Différentiel à glissement limité (LSD) – Un élément essentiel pour améliorer la tenue de route en virage

Différentiel à glissement limitéLe différentiel à glissement limité (LSD) est une caractéristique utilisée dans les automobiles.Système de transmissionUne technologie clé permet de modifier la vitesse de rotation des roues motrices intérieures et extérieures en virage. Ceci améliore la traction et la stabilité dans diverses conditions routières, optimisant ainsi la tenue de route en virage.

Lorsqu'on tourne à un certain angle, les bagues intérieure et extérieure décrivent des rayons différents. Naturellement, la bague extérieure doit parcourir une plus grande distance et tourner plus vite que la bague intérieure. Autrement (à vitesse égale), la bague intérieure patinerait et consommerait trop d'énergie, ce qui l'empêcherait de tourner correctement. En résumé, un différentiel est un mécanisme qui permet…Différence de rotationL'organisation.

Les différentiels ouverts traditionnels permettent aux roues de tourner à des vitesses différentes, mais lorsqu'une roue patine, la majeure partie de la puissance est transférée de ce côté, ce qui entraîne une perte d'adhérence de l'autre roue.Différentiel à glissement limitéEn limitant ce glissement, la puissance est répartie plus uniformément entre les deux roues, améliorant ainsi la maniabilité et la sécurité du véhicule.

Les différentiels à glissement limité sont largement utilisés danscoursesLes différentiels à glissement limité sont utilisés dans les véhicules tout-terrain et les véhicules hautes performances. Leur développement remonte au début du XXe siècle et a évolué parallèlement aux progrès de l'industrie automobile. Cet article explore les grandes étapes historiques et la chronologie des différentiels à glissement limité, en présentant les modèles à embrayage et à engrenages. Un schéma chronologique illustre les principales phases de leur développement. L'évolution des différentiels à glissement limité témoigne non seulement de l'innovation technique, mais contribue également au progrès de l'industrie automobile. Grâce à une analyse approfondie de leur structure, de leurs principes de fonctionnement, de leurs avantages, de leurs inconvénients et de leurs applications, nous comprenons comment cette technologie s'est étendue de la compétition aux véhicules de tous les jours et continue de jouer un rôle essentiel à l'ère de l'électrification et de l'intelligence embarquée.

Le principe de base d'un différentiel à glissement limité repose sur le frottement et les mécanismes d'engrenages. Lorsqu'un véhicule roule en ligne droite, les roues des deux côtés tournent à la même vitesse et le différentiel fonctionne comme un système ouvert. Cependant, en cas de différence de vitesse dans les virages ou sur des surfaces glissantes, le différentiel à glissement limité intervient, limitant l'écart de vitesse et redistribuant le couple. Ceci améliore la traction, réduit l'usure des pneus et la consommation d'énergie. Dans les véhicules modernes, les différentiels à glissement limité sont souvent intégrés à des systèmes de commande électroniques (tels que…).ABSetÉCHAPCette intégration permet une gestion de l'énergie plus précise. La discussion débutera par un historique de cette technologie et se poursuivra étape par étape.

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Développement historique et étapes importantes

Le concept de différentiel à glissement limité trouve son origine dans les améliorations apportées aux différentiels traditionnels. Si les différentiels eux-mêmes remontent à l'Antiquité, le différentiel à glissement limité moderne est un produit du XXe siècle. Nous détaillerons ci-dessous ses principales périodes et étapes historiques, depuis ses origines jusqu'aux innovations les plus récentes.

• Fin du XIXe siècle - début du XXe siècle : Jeter les bases des différentiels
  Le différentiel a été inventé en 1827 par l'ingénieur français Onésiphore Pecqueur pour les véhicules à vapeur. En 1897, un ingénieur britannique…James StarleyCette technologie fut appliquée aux bicyclettes et aux automobiles. Cette période jeta les bases des principes fondamentaux des différentiels, mais le problème du patinage demeurait entier. Des dispositifs différentiels similaires, comme le mécanisme d'Anticythère, furent mentionnés par les Grecs anciens dès 100-70 avant notre ère, mais leur application concrète aux automobiles n'eut lieu qu'à la fin du XIXe siècle. Ces premiers modèles, à conception ouverte, ne permettaient pas de gérer le patinage d'une seule roue, ce qui nécessita de nouvelles innovations.

• Années 1930 : La naissance du différentiel à glissement limité
  En 1932, un ingénieur automobileFerdinand PorschePorsche a conçu le concept de différentiel à glissement limité pour les voitures de course Auto Union afin d'améliorer leur stabilité en virage. Les moteurs puissants entraînaient un patinage excessif des roues arrière jusqu'à 160 km/h, ce qui a incité Porsche à charger ZF Friedrichshafen AG de développer une solution. En 1935, ZF obtint un brevet, marquant la naissance officielle du différentiel à glissement limité. Principalement utilisé en compétition à cette époque, il remédiait aux défauts des différentiels ouverts sur chaussée mouillée. Le système « à goupille coulissante et came » de ZF fut appliqué aux véhicules militaires Volkswagen pendant la Seconde Guerre mondiale, tels que le Kübelwagen et le Schwimmwagen. Bien qu'il s'agisse à proprement parler d'un système à roue libre, il a jeté les bases des différentiels à glissement limité.

• Années 1950 : Commercialisation et popularisation
  Dans les années 1950, des constructeurs automobiles américains comme Packard et Studebaker ont commencé à équiper leurs véhicules de série de différentiels à glissement limité. En 1956, Packard a lancé le système Twin Traction, l'un des premiers exemples de commercialisation. Durant cette période, les différentiels à glissement limité se sont répandus des voitures de course aux véhicules civils, notamment les modèles à propulsion. En 1957, General Motors (GM) a introduit le système Positraction pour Chevrolet, suivi par le Safe-T-Track de Pontiac, l'Anti-Spin d'Oldsmobile, le Traction-Lok de Ford et le Sure-Grip de Chrysler. Ces systèmes ont connu un grand succès à l'époque des muscle cars, et le terme Positraction s'est popularisé.

• Années 1960-1970 : Diversification des types et progrès technologique
  Dans les années 1960, les différentiels à glissement limité à disques (comme le type à embrayage multidisque) étaient largement utilisés sur les muscle cars, telles que la Chevrolet Corvette. Dans les années 1970, Gleasman développa des différentiels à glissement limité à engrenages (comme le type Torsen), en privilégiant la répartition du couple. Cette période a vu l'intégration initiale de commandes électroniques, améliorant ainsi la précision. En 1958, Vernon Gleasman breveta le différentiel à glissement limité Torsen, marquant le début de l'application pratique des différentiels à engrenages.

• Années 1980-1990 : Électronique et applications hautes performances
  Dans les années 1980,Audi QuattroLe système intègre une transmission intégrale permanente, associée à un différentiel à glissement limité. Dans les années 1990, des différentiels à glissement limité électroniques (LSD électroniques) ont fait leur apparition, tels que…BMWLe système DSC. Durant cette période, les différentiels à glissement limité sont devenus un équipement de série sur les voitures hautes performances. En 1982, Torsen a commencé à le commercialiser pour l'Audi Quattro et…Subaru Impreza WRX STIEn 1996, AAM a lancé la série TracRite pour améliorer la traction.

• Des années 2000 à nos jours : Innovation moderne et électrification
  Dans les années 2000, les différentiels à glissement limité intégraient les systèmes ABS et ESC. Ces dernières années, avec l'essor des véhicules électriques, comme le système bimoteur de Tesla, la fonctionnalité du différentiel à glissement limité a été simulée. Dans les années 2020, les véhicules hybrides ont optimisé davantage la technologie du différentiel à glissement limité pour prendre en charge le freinage régénératif. Les modèles à commande électronique, tels que le DCCD de la Subaru Impreza WRX STI, permettent un réglage par le conducteur.

Période	Jalon	Principaux contributeurs/applications	Développement de types
1827-1897	L'invention fondamentale du différentiel	Onésiphore Pecqueur, James Starley	Fondements du différentiel ouvert
1932-1935	Naissance et brevets du concept de différentiel à glissement limité	Ferdinand Porsche, ZF	Premier modèle à glissement limité, application de course
1956-1957	applications commerciales	Packard Twin Traction, GM Positraction	Avec la généralisation des véhicules civils, les freins à disque commencent à être utilisés.
1958-années 1970	Les brevets de Torsen basés sur les engrenages et la diversification	Vernon Gleasman, Chevrolet	Différenciation des disques et des engrenages
années 1980-1990	Intégration électronique et transmission intégrale	Audi Quattro, BMW DSC	Le différentiel à glissement limité électronique apparaît
années 1996-2000	TracRite avec optimisation moderne	AAM, Tesla	Intégration des systèmes ADAS pour l'adaptation aux véhicules électriques
Années 2020 à aujourd'hui	Électrification et intégration de l'IA	Subaru DCCD, grands constructeurs automobiles	Système de glissement limité intelligent

Les différentiels à glissement limité, initialement développés pour la compétition automobile, se sont étendus aux applications civiles, palliant les défauts des différentiels ouverts. Par exemple, en Formule 1, la Lancia D50 était équipée d'un différentiel à glissement limité dans les années 1950 afin d'améliorer sa tenue de route en virage.

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Types de LSD

On distingue généralement les différentiels à détection de différentiel rotationnel et les différentiels à détection de couple. Le choix du type dépend du système de transmission du véhicule et de son utilisation prévue. Un exemple typique de différentiel à détection de différentiel rotationnel est le différentiel visqueux (l'huile de silicone est scellée à l'intérieur du viscocoupleur, et la force de cisaillement de l'huile assure la limitation du différentiel), particulièrement répandu sur les véhicules à traction avant. Ce type de différentiel est surtout efficace sur les surfaces très basses, comme la neige, où la différence de rotation entre les roues gauche et droite est importante.

Les systèmes de détection de couple sont couramment utilisés dans les voitures à propulsion (moteur avant, roues arrière motrices). Bien qu'il existe de nombreux types de systèmes, ceux utilisés dans les voitures de sport à propulsion exploitent généralement la résistance de surface des dents de plusieurs combinaisons d'engrenages (différentiel à glissement limité, etc.).TorsenLe type dominant est le « type ».

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Différentiel à glissement limité de type disque (LSD de type embrayage)

Les différentiels à glissement limité à disques, également appelés différentiels à glissement limité à embrayage ou à disques multiples, sont parmi les plus courants. Leur fonction principale consiste à utiliser des disques d'embrayage pour limiter le patinage. Ce qui suit détaille leur structure, leur principe de fonctionnement, leurs avantages, leurs inconvénients et leurs applications, et aborde les sous-types tels que les différentiels à une voie, à une voie et demie et à deux voies.

Analyse structurale
Les différentiels à glissement limité à disques sont basés sur des différentiels ouverts, auxquels on ajoute un embrayage multidisque. Leur structure typique comprend :

• Carter de différentiel : Il abrite le train d’engrenages et se connecte à l’arbre d’entrée.
• Engrenages latéraux : relient les demi-arbres gauche et droit.
• Engrenages planétaires : permettent des vitesses différentielles.
• Ensemble de disques d'embrayage : disques intérieur et extérieur alternés, le disque intérieur étant relié au carter de différentiel et le disque extérieur à la roue dentée latérale. On utilise généralement un disque d'embrayage mince, dont une moitié est reliée à un arbre de transmission et l'autre moitié à un porte-satellites.
• Ressorts de précharge : assurent une friction initiale.
• Mécanisme à rampe ou à came : il actionne l’embrayage en cas de différence de couple. Un pignon satellite est monté sur un axe et positionné dans une rainure biseautée pour former une rampe à came.

Par exemple, dansEatonDans le système Posi-Traction de l'entreprise, les disques d'embrayage sont en fibre de carbone ou en métal, ce qui leur confère une excellente résistance à la chaleur. Les disques d'embrayage peuvent être présents sur deux arbres de transmission ou sur un seul ; dans ce dernier cas, les autres arbres sont reliés par des satellites. Les différentiels à glissement limité (LSD) sont des LSD mécaniques à structure multidisque. Bien que ce type de LSD ne soit plus produit en série, il demeure un composant essentiel en sport automobile. En effet, le rapport de démultiplication du couple est obtenu en modifiant l'angle de came de la bague de pression et en sélectionnant le nombre de disques d'embrayage en fonction de l'application. Le couple initial étant librement réglable, la limitation du différentiel offre une excellente réactivité. (Rapport de démultiplication du couple = Couple côté différentiel haut ÷ Couple côté différentiel bas)

Un rapport de répartition du couple plus élevé permet une meilleure répartition du couple entre les roues motrices intérieures et extérieures, et peut améliorer la traction et l'adhérence des pneus. Les différentiels à glissement limité (LSD) produits en série ont généralement des rapports de répartition du couple compris entre 2,0 et 3,0.

Principe de fonctionnement
Lorsque les roues tournent normalement et que le couple est équilibré, les disques d'embrayage subissent un léger frottement, autorisant un faible patinage. Lorsqu'une roue patine (par exemple sur chaussée verglacée ou enneigée), la différence de couple provoque un rapprochement des disques d'embrayage par le mécanisme à cames, augmentant ainsi le frottement et transférant davantage de couple à la roue qui adhère. Le frottement peut atteindre plusieurs fois la valeur de précharge, avec un rapport de glissement limité typique de 1,5:1 à 3:1.

Lors de l'accélération, les différentiels à glissement limité (LSD) à disques sont plus efficaces car les disques d'embrayage sont comprimés sous la charge. Lors de la décélération, certains modèles (comme les différentiels unidirectionnels) ne s'engagent pas afin d'éviter une surstabilisation. Le couple de glissement limité Trq_d est proportionnel au couple d'entrée ; plus le couple d'entrée est élevé, plus l'engagement de l'embrayage est important. Physiquement, cela dépend du coefficient de frottement μ et de la force normale N, la force de frottement F étant égale à μN.

La classification par sous-type est basée sur la symétrie de la pente :

• 2 voiesLa rampe est symétrique, offrant le même couple de freinage (Trq d) pour l'accélération et la décélération, ce qui la rend adaptée à la course et assure la stabilité du frein moteur.
• Sens uniqueLa pente est verticale d'un côté (80–85°), efficace uniquement en phase d'accélération, et ouverte de l'autre. Elle convient aux véhicules à traction avant pour éviter le survirage.
• 1,5 voiesLa pente est asymétrique, avec le Trq avant d_fwd > le Trq arrière d_rev, mais les deux sont non nuls, fournissant un équilibre intermédiaire.

Avantages et inconvénients
avantage:

• Il possède un temps de réponse rapide et convient à la course et au tout-terrain.
• Le coût est relativement faible et le frottement est facile à régler (en remplaçant les disques d'embrayage).
• Il est doté d'un différentiel à glissement limité réglable et maintient même la puissance délivrée lorsque les roues ne touchent plus le sol.

défaut:

• Les disques d'embrayage s'usent et nécessitent un entretien régulier ; ils peuvent devoir être remplacés tous les 60 000 miles.
• Les performances diminuent à haute température, ce qui peut provoquer du bruit ou des vibrations.
• Dans des conditions extrêmes, la surchauffe peut entraîner une panne.

Exemples d'application
Les différentiels à glissement limité de type disque sont largement utilisés dans les véhicules à propulsion arrière, tels que lesFord MustangLe système Track Pack. Dans le domaine de la course automobile, par exemple...NASCARLes différentiels à glissement limité (LSD) à disques hautes performances sont utilisés pour améliorer la vitesse en virage. Ces dernières années, des LSD à disques à assistance électronique (tels que...) ont été développés.Mercedes-AMGLe système intègre des capteurs pour ajuster dynamiquement le frottement. Il est appliqué aux voitures de sport telles que...Chevrolet CorvettePour améliorer la sécurité routière en hiver.

Les différentiels à glissement limité (LSD) à disques se déclinent en plusieurs variantes, notamment les modèles à embrayage conique. Ces derniers utilisent des éléments coniques au lieu de disques d'embrayage pour générer du frottement par enclenchement. En cas de différence de vitesse, la roue dentée conique exerce une pression sur le carter, générant un couple de frottement qui limite le patinage rapide. Ce couple limiteur dépend de l'angle du cône et est lui-même limité par les dimensions du carter.

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Différentiel à glissement limité (LSD) de type engrenage

Les différentiels à glissement limité à engrenages, également appelés différentiels à détection de couple ou différentiels de type Torsen, utilisent des engrenages plutôt que le frottement pour répartir le couple. Le différentiel Torsen de Gleason en est un exemple.

Analyse structurale
Le différentiel à glissement limité de type engrenage ne comporte pas de disque d'embrayage et possède une structure purement mécanique.

• Engrenages à vis sans fin : Composant principal, constitué d'une vis sans fin reliée à une roue dentée latérale et d'une vis sans fin reliée au carter.
• Engrenages latéraux et engrenages planétaires : similaires aux engrenages ouverts, mais avec des engrenages de répartition de couple supplémentaires.
• Carter et arbre de sortie : assurez-vous de l’engrènement des engrenages.

Le système Torsen utilise des engrenages hélicoïdaux, où la résistance des engrenages répartit automatiquement la puissance en cas de différence de couple. Parmi les variantes, on trouve le Torsen T-1 (breveté en 1958) et le T-2 (conçu en 1984, compatible avec les arbres à clips en C).

Principe de fonctionnement
Les différentiels à glissement limité à engrenages exploitent le principe irréversible des engrenages. En conduite normale, les engrenages tournent librement, permettant une différence de vitesse. Lorsqu'une roue patine, la différence de couple engendre une résistance au niveau de la vis sans fin, transférant ainsi le couple à l'autre roue. Le rapport de glissement est fixe, généralement compris entre 2:1 et 5:1, selon l'angle d'engrenage.

Contrairement à la distribution de couple par disque, la distribution de couple par engrenages est efficace aussi bien à l'accélération qu'à la décélération (distribution bidirectionnelle) et ne présente aucun problème d'usure. Le rapport de distribution du couple est déterminé par la conception des engrenages et ne nécessite aucun contrôle externe. Physiquement, la répartition du couple est basée sur le frottement des engrenages et la force de séparation, et le couple de référence (Trqd) augmente avec le couple d'entrée.

Avantages et inconvénients
avantage:

• Il ne présente ni frottement ni usure, une longue durée de vie et nécessite un entretien minimal.
• Son fonctionnement est fluide et silencieux, ce qui le rend adapté à une utilisation quotidienne.
• Il reste stable sous des charges élevées et soutenues, comme lors de longs trajets hors route.

défaut:

• Sa fabrication est coûteuse et complexe.
• Le coefficient de glissement est fixe et difficile à régler.
• Lorsque l'adhérence est totalement perdue (par exemple lorsqu'une roue est suspendue dans le vide), ses performances ne sont pas aussi bonnes que celles d'un disque.

Exemples d'application
Les différentiels à glissement limité à engrenages sont couramment utilisés dans les véhicules à quatre roues motrices, comme le différentiel central de l'Audi Quattro. On les retrouve également dans les véhicules tout-terrain, tels que…Toyota Land CruiserUtilisez un différentiel Torsen pour améliorer les capacités tout-terrain. Les véhicules hautes performances tels que…Porsche 911L'association d'un différentiel à glissement limité à engrenages et d'un système électronique permet d'optimiser la distribution de puissance. Parmi les autres applications, on peut citer…Ford Focus RSLes systèmes Quaife ATB et Eaton Truetrac sont disponibles pour les pick-ups 4x4.

Les engrenages à denture hélicoïdale, qui utilisent l'engrènement de deux planétaires (un à gauche et un à droite) pour générer une friction limitant la vitesse de rotation du côté le plus rapide en cas de différence de vitesse, sont des variantes utilisées dans des véhicules comme le Suzuki Escudo.

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Comparaison des types de disques et d'engrenages

Les différentiels à glissement limité à disque et à engrenages ont chacun leurs propres caractéristiques :

• efficacitéLes freins à disque offrent une réponse plus rapide et conviennent à une conduite sportive ; les freins à engrenages offrent une conduite plus souple et conviennent aux longs trajets.
• DurabilitéLes embrayages à engrenages présentent l'avantage évident de ne pas s'user ; les embrayages à disques nécessitent un entretien.
• Coût et applicationLe type à disque est plus économique et utilisé dans les véhicules à propulsion arrière ; le type à engrenages est haut de gamme et utilisé dans les systèmes à quatre roues motrices.
• Tendances futuresLes deux technologies évoluent vers l'électronification, par exemple avec l'association d'eLSD et de capteurs.

Tableaux comparatifs :

Éléments de comparaison	Différentiel à glissement limité à disque	Différentiel à glissement limité à engrenages
Mécanisme central	Disque d'embrayage à friction	engrenage à vis sans fin
Rapport de glissement limité	Réglable (1,5-3:1)	Fixe (2-5:1)
avantage	Réponse rapide, faible coût, adaptable	Durable, silencieux et lisse
défaut	Usure, surchauffe, bruit	Coût élevé, ratio fixe, traction inférieure à zéro
Applications typiques	voitures de course, voitures à propulsion arrière	Véhicule tout-terrain à quatre roues motrices
exigences de maintenance	Haut (remplacement d'embrayage)	Faible (pas de pièces d'usure)
Réponse au couple	Augmenter en fonction du rapport de couple d'entrée	Répartition automatique du frottement des engrenages

Cette comparaison montre que les freins à disque sont adaptés aux exigences de haute performance, tandis que les freins à engrenages privilégient la fiabilité. Sur circuit, les freins à disque offrent un blocage 1:1, contrairement aux freins à engrenages qui ne permettent pas un blocage complet.

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Applications et perspectives d'avenir

Les différentiels à glissement limité sont indispensables dans les voitures modernes. Les voitures de course, par exemple...F1Les différentiels à glissement limité (LSD) de pointe permettent d'améliorer les temps au tour ; certains véhicules électriques, comme le Rivian R1T, simulent leur fonctionnement. On les retrouve notamment dans les voitures de sport, les véhicules tout-terrain, les voitures de rallye, de drift et de circuit. À l'avenir, avec l'essor de la conduite autonome, la technologie des différentiels à glissement limité intégrera l'intelligence artificielle pour ajuster dynamiquement leur répartition. Dans les véhicules électriques, les systèmes à double moteur peuvent simuler le glissement limité par logiciel, simplifiant ainsi la mécanique.

De son invention dans les années 1930 à sa forme électronique actuelle, le différentiel à glissement limité a été témoin des progrès de l'ingénierie automobile. Les différentiels à disques et à engrenages ont répondu à différents besoins, stimulant ainsi le développement de l'industrie. Chronologie et graphiques permettent de retracer clairement ses étapes clés. À l'avenir, la technologie du différentiel à glissement limité continuera d'évoluer, s'adaptant à l'ère de l'électrique et de l'intelligence artificielle.

Lectures complémentaires :

• Un article largement diffusé en ligne affirme qu'un incident grave s'est produit sur la 13e rue à To Kwa Wan, contestant ouvertement l'autorité de la police.
• Que sont la puissance (chevaux-vapeur) et le couple, et où se situent-ils ?
• Un homme conduisant sous l'emprise de stupéfiants à Tsim Sha Tsui, roulant à contresens dans une course-poursuite digne de GTA pour échapper à la police, a finalement été appréhendé.
• 10 méthodes de modification efficaces pour améliorer la tenue de route d'une voiture