comme la plupart des choses sur les automobiles modernes, le simple engrenage connu sous le nom de différentiel a connu un raffinement et une expérimentation constants – conduisant à une gamme de types chacun avec leurs propres avantages et inconvénients.
Le concept du différentiel – c’est – à-dire permettre aux roues montées sur le même essieu de tourner indépendamment les unes des autres-est une conception ancienne, avec le premier exemple connu de son utilisation enregistré en Chine au cours du 1er millénaire avant notre ère.,
bien que cela ait été bien avant l’invention de l’automobile, les chariots, les wagons et les chars souffraient toujours du même problème de glissement ou de traînée d’une roue dans les virages, augmentant l’usure et endommageant les routes.
L’avènement des moteurs alimentant les roues avant ou arrière pour propulser un véhicule au lieu de simplement les traîner par le cheval a ajouté un nouveau problème à surmonter – comment permettre une rotation indépendante tout en étant capable d’alimenter les deux roues.
Les premières automobiles ne prenaient pas la peine d’essayer, elles ne propulsaient qu’une seule roue sur un essieu indépendant., Mais c’était loin d’être idéal car cela signifiait qu’ils étaient sous-alimentés et rencontraient de fréquents problèmes de traction sur autre chose que sur un sol ferme et plat.
finalement, cela a conduit au développement du différentiel ouvert avant que d’autres types plus compliqués ne soient développés pour surmonter des conditions de conduite plus complexes.,
Regardez cette vidéo qui explique avec des images 3D Comment fonctionnent les types de différentiel suivants:
différentiel ouvert:
un différentiel dans sa forme la plus élémentaire comprend deux moitiés d’un essieu avec un engrenage à chaque extrémité, reliées entre elles par un troisième engrenage constituant trois côtés d’un carré. Ceci est généralement complété par une quatrième vitesse pour plus de force, complétant le carré.,
Cette unité de base est ensuite amplifié par un anneau engins ajouté le boîtier de différentiel qui détient la base d’engrenages – et cette couronne, les roues à être alimentée par branchement à l’arbre d’entraînement par l’intermédiaire d’un pignon.
Dans cet exemple, vous pouvez voir les trois côtés de l’engrenage intérieur qui composent le mécanisme de base, avec le plus gros engin bleu représentant la couronne de se connecter à l’arbre d’entraînement., L’image de gauche montre le différentiel avec les deux roues tournant à la même vitesse, tandis que l’image de droite illustre comment les engrenages internes s’engagent lorsqu’une roue tourne plus lentement que l’autre.
cet agencement d’engrenage constitue le différentiel de type ouvert, et est le type de différentiel automobile le plus courant à partir duquel des systèmes plus compliqués sont dérivés.,
l’avantage de ce type est principalement limité à la fonction de base de tout différentiel tel que décrit précédemment, en se concentrant principalement sur le fait de permettre à l’essieu de faire un virage plus efficacement en permettant à la roue à l’extérieur du virage de se déplacer à une vitesse plus rapide que la roue Il bénéficie également de sa conception de base étant relativement bon marché à produire.,
l’inconvénient de ce type est que parce que le couple est réparti uniformément entre les deux roues, la quantité de puissance pouvant être transmise à travers les roues est limitée par la roue avec la plus faible quantité d’adhérence.
Une fois que la limite de traction des deux roues combinées est atteinte, la roue avec la plus faible quantité de traction commencera à tourner – réduisant cette limite encore plus car il y a encore moins de résistance de la roue déjà en rotation.,
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différentiel verrouillé:
le différentiel verrouillé ou verrouillé est une variante que l’on retrouve sur certains véhicules, principalement ceux qui sortent de la route. Il s’agit essentiellement d’un différentiel ouvert avec la possibilité d’être verrouillé en place pour créer un axe fixe au lieu d’un d’indépendant. Cela peut se produire manuellement ou électroniquement en fonction de la technologie du véhicule.
L’avantage d’un différentiel verrouillé est qu’il est capable de gagner une beaucoup plus grande quantité de traction qu’un différentiel ouvert., Parce que le couple n’est pas également divisé 50/50, il peut canaliser plus de couple vers la roue qui a la meilleure traction – et n’est pas limité par la traction inférieure de l’Autre roue à un moment donné.
comme il est peu probable que vous voyagiez à grande vitesse et que vous roulez généralement sur un sol inégal, le problème de la traînée et de l’usure des pneus dans les virages sur un essieu fixe est moins problématique.,
un inconvénient des diff verrouillés est appelé liaison, qui se produit lorsque l’excès d’énergie de rotation (couple) est accumulé dans la chaîne cinématique et doit être relâché – généralement obtenu par les roues quittant le sol pour réinitialiser la position. Ou en relâchant simplement les verrous une fois qu’ils ne sont plus nécessaires.
Imaginez un long tube en carton tenu à chaque extrémité, puis tordant le tube dans des directions opposées au point que le tube ne pouvait plus résister à la force et se plie et se déchire – c’est contraignant., Cela se produit parce que les roues se déplacent à des vitesses différentes, ce qui tord les essieux et exerce une pression accrue sur les engrenages – mais la charge sur les roues et leur traction accrue est suffisante pour empêcher les pneus de glisser pour relâcher la pression.
différentiel soudé/bobine:
les différentiels soudés sont essentiellement les mêmes qu’un différentiel verrouillé, seulement il a été soudé en permanence à partir d’un différentiel ouvert dans un essieu fixe (également connu sous le nom de diff de bobine.,) Cela n’est généralement fait que dans des circonstances spécifiques où les caractéristiques de l’essieu diff/fixe verrouillé, qui facilite la rotation simultanée des deux roues, sont souhaitables – par exemple, dans les voitures destinées à la dérive.
Il n’est généralement pas recommandé car la chaleur du soudage peut compromettre la résistance des composants et augmenter le risque de défaillance catastrophique des pièces – pouvant même entraîner l’explosion des engrenages différentiels cassés à travers le boîtier de diff et poser un danger pour les autres usagers de la route et les piétons.,
différentiel à glissement limité:
le travail de LSD pour combiner les avantages des différentiels ouverts et verrouillés grâce à un système plus compliqué. Il existe deux catégories qui utilisent différentes formes de résistance pour obtenir le même effet:
embrayage mécanique LSD:
ce type de LSD entoure le même engrenage central vu dans le diff ouvert d’une paire de bagues de pression, qui exercent une force sur deux jeux de plateaux d’embrayage positionnés le long des engrenages., Cela fournit une résistance à la rotation indépendante des roues modifiant l’effet du différentiel d’ouvert à verrouillé – et lui fournissant la traction accrue dont ce type bénéficie par rapport à un différentiel ouvert.
dans cette coupe, vous pouvez voir les anneaux de pression (également coupés) entourant les engrenages centraux, qui sont séparés par les broches centrales poussant contre les surfaces inclinées en rotation., Ce mouvement pousse les anneaux de pression sur les blocs d’embrayage (jaune et bleu) de chaque côté, générant une résistance et modifiant le comportement de l’essieu d’un effet ouvert à un effet fixe.
Les LSD D’embrayage mécanique sont également divisés en sous-types qui se comportent de manière légèrement différente et changent lorsque la pression sur les plateaux d’embrayage et les bagues de pression est exercée:
- Dans un LSD à Sens Unique, la pression n’est exercée que sous accélération., Cela signifie que dans les virages et hors tension, le diff se comporte comme un type ouvert, leur permettant de tourner indépendamment – mais sous accélération, la rotation forcée du différentiel crée un frottement dans les plateaux d’embrayage, les bloquant en place afin de gagner plus de traction.
- Un LSD bidirectionnel va encore plus loin et exerce également une pression sur les disques d’embrayage en décélération, dans le but d’améliorer la stabilité au freinage sur des surfaces de route variables.,
- Le one and half way essaie à nouveau de combiner le meilleur des deux sous-types, en exerçant une plus grande quantité de pression sous accélération et une moindre quantité sous décélération.
l’inconvénient des LSD mécaniques est qu’ils nécessitent un entretien régulier pour rester opérationnels et sont sujets à l’usure complète, ce qui entraîne un remplacement coûteux des pièces.
LSD visqueux:
le deuxième type de différentiel à glissement limité, ils utilisent plutôt un liquide épais à la place des embrayages pour créer la résistance nécessaire pour modifier le comportement des différentiels entre ouvert et verrouillé., En raison d’avoir moins de pièces mobiles qu’un LSD mécanique, les VLSD sont plus simples mais présentent également un éventail plus large d’avantages et d’inconvénients en comparaison.
dans leur fonctionnement de base, l’effet est plus doux dans l’application que les LSD mécaniques, car la résistance augmente à l’unisson avec la vitesse à laquelle les roues se déplacent par rapport au boîtier différentiel – fournissant une augmentation très progressive.
Les Vlsd sont également capables de diriger le couple plus efficacement vers la roue qui a plus de traction., Parce que le fluide agit pour être résistant à la vitesse, si jamais une roue perd de la traction et tourne, la différence de vitesse entre les deux roues à l’intérieur du différentiel crée plus de résistance sur la roue en mouvement plus lent – canalisant plus de couple de l’arbre d’entraînement vers elle.
Les Vlsd deviennent moins efficaces avec une utilisation prolongée, car le fluide chauffe, il devient moins viscose et offre moins de résistance. Il ne peut pas non plus se verrouiller aussi complètement qu’un LSD mécanique en raison d’un fluide incapable de fournir une résistance absolue dans un espace adéquat.,
un inconvénient des LSD mécaniques et visqueux est que le système ne canalise pas toujours efficacement le couple dans les virages à grande vitesse, car il peut interpréter la roue extérieure plus rapide comme une perte de traction. Il dirige ensuite le couple vers la roue intérieure, générant un survirage / sous-virage au moment opposé au moment où il est nécessaire.
différentiel Torsen:
le différentiel Torsen (à détection de couple) utilise un engrenage intelligent pour produire le même effet qu’un différentiel à glissement limité sans avoir besoin d’embrayages ou de résistance au fluide.,
Il y parvient en ajoutant une couche d’engrenage à vis sans fin à la configuration traditionnelle d’un différentiel ouvert. Ces ensembles d’engrenages à vis sans fin agissant sur chaque essieu fournissent la résistance requise pour permettre le transfert de couple, ce qu’il réalise ensuite en ayant les engrenages à vis sans fin en maille constante les uns avec les autres via des engrenages droits connectés.
Le premier et deuxième images montrent les trois paires de ver engrenages en prise avec chaque moitié de l’axe, avec les engrenages à la fin de chaque vers reliant les paires., C’est cette connexion qui transfère le couple d’une roue à l’autre, une fois qu’un essieu commence à tourner plus vite que l’autre. Alors que les première et deuxième images sont de la conception originale de torsen, la troisième image est de la deuxième version du différentiel de Torsen. La nouvelle conception a repositionné les engrenages worms pour qu’ils soient en ligne avec les essieux tout en effectuant la même action mécanique. Chaque engrenage à vis sans fin est toujours en contact avec sa paire, et un seul côté de l’essieu avec des espaces dans l’engrenage enlevant la maille avec l’autre côté.,
Le maillage constant entre les deux côtés du différentiel a l’avantage supplémentaire de transférer le couple immédiatement, le rendant extrêmement réactif à l’évolution des conditions de route et de conduite.
alors qu’un différentiel ouvert doit toujours diviser son couple 50/50 entre chaque roue, le différentiel Torsen est capable de diriger un plus grand pourcentage de couple à travers une roue en fonction des rapports des engrenages., Cela supprime la limitation de puissance que les différentiels ouverts souffrent parce que la quantité de couple disponible n’est pas limitée par la quantité de traction dans l’une ou l’Autre roue.
En outre, l’engrenage peut également être usiné de manière à conférer un rapport de résistance différent lors de l’accélération et de la décélération de la même manière qu’un différentiel à glissement limité à un et demi.,
tout cela est réalisé mécaniquement sans que l’utilisation de l’électronique ou de toute forme de pièce périssable ne soit sacrifiée pour le frottement, et dans l’ensemble, le différentiel Torsen est le système mécanique supérieur qui combine les principaux avantages de tous les types de différentiels précédents énumérés.,
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différentiel actif:
très similaire à un différentiel à glissement limité, le différentiel actif utilise toujours des mécanismes pour fournir la résistance nécessaire au transfert du couple d’un côté à l’autre – mais plutôt que de
le différentiel actif peut utiliser l’électronique pour modifier artificiellement les forces mécaniques que subit le système en changeant les conditions de conduite., Cela les rend contrôlables et donc programmables, et en utilisant une gamme de capteurs à travers le véhicule, un ordinateur peut détecter automatiquement les roues motrices vers lesquelles diriger l’alimentation et quand.
cela améliore considérablement les performances, en particulier sur des surfaces routières imparfaites, et est particulièrement apprécié par les pilotes de rallye dont les voitures subissent des conditions de conduite en évolution rapide et ont besoin d’un système capable de suivre leurs réglages Continus sur le véhicule.,
différentiel de vectorisation de couple:
Le TVD pousse encore plus loin ce système amélioré électroniquement en l’utilisant pour manipuler l’angle, ou vecteur, du véhicule dans et hors des virages en encourageant des roues spécifiques à recevoir plus de couple à des moments clés – améliorant les performances en virage.
en activant l’embrayage opposé à ce qu’un LSD à entraînement purement mécanique engagerait normalement, vous pouvez utiliser l’effet pour aider à la direction tout en réduisant davantage la puissance, en surmontant les lacunes du système LSD.,
à l’entrée du virage, un LSD à plusieurs voies exerce une résistance aux deux roues pour bloquer au moins partiellement l’essieu et le stabiliser au freinage-qui est ensuite relâché lorsque la vitesse des roues diminue et que le véhicule tourne, permettant aux roues de tourner à différentes vitesses .
cependant, au lieu de relâcher la résistance sur les deux roues, un TVD continue d’activer l’embrayage sur la roue extérieure uniquement – augmentant la résistance ressentie par cette roue et rendant le système canalisant plus de couple à travers elle., Ce déséquilibre de puissance vers l’extérieur encourage le véhicule à se transformer en virage plus net et à réduire le sous-virage.
en continuant à appliquer cette résistance à travers le virage, lorsque le véhicule passe le sommet et commence à accélérer, il continuera à remplacer un multiway normal-LSD – qui interpréterait à nouveau la roue extérieure se déplaçant plus rapidement comme glissant et détournerait le couple pendant l’accélération vers la roue intérieure, qu’il perçoit comme ayant plus d’adhérence.,
avec le TVD exerçant plus de résistance sur l’embrayage des roues extérieures, il incite le système à détourner plus de couple à travers lui – augmentant la quantité de puissance qui peut être appliquée et réduisant le sous-virage subi sous l’accélération en virage.
la flèche jaune met en évidence le transfert de couple se produisant à travers le coin, généré par la résistance artificielle exercée par le TVD sur la roue extérieure. Cela permet une plus grande accélération hors du virage tandis que la capacité de virage de la voiture est augmentée.,
un différentiel à Vectorisation de couple est capable de canaliser 100% du couple disponible à travers une seule roue lorsque cela est nécessaire dans les circonstances les plus extrêmes.
l’inconvénient du système est qu’il est très compliqué et très coûteux, et généralement utilisé uniquement pour les applications de course/piste pour son potentiel de virage à grande vitesse.
chaque système a ses avantages et ses inconvénients, et bien que les systèmes les plus compliqués soient généralement supérieurs, ils ont un coût attaché qui dépasse de loin les systèmes les plus simples.,
comme pour tout ce qui concerne l’automobile, le bénéfice que vous tirerez de chaque système dépend de ce que vous ferez exactement avec votre véhicule et de ce dont vous avez besoin pour que votre différentiel soit capable. Vous n’aurez pas beaucoup besoin d’un différentiel de vectorisation de couple lorsque vous visiterez le supermarché local, à moins que vous ne vous imaginiez dans la prochaine WRC et que vous puissiez vous permettre les amendes – mais vous voudrez peut-être un différentiel de verrouillage Si vous vivez dans un endroit rural mieux accessible par un véhicule Tout-terrain.