LE SYSTEME DE TRANSMISSION (3)

LE SYSTEME DE TRANSMISSION (3)

Pierre DUYSINX Université de Liège Année Académique 2010-2011

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. 2002. Society of Automotive Engineers (SAE)

„ J.Y. Wong. « Theory of Ground Vehicles ». John Wiley & sons. 1993 (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, 2004.

„ http://www.howstuffworks.com

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DIFFERENTIEL

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

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

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

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LE DIFFERENTIEL

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

Le concept du différentiel

„ On distingue les différentiels pour automobile

„ Différentiel à engranges en biseau

„ Différentiel à trains épicycloïdaux

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

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

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Différentiel à train épicycloïdal

„ Boîte de transfert utilisant une train épicycloïdal

Le concept du différentiel

Le concept du différentiel

„ Vitesses en A et B

„ Si ω_g/= ω_d

A C planet pignon pignon g planet

B C planet pignon pignon d planet

v R R R

v R R R

ω ω ω

ω ω ω

= + =

= − =

2 ω

R

+ = 0 ( ω

+ ω

) R

( )

2

g d

C

ω ω ω = ⁺

Le concept du différentiel

„ L’équilibre du différentiel s’écrit

g d C

C + C = C

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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

Le constitution du différentiel

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

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

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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

max min

e

M M

S M

= − M

= M

+ M

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

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

Blocage du différentiel

„ 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.

Mémeteau Fig 7.11

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Blocage du différentiel

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

Au-delà d’un vitesse donnée, il y a désengagement automatique du blocage pour éviter le ripage ou le

tressautement du véhicule

Un des engrenages du planétaire se prolonge pour avoir une synchronisation

Fourchette de contrôle pour engager

l’embrayage, actionnement par un moteur

Heisler (1999)

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

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.

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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

Blocage du différentiel

Différentiels avec glissement limité

„

Système Sure Grip

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

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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

Différentiels avec glissement limité

TORSEN = TORque SENsitive

Différentiels avec glissement limité

Différentiels avec glissement limité

Une application célèbre du différentiel TORSEN:

l’Audi Quattro

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Différentiel auto bloquant

Différentiel auto bloquant ZF

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.

Les différentiels avec blocage par embrayage hydraulique

Les différentiels avec blocage par

embrayage hydraulique

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Les différentiels avec blocage par embrayage hydraulique

Différentiel Eaton

Disques d’embrayage

Planétaires solidaires des essieux de roue

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

Les différentiels avec blocage par embrayage hydraulique

Système Haldex

ARBRES DE TRANSMISSION

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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 cardanest utiliséà 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

Arbres de transmission : propulsion

Joints de cardan

Différentes réalisations des joints de Cardan ou universel

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

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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

Arbres de transmission : traction

Arbres de transmission : traction

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

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Arbres de transmission : traction

„ Deux types de joints homocinétiques courants:

„ Tripodes (joint intérieur)

„ Rzeppa (joint extérieur)

Liaison par arbre plein

Liaison par arbre creux

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)