de transmission fait tourner le différentiel, les essieux, les roues La force propulsive développée entre le sol et le pneu passe à travers le support de l essieu et va vers le châssis à travers les ressorts à lame, puis les attaches au châssis et à travers les barres de guidage Dans ce cas, on ne doit donc pas tenir compte des forces propulsives dans la transmission 47

48 Arbres de transmission : traction 48

49 Arbres de transmission : traction 49

50 Arbres de transmission : traction Pour une traction avant, on emploie généralement des joints homocinétiques pour compenser le braquage des roues et les débattements de suspension sans produire de fluctuation de vitesse et de vibrations Le joint homocinétique, c est un double joint de cardan en montage homocinétique dont l arbre intermédiaire est réduit au strict minimum L arbre du joint homocinétique doit être rigide 50

51 Arbres de transmission : traction Deux types de joints homocinétiques courants: Tripodes (joint intérieur) Rzeppa (joint extérieur) 51

52 Liaison par arbre plein 52

53 Liaison par arbre creux 53

54 Essieu des roues Maintient les roues, conserve l alignement et assure la transmission du couple de propulsion Doit mener les roues tout en leur permettant de tourner de manière différente dans les virages Sert de chemin aux forces passant des roues au châssis Sert de support pour les amortisseurs et supporte les couples de freinage L essieu peut être soit flottant (mène, retient et supporte la roue) ou semi flottant (mène les roues mais il y a un support pour la roue) 54

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