我们在讨论汽车的驱动性能时,经常会讨论到限滑差速器。一般限滑差速器经常会在性能车主,或者越野玩家口中听到。仿佛有了限滑差速器,买菜车都能摇身变成跑车,而越野车的脱困和攀爬能力都能提升一个层次。那限滑差速器是什么东西?其工作原理是什么?什么车有限滑差速器?限滑差速器又能后期改装吗?
1、限滑差速器是什么
我们都知道,汽车在转弯的时候,内外侧的车轮所行走的半径是不一样的,因此其行走过的轨迹都是不一样的。一般来说,外侧的车轮行走的轨迹要比内侧的车轮距离更长,因此外侧的车轮比内侧的车轮转动要更快。不过最初的汽车的左右轮都是同步转动的,当转弯时,内外侧的车轮由于其中一个车轮转动的速度和行驶速度不一样,而产生打滑的状态,导致汽车打滑失控、轮胎过度磨损和转弯不畅顺等不良状况。
为了改善这个现象,汽车设计式们设计了一个使用扇形齿轮组成的差速器。当差速器自身不转动的时候,两侧车轮可以呈自由反转运动。当汽车正常转弯的时候,内外侧的车轮则可以形成一个转速差,而达到顺畅转弯的目的,减轻了轮胎的磨损又让车子更顺畅通过弯道。这种差速器我们叫开放式差速器。
不过,开放式差速器也并不是万能的。因为其扭矩分配的特性是被动式的,会将更多的扭矩分配在驱动阻力小的车轮上。当汽车转弯时,由于车身往外倾侧,外侧的车轮受到额外增加的重量而增大了抓地力,也增加了驱动的阻力。内侧的车轮则相反,降低了压力也降低了驱动阻力。这时候踩油门,开放式差速器会让更多的扭矩输出到内侧的车轮,从而导致内侧车轮打滑而浪费了驱动力。但是,外侧的抓地力更强的车轮却没有分配到足够的驱动力驱动车身前进,因此这个开放式差速器反而引致了弯道加速无力的状况。 而越野上发生的情况也相当近似。在湿滑路面甚至是单侧驱动轮离地的时候,开放式差速器会将所有的动力释放到失去抓地力的车轮上导致其空转。而拥有抓地力的车轮则没有分配到驱动力,让车辆在极端路况或者陷车时白白浪费动力而无法脱困。
越野车上的差速锁严格来说并不算是限滑差速器,因为其只有100%锁止和完全不锁止两种选择,而且需要主动开启,而不能再行驶时主动发挥作用。
相信不少“廉价体验漂移乐趣“的朋友都尝试过将差速器焊死,全锁的状态让后驱车更容易做到转向过度。
一些车型上会有ESC系统,当检测到驱动轮打滑时,会对打滑的车轮进行制动,让动力分配到不打滑的车轮。但这个系统是以安全为基础,刹车也会消耗一定的动力和速度,并不适合运动需求。专业的越野车就具有一个叫“差速锁”的结构,可以让差速器失去差速能力,让两侧的驱动轮同步转动,让具有抓地力的车轮也获得驱动力而顺利脱困。在一般高性能汽车上,则使用带锁止效果的差速器,降低两侧驱动轮的转速差,来提升弯道中的动力输出,让弯道中的动力控制更容易,出弯更快速,也能一定程度上改变转向的特性。这颗差速器就称为“限滑差速器”,也就是我们俗称的LSD(Limited Slip Diferential)。
2、限滑差速器是怎样的
限滑差速器也是一枚差速器,只不过其使用相对复杂的结构,来“主动”限制差速的能力。一般的主流的限滑差速器分为机械式、摩擦片式和电子控制式三个种类。不同结构的限滑差速器从效果到控制特性也各异。
机械式限滑差速器
机械式限滑差速器又称扭矩感应式差速器,比较著名的就是托森式限滑差速器和helical式。其内部结构是使用了螺旋齿轮和蜗杆构成扭矩传递方向转变的结构,代替了开放式差速器的扇齿结构。由于蜗轮蜗杆齿轮齿间摩擦巨大,而且传动方向不可逆,因此托森差速器具有自锁的特性。当低扭矩介入时,托森差速器会获得如开放式差速器的差速能力。不过大扭矩介入时,齿间摩擦增大,因此会进行自锁而发挥限滑差速器的功能。
helical式限滑差速器是用数枚蜗杆齿轮作为差速齿,利用蜗杆齿较大的齿间摩擦和传动方向不可逆的特性来获得锁止效果。
Civic Type R(FK8)原配的LSD就是helical式。
国内销售的Alfa Romeo Giulia 280HP豪华版标配机械式限滑差速器,其余两款280HP车型则可选配限滑差速器。
托森差速器内部为纯齿轮结构,并没有摩擦片等损耗品,因此基本维护难度和需求都较低。一般道路行驶其感觉和普通开放式差速器相当接近,也没有烦人的噪音和不会导致轮胎异常磨损。不过托森差速器的锁止率并不高,锁止率为出厂就设定好不能后期调节,而且工作过程比较“傻瓜”,比较适合兼顾街道和赛道的车主所使用。
托森式(Torsen)式限滑差速器使用横置的蜗杆齿和纵置的太阳轮结合而成,由于有传动方向的变化,其锁止率比Helical式的更高一些。
摩片式限滑差速器
顾名思义,摩片式限滑差速器就是在传统的差速器基础上,使用多层摩擦片限制两侧车轮的转速差,从而达到限滑的作用。传统差速器的中间十字轴伞齿组是安装在差速壳体,而摩片式限滑差速器的十字轴扇齿组则安装在两个可开合的摩擦片压盘上。当扭矩介入时,十字轴头会将摩擦片压盘撑开,将摩擦片夹紧,于是起到限滑的功能。
摩片式LSD顾名思义就是使用大量的摩擦片来达到锁止的效果。
相比于机械式限滑差速器,摩片式限滑差速器可以提供更高的锁止率,同时可以利用增减两个压盘中间的弹簧来调整预锁率。再加上可以利用十字轴和孔位的形状来决定差速器作动时机(包括1WAY、1.5WAY和2WAY)。可以说,摩片式限滑差速器的性能和调节性都相比于托森式差速器都高不少。
不过摩片式差速器需要用专用的差速油,使用一段时间后要拆散维护,保养相对比较麻烦。而且其作动时会有摩擦噪音,锁止率较高也会妨碍到平常行驶。因此摩片式限滑差速器更多的是适合于专业的赛道用途,而并不太适合于街道行驶。
摩片式限滑差速器锁止率高,反应灵敏,而且可以承受大扭矩,非常适合大马力的赛车使用。
电子差速器
一般而言,机械式差速器锁止率较低适合街道使用,而摩片式差速器锁止率较高适合赛道用,但毕竟两者都只能对应特定的使用工况。对于高性能车而言,车主既要求其能日常买菜,也能到赛道释放性能。因此工程师就想除了使用电子控制的差速器,来主动控制差速器的锁止效果。
电子限滑差速器就是再开放式差速器的基础上增加电子控制的离合片来主动控制车轮的转速。
结构上,主动式差速器类似于在传统开放式差速器的两侧输出端各增加一组离合器。通过全车的传感器获得数据,然后再经过运算之后将控制数据传输到差速器的液压泵,通过液压控制轮侧的离合器压紧和放松,从而达到灵活控制轮端输出扭矩的效果。相比于纯机械的限滑差速器,其控制的灵活性最高、锁止率也可以根据不同车型的需求而定,机械结构和维护也更简单。
如宝马M等高端运动车都喜欢使用电子式的限滑差速器。
不过由于需要整套电子控制系统负责,因此控制程序才是这套限滑差速器的核心。成本高、难普及和无法后期改装是其最大的弱点。
3、我的家用买菜车可以改装限滑差速器吗?使用时有什么需要注意?
现在,绝大部分的市售汽车都只有使用开放式差速器,只有少部分的运动车会有限滑差速器的选装。一般后来改装的限滑差速器只能选择纯机械结构的,如机械式限滑差速器和摩片式限滑差速器,电子差速器是并不能后期加装的。对于热门的日本车型,不少日本和台湾改装品牌都有对应的限滑差速器产品,同时也有相应的保养产品。欧洲和美系车种可选装的车型范围就稍窄,价钱相对也比日本车型的同类产品更贵。购买时最好先咨询厂家其最大的锁止率为多少,以挑选适合自己需求的产品。改装的方法也比较简单,直接替换原厂的开放式差速器即可。市面上比较容易买到的就是日本CUSCO和台湾BORDER的产品,一些相对冷门的车型就需要寻求欧美系的改装品牌了。
丰田86的手动型号都标配机械式限滑差速器,几乎是国内可以买到最便宜的带限滑差速器的车型。
新一代野马也全系标配限滑差速器,可以更容易做到烧胎的动作。
对于大部分不带限滑差速器的车型来说,最好的办法就是后期改装替换。市场上也有不少适合的改装件购买。
对于最热门的”运动型“买菜车GK5来说,改装一枚限滑差速器足以让你在赛道上让各种”伪运动车“吃灰。
对于不少喜欢体验赛道的朋友来说,一颗限滑差速器可以让你的动力控制表现更好,圈速也能更短。
如果是以综合用途,需要兼顾平时城市路况和偶尔赛道的,可以选装机械式差速器。由于锁止率并不高,因此并不太影响日常的驾驶。对于前驱车来说,改装后打方向的手感会更重,同时踩油时扭力转向会更明显。后驱车型来说,进弯时车尾会更稳定一,不过踩油门时由于车尾推力更大更容易出现转向过度,需要更细腻的油门技巧。而如果希望以体验极致的赛道性能的,就要选装性能更强大的摩片式差速器。
即使是中大型房车的E-Class,改装限滑差速器之后也能拥有更强的运动性,也能更好发挥后驱的优势。
摩片式差速器对保养调教的专业水平需求更强,同时锁止率很高,用在街道上会相当辛苦,还会造成限滑差速器的过度磨损。如果真的需要使用摩片式限滑差速器跑赛道,可以保留一个开放式差速器作平时通勤使用,下赛道再换上摩片式差速器。需要注意的是,前驱车改装限滑差速器后,最好不要打死方向全油门,对半轴和限滑差速器都有很大的损耗,需要注意。