限滑差速器分析

目录

前言 (2)

1.工作原理 (2)

2.与传统差速器区别 (3)

3.限滑差速器类别及应用 (5)

3.1○机械限滑式差速器 (6)

3.2○电子限滑差速器 (10)

4结论 (13)

参考文献： (13)

限滑差速器分析

摘要：本文简要的介绍了限滑差速器的工作原理以及现代汽车中的运用。

关键词：限滑差速器工作原理应用

前言

限滑差速器，英文名为Limited Slip Differential，简称LSD。限滑差速器，顾名思义就是限制车轮滑动的一种改进型差速器，指两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。事实上LSD依构造的不同可以分为好几种型式，而每一种LSD亦都有其特别之处。

1.工作原理

在谈论LSD这个机件之前，务必先知道差速器的功能与动作原理。而差速器本身的动作原理，亦属于专业级的构造，若要单纯用文字来叙述，大部分的读者可能很难理解，所以笔者先用日常最容易接触的现象和状况，来解释原厂差速器的设计功能和必需性。

现行车辆的转向设计是依据艾克曼第五轮原理来设定，也就是弯道内轮的转向角度大于外轮。再由三角函数计算内侧车轮所转动的距离会比外侧车轮距离短，一旦距离有差异时，等于内外轮 (左、右轮) 的转速不一致，如果从变速箱所输出的传动轴没有藉由差速器来分隔左、右输出，那么车辆在转弯时便无法调整左、右轮的转速。在慢速时藉由多余且不当的摩擦来带过，而高速转弯则会发生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。

所以说车辆的左、右车轮绝对不是同轴型式，尤其现代汽车又以前轮驱动设计居多，没有差速器的构造，驾驶者根本无法操控方向盘，因为只要驾驶者转动方向盘，轮胎藉由地面产生的回馈力，强力的将方向盘推回中心原点，如此一来操控根本无法存在，所以在传动轮中央置入差速器是传动系统必备的要件。

由于差速器是藉由盆型齿轮及角齿轮驱动，内部包含边齿轮及差速小齿轮。当车辆直行时，并无差速作用，差速小齿轮及边齿轮整个会随着盆齿轮公转无差速作用，一旦车辆转弯内、外轮阻力不一样时，差速齿轮组因阻力的作用迫使产生自转功能进而调整左、右轮速。既然左、右轮速的变化及调整是藉由轮胎及地面阻抗来自由产生，那么后续的使用状况就将造成车辆无法行驶的状态。

譬如说当车辆一轮掉入坑洞中，此车轮就毫无任何摩擦力可言，着地车轮相对却有着极大的阻力，此时差速器的作用会让所有动力回馈到低摩擦的轮子。掉入坑洞的车轮会不停转动，而着地轮反而完全无动作，如此车轮就无法行驶。

还有一种属于循迹现象的状况，也就是所谓性能输出的现象，即车轮在过弯时大脚油门，动力输出特别明显，输出扭力加上离心力，迫使车辆内轮扬起离开地面或产生打滑现象，一旦有一轮空转，动力便一直往空转轮传输 (因为阻力少) ，车辆依然无法加速前进。

另有一种属于激烈操驾模式而产生的打滑现象，此现象车辆既不转弯，也非左、右轮置于不同摩擦系数路面的状况，那就是在进行零四加速时，巨大的动力输出，随着左、右传动轴的长短不一致及轮胎些许的差异，导致动力瞬间输往摩擦力弱的一轮，此轮便开始不停的空转，另一轮无从发挥作用，车辆当然无法往前迈进。为了解决以上这些现象，让更多的动力平均传递到左、右两个驱动轮上，限制差速器左、右滑动率的比例来完成此目标，所以限滑差速器便是解决问题的标准机件。

差速器很好的解决了汽车在不平路面及转向时左右驱动车轮转速不同的要求；但随之而来的是差速器的存在使得汽车在一侧驱动轮打滑时动力无法有效传输，也就是打滑的车轮不能产生驱动力，而不打滑的车轮又没有得到足够的扭矩。我们的汽车设计师一直在努力，于是差速锁出现了。差速锁很好的解决了汽车在一侧车轮打滑时出现的动力传输的问题，也就是锁止差速器，让差速器不再起作用，左右两侧的驱动轮均可得到相同的扭矩。可是大自然总是再给人类处理不完的难题。差速锁再解决原有问题的同时又带来了新的问题。

这种差速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出现左右摩擦不平衡的时候，由于轮胎与干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。

2.与传统差速器区别

顾名思义，“差速器”就是用来让车轮转速产生差异的，在转弯的情况下可以使左右车轮进行合理的扭矩分配，来达到合理的转弯效果。当发动机的动力经离合器、变速器、传动轴，经过了驱动桥上减速器的减速增矩之后，就要面临左右车轮的扭矩的分配，实现左右车轮的不同速度，使两边车轮尽可能以纯滚动的形式不等距行驶，减少轮胎与地面的摩擦，这就是所谓的“差速”过程。

普通差速器有一种弊端，那就是由于车轮悬空而导致空转，一旦发生类似的情况，差速器将动力源源不断的传给没有阻力的空转车轮，车辆不但不能向前运动，大量的动力也会流失。

限滑差速器的英文简写为 LSD，是 Limited Slip Differential 的缩写，而 LSD 的主要功能就是在工作时使左右车轮一同运转，而且将左右车轮的转速差控制在一定范围之内，以车辆保证正常的行进。根据实现方式以及机件结构的不同，LSD 可细分为扭力感应型、黏耦合型、螺旋齿轮式、标准机械式 LSD 等多种形式。虽然实现限滑差速的过程不同，最终目的是一致的。

拿一个实际路况作为例子，当驾驶一辆装有 LSD 的车，其中一只驱动轮发生空转时，LSD会控制两只车轮动力输出，阻止空转的车轮不会继续空转，使另一只车轮也有足够大的动力从而帮助车辆前进；在加速过弯时，输出扭力和离心力迫使车辆内轮扬起离开地面或产生打滑现象，而 LSD 装置也会将动力尽量转移到外侧车轮，因此可以帮助驾驶者提高过弯的速度，以此加强了操控性能。装有 LSD 的车辆，在过弯过程中的那种操控特性与普通车辆完全不同，驾驶员可以将油门踩深些，这时候除了提升了过弯的速度外，也不用担心车辆因为进弯速度太快而造成的危险，因此装载了 LSD 的车辆确实在弯道上比普通的差速器具备高速和可操控性的优势。

3.限滑差速器类别及应用

功用：在需要车轮同步转动时，限制滑动，尽可能让转速同步

差速器在大多数情况下都是有用的，但是个别极端情况就来添乱了，比如左右两个车轮在附着力不足尤其是有差别时，动力的输出就会流失，这在激烈驾驶（比如大马力车跑赛道）和越野环境下尤为突出，所以这个时候就需要控制差速器两端的滑动，限滑差速器由此诞生，也主要用在运动车型和偏重越野性能的车

型上。

3.1○机械限滑式差速器

机械式自锁差速器是在电子技术尚不发达的时候，汽车技师们琢磨出来的玩意，所以完全靠机械结构运作，结构可靠，但功能相对单一，而且有的结构对驾驶技术也有更高要求。常见的有摩擦片式、凸轮滑块和托森式几种机械限滑差速器。

I、摩擦片式限滑差速器——结构简单，应用广泛

摩擦片式自锁差速器通过差速器内置的摩擦片，在发生差速旋转时阻止滑动，它的结构简单，在轿车等车型上应用广泛。另外还有类似其工作原理的锥盘式限滑差速器，以及结合两种特点的LSD，都属于对扭矩比较敏感的类型。

II 、凸轮滑块式限滑差速器——利用惯性限滑，多用于SUV 、皮卡等

这一类限滑差速器利用惯性甩动滑块，实现自锁，所以需要两个车轮具备较大转速差，属于转速敏感型LSD （与之同类的还有粘性耦合LSD ，现在使用已经不多）。凸轮滑块式LSD 使用条件有限（此时可能已经陷车），优点是锁止能力强，多用于硬派SUV 、皮卡

III 、托森差速器

利用蜗杆/涡轮单向运动原理锁止，反应速度快，结构复杂成本高

托森差速器可能是大家最耳熟的自锁式差速器，也是扭矩敏感的类型，托森（Torsen ）实际上就是“扭力感应”(Torque Sensing ）两个词组成。因为它在很多全时四驱车型上都有配备，尤其是奥迪的quattro 四驱系统多以这种差速器为核心。托森差速器利用利用蜗杆/涡轮只能单向运动锁止差速器，反应速度相当快，但是对加工要求高，成本也水涨船高。

奥迪历史上使用了多种不同结构的托森差速器，请点击阅读奥迪的四驱技术：

壁虎塑造传奇奥迪quattro四驱技术详解

3.2○电子限滑差速器

随着汽车技术的发展，电子限滑差速器也越来越多，它们在普通开放式差速器基础上加装了多片离合器作为扭矩的分配，也有逐步取代机械限滑差速器的趋势。另外，ESP等电子系统也延伸出类似电子限滑差速器的作用，这就是很多配置表上所谓的“电子差速锁”，但这与差速器本身并无太多干系。

☆☆差速器锁

在一些更为极端的情况下，限制滑动已经无法搞定，需要把相应车轮全部锁死在

一起，这样只要有一个车轮有抓地力，就能驱动车辆。我们这儿说的差速器锁与前面的电子限滑差速器和电子差速锁不同，是可以完全锁死——除非机械损坏或者人工解除，否则无法解除。

差速器锁主要用在突出越野能力的硬派SUV或者纯越野车上，采用气动/电动推动机械式差速器锁（纯机械驱动的差速器锁在民用乘用车上已经非常少见，主要用在军用车型上），而在后期改装中，差速器锁也是越野迷们喜闻乐见的。

差速器依靠自己的作用，确保了车辆在弯道平稳行驶，同时为了满足非常用途，诞生了限滑差速器，这也体现了汽车工程师们的智慧。随后我们也会继续传动技术的选题，敬请关注。

4结论

限滑差速器在现代汽车中运用越来越广泛，发挥着重要作用。

参考文献：

【1】张敦良.车用粘性式限滑差速器转矩特性分析及试验研究［D］.吉林大学学报，2003 【2】刘惟信.汽车设计［M］.北京：清华大学出版社，2001

【3】魏宸官，赵家象.液体粘性传动技术［M］.北京：国防工业出版社，1996

【4】刘亮，夏国栋，陈雪梅等.液体粘性联轴器剪切转矩计算方法［J］.汽车工程，2003，1（25）：30～33，45

【5】王国业，刘昭度，王仁广等.汽车ABS在对开路面上的弯道制动性能［J］.北京理工大

学学报，2006，26（4）：318～321

【6】李亮，宋健，于良耀.汽车动力学稳定性控制系统仿真平台研究［J］.系统仿真学报，2007，19（7）：1597～160