什麼是限滑差速器LSD?

1.限滑差速器LSD

限滑差速器,英文名為Limited Slip Diff,簡稱LSD。限滑差速器,顧名思義就是限制車輪滑動的一種改進型差速器,指兩側驅動輪轉速差值被允許在一定范圍內,以保證正常的轉彎等行駛性能的類差速器。

普通差速器功能原理:

現行車輛的轉向設計是依據艾克曼第五輪原理來設定,也就是彎道內輪的轉向角度大於外輪。再由三角函數計算內側車輪所轉動的距離會比外側車輪距離短,一旦距離有差異時,等於內外輪 (左、右輪) 的轉速不一致,如果從變速箱所輸出的傳動軸沒有藉由差速器來分隔左、右輸出,那麼車輛在轉彎時便無法調整左、右輪的轉速。在慢速時藉由多餘且不當的摩擦來帶過,而高速轉彎則會發生彎道內輪因多餘的旋轉及摩擦,導致輪胎跳離地面連帶利用車軸及懸掛使車體上揚,當內側車體上揚加上離心力的驅動,很自然就會朝轉彎方向的另一側翻覆。   

所以說車輛的左、右車輪絕對不是同軸型式,尤其現代汽車又以前輪驅動設計居多,沒有差速器的構造,駕駛者根本無法操控方向盤,因為隻要駕駛者轉動方向盤,輪胎藉由地面產生的回饋力,強力的將方向盤推回中心原點,如此一來操控根本無法存在,所以在傳動輪中央置入差速器是傳動系統必備的要件。   

由於差速器是藉由盆型齒輪及角齒輪驅動,內部包含邊齒輪及差速小齒輪。當車輛直行時,並無差速作用,差速小齒輪及邊齒輪整個會隨著盆齒輪公轉無差速作用,一旦車輛轉彎內、外輪阻力不一樣時,差速齒輪組因阻力的作用迫使產生自轉功能進而調整左、右輪速。既然左、右輪速的變化及調整是藉由輪胎及地面阻抗來自由產生,那麼後續的使用狀況就將造成車輛無法行駛的狀態。   

譬如說當車輛一輪掉入坑洞中,此車輪就毫無任何摩擦力可言,著地車輪相對卻有著極大的阻力,此時差速器的作用會讓所有動力回饋到低摩擦的輪子。掉入坑洞的車輪會不停轉動,而著地輪反而完全無動作,如此車輪就無法行駛。   

還有一種屬於循跡現象的狀況,也就是所謂性能輸出的現象,即車輪在過彎時大腳油門,動力輸出特別明顯,輸出扭力加上離心力,迫使車輛內輪揚起離開地面或產生打滑現象,一旦有一輪空轉,動力便一直往空轉輪傳輸 (因為阻力少) ,車輛依然無法加速前進。   

另有一種屬於激烈操駕模式而產生的打滑現象,此現象車輛既不轉彎,也非左、右輪置於不同摩擦系數路面的狀況,那就是在進行零四加速時,巨大的動力輸出,隨著左、右傳動軸的長短不一致及輪胎些許的差異,導致動力瞬間輸往摩擦力弱的一輪,此輪便開始不停的空轉,另一輪無從發揮作用,車輛當然無法往前邁進。為瞭解決以上這些現象,讓更多的動力平均傳遞到左、右兩個驅動輪上,限制差速器左、右滑動率的比例來完成此目標,所以限滑差速器便是解決問題的標準機件。   

差速器很好的解決瞭汽車在不平路面及轉向時左右驅動車輪轉速不同的要求;但隨之而來的是差速器的存在使得汽車在一側驅動輪打滑時動力無法有效傳輸,也就是打滑的車輪不能產生驅動力,而不打滑的車輪又沒有得到足夠的扭矩。我們的汽車設計師一直在努力,於是差速鎖出現瞭。差速鎖很好的解決瞭汽車在一側車輪打滑時出現的動力傳輸的問題,也就是鎖止差速器,讓差速器不再起作用,左右兩側的驅動輪均可得到相同的扭矩。可是大自然總是再給人類處理不完的難題。差速鎖再解決原有問題的同時又帶來瞭新的問題。 這種差速鎖僅僅適用於越野車的使用,在野外非鋪裝路面上,路面附著力不大,即便差速器鎖止時車輪發生一些打滑也無所謂,至少沒有安全性問題。可是在鋪裝良好的公路上出現左右摩擦不平衡的時候,由於輪胎與幹地面的摩擦是相當大的,在高速轉彎時差速器鎖止是非常危險的,彎道內輪因多餘的旋轉及摩擦,導致輪胎跳離地面連帶利用車軸及懸掛使車體上揚,當內側車體上揚加上離心力的驅動,很自然就會朝轉彎方向的另一側翻覆。

種類:

扭力感應式LSD

是采用螺旋齒輪組,一樣利用左、右雙組的摩擦力來限定滑差效應,由於螺旋齒輪采縱向和基座齒輪的橫向交錯,無離合器片的損耗,運用在後驅車輛,其故障率較低,維修保養亦趨於簡單,雖然在動力輸出方面未能有強大的表現,但實用原則為其最大之優點。 它是將普通差速器的齒輪從齒輪改成渦輪蝸桿,而安裝位置和形式並不變,借由蝸輪蝸桿傳動的自鎖功能(蝸桿可以向蝸輪傳遞扭矩,而蝸輪向渦桿施以扭矩時齒間摩擦力大於所傳遞的扭矩,而無法旋轉)來實現防滑功能。大名鼎鼎的奧迪quattro就是采用這種結構,還有許多原廠高性能車種都是采用此種型式,像RX-7 FD3S的原廠LSD就相當有名。在扭力感應式LSD的特性方面,雖然其較少使用在運動用途上,但摩擦部分與機械式比較起來效果更好,而且維修上非常簡單,這是它的最大優點。

螺旋齒輪LSD

其內部構造依然采用螺旋齒輪,有別於扭力感應式的LSD是此螺旋齒輪LSD所配置的齒輪全為「橫向」,也就是和輸出軸的運轉同一方向,利用行星齒輪大小減速比的功能達到限速功能,其最大的弱點在於限定鎖定扭力滑差的比例較小,但也因為維修及使用保養無需特別的註意,更不需要使用LSD專用油,因此原廠如Honda 1.8升Type-R、Silvia S15hellip;等較新款的前輪帶動車,也幾乎都是使用此型式之LSD,此等LSD還有一個現象,就是車輛頂高後,轉動驅動的左右兩輪,並不會一起前進或後退,因此在當年TIS 1:9房車賽規格的驗車過程中,它算是可以瞞混過關的偷改武器! 螺旋齒輪LSD內部的齒輪構造與扭力感應式LSD有些相似,同樣是將普通差速器的齒輪從直齒改成螺旋齒,不過不是利用二者摩擦力的不同,而是改變瞭齒輪的安裝位置和形式,通過隻有螺旋齒輪才能實現的安裝位置和形式,利用齒輪的減速比來限制左右驅動輪轉速差的。這種LSD所能達到的最大轉速差比較小。而且,扭力感應型的齒輪配置為縱向,而此種螺旋齒輪LSD的則為橫向裝置。和機械式LSD相比,它的最大弱點在於限制鎖定的扭力范圍較小,但維修、使用上沒有什麼特別麻煩之處。

滾珠鎖定LSD

這種設計的特殊之處,是當小圓球在彎曲的溝槽中移動時,被溝槽切斷的滾筒開始作動而發揮限滑的效果,尤其是其作動原理與一般品有很大的差異,目前並不算是主流的制品。在滾珠鎖定LSD的特性方面,因為它的構造相當特別,因此可以發揮十分圓滑的效果,反過來說此LSD並不適合喜歡在街上狂飆的人士,而最後可以死鎖差速器、並發揮最高扭力,也是值得記上一筆之處,所以最適用於分秒必爭的比賽場合中。

機械式LSD:

在改裝車輛中最傳統也最常用,因此算是能見度最高的LSD,因為使用左、右兩個離合器片和壓板組,故亦稱為多板或多片離合器式LSD,此型式之LSD可藉由離合器片與壓板的排列組合來達到限滑百分比功能,從25百分比~90百分比的能力皆可完成。但唯一的缺點就是較難照顧,其務必要使用LSD專用油來定期保養,長時間或劇烈操駕也可能需要更換修理包。而離合器片裝配不佳或置入時Run in方式不正確,也容易導致轉彎異音或離合器片損壞之現象。 機械式LSD響應速度快,靈敏度高,限滑比例可根據壓板和離合片的不同組合來實現,可調范圍廣,但造價高,耐久性不好,當離合器片磨損時,常會出現ldquo;嘎!嘎!rdquo;的噪音,因此需要做定期的維修,這也是其缺點之一。

主動式LSD:

一般的LSD是由凸輪與齒輪組合而成,且利用使用球狀溝槽的機械構造,被動的來接受作動,但裝置在新型車種上的高科技差速器,由於配備有油壓及電子控制系統,因此可以主動的使LSD作動。

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