关于lsd限滑差速器.(图文讲解)

汽车除了直行，还要转弯。在转弯过程中，由于车体存在宽度，左右轮的回转半径是不一样大的，也就是说在转弯过程中，左右轮的转速是不一样的，可早期的汽车左右驱动轮为刚性连接，轮胎和机械部件在转弯过程中存在相当大的损耗，车子的寿命收到严重的限制，路易斯雷诺通过一个小小的齿轮机构解决了这个问题， （哪国的工程师？法国雷诺公司创始人。 ）并及其形象的将其命名为“差速器” 。这个机构及其巧妙的通过一个行星齿轮组【红】将左右两轮的传动轴【绿】连接起来，变速箱的输出轴【蓝】连接到差速器外壳【白】上，带动差速器外壳旋转，差速器内部通过一组行星齿轮（轴固定在外壳上）将动力通过左右半轴传送给两侧车轮，当汽车直线行驶时，差速器外壳、左右轮轴同步转动，差速器内部行星齿轮只随差速器旋转，没有自转。当转弯时，由于汽车左右驱动轮受力情况发生变化，反馈在左右半轴上，进而破坏行星齿轮原来的力平衡，这时行星齿轮开始旋转，使弯内侧轮转速减小，弯外侧轮转速增加，重新达到平衡状态。同时，汽车完成转弯动作。正是差速器的出现进一步推动了汽车的广泛使用，并逐步代替了马车、火车成为人们日常生活中不可缺少的交通工具。而这种差速器在拥有结构简单、成本低廉、维护方便的优势的同时，一个致命的缺点随着汽车的普及逐渐暴露了出来。当汽车行驶的路况不理想的情况下，特别是左右两侧驱动轮的附着力不一样时（比如冰雪、泥坑、沙地等） ，由于差速器的作用，越是打滑的车轮将会转的越快，差速器将发动机输出的扭矩大部分甚至全部传送到打滑的车轮上，而没有打滑的车轮却分不到足够的扭矩维持车辆行驶，于是，抛锚发生了。这种现象在野外是致命的，于是，差速器锁诞生了。所谓差速器锁就是在一侧驱动轮打滑的时候能够自动或手动的将左右两侧驱动轮刚性连接（也就是将差速器屏蔽掉，差速器此时不再发生作用） ，两侧车轮就会以相同的转速旋转，将发动机的输出扭矩平分，很好的解决了抛锚的问题。可是这种差速器锁仅仅适用于越野车的使用，在野外非铺装路面上，路面附着力不大，即便差速器锁止时车轮发生一些打滑也无所谓，至少没有安全性问题。可是在铺装良好的公路上，轮胎与地面的摩擦是相当大的，在高速转弯时差速器锁止是非常危险的，弯道内轮因多余的旋转及摩擦，导致轮胎跳离地面连带利用车轴及悬挂使车体上扬，当内侧车体上扬加上离心力的驱动，很自然就会朝转弯方向的另一侧翻覆。怎么办？活人岂能让尿憋死？！有两种解决方案：其一，根据差速器的工作特性，通过 ABS（刹车防抱死系统）来解决。在一侧驱动轮发生打滑时，电子传感器收集两侧车轮速度差，当电脑发现转速差超过设定值时，ABS 驱动打滑轮的刹车工作，强制降低打滑轮转速，以增加另一侧驱动轮扭矩（好像 ESP 就是由此发展而来） 。如 BMW X5 使用的 ADB-X 系统，Audi Allroad 使用的 EDS 系统，VOLVO 使用的 AOD 系统均属此类。但这种工作方式是以保证安全性为首要目的，以牺牲速度为代价的，在频繁的工作状态下容易失效，可靠性不高。作为越来越重视车辆性能的今天，这种系统在高性能车上是决不能容忍的。于是就有了后者。其二，L.S.D(Limited Slip Differential 限滑差速器) 终于出现了。其实本质上来讲，第一种也可以称为电子式限滑差速器，不过平时提到 LSD 时，绝大多数是指以机械机构实现限滑的差速器，在本文 LSD 同样是指后者。限滑差速器，顾名思义就是值慕侧驱动轮转速差值被允许在一定范围内，以保证正常的转弯等行驶性能的类差速器。从传动零件的组成上也就是从结构上分可以分为两种：通过螺旋齿轮工作的，和通过离合器工作的。而从其功能上分又可以分为：1WAY、2WAY、1.5WAY 三种。螺旋齿轮结构的 LSD 是值默接左右轮轴的齿轮齿形为螺旋形，有别于普通差速器的直齿形式。正是因为齿形的变化才使其有了限滑的功能，这类 LSD 又可分为两种：扭力感应式 LSD 和螺旋齿轮 LSD。扭力感应式 LSD 是将普通差速器的齿轮从齿轮改成涡轮蜗杆，而安装位置和形式并不变，借由涡轮蜗杆传动的自锁功能（涡杆可以向涡轮传递扭矩，而蜗轮向涡杆施以扭矩时齿间摩擦力大于所传递的扭矩，而无法旋转）来实现防滑功能。著名的 QUATTRO 就是采用这种结构，下文会有介绍。螺旋齿轮 LSD 同样是将普通差速器的齿轮从直齿改成螺旋齿，不过不是利用二者摩擦力的不同，而是改变了齿轮的安装位置和形式，通过只有螺旋齿轮才能实现的安装位置和形式，利用齿轮的减速比来限制左右驱动轮转速差的。这种 LSD 所能达到的最大转速差比较小，所以只适用于前驱车。离合器式 LSD 是指左右两驱动轮不再通过齿轮连接，而是通过离合片的接合来实现左右驱动轮转速同步的。这类 LSD 又可分为两种：黏性耦合式 LSD 和机械式 LSD。黏性耦合式 LSD 是指通过液体实现离合器接合的。其内部充满 LSD 专用硅油，当左右驱动轮转速不同（即发生相对转动）时，硅油就会受热膨胀，转速差越大，产生热量越大，当达到某一界限时，受热膨胀的硅油就会将离合器压合，使驱动轮同步，实现锁止。而离合器的松开将不取决于驱动轮是否已经同步，而是取决于硅油的温度，这种 LSD 响应速度快，造价低，体积小，应用普及，但并不适合频繁攻弯的赛车。机械式 LSD 是指通过压板来实现离合器的接合。机械式 LSD 响应速度快，灵敏度高，限滑比例可根据压板和离合片的不同组合来实现，可调范围广，但造价高，耐久性不好，需定期保养，故仅应用于高性能的跑车中。同时由于其性能出色，也是厂方与民间高性能化改装的首选结构。1WAY 的 LSD 是指限滑功能仅在加油时起作用的 LSD，比如扭力感应式 LSD；2WAY 的 LSD 不仅在加油时起左右，在减速刹车时同样会发挥性能的 LSD，两种离合器式 LSD 都有 2WAY 形式的产品；而 1.5WAY的 LSD 就是在加油时起作用，而在收油时的效果位于 1WAY 和 2WAY 之间的一种 LSD，比如螺旋齿轮LSD。还有一种差速器是比较特殊的，叫做中央差速器。将它单列出来不是因为其结构特殊，而是因为其安装的位置不同。中央差速器仅会出现在四驱车上，其输入轴安装在变速箱输出轴末端，其两支输出轴分别接到前轴差速器和后轴差速器上。是的，你没有听错，四驱车的确有三个差速器，因为它的四只车轮都是驱动轮，所以前轴和后轴上必须有差速器以调整转弯时外侧车轮和内侧车轮的转速差。而在汽车转向时，前轴的转弯半径与后轴的转弯半径也是不同的，如果没有差速器的话，在弯中加油就会转向不足，收油就会转向过度，无法保证安全性。所以必须装有中央差速器。而中央差速器同样存在前轮或后轮全部打滑时有附着力的车轴却分配不到扭矩的情况，于是中央差速锁成了越野车的必备武器，而中央差速锁也和普通差速锁一样，在野外是张王牌，而到了公路上就只能算“虎落平原”了。中央限滑差速器能够很好的解决这个问题，不过其造价的昂贵直接提高了汽车的制造成本，在竞争越来越激烈的市场中已是不算多见的了。比较常见而且有名的就属 AUDI 的 QUATTRO 和 SUBARU 的 AWD了，它们也是现今市场上最先进的恒时四驱技术。AUDI 的 QUATTRO 系统简单的说就是由托普森中央差速器（Torsen）和前后轴上安装的两个普通差速器构成的恒时四驱系统。托普森中央差速器是一种扭力感应式限滑差速器，而前后轴差速器仅仅是普通的差速器（QUATTRO 部门生产的高性能车 S、RS 系列除外，不作阐述。 ） ，其防滑的功能是通过 ABS 系统来实现的，这种防滑原理前面已经提到，不再赘述。QUATTRO 系统最大的特点就是它的体积很小，托普森中央差速器和前轴差速器都已经集成在了变速箱的壳体里面，有效的节省了发动机仓的空间，是 AUDI车能够允许塞入 V8 甚至是更加庞大的 W12 引擎的关键。QUATTRO 系统安装在 AUDI 车上，使 AUDI 车拥有了更高的性能，虽然它增加了车重，但却使 AUDI 拥有更平衡的动态曲线。更主要的就是增加了车辆的主动安全性能，这也是 AUDI 公司开发 QUATTRO 系统的最原始的初衷。可以说 QUATTRO 是以实用和安全为考量的四驱系统，如果说它能给车子提供更高的性能，那只能说这是一个附加功能。SUBARU 的 AWD 系统展现的却是另外的一种风格。 AWD 系统由 2WAY 黏性耦合式中央差速器（STI 生产的车型为 2WAY 机械式 LSD） 、前轴普通差速器（ STI 车型为扭力感应式差速器，这也是为什么普通型WRX 比 STI 更加容易产生转向不足的重要原因）和后轴机械式 LSD 组成。Torsen 和黏性耦合两种中央LSD 的区别就是前者通过感应前后轮的扭矩情况决定是否动作，而后者是通过感应前后轮的转速情况决定是否动作，而二者动作的结果都是调节前后轮的扭矩分配。这样的构成形式决定了 SUBARU 在安全的前提下，更加强调高速操控性能。谈到 AUDI 的 QUATTRO，SUBARU 的 AWD，就不能不谈 WRC，说到了 WRC 就必然会出现两个选手STI 之于 SUBARU、RALLIAR 之于 MITSUBISHI 就像 MGmbh 之于 BMW、AMG 之于 BENZ，都是车厂旗下的高性能改装部门，而其作品 Impreza WRX STI（以下简称 STI）与 Lancer Evolution（以下简称EVO）的关系就仿佛 M5 与 E55 的关系一样，它们是那么的相近，又是那么的不同。就二者的性能表现来讲，差距仅在伯还之间，可基本的设计理念却是大相径庭。STI 与其原型车 WRX 的关系就好像 M3 与 3Ser，虽然没有什么可以通用的部件，但是却完全基于相同的结构，只不过进行了加强。输出为 225HP、300NM 的 EJ205 引擎被从内到外的进行了强化，在更换了更强的周边设备后，达到了 280HP、400NM 的输出；代号为 GDA 的车架经过更换更强的板金件并加装底盘强化组件后重新命名为 GDB，代表了更强的车架刚度，可以承受更强大的 G 值；传动系统方面更是将实用的 5MT 更换为强调性能输出的 6MT，虽有损加速表现但却摆了过弯时 2 档低 3 档高的局面；以扭力感应式 LSD 代替了原来前轴普通差速器，带来了更加精准的车头指向；以机械式 LSD 代替原来的黏性耦合式中央差速器得来的是更加灵活的弯道表现；以铝制前悬挂组件及倒置避震筒代替了原来的铸铁前悬挂和普通避震筒，换来的是更加敏捷的动态响应；整套 BREMBO 前四后二刹车组合完全不见原厂 WRX 激走下制动力减弱甚至制动油管爆裂的尴尬。而 EVO 之于 LANCER 却更像 GT-R 之于 SKYLINE。在 LANCER 的外壳下，完全的大换血，和 EJ207 半斤八两的 4G63T，极其坚硬的车架，以及完全不同于 LANCER FF 的驱动形式。EVO 以前轴扭力感应式LSD、主动式中央差速器和主动式后差速器构成 AWC 四轮驱动系统。如此之换血应该可以象 GT-R 一样独立于 LANCER 之外单独建立一个 EVO 车系了。解释一下主动式限滑差速器。在 EVO 和 STI 上主动式限滑差速器都有应用。EVO 的主动式差速器名为ACD（中差）和 AYC（后差） ；从 05 款开始，STI 也有了主动式中差，名为 DCCD。这三种主动式 LSD 都是离合片形式，与普通离合器式 LSD 不同的是离合片是否接合不是靠输出轴的转速差反馈到压板，由压板施力将离合片接合，而是由电子系统检测输出轴的转速差，反馈给电脑，由电脑决定接合，便输出信号给电磁或电液系统将离合片接合。工作过程多了电脑的参与，动作更加精确，能够实现传统 LSD 所不能实现的动作。ACD 和 AYC 是靠电液系统，而 DCCD 是靠电磁系统。看过网上、杂志上关于 STI 和 EVO 的文章和视频对比无数，随便说点自己的想法。在 TOPGEAR（英国 BBS 电视台名誉全球的汽车节目）对比 STI 和 EVO 的录像中，整个影片中主持人都是在夸奖 EVO 的 ACD 和 AYC 动作系统，原其能在保证车子优秀循跡性的前提下，最大限度的发挥引擎的动力性能，稍嫌简短的赛道时间对比上，EVO 也是以 1.1 秒的优势取胜，要知道 STI 跑完赛道的时间也不过 1： 30 秒，不可谓差距不明显，就在我以为这次 EVO 是大赢家的时候，在结尾两位主持人简短的对话让我瞠目结舌。 （名字记不住了，暂以 A，B 代替）A：它（EVO）太快了，竟然可以和 murcielago 一样快。B：简直不可思议，它是一辆非常快的车子。A：也就是说，如果你要在赛道上跑得更快，一定要选 EVO8，但是，你会选择哪一个？B：翼豹，想都不用想。怎么会这样？！重头再看，仔细再看。终于，我发现了，他们最大的差别在于弯道，让我从结构谈起。ACD 和 AYC 的配合是 EVO 能完胜 STI 的原因，不过，恐怕这也是让两位主持人更倾向于 STI 的原因。ACD：主动式限滑中央差速系统；AYC：后轮主动式扭力分配系统。二者的实质就是加装了 N 多电子传感器的两组 LSD（限滑差速器） ，且由同一台电脑控制，也就是二者是同时发生作用的。不同就是 ACD 装在前后轴之间，作用是主动调节前后轴扭力分配；AYC 装在后轴，用于主动调节左右后轮的扭力分配。 。以接近轮胎极限的速度下左转为例，将整个弯角分为两个部分来看 ACD 和 AYC 的动作过程。首先入弯时，当电脑检测到车体减速并有转向动作时：ACD 会将扭矩分配倾向于后轮，以抵消 EVO 较重的车头引起的转向不足，AYC 又会将较大的扭矩分配给左后轮，以尽量避免在入弯过程中出现的转向过度，ACD 和 AYC 在及其短的时间内往复循环上述动作，而最终表现在车身上的是 EVO 在入弯过程中以略为推头（转向不足）并逐渐倾向于中性的姿态冲进弯角。 （但是，正是由于 ACD 和 AYC 的存在，一旦EVO 的入弯速度过高，那么它将带给你的是推头，疯狂的推头。 ）到达弯道顶点后，在加油出弯的过程中 AYC 又会将较大的扭矩分配给右后轮产生转向过度来帮助车头迅速指向出弯的方向，这种后轮扭力分配的方式甚至会让左后轮离开地面（在各种 EVO 的录像中早已屡见不鲜） 。 而 ACD 又会将较大的扭矩分配给前轮以抵消 AYC 动作所产生的部分转向过度，而最终表现在车身上的是 EVO 在出弯过程中以略为甩尾（转向过度）的姿态和轻微的滑移动作冲出弯角。 （看着没，说着说着就又离地了）无可否认，EVO 的四驱系统是先进的，是非常先进的，以至于它的对手都要向它学习，05 款 STI 也开始在 AWD 系统中加装了 DCCD，其实就是 SUBARU 版本的 ACD 系统，只不过 DCCD 不是象 ACD 那样是全时的，是和 AYC 一样有开关的，而且可以固定于 65:3535:65 间的任意一个值上。有人要说“看来 EVO 真的是比 STI 强啊