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1. Nécessité du différentiel
Nous rappelons rapidement tct l'intérêt du différentiel pour les véhicules routiers pour que cet ar-ticle soit accessible à tous. Nous prendrons l'exemple du différentiel classique en montrant ses limites. Lorsqu'un véhicule tourne, la roue extérieure doit parcourir un trajet plus long que la roue intérieure. De ce fait les deux demi-arbres de roue auront des vitesses de rotation différentes.
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Dès lors, si les deux demi-arbres sont reliés au moteur par un simple système d'engrenages, cette diffé-rence de vitesse ne peut exister et les deux roues tournant à la même vitesse, le véhicule dérape et a une très mauvaise tenue de route. Depuis très longtemps ce problème est connu des "mécaniciens" qui l'ont résolu en utilisant le différen-tiel bien connu des élèves de l'ES-TACA. Ce mécanisme d'engrenages qui existait déjà sur les charrettes de nos ancêtres mérite néanmoins un petit rappel théorique pour ceux qui n'en sont pas familiers.
En se reportant au schéma ci-joint, on rappellera que, en ligne droite et en condition de bonne adhérence le pignon d'attaque venait du moteur transmet son couple C avec une vitesse angulaire w au différentiel qui transmet, par l'intermédiaire des satellites et planétaires le mouvement aux deux demi-arbres allant aux roues en répartissant le couple de façon égale (C/2 pour chaque roue avec une vitesse w). L'ensemble du mécanisme se
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déplace en bloc et les satellites ne tournent pas sur eux-mêmes. Par contre, en virage ou en situa-tion de différence d'adhérence, il se créé une différence de vitesse entre les deux roues et donc les deux demi-arbres (on la note dw). Les deux planétaires n'ont plus la même vitesse et engendrent une rotation des satellites autour de leur axe qui "rattrape" la différence de vitesse. On obtient les équations suivantes: C 1 = C2+
C3 (équation des couples) w 1 = w + dw (équations des w2 = w - dw vitesses) Cw = C1w1+
C2w2 (équation des puissances)Ces équations étant valables pour tout dw on vérifie bien que C 1 = C2
=C/2.
On remarque néanmoins que si l'une des roues vient à perdre toute adhérence (sur une plaque de verglas par exemple), sa vitesse augmente jusqu'à être double de celle du porte satellite ou de la couronne alors que l'autre ne tourne plus. Cet inconvénient, négligeable pour les charrettes de nos ancêtres et à la rigueur acceptable pour de nombreuses automobiles encore
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LE DIFFERENTIEL ZF
2 :Cage du différentiel
3: Satellite
4: Axe porte-ntellite
5: Encoches prismatiques sur bagues de pression pour écartement .a.xial 6: Disques extérieurs;
solidaires en rotation de la cage du dilfèrenticl
7: Disques intérieurs sôlidaires en rota lion des planélaires 8 : Couvercle
9: Rondelle de butée 10: Planét~ire
Il :Bague de pression 12: Roll delle Belleville
LE DIFFERENTIELZF A PRECHARGE
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LE DIFFERENTIEL KNIGHT
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jourd'hui, est très gênant pour les véhlcules
à
quatre roue motrices évoluant dans des milieux d'ad-hérence très variable.2. Différents types de différentiels.
Loin de vouloir faire une étude complète nous nous bornerons au rappel rapide des évolutions principales du différentiel avec quelques systèmes originaux. Nous ne nous étendrons pas sur le cas du viscocoupleur qui fera l'objet d'une étude plus tard. Nous essaierons dans la mesure du possible de §uivre une certaine progression dans la complexité du mécanisme.
2.1. Evolutions du différentiel classique.
Nous l'avons vu, le principal problème du différentiel classique est le cas de faible adhérence sur une roue. Pour pallier cet incon-vénient il faut qu'un système, mé-canique ou non, puisse permettre un transfert de couple de la roue qui patine à la roue qui est bloquée (on parle de roue rapide et roue lente). Pour effectuer ce transfert, on dis-tingue deux types de liaisons: les liaisons entre les deux sorties et les liaisons entre l'entrée et une sortie. On peut aussi classer ces différen-tiels en distinguant ceux où le transfert de couple est obtenu par frottement sec (de type embrayage ou encastrement) et ceux ou le transfert est obtenu par mauvais -rendement de l'engrènement (Torsen, Knight, Mercier, ... ).
2.1.1. Frottements secs Il existe depuis longtemps des systèmes à crabots permettant le verrouillage du différentiel classique pour éviter le patinage. Ce système "archaïque" est encore utilisé sur certains véhlcules 4x4 tous terrains.
Néanmoins d'aùtres systèmes mé-caniques plus complexes, comme le différentiel ZF ci après, permet-tent d'éliminer le patinage du dif-férentiel par effet de blocage de disques multiples du type em-brayages.
Contrairement aux dispositifs à blocage par crabots qui assurent une rigidité complète de la trans-mission, le ZF permet de moduler sa plage de fonctionnement à des valeurs comprises entre 25% et 75%, en fonction du nombre de disques et des angles des encoches prismatiques.
La société ZF a amélioré ce sys-tème en produisant un ZF "à pré-charge" où la force des serrage de l'embrayage est égale à la somme d'une force constante exercée par un ressort type rondellê Belleville et d'une force exercée par les sa-tellites sur le planétaire correspon-dant à la sortie où se situent les disques d'embrayages (cette force est une réaction de denture pro-portionnelle au couple moteur). En conclusion, le ZF est similaire à une transmission à un arbre ri-gide (fonctionnant par crabotage), dont la "rigidité" est limitée à une valeur qui dépend linéairement du couple d'entrée.
2.1.2. Mauvais rendement d'engrènement.
Le transfert de couple peut s'effec- . tuer par l'intermédiaire d'un mau-vais rendement d'engrènement. C'est le ca;; des différentiels TOR-SEN qui utilise le principe de la vis sans fin et roue tangente et sa difficulté à fonctionner en réver-sion. On citera aussi le différentiel KNIGHT qui reprend le même principe, et le tout nouveau diffé-rentiel MERCIER qui utilise le principe des engrenages para-doxaux (dont le paradoxe est levé
aptep-info 55 nov. 92
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3ean Jiarue
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dans le prochain article, ndlr). 2.2 Les coupleurs visqueux
Le principe des coupleurs visqueux sera énoncé ultérieurement (si vous êtes sages et que vous n'en avez pas marre!)
3. Utilité, nécessité, besoins des 4 roues motrices
Dans le monde de l'automobile, on savait depuis longtemps que répartir la puissance du moteur sur toutes . les roues d'un véhicule permettait à la fois une meilleure motricité et une meilleure tenue de route. Cependant, le . surcoût de telles installations, et la faible puissance des moteurs par rapport à ce qu'elle est devenue aujourd'hui n'a pas incité les constructeurs à les utiliser. Dans des domaines où les véhlcules étaient confrontés à des terrains de faible adhérence on les équipait de systèmes de 4 roues motrices parfois très simples (crabotage sur les 4x4 du type RANGE ROVER ou LAND ROVER) mais parfois aussi très ongmaux (sur les véhicules militaires ou de chantier). Puis, au début des années 80, dans le but de développer une voiture de sport lui permettant de remporter le Championnat du Monde des Rallyes se disputant essentiellement sur du terrain de faible adhérence (terre, neige, boue ... ) AUDI eut l'idée de monter une transmission intégrale sur ce qui allait devenir la célèbre AUDI QUATTRO.
Si quelques voitures avaient déjà été équipées de 4 roues motrices depuis longtemps, c'est à partir de cette AUDI que le principe des 4 roues motrices est devenu un élément de sécurité supplémentaire pour les voitures ayant une puissance importante.
lié à une meilleure motricité et une meilleure tenue de route dès que l'adhérence est précaire (pluie, verglas, neige ... ) est devenu un argument commercial qui oblige tous les constructeurs à développer des systèmes de 4 roues motrices.
4. Différentes installations de 4 roues motrices.
Chaque constructeur cherche à développer un système à la fois fiable, performant, bon marché, simple et léger. Dans cette partie, nous ferons un inventaire qui, s'il sera forcément incomplet, n'en· sera pas moins &représentatif des orientations que prennent les constructeurs aujourd'hui. D'autre exemples sur les systèmes contenant des viscocoupleurs seront donnés ultérieurement.
RENAULT 11 TURBO de rallye:
On peut adapter aisément un différentiel ZF ou TORSEN en parallèle au moteur pour une meilleure répartition du couple entre la gauche et la droite même pour une deux roues motrices FIAT PANDA, RENAULT 18, 4x4 tous terrains
Système à 2 différentiels où le deuxième essieu est enclenché de façon manuelle par un crabot au besoin du conducteur.
AUDI 80, 90, lOO QUATTRO (1ère génération)
Ici la liaison essieu AV/essieu AR est assurée par un TORSEN qui répartit le couple en temps réel. De plus un autre TORSEN est placé en parallèle au différentiel AR pour contrôler le survirage inhérent au type "propulsion" des voi-tures concernées.
AUDI 80, 90, 100 QUATTRO (2èmè génération)
Ici, maintenant nous avons un véhicule ayant trois différentiels. Celui qui se trouve au centre permet une meilleure répartition du couple AV/AR par rapport au TORSEN dont les réactions mécaniques sont trop violentes. Néanmoins ce TORSEN est monté en parallèle à ce différentiel central pour éviter le patinage AV/AR. Par contre le blocage du train AR est
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