FR2844858A1 - Differentiel asymetrique a caractere actif pour vehicule automobile - Google Patents

Abstract

Différentiel pour véhicule automobile, transmettant le mouvement de rotation d'un arbre moteur (1) qui est entraîné par un groupe motopropulseur (100) et est composé de deux demi-arbres coaxiaux (50a, 50b) assurant l'entraînement des roues motrices (Ra, Rb), qui comprend un boîtier rotatif (20) solidaire d'une couronne dentée (3) en prise avec un pignon (10) porté par l'arbre moteur (1), une paire de pignons satellites coniques (4, 4') disposés tête-bêche et coaxialement, suivant un axe (Y-Y') perpendiculaire à l'axe (X-X') des demi-arbres (50a, 50b), et guidés en rotation autour de leur propre axe (Y-Y') à l'intérieur du boîtier (2), en étant en prise avec deux pignons planétaires coniques (5a, 5b) montés chacun à l'extrémité libre d'un demi-arbre (50a, 50b) ; ce différentiel comporte un dispositif dit "d'activation" commandé par un moteur électrique (7) apte, lorsque le véhicule suit une trajectoire courbe, à accélérer la vitesse de rotation du demi-arbre le plus rapide, qui correspond à la roue motrice extérieure et, au contraire, à freiner le demi-arbre le plus lent, qui correspond à la roue motrice intérieure.Industrie automobile.

Description

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

portent chacun une roue motrice.

Le différentiel a pour fonction de permettre à deux roues motrices opposées 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, il y a glissement relatif entre le pneu et la 10 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 des 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 20 planétaires, qui sont montés chacun à l'extrémité libre d'un des deux demi-arbres.

En ligne droite, le mouvement de l'arbre moteur est transmis, par le 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 demi25 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 sur eux-mêmes; ils tournent seulement en bloc

avec le boîtier.

En revanche, lorsqu'il y a une différence de vitesse 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, à 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, un différentiel classique - ou "libre" permet uniquement de 5 transmettre 50 % du couple moteur sur chaque roue et les différentiels autobloquants ou à glissement limité permettent seulement de transmettre du couple de la roue la plus rapide vers la roue la plus lente par solidarisation progressive ou

non des deux demi-arbres.

Ceci n'est pas satisfaisant, dans la mesure o il serait souhaitable que 10 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, et ainsi de mieux contrôler la stabilité du

véhicule dans la courbe.

Un problème d'entraînement du véhicule se pose également dans le 15 cas o les deux roues ont des conditions d'adhérence différentes, par exemple lorsqu'une roue est en contact avec un sol ferme, et l'autre avec un sol glissant

(neige, verglas ou boue par exemple).

Dans une telle situation, en effet, le couple délivré à la roue non adhérente étant nul - ou pratiquement nul -, le couple délivré à l'autre roue l'est donc 20 également.

Certains dispositifs ont déjà été proposés, qui permettent de résoudre partiellement ces problèmes.

On connaît notamment des différentiels dits "à glissement limité", dans lesquels il est possible de solidariser graduellement les deux demiarbres de 25 roue du train moteur. Ils sont adaptés pour gérer le glissement d'un arbre par rapport à l'autre. Ceci se traduit par un transfert de couple se faisant obligatoirement de la

roue la plus rapide vers la roue la plus lente.

On connaît par ailleurs des différentiels dits "dissipatifs", qui, comme les différentiels à glissement limité, ne permettent de transférer du couple que de la 30 roue rapide vers la roue lente.

Dans ce genre de dispositif, on rajoute au différentiel libre un mécanisme dissipatif du type embrayage ou frein, dont le serrage est piloté (voir par

exemple les documents FR-2 812 366 et FR-2 807 490).

Un tel mécanisme est habituellement placé soit entre les deux demi35 arbres de transmission, en parallèle du différentiel libre, soit entre l'un des demiarbres de transmission et la couronne du différentiel libre.

A titre d'illustration de l'état de la technique, les figures 1, 2 et 3 représentent schématiquement, respectivement: - Un différentiel libre; Un mécanisme dissipatif monté en parallèle par rapport au S différentiel libre;

- Un mécanisme dissipatif intercalé entre l'un des demi-arbres de transmission et la couronne du différentiel libre.

Un différentiel libre classique, comme celui illustré sur la figure 1, est destiné à transmettre le mouvement de rotation d'un arbre moteur 1 qui est 10 entraîné par un groupe motopropulseur 100 aux roues motrices Ra,Rb du véhicule.

L'arbre 1, qui est en général l'arbre de sortie de la boîte de vitesses, est guidé dans un palier fixe 11 et porte un pignon 10 dit "pignon principal".

Le différentiel, désigné par la référence générale 2, comprend un boîtier rotatif 20 dont l'axe de rotation concide avec l'axe X-X' commun aux deux 15 demi-arbres coaxiaux 50a, 50b, dits "demi-arbres principaux", qui assurent l'entraînement des roues motrices Ra, Rb. Ils sont guidés dans des paliers fixes (non représentés).

A cet effet, le boîtier (ou cage) 20 possède des paliers de roulement 21 a, 21b qui entourent respectivement les demi-arbres 50a, 50b.

Le boîtier 20 est solidaire d'une couronne dentée 3, dite "couronne

principale", qui est en prise avec le pignon 10 précité.

A l'intérieur du boîtier 20 sont montés une paire de pignons coniques identiques 4, 4' qui sont guidés en rotation, via des tronçons d'axe 40, respectivement 40', dans des paliers appropriés prévus dans le boîtier 20. Les 25 tronçons d'axe 40, 40' sont coaxiaux, et leur axe commun Y-Y' est concourant et

perpendiculaire à l'axe X-X' précité.

L'extrémité de chaque demi-arbre principal 50a, 50b porte, respectivement, un pignon conique Sa, 5b, qui est en prise avec les deux pignons 4

et 4'.

C'est cette disposition classique, et bien connue, qui permet aux deux roues motrices Ra, Ri, de tourner à des vitesses différentes dans les courbes ou les virages.

Il se pose cependant le problème d'une mauvaise répartition du couple, tel que cela a été exposé plus haut.

Dans le mode de réalisation de différentiel dissipatif illustré sur la figure 2, on retrouve les différents éléments qui viennent d'être décrits, pour

lesquels les mêmes chiffres et lettres de référence ont été conservés.

Cependant, au mécanisme de différentiel libre 2 est associé un 5 mécanisme dit "dissipatif', qui est en l'occurrence un dispositif d'embrayage ou de freinage 6, dont l'actionnement est symbolisé par la flèche F.

Le dispositif dissipatif 6 est monté sur un arbre, constitué de deux demiarbres 60a, 60b, qui s'étend parallèlement à l'axe X-X', à l'extérieur du boîtier 2. Ces demi-arbres sont guidés en rotation dans des paliers appropriés (non 10 représentés).

Chacun des demi-arbres 60a et 60b porte un pignon 61a, respectivement 61b, qui est en prise avec un pignon 62a, respectivement 62b, porté

et solidaire du demi-arbre 50a, 50b, respectivement.

Sous l'application d'une force F sur les mâchoires du dispositif 15 dissipatif 6, cette application étant pilotée soit de manière volontaire, soit à partir dun calculateur, on peut accoupler plus ou moins complètement les deux demiarbres 60a, 60b, leur glissement relatif dépendant de l'intensité de la force F. Dans le mode de réalisation illustré sur la figure 3, dans lequel le mécanisme dissipatif est référencé 6', ce dernier est monté entre l'un des deux demi20 arbres principaux, en l'occurrence le demi-arbre 50a et le boîtier 20 du différentiel libre. On comprend ainsi, que par suite de l'application de la force F, selon l'intensité de cette force, on peut accoupler le demiarbre 50a avec le boîtier 20 de

manière plus ou moins importante, avec un glissement contrôlable.

Dans la première configuration (figure 2), le mécanisme 6 peut

contrôler la différence de vitesse de rotation entre les deux demi-arbres principaux.

Dans la seconde configuration (figure 3), il permet de contrôler la différence de vitesse de rotation entre l'un des deux demi-arbres principaux et la

couronne du différentiel libre.

Le pilotage du degré de serrage du mécanisme dissipatif 6 ou 6' permet de générer un couple qui va accélérer le demi-arbre dont la vitesse est la

plus faible et freiner le demi-arbre dont la vitesse de rotation est la plus importante.

Dans la première configuration, le mécanisme dissipatif génère directement un couple différentiel entre les demi-arbres principaux.

Dans la seconde figuration, le mécanisme génère également un couple différentiel entre les deux demi-arbres principaux, mais une partie du couple

transite à travers le différentiel libre. Plus précisément, le couple généré par le serrage du mécanisme dissipatif sur la couronne se répartit en deux fractions identiques suivant les lois de fonctionnement du différentiel libre. La moitié de ce couple est reprise par le demi-arbre principal "libre" (50b). L'autre moitié est reprise 5 par le demi-arbre de transmission 50a lié au mécanisme 6' et vient se retrancher du couple qui est généré directement par le serrage du mécanisme 6'. Finalement, comme dans la première configuration, le pilotage du serrage du mécanisme dissipatif permet de générer un couple qui va d'une part accélérer l'arbre dont la vitesse de rotation est la plus faible et, d'autre part, freiner l'arbre dont la vitesse de 10 rotation est la plus élevée.

Si un tel dispositif permet effectivement de générer un différentiel de couple, le transfert de couple se produit malheureusement dans le mauvais sens.

Alors que l'on souhaiterait amplifier le couple de la roue la plus rapide - a priori la roue extérieure - et minimiser le couple de la roue la plus lente 15 a priori la roue intérieure - ce dispositif limite au contraire l'amplitude de couple de

la roue rapide et amplifie le couple de la roue lente.

En pratique, ce dispositif présente néanmoins de l'intérêt lorsque, sous l'effet d'un couple excessif transmis par le groupe motopropulseur (moteur thermique par exemple) par rapport au couple admissible sur les roues motrices, 20 l'une des roues patine (ou se bloque), de sorte que sous l'action du différentiel libre et suivant les inerties en jeu, soit l'autre roue se bloque (ou patine), l'arbre moteur maintenant sa vitesse de rotation, soit l'arbre moteur patine (ou se bloque) et l'autre roue maintient sa vitesse. Dans cette configuration relativement exceptionnelle, le couple se transmet dans le bon sens puisqu'il s'agit alors d'empêcher le ou les arbres 25 les plus rapides d'être exposés au patinage et le ou les arbres les plus lents d'être exposés au blocage. Dans le meilleur des cas, lorsque le dispositif dissipatif est bloqué sous l'effet d'un serrage intensif, la vitesse de rotation de la couronne et des

deux arbres de transmission sont identiques.

Si c'est la roue externe qui patine, le serrage du mécanisme dissipatif 30 peut permettre de ramener la vitesse différentielle des roues à une vitesse compatible avec la courbure de la trajectoire. En revanche, si c'est la roue extérieure qui bloque, un tel serrage pourra au mieux imposer la même vitesse sur les deux roues, mais en aucun cas ne pourra porter la vitesse de la roue extérieure à une

valeur supérieure à celle de la roue intérieure.

L'objectif de l'invention est de permettre, par des moyens simples et de mise en oeuvre facile, une amplification du couple de la roue extérieure et une réduction du couple de la roue intérieure avant tout patinage ou blocage, c'est-à-dire finalement une application du couple différentiel dans le même temps que

l'application du couple transmis par le moteur.

A cet effet, le principe à la base de l'invention est de remplacer le 5 mécanisme dissipatif que constitue un embrayage ou un frein par un mécanisme actif, commandé par un moteur électrique, lequel est de préférence réversible

pouvant être soit actif (moteur) ou passif (générateur).

Il s'agit donc en réalité, avantageusement, d'une machine électrique réversible qui, par commodité de langage, sera appelée "moteur électrique" dans la 10 suite de la présente description et dans les revendications.

Comme pour le mécanisme dissipatif, ce dispositif d'activation commandé par un moteur électrique peut être positionné soit entre les deux demiarbres principaux, en parallèle avec le différentiel libre, soit entre la couronne du

différentiel libre et l'un de ces deux demi-arbres principaux.

L'activation du dispositif va permettre d'accélérer l'arbre le plus rapide et de freiner l'arbre le plus lent, contrairement au mécanisme dissipatif qui

freine l'arbre le plus rapide en accélérant l'arbre le plus lent.

L'objet de l'invention est donc un différentiel pour véhicule automobile, transmettant le mouvement de rotation d'un arbre moteur qui est 20 entraîné par un groupe motopropulseur et est composé de deux demi-arbres coaxiaux, dits "principaux", assurant l'entraînement des roues motrices du véhicule, qui comprend un boîtier rotatif dont l'axe de rotation correspond à celui des demiarbres, solidaire d'une couronne dentée, dite couronne principale, en prise avec un pignon, dit pignon principal, porté par l'arbre moteur, une paire de pignons coniques 25 identiques, appelés satellites, qui sont disposés tête-bêche et coaxialement, suivant un axe concourant et perpendiculaire à l'axe des demi-arbres, et qui sont guidés en rotation autour de leur propre axe à l'intérieur du boîtier, étant en prise tous deux avec deux pignons coniques, appelés planétaires, qui sont montés chacun à

l'extrémité libre d'un demi-arbre.

Conformément à l'invention, ce différentiel comporte un dispositif dit "d'activation" commandé par un moteur électrique apte, lorsque le véhicule suit une trajectoire courbe, à accélérer la vitesse de rotation du demi-arbre le plus rapide, qui correspond à la roue extérieure et, au contraire, à freiner le demi-arbre le

plus lent, qui correspond à la roue intérieure.

Par ailleurs, selon un certain nombre de caractéristiques avantageuses, mais non limitatives de l'invention: - ledit moteur électrique est intercalé entre deux demi-arbres, dits "secondaires", coaxiaux, d'axe parallèle à celui desdits demi-arbres principaux, l'un de ces demi-arbres secondaires étant solidaire du rotor et l'autre du stator de ce moteur électrique, et chacun d'eux portant un pignon qui est en prise avec un pignon solidaire de l'un desdits demi-arbres principaux; - ledit moteur électrique est monté sur l'un desdits demi-arbres principaux, son rotor étant solidaire de ce demi-arbre tandis que son stator est solidaire dudit boîtier rotatif, ou inversement; - il comporte au moins un train épicycloidal dont ledit moteur 10 électrique entraîne la couronne, et qui est interposé sur une liaison cinématique assurant la connexion: - soit de l'une desdites roues motrices avec le boîtier de différentiel;

- soit desdits demi-arbres entre eux.

- il comporte un seul train épicyclodal dont ledit moteur électrique 15 entraîne la couronne, et qui est interposé sur une liaison cinématique assurant la connexion mutuelle desdits demi-arbres principaux, ce train épicycloidal étant intercalé entre deux autres demi-arbres, dits "secondaires", d'axe parallèle à celui desdits demi-arbres principaux, l'un de ces demi-arbres secondaires étant solidaire du pignon planétaire et l'autre portant une manivelle qui supporte le pignon satellite 20 et assure son guidage en rotation, chacun de ces demi-arbres secondaires portant, en outre, un pignon qui est en prise avec un pignon solidaire de l'un desdits demiarbres principaux; - il comporte une paire de trains épicycloidaux adjacents et coaxiaux, dont les pignons planétaires sont jumelés et coaxiaux et forment un ensemble 25 unitaire guidé en rotation dans un palier fixe, ledit moteur électrique entraînant la couronne de l'un des trains, cette paire de trains épicycloidaux étant interposée sur une liaison cinématique assurant la connexion mutuelle desdits demiarbres principaux, et étant positionnée entre deux autres demi-arbres, dits "secondaires", coaxiaux, d'axe parallèle à celui desdits demi-arbres principaux, chacun de ces 30 demi-arbres secondaires portant une manivelle qui supporte un pignon satellite et

assure son guidage en rotation, l'un de ces pignons satellites étant en prise avec une couronne fixe tandis que l'autre est en prise avec la couronne qui est entraînée par le moteur électrique, chacun de ces demiarbres secondaires portant, en outre, un pignon qui est en prise avec un pignon solidaire de l'un desdits demi-arbres 35 principaux.

- il comporte une paire de trains épicycloidaux adjacents et coaxiaux, qui est interposée sur une liaison cinématique assurant la connexion de l'une desdites roues motrices avec le boîtier de différentiel, les pignons planétaires de ces deux trains étant jumelés et coaxiaux et formant un ensemble unitaire guidé en 5 rotation sur l'un desdits arbres, dit "arbre porteur", ledit moteur électrique entraînant la couronne de l'un des trains, la couronne de l'autre train étant fixe, ledit arbre porteur étant solidaire d'une manivelle qui supporte l'un des pignons satellites et assure son guidage en rotation, ce pignon satellite étant en prise avec ladite couronne fixe tandis que le boîtier du différentiel est également solidaire d'une 10 manivelle qui supporte l'autre pignon satellite et assure son guidage en rotation, cet autre pignon satellite étant en prise avec la couronne qui est entraînée par le moteur électrique; - dans chaque train épicycloidal, les rayons du pignon planétaire et du pignon satellite sont identiques; - dans le cas d'un double train épicycloidal, les rayons des pignons planétaires et des pignons satellites des deux trains sont identiques; - ledit moteur électrique est une machine électrique réversible, apte à fonctionner sélectivement soit en mode "moteur" pour accélérer la vitesse de rotation du demi-arbre le plus rapide, soit en mode "générateur", en le freinant; - la vitesse de rotation et/ou, le cas échéant, le mode de fonctionnement - en "moteur" ou en "générateur" dudit moteur électrique sont commandés par un actionneur susceptible d'être piloté de manière volontaire par le conducteur du véhicule au moyen d'un dispositif de commande manuelle; - la vitesse de rotation et/ou, le cas échéant, le mode de 25 fonctionnement dudit moteur électrique sont commandés par un actionneur susceptible d'être piloté de manière automatique à partir d'un calculateur équipant le véhicule et qui reçoit de différents capteurs équipant le véhicule au moins l'une des informations suivantes: - la position angulaire du volant de direction, 30 - la vitesse de rotation de chacune desdites roues motrices, - la vitesse du véhicule en direction longitudinale, - la vitesse de lacet du véhicule, - l'angle d'attitude du véhicule,

- l'accélération du véhicule suivant la direction latérale.

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, des modes de réalisation possibles.

Sur ces dessins: - les figures 4 et 5 sont des vues schématiques, montrant un premier et un second mode de réalisation possibles de l'invention, qui font usage d'un moteur électrique à rotor et stator directement associé à un différentiel libre tel que décrit plus haut; - les figures 6 et 7 sont des vues schématiques respectivement de côté 10 et de face d'un train épicycloidal simple; - la figure 8 est une vue schématique similaire à celle de la figure 7, mais qui représente une paire de trains épicyclodaux adjacents, dont les pignons planétaires sont jumelés en formant un ensemble unitaire; - les figures 9 et 10 illustrent respectivement des troisième et 15 quatrième modes de réalisation possibles de l'invention, qui font appel à une paire de trains épicycloidaux telle que celle représentée sur la figure 8; - la figure 1 1 illustre un cinquième mode de réalisation possible de l'invention, dans lequel il est fait usage d'un seul train épicycloidal; - les figures 12 et 13 sont des schémas destinés à faire comprendre de 20 quelle manière se fait le transfert de couple dans des différentiels à mécanisme dissipatif tels que ceux illustrés respectivement sur les figures 2 et 3, et qui font partie de l'état de la technique; - la figure 14 est un schéma analogue à ceux des figures 12 et 13, illustrant le fonctionnement - pour ce qui est du transfert de couple - des premier, 25 quatrième et cinquième modes de réalisation de l'invention (figures 4, 10 et 11);

- la figure 15 est un schéma similaire, s'appliquant aux deuxième et troisième modes de réalisation (figures 5 et 9).

En référence à la figure 4, on y a désigné par la référence 7 un moteur électrique, dont le stator est référencé 74 et le rotor 73.

De manière schématique, on a figuré par la référence K un système de pilotage du moteur électrique 7. Ce système peut être manuel, pouvant être actionné de manière volontaire par le conducteur du véhicule. Cependant, de préférence, il s'agit d'un système de pilotage automatique qui reçoit de différents

capteurs des informations en temps réel sur le comportement du véhicule.

Comme cela a été déjà dit plus haut, ces paramètres peuvent consister notamment dans la position angulaire du volant de direction, la vitesse de rotation de chacune des roues motrices, la vitesse du véhicule en direction longitudinale, la vitesse de lacet du véhicule, l'angle d'attitude du véhicule et/ou

l'accélération du véhicule selon la direction latérale. Cet énoncé n'est pas limitatif.

Bien entendu, toutes ces donnés sont traités par un logiciel "ad hoc" 5 qui fournit ensuite un ordre de commande, par exemple sous la forme d'une intensité de courant électrique symbolisé par la flèche I sur la figure 4.

En fonction de cette intensité, on peut obtenir: - soit une liberté totale du mouvement de rotation du rotor par rapport au stator; - soit un accouplement complet du stator par rapport au rotor (en rotation de ces deux parties en bloc, à la même vitesse); - soit une accélération contrôlable du rotor par rapport au stator, ceci en fonction de l'intensité du courant I. Dans le cas o on a affaire à une machine électrique réversible, 15 pouvant agir en tant que générateur, le moteur électrique 7 peut également assurer un freinage du rotor par rapport au stator. Dans cette hypothèse, l'énergie est récupérée non pas sous forme de chaleur due au frottement (comme dans le cas d'un mécanisme dissipatif) mais sous forme d'un courant électrique susceptible d'être

utilisé à d'autres fins, ou d'être stocké dans une batterie.

Le moteur électrique 7 est monté sur deux demi-arbres secondaires a, 70b, coaxiaux, parallèles à l'axe X-X'. L'un de ces demi-arbres (70a) est

solidaire du stator 74, tandis que l'autre (70b) est solidaire du rotor 73.

Chacun de ces deux demi-arbres porte un pignon 71a, 71b, qui est en prise avec un pignon 51a, respectivement 51b porté respectivement par l'un des 25 demi-arbres principaux 50a et 50b.

On constate que cet agencement est similaire à celui de la figure 2, à l'exception que le mécanisme dissipatif 6 a été remplacé par un moteur électrique 7.

La comparaison des figures 12 et 14 permet de comprendre la différence d'effet qui en résulte, sur le plan de la transmission de couple entre le 30 groupe motopropulseur du véhicule (GMP) et chacune des deux roues, dans un

virage ou dans une courbe.

Si on fait abstraction des pertes de couple dues au frottement, et qu'on désigne par Cc le couple moteur développé par la couronne 3 du différentiel libre, ce dernier transmet normalement à chacune des roues motrices un couple de 35 valeur moitié, c'est-à-dire CcI2.

Il Lorsqu'on a affaire à un mécanisme dissipatif tel que celui de la figure 2, celui-ci va transférer à la roue intérieure une partie AC du couple reçu par

la roue extérieure.

La roue intérieure (la moins rapide) possède donc un couple Cc/2 + 5 AC supérieur à celui CC/2 - AC de la roue extérieure, ce qui est contraire à l'objectif souhaité (figure 12).

Au contraire, si on a affaire à l'agencement de la figure 4, comme illustré sur la figure 14, le dispositif d'activation, qui en l'occurrence est constitué par le moteur électrique 7, va transférer la partie AC du couple cette fois de la roue 10 intérieure (la plus lente) à la roue extérieure (la plus rapide), ce qui correspond au

but recherché.

Dans le mode de réalisation de la figure 5, le moteur électrique, désigné 7', est cette fois installé sur l'un des deux demi-arbres principaux qui relient

le différentiel libre à l'une des roues.

Il s'agit du demi-arbre 50a, qui porte le rotor 73'. Le stator 74' du moteur électrique est porté par un support 75' solidaire du boîtier 20 du différentiel

libre 2.

On retrouve ici une configuration similaire à celle de la figure 3, à l'exception que le mécanisme dissipatif 6' a été remplacé par le moteur électrique 7'. 20 La comparaison des figures 13 et 15 permet de se rendre compte de

la différence des effets produits dans chacune de ces réalisations.

Avec un mécanisme dissipatif, on obtient à nouveau un transfert d'une partie du couple, cette fois de valeur moitié (AC/2) de la roue extérieure vers la roue intérieure, alors qu'avec le dispositif de l'invention qui fait appel à un 25 dispositif d'activation, on obtient un transfert de la même valeur de couple, mais en

sens contraire, de la roue intérieure à la roue extérieure.

Dans la configuration du mode de réalisation de la figure 4, chacune des deux parties du moteur électrique, à savoir le stator et le rotor, est reliée à l'un des demi-arbres principaux 50a, 50b, le pilotage du courant de ce moteur électrique 30 permettant de générer un couple différentiel qui amplifie le couple de la roue la plus rapide et limite le couple de la roue la plus lente. Les rapports de démultiplication entre les demiarbres intermédiaires 70a, 70b et les demi-arbres principaux 50a, respectivement 50b peuvent être choisis pour obtenir une plage de fonctionnement en vitesse qui soit en adéquation avec la caractéristique de la machine électrique 7. 35 La configuration illustrée sur la figure 5 offre l'avantage de la simplicité dans la mesure o il ne nécessite aucun système d'engrenage ou de dentures supplémentaires autres que ceux du différentiel libre pour positionner la

machine électrique. L'intégration de cette machine se trouve donc simplifiée.

Ces deux modes de réalisation offrent également l'avantage qu'on dispose d'un mode dit "de défaillance" qui fait que même si la machine électrique5 est inopérante, par suite d'un dysfonctionnement de son système de pilotage notamment, le véhicule dispose toujours de la fonction remplie par le différentiel libre. Enfin, dans chacune de ces deux configurations, il est possible, si cela s'avère nécessaire, de ralentir l'arbre le plus rapide et d'accélérer l'arbre le plus 10 lent. f suffit pour cela d'utiliser la machine électrique en mode "frein" (générateur de courant). Il est dans ce cas possible de pouvoir récupérer et de réutiliser l'énergie sous forme électrique au lieu de la dissiper sous forme de chaleur comme cela est le cas pour des configurations conventionnelles associant le différentiel à un

mécanisme dissipatif tel qu'un embrayage ou un frein.

Les deux modes de réalisation de l'invention qui viennent d'être

décrits, s'ils offrent l'avantage d'une extrême simplicité, présentent un inconvénient lié au fait que le stator et le rotor de la machine électrique sont tous deux rotatifs. Il en découle une difficulté pour l'alimentation de la machine électrique, laquelle nécessite la mise en òuvre de contacts électriques tournants, du genre bague et 20 balai.

Les modes de réalisation des figures 9, 10 et 11, s'ils présentent l'inconvénient d'une plus grande complexité mécanique, permettent d'utiliser une machine électrique fixe, dont l'alimentation électrique peut se faire de manière plus simple. Pour comprendre la structure et le fonctionnement de ces trois modes

de réalisation, il sera tout d'abord rappelé en référence aux figures 6 et 7 ce qu'est un train épicycloidal, puis, en référence à la figure 8, il sera présenté un mécanisme à double train épicycloidal du genre mis en oeuvre sur les modes de réalisation illustrés sur les figures 9 et 10, le dernier mode de réalisation de la figure 11 30 utilisant un train épicycloidal unique.

Le train épicycloidal 8 représenté sur les figures 6 et 7 comprend trois éléments d'engrenage principaux, à savoir un pignon central 80 dit "pignon planétaire", une couronne circulaire à denture interne 82, appelée "couronne", et un

pignon 81 appelé "pignon satellite".

Le pignon 80 et la couronne 82 sont portés par des axes centraux 800, 820 coaxiaux. Le pignon 81 est porté par une manivelle 810 guidée en rotation sur l'axe 800. Les axes 800 et 820 sont guidés dans des paliers fixes. Dans un tel mécanisme, le pignon satellite est soumis à deux mouvements principaux, à savoir un mouvement de rotation autour de son propre axe et un mouvement de révolution de son axe autour du planétaire. Pour que le mécanisme puisse transmettre un 5 mouvement, il suffit d'immobiliser l'un des axes, l'un des trois autres axes devenant alors moteur tandis que l'autre est récepteur. En fonction du choix de l'axe qui a été immobilisé, on obtient un certain nombre de combinaisons possibles quant à la

valeur de la démultiplication obtenue et au sens d'entraînement.

Le mécanisme illustré sur la figure 8 comprend deux trains 10 épicycloidaux Tl et T2, adjacents et coaxiaux.

Pour désigner des éléments identiques et similaires à ceux des figures 6 et 7, on a utilisé les mêmes chiffres de référence, en les affectant de l'indice "prime" pour le train T2. Il sera noté que pour le train T2, la couronne 82' possède

non seulement une denture interne 821', mais également une denture externe 822'. 15 La denture interne de la couronne 82 porte la référence 821.

Dans l'agencement illustré, les deux planétaires 80 sont jumelés formant une pièce unique comprenant deux pignons identiques 801 et 801', solidaires l'un de l'autre. L'ensemble 80 est guidé en rotation sur l'arbre 811 portant la manivelle 810 du pignon satellite 81. Cet arbre 811 est coaxial à l'arbre 811' qui 20 porte le pignon satellite 81'.

La couronne 82 du train Tl est fixe, tandis que celle 82' du train T2 est libre en rotation, coaxialement à l'arbre 811'; des moyens appropriés, non

représentés, assurent le guidage en rotation de la couronne 82' autour de son axe.

La machine électrique 900 a un arbre de sortie 90 guidé en rotation 25 dans un palier fixe 91. Cet arbre un porte pignon 9 servant à entramer en rotation la

couronne 82' du train T2.

Le train Tl peut être désigné "train amplificateur réducteur" tandis que le second train T2 peut être appelé "train inverseur".

Sur le premier train, et du fait que la couronne est maintenue fixe, il 30 se créé une amplification de vitesse - et donc une réduction du couple entre le

porte satellite et le planétaire. Le planétaire est monté fou et le porte satellite est relié à l'un des arbres du différentiel. Sur le second train, le planétaire correspond au planétaire du premier train, et le porte satellite est relié à l'un des arbres de transmission ou à la couronne du différentiel libre, et enfin la couronne est entraînée 35 par l'arbre moteur 90.

Si on reprend les différentes équations qui régissent le fonctionnement d'un tel dispositif, sur le plan des vitesses et des couples, on constate que la vitesse de la couronne de ce second train T2 reprend la différence des vitesses entre le planétaire et le porte satellite dans le rapport des rayons qui leur 5 sont associés. En choisissant judicieusement les rayons des satellites et des planétaires, pour ces deux trains, il devient ainsi possible de faire en sorte que la couronne du second train tourne à une vitesse de rotation qui est proportionnelle au

différentiel de vitesses entre les deux arbres de transmission 811, 811'.

Une configuration particulière, et qui est avantageusement reprise ici, 10 consiste à choisir des rayons identiques pour les pignons satellites et pour les

pignons planétaires.

Dans les modes de réalisation des figures 9 et 10, le système à double train de la figure 8 fait office de dispositif d'activation, ce dispositif étant dans le premier cas interposé entre le demi-arbre principal 50a et le boîtier 20 du 15 différentiel, et dans le second cas étant branché en parallèle entre les deux demiarbres principaux 50a, 50b.

En effet, en référence à la figure 9, l'arbre 811 dont est solidaire le porte satellite 810 est confondu avec le demi-arbre 50a, tandis que la manivelle

porte satellite 810' du second train est solidaire du boîtier 20.

Dans le mode de réalisation de la figure 10, les demi-arbres 811, 811' qui supportent les manivelles 810, 810' portant les pignons satellites 81, respectivement 81', correspondent aux demi-arbres référencés 70a, 70b dans le

mode de réalisation de la figure 4.

Ces demi-arbres 811, 811', coaxiaux et parallèles à X-X', portent 25 chacun un pignon 83a, 83b, respectivement en prise avec un pignon 51 a, 5 lb qui est porté par un demi-arbre principal 50a, respectivement 50b, commandant les roues motrices. Dans le mode de réalisation illustré sur la figure 11, il est fait usage d'un seul train épicyclodal, correspondant au train T2, dont la couronne 82' est 30 entraînée par le moteur électrique 900. Les pignons 83a et 83b mentionnés plus haut

sont cette fois portés par des demi-arbres 800' et 811' coaxiaux et parallèles à X-X'.

L'un de ces demi-arbres (800') est le demi-arbre portant le pignon planétaire 80'.

L'autre (811 ') est le demi-arbre qui porte la manivelle 810' sur laquelle est monté le

pignon 81'.

Comme pour les deux premiers modes de réalisation, chacun des modes de réalisation 3, 4 et 5 permet de réaliser un transfert de couple de la roue intérieure vers la roue extérieure la plus chargée et la plus rapide, par pilotage

approprié de la machine électrique 900.

A cet égard, le schéma de principe de la figure 15 correspond au troisième mode de réalisation (figure 9) tandis que le schéma de principe de la 5 figure 14 correspond aux quatrième et cinquième modes de réalisation (figures 10 et 11).

Claims (12)

REVENDICATIONS

1. Différentiel pour véhicule automobile, transmettant le mouvement de rotation d'un arbre moteur (1) qui est entraîné par un groupe motopropulseur (100) et est composé de deux demi-arbres coaxiaux (50a, 50b), dits "principaux", assurant l'entraînement des roues motrices (Ra, Rb) du véhicule, qui 5 comprend un boîtier rotatif (20) dont l'axe de rotation correspond à celui (X-X') des demi-arbres (50a, 50b), 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 un axe (Y-Y') concourant et 10 perpendiculaire à l'axe (X-X') des demi-arbres (50a, 50b) , et qui 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 (Sa, 5b), appelés planétaires, qui sont montés chacun à l'extrémité libre d'un demi-arbre (50a, 50b), caractérisé par le fait qu'il comporte un dispositif dit "d'activation" commandé par un moteur électrique (7; 7'; 15 900) apte, lorsque le véhicule suit une trajectoire courbe, à accélérer la vitesse de rotation du demi-arbre (50a, 50b) le plus rapide, qui correspond à la roue (Ra, Rb,) extérieure et, au contraire, à freiner le demi-arbre (50b, 50a) le plus lent, qui

correspond à la roue (R,, Ra) intérieure.

2. Différentiel selon la revendication 1, caractérisé par le fait que 20 ledit moteur électrique (7) est intercalé entre deux demi-arbres, dits "secondaires"

(70a, 70b) coaxiaux, d'axe parallèle à celui (X-X') desdits demi-arbres principaux (50a, 50b), l'un (70b) de ces demi-arbres secondaires étant solidaire du rotor (73) et l'autre (70a) du stator (74) de ce moteur électrique (7), et chacun d'eux portant un pignon (71 a, 7 lb) qui est en prise avec un pignon (51 a, 5 lb) solidaire de l'un desdits 25 demiarbres principaux (50a, 50b).

3. Différentiel selon la revendication 1, caractérisé par le fait que ledit moteur électrique (7') est monté sur l'un (50a) desdits demi-arbres principaux (50a, 50b), son rotor (73') étant solidaire de ce demi-arbre (50a) tandis que son

stator (74') est solidaire dudit boîtier rotatif (20), ou inversement.

4. Différentiel selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il comporte au moins un train épicycloidal (T1, T2) dont ledit moteur électrique (900) entraîne la couronne (82'), et qui est interposé sur une liaison cinématique assurant la connexion: - soit de l'une desdites roues motrices (Ra, Rb) avec le boîtier de différentiel (20);

- soit desdits demi-arbres (50a, 50b) entre eux.

5. Différentiel selon la revendication 4, caractérisé par le fait qu'il 5 comporte un seul train épicycloidal (T2) dont ledit moteur électrique (900) entraîne la couronne (82'), et qui est interposé sur une liaison cinématique assurant la connexion mutuelle desdits demi-arbres principaux (50a, 50b), ce train épicycloidal (T2) étant intercalé entre deux autres demi-arbres, dits "secondaires" (800', 811') coaxiaux, d'axe parallèle à celui (X-X') desdits demi-arbres principaux (50a, 50b), 10 l'un (800') de ces demi-arbres secondaires étant solidaire du pignon planétaire (80') et l'autre (811') portant une manivelle (810') qui supporte le pignon satellite (81') et assure son guidage en rotation, chacun de ces demiarbres secondaires (800', 811') portant, en outre, un pignon (83a, 83b) qui est en prise avec un pignon (5 la, 5lb)

solidaire de l'un desdits demi-arbres principaux (50a, 50b).

6. Différentiel selon la revendication 4, caractérisé par le fait qu'il comporte une paire de trains épicycloidaux (T1, T2) adjacents et coaxiaux, dont les pignons planétaires (801, 801') sont jumelés et coaxiaux et forment un ensemble unitaire (80) guidé en rotation dans un palier fixe, ledit moteur électrique (900) entraînant la couronne (82') de l'un (T2) des trains (T1, T2), cette paire de trains 20 épicycloidaux (T1, T2) étant interposée sur une liaison cinématique assurant la connexion mutuelle desdits demi-arbres principaux (50a, 50b), et étant positionnée entre deux autres demi-arbres, dits "secondaires" (811, 811') coaxiaux, d'axe parallèle à celui (X-X') desdits demi-arbres principaux (50a, 50b), chacun de ces demi-arbres secondaires portant une manivelle (810, 810') qui supporte un pignon 25 satellite (81, 81') et assure son guidage en rotation, l'un (81) de ces pignons

satellites étant en prise avec une couronne fixe (82), tandis que l'autre (81') est en prise avec la couronne (82') qui est entraînée par le moteur électrique (900), chacun de ces demi-arbres secondaires (811, 811') portant, en outre, un pignon (83a, 83b) qui est en prise avec un pignon (51a, 5lb) solidaire de l'un desdits demi-arbres 30 principaux (SOa, 50b).

7. Différentiel selon la revendication 4, caractérisé par le fait qu'il comporte une paire de trains épicycloidaux (T1, T2) adjacents et coaxiaux, qui est interposée sur une liaison cinématique assurant la connexion de l'une desdites roues motrices (Ra, Rb) avec le boîtier de différentiel (20), les pignons planétaires (801, 35 801') de ces deux trains étant jumelés et coaxiaux et formant un ensemble unitaire (80) guidé en rotation sur l'un (50a) desdits arbres, dit "arbre porteur", ledit moteur électrique (900) entraînant la couronne (82') de l'un (T2) des trains (Tl, T2), la couronne (82) de l'autre train (Tl) étant fixe, ledit arbre porteur (50a) étant solidaire d'une manivelle (810) qui supporte l'un (81) des pignons satellites et assure son guidage en rotation, ce pignon satellite étant en prise avec ladite couronne fixe (82) 5 tandis que le boîtier (20) du différentiel est également solidaire d'une manivelle (810') qui supporte l'autre pignon satellite (81') et assure son guidage en rotation, cet autre pignon satellite (81') étant en prise avec la couronne (82') qui est entraînée par

le moteur électrique (900).

8. Différentiel selon l'une des revendications 4 à 7, caractérisé par le 10 fait que, dans chaque train épicycloidal (Tl, T2), les rayons du pignon planétaire et

du pignon satellite sont identiques.

9. Différentiel selon la revendication 8, caractérisé par le fait que, dans le cas d'un double train épicycloidal (Tl, T2), les rayons des pignons

planétaires et des pignons satellites des deux trains sont identiques.

10. Différentiel selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé par le

fait que ledit moteur électrique (7) est une machine électrique réversible, apte à fonctionner sélectivement soit en mode "moteur" pour accélérer la vitesse de rotation du demi-arbre (50a, 50b) le plus rapide, soit en mode "générateur", en le freinant.

11. Différentiel selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en

ce que la vitesse de rotation et/ou, le cas échéant, le mode de fonctionnement - en "moteur" ou en "générateur" - dudit moteur électrique (7; 7'; 900) sont commandés par un actionneur susceptible d'être piloté de manière volontaire par le

conducteur du véhicule au moyen d'un dispositif de commande manuelle.

12. Différentiel selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en

ce que la vitesse de rotation et/ou, le cas échéant, le mode de fonctionnement dudit moteur électrique (7; 7'; 900) sont commandés par un actionneur susceptible d'être piloté de manière automatique à partir d'un calculateur équipant le véhicule et qui reçoit de différents capteurs équipant le véhicule au moins l'une des 30 informations suivantes: - la position angulaire du volant de direction, - la vitesse de rotation de chacune desdites roues motrices, - la vitesse du véhicule en direction longitudinale, - la vitesse de lacet du véhicule, - l'angle d'attitude du véhicule,

- l'accélération du véhicule suivant la direction latérale.