Дифференциал повышенного трения (LSD) — важный компонент для улучшения характеристик прохождения поворотов

Дифференциал повышенного тренияДифференциал повышенного трения (LSD) — это система, используемая в автомобилях.Система трансмиссииОдна из ключевых технологий позволяет изменять частоты вращения внешних и внутренних ведущих колёс при прохождении поворотов. Это улучшает сцепление и устойчивость в различных дорожных условиях, повышая управляемость автомобиля.

При повороте на определённый угол внутреннее и наружное кольца описывают разные радиусы. Естественно, наружное кольцо должно пройти больший путь и вращаться быстрее внутреннего. В противном случае (при той же скорости) внутреннее кольцо будет проскальзывать и поглощать слишком много вращения, что не позволит ему плавно вращаться. Короче говоря, дифференциал — это механизм, обеспечивающий...Разница вращенияОрганизация.

Традиционные открытые дифференциалы позволяют колесам вращаться с разной скоростью, но когда одно колесо проскальзывает, большая часть мощности передается на эту сторону, в результате чего другое колесо теряет сцепление с дорогой.Дифференциал повышенного тренияОграничивая это проскальзывание, мощность распределяется более равномерно на оба колеса, тем самым улучшая управляемость и безопасность автомобиля.

Дифференциалы повышенного трения широко используются вгонкиДифференциалы повышенного трения используются во внедорожной технике и высокопроизводительных автомобилях. История их развития восходит к началу XX века и развивалась параллельно с развитием автомобильной промышленности. В данной статье рассматриваются исторические этапы и хронология развития дифференциалов повышенного трения, рассматриваются как модели с фрикционным, так и шестеренчатым механизмом. Для иллюстрации основных этапов развития представлена хронологическая диаграмма. Эволюция дифференциалов повышенного трения не только отражает инженерные инновации, но и способствует прогрессу в автомобильной промышленности. Глубокий анализ их конструкции, принципов работы, преимуществ, недостатков и областей применения позволяет понять, как эта технология распространилась из гоночных автомобилей в повседневные и продолжает играть свою роль в эпоху электрификации и интеллектуализации.

Основной принцип работы дифференциала повышенного трения основан на фрикционных и зубчатых механизмах. При прямолинейном движении автомобиля колёса с обеих сторон вращаются с одинаковой скоростью, и дифференциал работает как открытая система. Однако при возникновении разницы скоростей на поворотах или скользких поверхностях вмешивается механизм повышенного трения, ограничивая разницу скоростей и перераспределяя крутящий момент. Это не только улучшает сцепление с дорогой, но и снижает износ шин и потери энергии. В современных автомобилях дифференциалы повышенного трения часто интегрируются с электронными системами управления (например,…АБСиESCТакая интеграция обеспечивает более точное управление питанием. Обсуждение начнётся с истории технологии и будет продолжено пошагово.

---

Историческое развитие и важные вехи

Концепция дифференциала повышенного трения возникла в результате усовершенствования традиционных дифференциалов. Хотя сами дифференциалы появились ещё в древности, современный дифференциал повышенного трения появился в XX веке. Ниже представлены основные этапы его развития, от первых разработок до современных инноваций.

• Конец XIX — начало XX века: заложение основ дифференциалов
  Дифференциал был впервые изобретён французским инженером Онезифором Пекёром в 1827 году для использования в паровых транспортных средствах. В 1897 году британский инженер...Джеймс СтарлиЭта технология применялась в велосипедах и автомобилях. В этот период были заложены основы дифференциалов, но проблема проскальзывания оставалась нерешённой. Аналогичные дифференциальные устройства, такие как антикитерский механизм, были описаны древними греками ещё в 100–70 годах до н. э., но их фактическое применение в автомобилях началось лишь в конце XIX века. Эти ранние конструкции были открытыми и не могли справиться с проскальзыванием одного колеса, что привело к необходимости дальнейших инноваций.

• 1930-е годы: рождение дифференциала повышенного трения
  В 1932 году автомобильный инженерФердинанд ПоршеPorsche разработал концепцию дифференциала повышенного трения для гоночных автомобилей Auto Union, чтобы улучшить их устойчивость в поворотах. Мощные двигатели вызывали чрезмерную пробуксовку задних колёс на скоростях до 160 км/ч, что побудило Porsche заказать разработку решения в ZF Friedrichshafen AG. В 1935 году ZF получил патент, ознаменовавший официальное рождение дифференциала повышенного трения. В то время он использовался преимущественно в гонках и устранял недостатки открытых дифференциалов на мокрой дороге. Конструкция ZF «скользящий штифт и кулачок» применялась на военных автомобилях Volkswagen во время Второй мировой войны, таких как Kübelwagen и Schwimmwagen. Хотя, строго говоря, это была система свободного хода, она заложила основу для дифференциалов повышенного трения.

• 1950-е годы: коммерциализация и популяризация
  В 1950-х годах американские автопроизводители, такие как Packard и Studebaker, начали применять дифференциалы повышенного трения на серийных автомобилях. В 1956 году Packard представила систему Twin Traction, ставшую ранним примером коммерциализации. В этот период дифференциалы повышенного трения распространились не только на гоночные автомобили, но и на гражданские, особенно на модели с задним приводом. В 1957 году General Motors (GM) представила систему Positraction для Chevrolet, за которой последовали Safe-T-Track для Pontiac, Anti-Spin для Oldsmobile, Traction-Lok для Ford и Sure-Grip для Chrysler. Эти системы стали популярными в эпоху маслкаров, и Positraction стал общепринятым термином.

• 1960-е–1970-е годы: диверсификация типов и технологический прогресс
  В 1960-х годах дисковые дифференциалы повышенного трения (например, с многодисковым сцеплением) широко применялись в автомобилях класса muscle cars, таких как Chevrolet Corvette. В 1970-х годах компания Gleasman разработала шестеренчатые дифференциалы повышенного трения (например, типа Torsen), уделяя особое внимание распределению крутящего момента с помощью датчиков. В этот период впервые были внедрены электронные системы управления, что повысило точность. В 1958 году Вернон Глисман запатентовал дифференциал повышенного трения Torsen, что ознаменовало начало практического применения шестеренчатых дифференциалов.

• 1980-е–1990-е годы: электроника и высокопроизводительные приложения
  В 1980-х годахАуди КватроСистема включает в себя постоянный полный привод в сочетании с дифференциалом повышенного трения. В 1990-х годах появились электронные дифференциалы повышенного трения (LSD), такие как...BMWСистема DSC. В этот период дифференциалы повышенного трения стали стандартным оборудованием автомобилей высокой проходимости. В 1982 году Torsen начал предлагать её для Audi Quattro и...Subaru Impreza WRX STIВ 1996 году компания AAM выпустила серию TracRite для улучшения сцепления.

• С 2000-х годов по настоящее время: современные инновации и электрификация
  В 2000-х годах дифференциалы повышенного трения были интегрированы с системами ABS и ESC. В последние годы, с развитием электромобилей, таких как двухмоторная система Tesla, функциональность дифференциалов повышенного трения была смоделирована. В 2020-х годах гибридные автомобили дополнительно оптимизировали технологию повышенного трения для внедрения рекуперативного торможения. Модели с электронным управлением, такие как DCCD в Subaru Impreza WRX STI, позволяют водителю регулировать торможение.

Временной интервал	знаменательное событие	Основные участники/приложения	Фокус на развитии типа
1827-1897	Основное изобретение дифференциала	Онисифор Пекёр, Джеймс Старли	Основа открытого дифференциала
1932-1935	Рождение и патенты на концепцию ограниченного проскальзывания	Фердинанд Порше, ZF	Первая конструкция с ограниченным проскальзыванием, применение в гонках
1956-1957	Коммерческие приложения	Packard Twin Traction, GM Positraction	С широким распространением гражданских транспортных средств начинают использоваться дисковые тормоза.
1958-1970-е годы	Патенты Torsen на зубчатые передачи и диверсификация	Вернон Глисман, Chevrolet	Дифференциация дисков и шестерен
1980-е-1990-е годы	Электронная интеграция и полный привод	Audi Quattro, BMW DSC	Появляется электронная система ограниченного скольжения
1996-2000-е годы	TracRite с современной оптимизацией	ААМ, Тесла	Интеграция ADAS для адаптации к электромобилям
2020-е годы-настоящее время	Электрификация и интеграция ИИ	Subaru DCCD, основные производители автомобилей	Интеллектуальная система ограниченного скольжения

Дифференциалы повышенного трения (LSD) распространились из гоночных инноваций в гражданское применение, устраняя недостатки открытых дифференциалов. Например, в гонках Формулы-1 Lancia D50 в 1950-х годах использовала LSD для улучшения характеристик в поворотах.

---

Типы ЛСД

Как правило, они подразделяются на «типа с датчиком дифференциала вращения» и «типа с датчиком крутящего момента». Каждый тип следует использовать правильно в соответствии с системой привода автомобиля и предполагаемым использованием. Типичным примером типа с датчиком дифференциала вращения является вязкостный тип (силиконовое масло герметизировано внутри вискомуфты, что позволяет использовать сдвиговое усилие силиконового масла для ограничения дифференциала), особенно распространённый в автомобилях с передним приводом (ППР). Этот тип особенно эффективен на очень низких поверхностях, например, на снегу, где существует большая разница в углах вращения левого и правого колёс.

Механизмы измерения крутящего момента широко используются в автомобилях с передним расположением двигателя и задним приводом. Хотя существует множество типов механизмов, в спортивных автомобилях с передним расположением двигателя обычно используется сопротивление поверхности зубьев нескольких комбинаций шестерен (например, Super LSD).ТорсенОсновной тип — это «тип».

---

Дисковый дифференциал повышенного трения (LSD-дифференциал с фрикционным сцеплением)

Дисковые дифференциалы повышенного трения, также известные как дифференциалы повышенного трения фрикционного типа или многодисковые дифференциалы повышенного трения, являются одним из наиболее распространённых типов. Их основная функция заключается в ограничении проскальзывания с помощью фрикционных дисков. Ниже подробно описаны их конструкция, принцип работы, преимущества, недостатки и области применения, а также рассматриваются такие подтипы, как односторонние, полуторасторонние и двухсторонние.

Структурный анализ
Дисковые дифференциалы повышенного трения основаны на открытых дифференциалах с добавлением многодискового сцепления. Типичные конструкции включают:

• Корпус дифференциала: в нем размещается зубчатая передача, и он соединяется с входным валом.
• Боковые шестерни: соедините левый и правый полуоси.
• Планетарные передачи: обеспечивают дифференциальные скорости.
• Узел ведомого диска сцепления: чередующиеся внутренние и внешние диски, при этом внутренний диск соединён с корпусом дифференциала, а внешний — с полуосевой шестернёй. Обычно используется тонкий ведомый диск сцепления, одна половина которого соединена с приводным валом, а другая — с водилом.
• Пружины предварительной нагрузки: обеспечивают начальное трение.
• Механизм с рампой или кулачком: включает сцепление при разнице крутящего момента. Зубчатая шестерня установлена на штифте и располагается в скошенной канавке, образуя кулачковый наклон.

Например, вИтонВ системе Posi-Traction компании диски сцепления изготовлены из углеродного волокна или металла, что делает их термостойкими. Пакеты сцепления могут располагаться на двух приводных валах или только на одном; если используется только один, остальные приводные валы соединены крестовинами. Диффузоры с повышенным внутренним трением (LSD) — это так называемые механические LSD с многодисковой структурой сцепления. Этот тип LSD в последнее время не получил массового производства, но остаётся важнейшим компонентом в мире автоспорта. Это связано с тем, что «коэффициент смещения крутящего момента» достигается путём изменения угла кулачка нажимного кольца и выбора количества дисков сцепления в соответствии с условиями эксплуатации. ※Это связано с тем, что «начальный крутящий момент» можно свободно устанавливать, что обеспечивает превосходную реакцию на ограничение дифференциала. ((※Коэффициент смещения крутящего момента = Высокий крутящий момент на стороне μ ÷ Низкий крутящий момент на стороне μ)

Больший коэффициент распределения крутящего момента обеспечивает лучшую регулировку распределения крутящего момента между внутренними и внешними ведущими колёсами и может обеспечить лучшее сцепление шин с дорогой. У серийно выпускаемых дифференциалов с повышенным внутренним трением коэффициент распределения крутящего момента обычно составляет от 2,0 до 3,0.

Принцип работы
При нормальном вращении колёс и сбалансированном крутящем моменте диски сцепления испытывают небольшое трение, допуская небольшую пробуксовку. При пробуксовке одного из колес (например, на обледенелой или заснеженной дороге) разница крутящего момента заставляет кулачковый механизм сжимать диски сцепления ближе друг к другу, увеличивая трение и передавая больший крутящий момент на колесо с хорошим сцеплением. Трение может в несколько раз превышать величину предварительного натяга, при этом типичное передаточное отношение муфты ограниченного скольжения составляет от 1,5:1 до 3:1.

При разгоне дисковые дифференциалы повышенного трения (LSD) более эффективны, поскольку диски сцепления сжимаются под нагрузкой. При замедлении некоторые конструкции (например, односторонние) не включаются, чтобы избежать чрезмерной стабилизации. Крутящий момент ограниченного проскальзывания Trq d пропорционален входному крутящему моменту; чем больше входной крутящий момент, тем плотнее сцепление. Физически это зависит от коэффициента трения μ и нормальной силы N, при этом сила трения F = μN.

Классификация подтипов основана на симметрии склона:

• 2-полосныйРампа симметрична, обеспечивая одинаковый крутящий момент как при ускорении, так и при замедлении, что делает ее пригодной для гонок и обеспечивает стабильность торможения двигателем.
• 1-стороннийСклон вертикальный с одной стороны (80–85°), эффективный только при разгоне, и открытый с другой стороны. Подходит для автомобилей с передним приводом, чтобы избежать избыточной поворачиваемости.
• 1,5-полосныйНаклон асимметричен: прямой Trq d_fwd > обратного Trq d_rev, но оба они не равны нулю, что обеспечивает промежуточный баланс.

Преимущества и недостатки
преимущество:

• Он отличается быстрым временем отклика и подходит для гонок и езды по бездорожью.
• Стоимость относительно невысока, а трение легко регулируется (заменой дисков сцепления).
• Он оснащен регулируемым дифференциалом повышенного трения и даже сохраняет подачу мощности, когда шины оторваны от земли.

недостаток:

• Диски сцепления изнашиваются и требуют регулярного обслуживания; их может потребоваться менять каждые 60 000 миль.
• При высоких температурах производительность снижается, что может привести к возникновению шума и вибрации.
• В экстремальных условиях перегрев может привести к выходу из строя.

Примеры применения
Дисковые дифференциалы LSD широко используются в заднеприводных автомобилях, таких какФорд МустангСистема Track Pack. В гонках, например...НАСКАРВысокопроизводительные дисковые дифференциалы повышенного трения (LSD) используются для повышения скорости прохождения поворотов. В последние годы дисковые дифференциалы повышенного трения (LSD) с электронным управлением (например,...)Mercedes-AMGСистема включает в себя датчики для динамической регулировки трения. Это применяется в таких мощных автомобилях, как...Шевроле КорветДля повышения безопасности вождения в зимнее время.

Разновидности дисковых LSD включают конические муфты, в которых для создания трения при зацеплении используются конические элементы вместо фрикционных дисков. При возникновении разницы скоростей коническая шестерня давит на корпус, создавая момент трения, ограничивающий сторону быстрого проскальзывания. Предельный момент зависит от угла конуса и ограничен размером корпуса.

---

Шестеренчатый дифференциал повышенного трения (LSD)

Шестерёнчатые дифференциалы повышенного трения, также известные как дифференциалы с датчиками крутящего момента или дифференциалы типа Torsen, распределяют крутящий момент с помощью зубчатых передач, а не трения. Характерным примером является дифференциал Torsen компании Gleason.

Структурный анализ
У LSD шестеренчатого типа нет диска сцепления, и это чисто механическая конструкция.

• Червячные передачи: основной компонент, состоящий из червячной передачи, соединенной с боковой шестерней, и червяка, соединенного с корпусом.
• Боковые шестерни и планетарные передачи: аналогичны открытым передачам, но с дополнительными шестернями смещения крутящего момента.
• Корпус и выходной вал: обеспечить зацепление шестерен.

Torsen использует косозубые шестерни, где сопротивление шестерни автоматически распределяет мощность при разнице крутящего момента. Существуют варианты Torsen T-1 (запатентован в 1958 году) и T-2 (разработан в 1984 году, совместим с валами с C-образными зажимами).

Принцип работы
Шестерёнчатые дифференциалы повышенного трения (LSD) используют необратимый принцип работы шестерён. При нормальном движении шестерни вращаются свободно, обеспечивая разную скорость. При проскальзывании одного колеса разница крутящего момента создаёт сопротивление червячной передаче, передавая крутящий момент на другую сторону. Передаточное отношение ограниченного трения фиксировано и обычно варьируется от 2:1 до 5:1 в зависимости от угла опережения зажигания.

В отличие от дискового типа распределения крутящего момента, шестерёнчатое распределение крутящего момента эффективно как при ускорении, так и при замедлении (двухходовой тип) и не подвержено износу. Коэффициент распределения крутящего момента определяется конструкцией шестерен и не требует внешнего управления. Физически смещение крутящего момента определяется трением шестерен и усилием отрыва, а Trq d увеличивается с увеличением входного крутящего момента.

Преимущества и недостатки
преимущество:

• Он не подвержен трению и износу, имеет длительный срок службы и требует минимального обслуживания.
• Он работает плавно и бесшумно, что делает его подходящим для ежедневного вождения.
• Он сохраняет устойчивость при длительных высоких нагрузках, например, при длительной езде по бездорожью.

недостаток:

• Его изготовление является дорогостоящим и сложным.
• Коэффициент скольжения фиксирован и не поддается простой регулировке.
• При полной потере сцепления (например, когда одно колесо зависает в воздухе) его эффективность не так хороша, как у диска.

Примеры применения
Дифференциалы повышенного трения (LSD) шестерёнчатого типа обычно используются в полноприводных автомобилях, например, в качестве межосевого дифференциала в Audi Quattro. Внедорожники, такие как...Тойота Ленд КрузерИспользуйте тип Torsen для улучшения внедорожных характеристик. Высокопроизводительные автомобили, такие как...Порше 911Сочетание редукторного LSD с электронной системой оптимизирует распределение мощности. Другие области применения включают...Форд Фокус РСQuaife ATB и Eaton Truetrac доступны в кузовах пикапов 4x4.

Варианты зубчатого типа включают косозубые передачи, в которых используются зацепляющиеся левые и правые планетарные шестерни для создания трения, ограничивающего вращение более быстро вращающейся стороны при разнице скоростей. Такие передачи используются, например, в Suzuki Escudo.

---

Сравнение дискового и шестеренчатого типов

Дисковые и шестеренчатые дифференциалы повышенного трения имеют свои особенности:

• эффективностьДисковый тип обеспечивает более быструю реакцию и подходит для агрессивной езды; шестеренчатый тип обеспечивает более плавную езду и подходит для езды на дальние расстояния.
• ДолговечностьЗубчатые сцепления имеют очевидное преимущество — они не подвержены износу; дисковые сцепления требуют технического обслуживания.
• Стоимость и применениеДисковый тип более экономичен и применяется в автомобилях с задним приводом; шестеренчатый тип — более совершенен и применяется в системах полного привода.
• Будущие тенденцииОбе компании движутся в сторону электронизации, например, eLSD в сочетании с датчиками.

Сравнительные таблицы:

Сравнение товаров	Дисковый дифференциал повышенного трения	Шестеренчатый дифференциал повышенного трения
Основной механизм	Фрикционный диск сцепления	червячная передача
Ограниченный коэффициент скольжения	Регулируемый (1,5-3:1)	Фиксированный (2-5:1)
преимущество	Быстрое реагирование, низкая стоимость, регулируемость	Прочный, бесшумный и плавный
недостаток	Износ, перегрев, шум	Высокая стоимость, фиксированное передаточное отношение, сцепление слабее нуля
Типичные применения	гоночные автомобили, автомобили с задним приводом	Полный привод, внедорожник
Требования к техническому обслуживанию	Высокая (замена сцепления)	Низкий (нет изнашиваемых деталей)
Реакция крутящего момента	Увеличьте в соответствии с отношением входного крутящего момента	Автоматическое распределение трения передач

Это сравнение показывает, что дисковые тормоза подходят для высокопроизводительных условий, в то время как зубчатые тормоза делают упор на надёжность. На гоночной трассе дисковые тормоза обеспечивают блокировку 1:1, в то время как зубчатые тормоза не могут обеспечить полную блокировку.

---

Приложения и перспективы на будущее

Дифференциалы повышенного трения незаменимы в современных автомобилях. Например, в гоночных автомобилях...Ф1Усовершенствованные дифференциалы повышенного трения (LSD) используются для улучшения времени прохождения круга; электромобили, такие как Rivian R1T, имитируют работу LSD. Они применяются в спортивных автомобилях, внедорожниках, ралли-карах, дрифт-карах и гоночных автомобилях. В будущем, с развитием автономного вождения, технология повышенного трения будет интегрироваться с искусственным интеллектом для динамической регулировки распределения момента. В электромобилях двухмоторные системы могут программно имитировать повышенное трение, снижая сложность механической системы.

С момента своего изобретения в 1930-х годах до своей современной электронной версии, дифференциал повышенного трения стал свидетелем прогресса в автомобильной промышленности. Дисковые и шестеренчатые дифференциалы удовлетворяли различные потребности, стимулируя развитие отрасли. Хронология и графики позволяют наглядно представить основные этапы его развития. В будущем технология повышенного трения продолжит развиваться, адаптируясь к эпохе электромобилей и интеллектуальных систем.

Дальнейшее чтение:

• В Интернете циркулирует слух о том, что на 13-й улице То Ква Ван произошел серьезный инцидент, открыто бросающий вызов полномочиям полиции по обеспечению соблюдения закона.
• Что такое лошадиная мощность и крутящий момент и где они находятся?
• Мужчина, управлявший автомобилем в состоянии наркотического опьянения, был задержан после того, как скрылся от полиции на автомобиле в стиле GTA в районе Цим Ша Цуй.
• 10 эффективных методов модификации для улучшения управляемости автомобиля