Un différentiel joue un rôle essentiel pour pousser ou tirer une voiture en ligne droite et la déplacer efficacement et confortablement dans un virage. Fondamentalement, c'est un dispositif qui permet aux deux côtés d'un essieu de fonctionner à des vitesses différentes. Selon la direction dans laquelle la voiture tourne et sa configuration avant, arrière ou à traction intégrale, elle répartit la puissance de la transmission aux roues.
Sans différentiel, tourner serait assez ennuyeux. Lorsqu'une voiture tourne, la roue extérieure et la roue intérieure tournent à des vitesses différentes. La roue extérieure tourne plus vite car elle a un chemin légèrement plus long à emprunter que la roue intérieure. Sans différentiel pour trier la puissance entre les deux pneus, ainsi que pour tenir compte de la différence de vitesse lorsque la puissance n'est pas appliquée, cela créerait beaucoup de bruit de pneu car le pneu intérieur tournerait plus vite que nécessaire . L'absence de différentiel augmenterait également considérablement le rayon de braquage du véhicule, faisant de quelque chose d'aussi simple que de traverser un parking étroit une douleur majeure dans le cou.
Heureusement, plus de 100 ans de recherche et développement automobile ont contribué à affiner et à moderniser continuellement les différentiels pour faciliter la conduite et même augmenter la traction dans certains scénarios, comme sur piste dans les sports automobiles. Ils aident également hors route en garantissant que les camions peuvent franchir facilement de grands obstacles. Discutons non seulement de ce qu'est un différentiel et de son fonctionnement, mais aussi des différents types courants qui existent.
Un différentiel prend la puissance provenant du moteur via la transmission et la répartit entre les roues qu'il est chargé de contrôler. Dans une voiture à traction avant, le différentiel et la transmission forment une seule unité, appelée boîte-pont. Dans les voitures à traction arrière, la configuration la plus courante a le moteur et la transmission à l'avant avec le différentiel à l'arrière pour répartir la puissance entre les deux roues arrière.
Dans une voiture à traction intégrale ou à quatre roues motrices, la méthode la plus courante de répartition de la puissance se fait via une boîte de transfert fixée à la transmission, qui envoie une certaine quantité de puissance aux roues arrière et le reste à les roues avant. Certains ont des paramètres pour modifier la quantité d'énergie utilisée, mais c'est un blog pour un autre jour.
Les boîtes-ponts ne sont pas seulement destinées à la traction avant, car elles existent également dans les voitures à traction arrière. Tout dépend de l'équilibre de poids et de l'emballage conçus par le fabricant. La dernière Aston Martin Vantage a son V8 biturbo de 4,0 litres à l'avant, mais la transmission et le différentiel arrière sont enfermés dans une boîte-pont. Tout comme la voiture de course Lexus RC F GT3. Le moteur de la Porsche 911 est derrière les roues arrière et la boîte-pont se trouve devant elle entre les roues arrière. Sauvage, non ?
La méthode la plus simple pour expliquer cela consiste à regarder une voiture à propulsion arrière. Le mouvement de rotation de l'arbre de transmission se dirige vers le pignon d'entrée à l'intérieur du boîtier de différentiel. Cela fait tourner une couronne dentée à laquelle le différentiel lui-même est attaché, qui ensuite, à travers une série d'engrenages, fait tourner les arbres de transmission arrière. Le rapport entre le pignon d'entrée et la couronne dentée est le rapport de démultiplication final, également appelé rapport de pont arrière. Si le rapport de démultiplication final est de 3,73 axé sur les performances (du moins en ce qui concerne les BMW du début des années 2010), cela signifie que la couronne dentée a 3,73 fois plus de dents que le pignon d'entrée.
Toutes choses étant égales par ailleurs, comme la même transmission manuelle à 6 vitesses de la BMW 128i 2011, le régime sera plus élevé dans chacun des rapports de transmission qu'avec un rapport de démultiplication final de 3,23. Cependant, il existe d'autres facteurs en jeu pour les déterminer, tels que le changement de l'engrenage de transmission.
Il existe trois types courants de différentiels :ouverts, à glissement limité et verrouillés.
Un différentiel ouvert est le type le plus courant et le moins coûteux à produire. Essentiellement, il répartit la puissance entre les roues motrices, bien qu'en cas de patinage, plus de puissance soit envoyée à la roue qui patine et qui a moins de traction. C'est un peu comme l'électricité, car elle emprunte toujours le chemin de moindre résistance. On y remédie souvent avec l'antipatinage électronique, bien que ce ne soit pas toujours le moyen le plus efficace d'améliorer la traction.
D'autre part, un différentiel à glissement limité (LSD) oriente la puissance vers le pneu avec plus de traction ou de résistance, faisant ainsi un meilleur travail pour sortir d'un scénario à faible traction, comme éclabousser dans une flaque d'eau ou conduire sur une parcelle de glace.
Un différentiel bloqué commence comme un différentiel ouvert, mais lorsqu'il est actionné via un système électrique ou pneumatique, il répartit la puissance de manière égale, 50/50, entre les deux roues motrices. C'est bon pour maintenir l'entraînement du pneu avec traction, ou même si une roue est suspendue au sol. La roue qui est en contact avec le sol propulsera toujours le véhicule vers l'avant.
Cependant, lorsqu'il est verrouillé, le rayon de braquage du véhicule est considérablement élargi et les pneus attachés au différentiel verrouillé sautillent et gazouillent, car ils tournent à la même vitesse. Lorsqu'il est déverrouillé, le différentiel permet les différentes vitesses de roue qui se produisent lors des virages et revient aux propriétés d'un différentiel ouvert.
Un différentiel soudé, qui n'est vraiment courant qu'en dérive, est comme un différentiel verrouillé qui ne peut pas être déverrouillé. Les roues motrices ont toujours une répartition 50/50 de la puissance, ce qui est bon pour créer des épuisements et entraîner la voiture dans une dérive, mais encore une fois, cela peut devenir ennuyeux lors de virages dans des scénarios sans dérive.
Il existe deux types courants de différentiels à glissement limité à discuter :le type à embrayage et le type mécanique (également connu sous le nom de différentiel à glissement limité hélicoïdal). Il y a aussi le type visqueux, mais nous le garderons pour un futur blog.
Le type à embrayage est généralement destiné à une utilisation sur piste uniquement et se présente sous la forme de variantes à sens unique, à sens unique et demi ou à deux sens. Par type d'embrayage, nous entendons qu'il y a des packs d'embrayage à l'intérieur du différentiel pour se verrouiller ensemble et envoyer des quantités égales de puissance à chacune des roues arrière. Le taux auquel les disques d'embrayage se verrouillent et envoient des quantités égales de puissance à chaque roue est appelé le taux de blocage. En règle générale, plus le taux de verrouillage est élevé, plus les entrées doivent être précises et habiles.
Un différentiel unidirectionnel bloque les roues arrière en accélération. Un différentiel bidirectionnel bloque les roues arrière en accélération et en décélération. Un différentiel à un virgule cinq voies est un terrain d'entente avec un taux de blocage moins sévère.
Un différentiel mécanique à glissement limité utilise des engrenages au lieu d'embrayages pour transférer la puissance à la roue avec plus de traction, puis la recule à mesure que la traction augmente, que la résistance diminue et que le glissement se dissout. Les types courants de différentiels hélicoïdaux sont le Torsen (abréviation de détection de couple) et le Wavetrac, chacun utilisant ses propres méthodes uniques et brevetées pour limiter le glissement.
Il y a tellement de variétés et de nuances parmi lesquelles choisir, tout dépend donc de l'application. La beauté d'un casier (terme courant pour un différentiel à blocage) est que le conducteur l'actionne lorsqu'il se verrouille. Cependant, tous les casiers ne sont pas identiques, car certains se déverrouilleront si le véhicule recule, tandis que d'autres resteront activés.
En ce qui concerne les différentiels à glissement limité, le type mécanique est le plus courant en ce qui concerne ce que les consommateurs peuvent acheter dans la salle d'exposition. Cependant, ils commencent à manquer de performances lorsqu'il s'agit de fournir la puissance au tarmac aussi efficacement que possible, c'est là que le différentiel de type embrayage entre en jeu. Les différentiels de type embrayage, cependant, nécessitent un entretien impliquant le remplacement des embrayages, alors que généralement le seul entretien requis par les différentiels mécaniques est un changement de liquide.
Mais alors, certains différentiels à glissement limité se verrouillent électroniquement, ce qui signifie que si quelqu'un veut mettre un épuisement enfumé en sortant d'un virage dans un scénario de conduite sur piste et de performance, le différentiel à verrouillage électronique le fera plus efficacement qu'un diff mécanique conventionnel . Un bon exemple de cela est le différentiel Active M de BMW, qui utilise diverses entrées telles que l'entrée de l'accélérateur, le taux de lacet, la vitesse des roues et la vitesse globale pour déterminer le meilleur moment pour verrouiller le différentiel pour des performances optimales.
Encore une fois, quelle que soit la conception de chaque différentiel, l'idée est d'envoyer de la puissance à l'une des roues motrices fixées à l'essieu avant ou arrière. Certains sont plus axés sur le confort et le coût (jeu de mots), tandis que d'autres sont axés sur des performances optimales. Ensuite, il y a un grand terrain d'entente qui possède un certain équilibre entre les deux.
Si tout cela n'est pas encore clair, n'ayez crainte, nos collègues des médias récurrents chez Donut Media assembler une excellente vidéo qui est une démonstration visuelle impressionnante du fonctionnement d'un différentiel.
Enfin, regardez cette vidéo de Engineering Explained pour acquérir un peu plus de connaissances visuelles sur les différences entre un différentiel à glissement limité de type embrayage et hélicoïdal :
