LSD限滑差速器的基本工作原理

    機械摩擦片式限滑差速器（LSD）是改裝車、賽車必備的改裝零件，LSD看起來結構復雜，但其實工作原理很好理解。左右兩組摩擦片組在熱敏差速器油的粘度變化中改變差速比，使操控變得得心應手，油門和方向的感覺更理想，更重要的是LSD是風靡全球的漂移賽車最核心的部分之一。

    各類差速器的特性比較：

    一．開式差速器

    切諾基的開式差速器的結構，是典型的行星齒輪組結構，只不過太陽輪和外齒圈的齒數是一樣的。在這套行星齒輪組里，主動輪是行星架，被動輪是兩個太陽輪。通過行星齒輪組的傳動特性我們知道，如果行星架作為主動軸，兩個太陽輪的轉速和轉動方向是不確定的，甚至兩個太陽輪的轉動方向是相反的。

    車輛直行狀態下，這種差速器的特性就是，給兩個半軸傳遞的扭矩相同。在一個驅動輪懸空情況下，如果傳動軸是勻速轉動，有附著力的驅動輪是沒有驅動力的，如果傳動軸是加速轉動，有附著力的驅動輪的驅動力等于懸空車輪的角加速度和轉動慣量的乘積。

    車輛轉彎輪胎不打滑的狀態下，差速器連接的兩個半軸的扭矩方向是相反的，給車輛提供向前驅動力的，只有內側的車輪，行星架和內側的太陽輪之間由等速傳動變成了減速傳動，駕駛感覺就是彎道加速比直道加速更有力。

    開式差速器的優點就是在鋪裝路面上轉行行駛的效果最好。缺點就是在一個驅動輪喪失附著力的情況下，另外一個也沒有驅動力。

    開式差速器的適用范圍是所有鋪裝路面行駛的車輛，前橋驅動和后橋驅動都可以安裝。

    二．限滑差速器

    限滑差速器用于部分彌補開式差速器在越野路面的傳動缺陷，它是在開式差速器的機構上加以改進，在差速器殼的邊齒輪之間增加摩擦片，對應于行星齒輪組來講，就是在行星架和太陽輪之間增加了摩擦片，增加太陽輪與行星架自由轉動的阻力力矩。

    限滑差速器提供的附加扭矩，與摩擦片傳遞的動力和兩驅動輪的轉速差有關。

    在開式差速器結構上改進產生的LSD，不能做到100％的限滑，因為限滑系數越高，車輛的轉向特性越差。

    LSD具備開式差速器的傳動特性和機械結構。優點就是提供一定的限滑力矩，缺點是轉向特性變差，摩擦片壽命有限。

    LSD的適用范圍是鋪裝路面和輕度越野路面。通常用于后驅車。前驅車一般不裝，因為LSD會干涉轉向，限滑系數越大，轉向越困難。

    三．鎖止式差速器（機械鎖止、電動鎖止、氣動鎖止）

    為了保證車輛在復雜的越野路況下的行駛性能，通過一定的機械結構把差速器鎖死，實現兩個半軸的同步轉動。通過行星齒輪組分析，就是把行星齒輪組的變速機構鎖死，保證行星架和太陽輪之間，以及兩個太陽輪之間的傳動比都是1：1。可以把太陽輪和行星架鎖止，可以把行星架和行星齒輪鎖死，還可以把兩個太陽輪鎖死。

    鎖止式差速器，在沒有鎖止的時候，其傳動特性與開式差速器完全相同，在鎖止的情況下，傳動比被固定為1：1。

    這種差速器的優點不言而喻，在越野路面提供了最大的驅動力，缺點是在差速器鎖止的情況下，車輛轉向極其困難；存在單車輪承受發動機100％的扭矩的可能，半軸會因為扭矩過大而變形或折斷；車輛在轉向的過程中，兩半軸承受相反的扭矩，如果兩側輪胎的附著力都很大，會扭斷半軸。另外這種差速器，在車輛行駛過程中執行鎖止動作會產生比較大的噪音。

    鎖止式差速器具備開式差速器的所有結構和特性，在未鎖止的情況下，應用范圍與開式差速器相同；在鎖止的情況下，只適合于低速行駛在非鋪裝路面，不能在鋪裝路面上行駛，否則會導致車輛損壞和轉向失控。

    這類差速器以ARB的氣動鎖止產品和Eaton的電動鎖止產品為代表。

    四．電子差速器鎖

    電子差速器鎖與上述的幾種相比，沒有改變開式差速器的結構和特性，而是利用ABS或EBD系統來執行單側制動打滑的車輪的動作，限制兩驅動輪的轉速差，保證兩個驅動輪都有動力。

    優點：安全性好，不會損壞車輛。缺點：需要ABS和EBD系統，造價昂貴；在嚴酷的越野環境下，電子產品的可靠性不如機械產品；單側車輪的驅動力，不如鎖止式差速器的大。

    這類差速器鎖，由于成本原因，一般只應用于高檔轎車和高檔的SUV。

    五．自動機械鎖止差速器

    這類差速器的基本結構和機械鎖止式差速器相同，不同的是，機械鎖止差速器的鎖止和解鎖，完全由駕駛員人工控制；自動機械鎖止式差速器則是根據路況自行鎖止和解鎖。它的鎖止檢測機構很精巧，檢測量有兩個，一個是差速器邊齒輪和差速器殼子之間的轉速差，另外一個就是差速器殼的轉速。

    鎖止條件：差速器殼體轉速不超過設定值（也就是車速低于設定值），變齒輪與差速器殼的轉速差超過設定值（左右車輪的轉速差太大），如果兩個條件都符合，就會觸發差速器的鎖止，正常行駛中的轉向不會引起它的鎖止。整個鎖止過程，車輪空轉的角度差不超過360度。

    解鎖條件：差速器殼轉速超過設定值（車速超過設定值），左右半軸的扭矩方向相反（車輛開式轉向），滿足兩者中的任何一個，就會立即解鎖。

    優點：公路行駛特性與開式差速器完全相同。越野路面，與鎖止式差速器特性完全相同，不會因為轉向而扭斷半軸，其鎖止和解鎖過程完全是自動的，不需要人為干預。可靠性非常高。

    缺點：鎖止噪音比較大，結構比機械鎖止差速器復雜，每一種差速器只能適用于一種車型，不具有通用性。

    適用性：可以直接替換開式差速器，前驅后驅都可以用，沒有適用性方面的限制。

    以Eaton公司的產品為代表的自動機械鎖止差速器是最適合越野車適用的差速器，遺憾的是，沒有能直接給小切用的產品。

    六．PowerTraxNoSlip

    我不確定它到底屬于哪一類。叫的比較多的，是“無滑動動力牽引”。如果從功能上看，也可以叫“自動解鎖差速器”。叫什么名字都無所謂，反正都是同一個產品。

    PowerTraxNoSlip的工作原理和鎖止差速器恰恰相反，這個產品設計的非常巧妙。鎖止差速器工作的時候，是執行鎖止操作；而PowerTraxNoSlip工作的時候，執行的是單邊解鎖操作。

    PowerTraxNoSlip在車輛直行的時候，左右半軸通過齒輪與小齒輪軸同步轉動，工作在鎖止狀態。當兩驅動輪存在轉動角度差的時候（車輛轉向或者一個輪子打滑），PowerTraxNoSlip會通過它的機械機構，將一個輪子的離合器分離，取消它的動力輸出。兩個輪子轉動角度相同的時候，離合器再結合。完成一次分離并重新結合的操作，兩個車輪的角度差不小于18度。加油門的時候，分離的是轉的稍快的車輪，收油門發動機制動的時候，分離的是轉的稍慢的車輪。如果用于前橋驅動，車輛的轉向系統會隨著加減油門有失控的傾向。在附著力高的路面（土路或柏油路），如果兩個驅動輪因為驅動力過大而同時打滑，則每一個車輪轉動一周，與其相聯的PowerTraxNoSlip離合器都會分離結合2到10次，兩個車輪交替的獲得分動箱輸出的100％扭矩，驅動輪的動力輸出狀態不是連續的，而是脈動的，地面的附著力越大，兩個驅動輪打滑轉速越高，PowerTraxNoSlip離合器結合時的沖擊力就會越大。為了承受這種高頻的大扭矩沖擊，制造PowerTraxNoSlip的材料強度必須特別耐沖擊，所以使用的時鈦合金。但原車半軸設計沒有考慮這種沖擊扭矩，往往承受不了。

    優點：通用性好，安裝簡便，沒有鎖止式差速器的鎖止噪音，在鋪裝路面上不會因為轉向而扭斷半軸。

    缺點：不能用于全時四驅的前橋；在附著力比較高的平坦路面，提供的牽引力小于鎖止式差速器；在高附著力路面，兩個驅動輪同時打滑，對半軸的沖擊力非常大，容易扭斷半軸；安裝PowerTraxNoSlip會導致自動檔車換檔沖擊變大。

    適用性：適合后橋驅動輕度越野和低附著力路面。不適合高附著力路面和大動力輸出的場合的使用，不適合在前橋內安裝（即使是4驅的切諾基，很容易斷前半軸）。

    如果你已經閱讀了汽車發動機工作原理，你就能懂得汽車動力是如何產生的；如果你已經閱讀了手動變速器的工作原理，你就會懂得下一步動力會傳到哪里。對大多數汽車來說，差速器在其傳動系中，位于驅動輪之前的最后一級。本文將闡述差速器的工作原理。

    差速器有三大功用：

    把發動機發出的動力傳輸到車輪上；

    充當汽車主減速齒輪，在動力傳到車輪之前將傳動系的轉速減下來

    將動力傳到車輪上，同時，允許兩輪以不同的輪速轉動

    在本文中，你將會了解到汽車為什么需要一個差速器，它工作的方式及其優缺點。我們也將會了解到防滑差速器。

    為什么需要差速器

    當汽車轉向時，車輪以不同的速度旋轉。在下面的動畫中你可以看到，在轉彎時，每個車輪駛過的距離不相等，即內側車輪比外側車輪駛過的距離要短。因為車速等于汽車行駛的距離除以通過這段距離所花費的時間，所以行駛距離短的車輪轉動的速度就慢。同時需要注意的是：前輪較之后輪，所走過的路程是不同的。

    對于后輪驅動型汽車的從動輪，或前輪驅動型汽車的從動輪來說，不存在這樣的問題。由于它們之間沒有相互聯結，它們彼此獨立轉動。但是兩主動輪間相互是有聯系的。因此一個引擎或一個變速箱可以同時帶動兩個車輪。如果你的車上沒有差速器，兩個車輪將不得不固定聯結在一起，以同一轉速驅動旋轉。這會導致汽車轉向困難。此時，為了使汽車能夠轉彎，一個輪胎將不得不打滑。對于現代輪胎和混凝土道路來說，要使輪胎打滑則需要很大的外力，這個力通過車橋從一個輪胎傳到另一個輪胎，這樣就給車橋零部件產生很大的應力。

    什么是差速器

    差速器就是一種將發動機輸出扭矩一分為二的裝置，允許轉向時輸出兩種不同的轉速。

    在現代轎車或貨車，包括許多四輪驅動汽車上，都能找到差速器。這些四輪驅動車的每組車輪之間都需要差速器。同樣，其兩前輪和兩后輪之間也需要一個差速器。這是因為汽車轉彎時，前輪較之后輪，走過的距離是不相同的。

    部分四輪驅動車前后輪之間沒有差速器。相反的，他們被固定聯結在一起，以至于前后輪轉向時能夠以同樣的平均轉速轉動。這就是為什么當四輪驅動系統忙碌時，這種車輛轉向困難的原因。

    不同車速下轉彎

    我們將從最簡單的一類差速器——開式差速器，講起。首先，我們需要了解一些技術：下圖就是一個開式差速器部件。

    當一輛轎車沿著一條路直線行駛時，兩側車輪以同一轉速轉動。輸入小齒輪帶動螺旋錐齒輪和殼體。殼體內的小齒輪都不轉動，兩邊的齒都有效的將殼體鎖住。

    注意到輸入小齒輪的齒比螺旋錐齒輪的齒小。如果主減速比為4.10，螺旋錐齒輪的齒數就要比輸入小齒輪的齒多4.10倍。更多關于傳動率的信息請參閱齒輪是如何工作的。

    當一輛汽車轉彎時，車輪必須以不同的轉速旋轉。

    從上圖中，你可以看到殼體內的小齒輪在車輛轉向時開始轉動。以此實現兩側車輪以不同的轉速旋轉。內側車輪要比殼體轉得慢。但外側車輪就要轉得相對快點。

    在薄冰上行駛

    開式差速器一般都是將相同大小的扭矩分配到兩側車輪上。有兩個因素決定分配到車輪扭矩的多少：設備及牽引力。在干燥的環境、有充足的牽引力的情況下，分配到車輪的扭矩受到發動機及齒輪的限制；在牽引力較小的情況下，諸如在冰面上行駛。在這種情況下，扭矩的大小受限于車輪不至于打滑。所以，即使一輛車可以產生更大的扭矩，同樣需要足夠的牽引力用以將這些扭轉力矩傳輸到地面上。如果當車輪開始打滑時，你用力睬油門，只會使車輪轉得更快。

    如果你曾經在冰面上開過車，你可能知道使加速變得容易的方法。那就是你不以一檔起步而是二檔起步，甚至是三檔。因為變速器里的檔位越高，傳到車輪上的扭矩會變的更少。這樣就會讓車輪在不轉的情況下加速更快。

    當一個汽車主動輪在附著系數較高的路面上，而另一個主動輪卻在冰面上時，會發生什么情況呢？這就是開式差速器的問題所在。

    記住，開式差速器總是運用于兩輪轉矩相等的情況下，最大扭矩受限于最大防滑系數的限制。他并不會給在冰面上的車輪以更大的扭矩。而且牽引力好的那個車輪僅獲得很少量的扭矩。此時，你的車就不能正常運行。

    越野行駛

    除此之外，開式差速器可能在你越野的時候給你帶來麻煩。如果你有一輛前后都有差速器的四輪驅動車或越野車，你可能被卡住。

    現在，記得——就如我們之前已經提到過的，開式差速器一般都是給兩輪傳遞相等的扭矩。如果一側前輪及一側后輪陷入地中，兩輪只能在空無助的旋轉，汽車根本無法移動。

    這類問題只能通過防滑式差速器（LSD）來解決，有時也叫做“positraction”。防滑差速器使用多種機械技術來實現常規差速器使車輛轉彎的行為。當一側車輪打滑時，提供更多的扭矩給不打滑的輪子。

    接下去的幾章將詳細介紹不同類型的防滑差速器，包括離合器式防滑差速器，粘性鎖止式差速器，托森差速器等。