[有片]限滑差速器(LSD) – 提升弯道性能必要零件

限滑差速器（Limited Slip Differential，简称LSD）是汽车传动系统中一项关键技术，可以改变车辆转弯时驱动的外圈和内圈的转速。改善车辆在不同路况下的牵引力和稳定性。提升弯道性能。

当转弯一定角度时，内外环绘制的轨迹半径不同。自然地，外圈必须比内圈行进更长的距离，并且必须旋转得更快。否则（在相同的速度下），内圈会打滑并消耗过多的旋转，从而无法顺利转动。简而言之，差速器是一种为驱动轮提供旋转差异的机构。

传统的开放式差速器（Open Differential）虽然允许车轮以不同速度转动，但当一侧车轮打滑时，会将大部分动力传递至该侧，导致另一侧车轮丧失牵引力。限滑差速器则透过限制这种滑差，确保动力更均衡地分配至两侧车轮，从而提升车辆的操控性和安全性。

限滑差速器广泛应用于赛车、越野车及高性能车辆中。其发展历史可追溯至20世纪初，随着汽车工业的进步而不断演化。本文将详细探讨限滑差速器的历史里程碑、时间段，并分别介绍碟式（Clutch-Type）和齿轮式（Gear-Type）两大类型。文章将包含时间线图表，以展示重要发展阶段。限滑差速器的演进不仅反映了工程技术的创新，也推动了汽车产业的进步。透过深入剖析其结构、工作原理、优缺点及应用，我们可以理解这项技术如何从赛车领域扩展至日常车辆，并在电动化和智能化时代继续发挥作用。

限滑差速器的基本原理建立在摩擦力和齿轮机构之上。当车辆行驶于直线时，两侧车轮转速相同，差速器如开放式般运作；但在弯道或滑溜路面，转速差异出现时，限滑机制介入，限制转速差并重新分配扭矩。这不仅提升了牵引力，还减少了轮胎磨损和能源浪费。在现代车辆中，限滑差速器往往与电子控制系统（如ABS和ESC）整合，提供更精准的动力管理。以下将从历史开始，逐步展开讨论。

---

历史发展与重要里程碑

限滑差速器的概念源自于传统差速器的改进。差速器本身可追溯至古代，但现代限滑差速器的出现则是20世纪的产物。以下是其主要历史时间段与里程碑，我们将从早期基础到现代创新逐一详述。

• 19世纪末至20世纪初：差速器的基础奠定
  差速器最早由法国工程师Onésiphore Pecqueur于1827年发明，用于蒸汽车辆。 1897年，英国工程师James Starley将其应用于自行车和汽车。这段时期奠定了差速器的基本原理，但尚未解决滑差问题。早在100 BCE–70 BCE，古希腊人就已有类似差速装置的记录，如Antikythera机制，但真正应用于汽车则在19世纪末。这些早期设计为开放式，无法处理一轮打滑的情形，导致后续创新需求。

• 1930年代：限滑差速器的诞生
  1932年，汽车工程师Ferdinand Porsche为Auto Union赛车设计了限滑差速器的概念，以提升赛车在弯道中的稳定性。高功率引擎导致后轮在时速达160 km/h时过度打滑，Porsche委托ZF Friedrichshafen AG开发解决方案。 1935年，ZF取得专利，这标志着限滑差速器的正式诞生。这时期主要应用于赛车领域，解决了开放式差速器在湿滑路面上的缺陷。 ZF的「滑动销和凸轮」设计应用于二战期间的Volkswagen军用车，如Kübelwagen和Schwimmwagen，虽然严格来说这是自由轮系统，但奠定了限滑基础。

• 1950年代：商业化与普及
  1950年代，美国汽车制造商如Packard和Studebaker开始将限滑差速器应用于量产车辆。 1956年，Packard推出Twin Traction系统，是早期商业化范例。这段时间，限滑差速器从赛车扩展至民用车，特别是后轮驱动车型。 1957年，通用汽车（GM）为Chevrolet推出Positraction系统，随后Pontiac的Safe-T-Track、Oldsmobile的Anti Spin、Ford的Traction-Lok和Chrysler的Sure-Grip跟进。这些系统在肌肉车时代流行，Positraction成为通用术语。

• 1960-1970年代：类型多样化与技术精进
  1960年代，碟式限滑差速器（如多片离合器式）广泛应用于肌肉车，如Chevrolet Corvette。 1970年代，齿轮式限滑差速器（如Torsen型）由Gleasman公司开发，专注于扭矩感测分配。这时期见证了电子控制的初步整合，提升了精确度。 1958年，Vernon Gleasman专利Torsen限滑差速器，标志齿轮式进入实用阶段。

• 1980-1990年代：电子化与高性能应用
  1980年代，Audi Quattro系统引入全时四轮驱动，结合限滑差速器。 1990年代，电子限滑差速器（Electronic LSD）出现，如BMW的DSC系统。这段时间，限滑差速器成为高性能车的标准配备。 1982年，Torsen开始行销，用于Audi Quattro和Subaru Impreza WRX STI。 1996年，AAM推出TracRite系列，提升牵引力。

• 2000年代至今：现代创新与电动化
  2000年代，限滑差速器整合ABS和ESC系统。近年，随着电动车兴起，如Tesla的双马达系统模拟限滑功能。 2020年代，混合动力车辆进一步优化限滑技术，以适应再生煞车。电子控制型如Subaru Impreza WRX STI的DCCD，允许驾驶者调整。

时间段	里程碑事件	关键贡献者/应用	类型发展重点
1827-1897	差速器基础发明	Onésiphore Pecqueur, James Starley	开放式差速器奠基
1932-1935	限滑概念诞生与专利	Ferdinand Porsche, ZF	首次限滑设计，赛车应用
1956-1957	商业化应用	Packard Twin Traction, GM Positraction	民用车普及，碟式初步应用
1958-1970s	Torsen齿轮式专利与多样化	Vernon Gleasman, Chevrolet	碟式与齿轮式分化
1980-1990s	电子整合与全轮驱动	Audi Quattro, BMW DSC	电子控制限滑出现
1996-2000s	TracRite与现代优化	AAM, Tesla	整合ADAS，适应EV
2020s-现在	电动化与AI整合	Subaru DCCD, 各大车厂	智能限滑系统

限滑差速器从赛车创新扩展至民用，解决了开放式差速器的缺陷，如在F1赛车中，Lancia D50于1950s已使用LSD，提升弯道性能。

---

LSD的种类

一般分为“旋转差感应型”和“扭矩感应型”。根据车辆的驱动系统和使用目的正确使用每一个。采用旋转差动敏感型的典型例子是粘滞型（在粘滞联轴器内部封入矽油，利用矽油的剪切力进行差速限制），尤其是在FF车上使用较多。该目的主要是在极低的亩路面，例如雪地路面，左右车轮之间出现较大的转动差异时有效。

扭矩感应型多用在FR车上，机构有很多种，但在FR跑车上使用的一般是利用多个齿轮组合的齿面阻力（Super LSD和Torsen型）是主流。

---

碟式限滑差速器（Clutch-Type LSD）

碟式限滑差速器，又称离合器式或多片式限滑差速器，是最常见的类型之一。其核心利用摩擦离合器片（clutch packs）来限制滑差。以下详细说明其结构、工作原理、优缺点及应用，并探讨子类型如1-way、1.5-way和2-way。

结构分析
碟式限滑差速器基于开放式差速器，增加多片离合器组。典型结构包括：

• 差速器壳体（Differential Case）：容纳齿轮组，连接输入轴。
• 侧齿轮（Side Gears）：连接左右半轴。
• 行星齿轮（Pinion Gears）：允许差速。
• 离合器片组：交替排列的内外片，内片连差速器壳体，外片连侧齿轮。通常使用薄离合器盘，一半连接一个驱动轴，另一半连接蜘蛛齿轮载体。
• 预载弹簧（Preload Springs）：提供初始摩擦力。
• 斜坡或凸轮机制（Ramp or Cam）：在扭矩差异时压紧离合器。蜘蛛齿轮安装在销轴上，置于斜切槽中，形成凸轮斜坡。

例如，在Eaton公司的Posi-Traction系统中，离合器片由碳纤维或金属材质制成，耐高温。离合器叠可能存在于两个驱动轴上，或仅一个；若仅一个，剩余驱动轴透过蜘蛛齿轮连结。 LSD是多片离合器式结构的所谓机械式。这种类型的LSD最近没有被采用作为量产的LSD，但它仍然作为赛车运动世界的必需品活跃在前线。其原因是通过根据应用改变压环的凸轮角度和选择离合器片的数量来实现“扭矩偏置比”。 ※这是因为“初始扭矩”可以自由设定，对产生差速限制的反应非常好。 ((※转矩偏置比= 高μ 侧转矩÷ 低μ 侧转矩）

较大的扭矩偏置比意味着可以更大地改变内驱动轮和外驱动轮的扭矩分配比，并且可以赋予具有抓地力的轮胎更大的牵引力。量产的LSD的扭矩偏压比大约在2.0到3.0之间

工作原理
当车轮正常行驶，扭矩均衡时，离合器片轻微摩擦，允许微小滑差。当一侧车轮打滑（如冰雪路面），扭矩差异使凸轮机制压紧离合器片，增加摩擦力，将更多扭矩转移至有牵引力的车轮。摩擦力可达预载值的数倍，典型限滑比（Torque Bias Ratio）为1.5:1至3:1。

在加速时，碟式LSD更有效，因为离合器片在负荷下压紧。减速时，某些设计（如1-way型）不作用，以避免过度稳定。限滑扭矩Trq d与输入扭矩成比例，输入扭矩越大，离合器压合越紧。物理上，这依赖摩擦系数μ和正压力N，摩擦力F = μN。

子类型分类基于斜坡对称性：

• 2-Way：斜坡对称，在加速和减速均提供相同Trq d，适合赛车，提供引擎煞车稳定性。
• 1-Way：斜坡一侧垂直（80–85°），仅加速时作用，反向如开放式，适合前轮驱动车，避免转向过度。
• 1.5-Way：斜坡不对称，正向Trq d_fwd > 反向Trq d_rev，但均非零，提供中间平衡。

优缺点
优点：

• 反应快速，适合赛车和越野。
• 成本相对低，易于调整摩擦力（更换离合器片）。
• 提供可调限滑程度，甚至在轮胎离地时维持动力传递。

缺点：

• 离合器片磨损需定期维护，每60,000英里可能需更换。
• 高温下效能衰减，可能产生噪音或抖动。
• 在极端条件下，可能过热导致失效。

应用实例
碟式LSD广泛用于后驱车，如Ford Mustang的Track Pack系统。赛车领域，如NASCAR，使用高性能碟式LSD提升弯道速度。近年，电子辅助碟式LSD（如Mercedes-AMG的系统）整合感测器，动态调整摩擦。应用于肌肉车如Chevrolet Corvette，提升冬季驾驶安全。

碟式LSD的变体包括锥型离合式，使用锥形件取代离合器片，压合产生摩擦。当转速差出现时，锥型齿轮压向壳体，产生摩擦力矩，限制快转侧。限滑扭矩依锥角决定，受壳体尺寸限制。

---

齿轮式限滑差速器（Gear-Type LSD）

齿轮式限滑差速器，又称扭矩感测式或Torsen型（Torque-Sensing），依赖齿轮组而非摩擦来分配扭矩。代表性产品为Gleason公司的Torsen差速器。

结构分析
齿轮式LSD无离合器片，纯机械结构：

• 蜗轮蜗杆组（Worm Gears）：核心元件，蜗轮连侧齿轮，蜗杆连壳体。
• 侧齿轮与行星齿轮：类似开放式，但增加扭矩偏置齿轮。
• 壳体与输出轴：确保齿轮啮合。

Torsen使用螺旋齿轮，当扭矩差异时，齿轮阻力自动分配动力。变体包括Torsen T-1（1958专利）和T-2（1984设计，兼容c-clip轴）。

工作原理
齿轮式LSD利用齿轮的不可逆性原理。正常行驶时，齿轮自由转动允许差速。当一侧车轮打滑，扭矩差异使蜗杆齿轮产生阻力，将扭矩转移至另一侧。限滑比固定，通常2:1至5:1，取决于齿轮角度。

与碟式不同，齿轮式在加速与减速均有效（2-way型），且无磨损问题。扭矩分配比例由齿轮设计决定，无需外部控制。物理上，扭矩偏置基于齿轮摩擦和分离力，Trq d随输入扭矩增加。

优缺点
优点：

• 无摩擦磨损，寿命长，维护少。
• 平顺运作，无噪音，适合日常驾驶。
• 在持续高负荷下稳定，如长途越野。

缺点：

• 成本较高，制造复杂。
• 限滑比固定，不易调整。
• 在完全丧失牵引时（如一轮悬空），效能不如碟式。

应用实例
齿轮式LSD常用于四轮驱动车，如Audi Quattro的中心差速器。越野车如Toyota Land Cruiser使用Torsen型，提升穿越能力。高性能车如Porsche 911，结合齿轮式LSD与电子系统，优化动力分配。其他应用包括Ford Focus RS的Quaife ATB和Eaton Truetrac于4×4皮卡。

齿轮式变体包括螺旋齿轮式，采用左右行星齿轮互啮，转速差时产生摩擦限制快转侧。应用于Suzuki Escudo等。

---

碟式与齿轮式的比较

碟式与齿轮式限滑差速器各有特色：

• 效能：碟式反应更快，适合激烈驾驶；齿轮式更平顺，适合长途。
• 耐久性：齿轮式无磨损优势明显；碟式需保养离合器。
• 成本与应用：碟式较经济，用于后驱车；齿轮式高端，用于AWD系统。
• 未来趋势：两者均向电子化发展，如eLSD结合感测器。

比较图表：

比较项目	碟式限滑差速器	齿轮式限滑差速器
核心机制	摩擦离合器片	蜗轮蜗杆齿轮
限滑比	可调（1.5-3:1）	固定（2-5:1）
优点	快速反应、低成本、可调	耐久、无噪音、平顺
缺点	磨损、过热、噪音	高成本、固定比例、弱于零牵引
典型应用	赛车、后驱车	四驱、越野车
维护需求	高（离合器更换）	低（无磨损件）
扭矩响应	依输入扭矩比例增加	齿轮摩擦自动分配

此比较显示，碟式适合高性能需求，齿轮式强调可靠性。在赛道上，碟式可提供1:1锁定，而齿轮式无法完全锁定。

---

应用与未来展望

限滑差速器在现代汽车中不可或缺。赛车如F1使用先进LSD提升圈速；电动车如Rivian R1T模拟LSD功能。应用包括体育车、越野车、拉力赛车、漂移车和赛道赛车。 未来，随着自动驾驶兴起，限滑技术将整合AI，动态调整分配。电动车中，双马达系统可软体模拟限滑，减少机械复杂度。

限滑差速器从1930年代的创新到今日的电子化，见证了汽车工程的进步。碟式与齿轮式分别满足不同需求，推动产业发展。透过时间线与图表，我们可清晰理解其里程碑。未来，限滑技术将继续演进，适应电动与智能时代。

延伸阅读：

• 网上流传俗称土瓜湾十三街发生一宗性质恶劣，公然挑战警方执法权威事件
• 什么是马力什么是扭力分别在什么地方?
• 尖沙咀GTA式飞车逃避警车追捕毒驾男逆线狂飙终落网
• 提升汽车操控性能的10种有效改装方法