由于汽车在转弯时,外侧车轮需要行驶更长的路径,即大圆弧,而内侧车轮则行驶较短的路径,即小圆弧。若左右驱动轮通过一根刚性轴直接相连,那么两侧车轮的转速将不可避免地保持一致,这便会导致在转弯时两侧车轮相互干涉,无法顺畅地完成转弯动作。
差速器是一种允许左右或前后车轮以不同转速旋转的装置。它可以根据安装位置的不同,分为前差速器和后差速器,分别布置在前后驱动桥上。对于四驱汽车,安装在中间传动轴上,用于调节前后轮转速的差速器,则被称为中央差速器。
此外,差速器还可以根据其构造进行分类,包括开放式差速器、多片离合器式限滑差速器、托森差速器、粘性联轴节式差速器以及机械锁式差速器。在路虎揽胜这款车型中,就巧妙地运用了三种不同类型的差速器:前桥采用了开放式差速器,后桥则配备了多片离合器式限滑差速器,而中央则使用托森差速器,以确保车辆在转弯或驱动时,能够顺畅地适应不同车轮的转速需求。
那么,这些不同类型的差速器之间究竟有何差异呢?
1、开放式差速器
开放式差速器设计独特,允许汽车在转弯时,左右轮以不同的转速旋转。
汽车在吊起后,当你尝试转动一侧轮胎时,另一侧轮胎会以相反的方向旋转,这正是差速器在发挥作用的结果。差速器在动力存在与不存在的情况下,其运转模式也存在显著差异,具体如下所述:
然而,由于开放式差速器的行星齿轮组缺乏锁止装置,当一侧车轮打滑时,几乎所有的动力输出都会流向打滑的车轮,这反而阻碍了车辆的脱困能力。
2、多片离合器式限滑差速器
为了解决开放式差速器在脱困方面的不足,多片离合器式限滑差速器应运而生。它通过引入离合器机构,由若干摩擦片和钢片相互配合构成。在正常情况下,这些摩擦片与钢片之间保持相对独立,互不影响。然而,当一侧车轮打滑时,锥形行星轮的压力传递机制会发挥作用,使得未打滑侧的摩擦片与钢片相互压紧,并同步转动。这样一来,未打滑侧的车轮便能获得更多的动力,从而协助车辆成功脱困。
如今,多片离合器式差速器已成为主流选择。它通过电-液或电磁技术精准控制摩擦片的接合程度,同时利用传感器实时监测车辆行驶状态。这种差速器能够智能地主动分配转矩,从而显著提升车辆的可控性和通过性能。
当然,多片离合器式限滑差速器并非完美无瑕。它存在一些不足之处,例如可能导致转向特性变差,并且摩擦片的寿命也有限制。这种差速器主要适用于铺装路面和轻度越野路面,常被安装在后驱车辆上。然而,前驱车辆通常不会配备这种差速器,因为前驱车本身就存在转向不足的问题,如果再安装这种差速器,可能会进一步影响转向性能,特别是在限滑系数较大时,转向会变得更为困难。
3、托森差速器(扭矩感应式限滑差速器)
托森差速器,全称为Torque-sensing Traction,意为感觉扭矩牵引,其核心在于蜗轮与蜗杆齿轮的精细啮合系统。得益于其出色的反应速度,托森差速器在众多车型中发挥着关键作用,不仅被广泛应用于中央差速器,还常用于轮间差速器。历经多代发展,其技术已相当成熟。
基本原理在于蜗轮蜗杆的单向传动特性,即运动只能从蜗杆流向蜗轮,蜗轮无法反向驱动蜗杆,从而形成自锁。这一特性使得托森差速器能够比电子液压控制的中央差速系统更加及时且可靠地调节前后扭矩的分配。
简而言之,托森差速器是一种全自动纯机械差速器,其操作无需人为干预,且具有100%的可靠性及直接的传动,这种设计在某种程度上达到了均衡。然而,由于托森A差速器无法与自动变速箱兼容,因此后来发展出了托森B差速器以解决此兼容性问题。
托森C差速器是在B型差速器的基础上,经过多次技术迭代与优化而诞生的。它继承了B型差速器的快速自动锁止功能,并在正常驾驶条件下,能以更高效的方式分配驱动力,即前后轴的驱动力按40:60的比例进行分配。而在极端驾驶情境下,托森C差速器则展现出更为出色的调节能力,最多可向前轴输出高达65%的驱动力,或向后轴输出85%的驱动力,从而确保了车辆在各种路况下的稳定与安全。
4、粘性联轴节式差速器
粘性联轴节式差速器的一大优势在于其自动分配动力的能力,无需驾驶员进行任何操作。这种差速器特别适用于以前轮驱动为基础的全轮驱动汽车,它平时会按照前轮驱动的模式进行工作。
粘性联轴节的工作原理与多片离合器颇为相似。其内部构造包括输入轴上布置的多片内板,以及插在输出轴壳体内的多片外板,其间填充了高粘度的硅油。当发生打滑情况时,输入轴的转动会带动硅油进行搅动,使其受热膨胀。这一过程会导致离合器片受到挤压,从而使得两段传动轴实现近乎刚性的连接,确保动力能够顺畅地传递至无打滑现象的一侧。
然而,由于结构上的限制,这种粘性联轴节所能传递的动力最多只能达到发动机输出动力的30%。此外,该差速器还导致四驱系统存在一定的迟滞性,因此它主要适用于简单条件下的烂路行驶,而对于高强度的非铺装路面,其通过性则显得力不从心。
5、机械锁式差速器
这类差速器能够自动实现完全锁止与解锁,无需驾驶员手动操作,且结构简单、维护成本低,同时使用普通齿轮油即可,无需特殊添加剂。其中,伊顿式机械锁差速器是这一类型的典型代表。
机械锁式差速器在限滑差速器的基础上进行了进一步的优化。当一侧车轮发生打滑时,该差速器会激活机械锁合机构,将车桥完全锁死,从而确保发动机的扭矩能100%传递至具有抓地力的有效车轮上,为车辆提供必要的牵引力,助力其摆脱困境。然而,仅有差速器还不足以应对所有情况。差速器允许内外侧车轮或前后轮之间存在转速差异,这一特性既带来了便利也带来了挑战。为了更有效地利用差速器,我们引入了差速锁的概念。差速锁能将两个半轴刚性连接成一个整体,确保两侧车轮获得相等的动力,使车辆能够轻松摆脱困境。
6、手动机械差速锁
目前,手动机械差速锁是较为普遍的一种类型。其技术成熟、制造成本低廉且可靠性出色,能够轻松实现轴间完全的机械式连接。但需注意,在铺装路面正常行驶时若持续使用锁止功能,可能会对车辆的半轴、轮胎等部件造成不必要的磨损。
图中清晰展示了前差速锁、中央差速锁以及后差速锁的操作按钮。
7、电子差速锁
电子差速锁,作为ABS/ESP系统的一种延伸功能,常被人们误解。实际上,它并非一个独立的系统,而是与ABS/ESP系统紧密相关。
其工作原理相当直观:在车辆转向时,由于重心外移,内侧车轮容易打滑。为了提升转向性能,系统会对内侧车轮进行制动,从而有效分配轮间的扭矩。如今,这一技术已广泛应用于许多城市SUV中,旨在提升车辆在公路上的行驶性能以及越野时的通过能力。