En differential spelar en viktig roll för att skjuta eller dra en bil i en rak linje och effektivt och bekvämt föra den genom ett hörn. I grund och botten är det en enhet som gör att två sidor av en axel kan arbeta i olika hastigheter. Beroende på vilken riktning bilen svänger och dess främre, bakre eller fyrhjulsdrivna konfiguration delar den upp kraften från drivlinan till hjulen.
Utan en differential skulle svängning vara ganska irriterande. Medan en bil svänger snurrar det yttre hjulet och det inre hjulet i olika hastigheter. Det yttre hjulet snurrar snabbare eftersom det har en något längre väg att ta än det inre hjulet. Utan en differential för att sortera ut kraften mellan de två däcken, samt bara ta hänsyn till skillnaden i hastighet när ström inte appliceras, skulle det skapa mycket däckljud eftersom det invändiga däcket skulle snurra snabbare än det behöver. . Avsaknaden av en differential skulle också avsevärt utöka fordonets svängradie, vilket gör något så enkelt som att köra genom en trång parkeringsplats till en stor smärta i nacken.
Tack och lov har mer än 100 år av fordonsforskning och utveckling hjälpt till att kontinuerligt förfina och modernisera differentialer för att göra körningen enklare och till och med öka greppet i vissa scenarier, till exempel på banan inom motorsport. De hjälper även terrängen genom att se till att lastbilar kan rulla över stora hinder med lätthet. Låt oss diskutera inte bara vad en differential är och hur den fungerar, utan de olika vanliga typerna som finns där ute.
En differential tar kraft som kommer från motorn genom drivlinan och delar upp den mellan hjulen som den är tilldelad att styra. I en framhjulsdriven bil är differentialen och transmissionen en enhet, kallad växellåda. I bakhjulsdrivna bilar har den vanligaste konfigurationen motorn och transmissionen framme med differentialen bakåt för att dela kraften mellan de två bakhjulen.
I en fyrhjulsdriven eller fyrhjulsdriven bil är den vanligaste metoden för att kraften ska delas upp via en växellåda fäst på transmissionen som skickar en viss mängd kraft till bakhjulen och resten till framhjulen. Vissa har inställningar för att ändra hur mycket ström som går vart, men det är en blogg för en annan dag.
Transaxlar är dock inte bara för framhjulsdrift, eftersom de också finns i bakhjulsdrivna bilar. Allt beror på tillverkarens designade viktbalans och förpackning. Den senaste Aston Martin Vantage har sin dubbla turbo 4,0-liters V8 framför, men växellådan och differentialen på baksidan inkapslad i en växellåda. Liksom racerbilen Lexus RC F GT3. Porsche 911:s motor är bakom bakhjulen, och växellådan sitter framför den mellan bakhjulen. Vild, eller hur?
Den enklaste metoden för att förklara detta är att titta på en bakhjulsdriven bil. Drivaxelns snurrande rörelse tar sig till ingångsdrevet inuti differentialhuset. Detta vrider ett ringhjul som själva differentialen är fäst vid, som sedan, genom en serie växlar, vrider de bakre drivaxlarna. Förhållandet mellan ingående kugghjul och kugghjul är det slutliga drivförhållandet, även känt som bakaxelförhållandet. Om det slutliga utväxlingsförhållandet är en prestandainriktad 3,73 (åtminstone när det gäller BMW-bilar från början av 2010-talet), betyder det att ringväxeln har 3,73 gånger fler tänder än ingångsdrevet.
Med allt annat lika, som samma 2011 BMW 128i:s 6-växlade manuella växellåda, kommer varvtalet att sitta högre i var och en av växellådans växlar än de skulle göra med ett 3,23 slutförhållande. Det finns dock andra faktorer som spelar in för att avgöra dessa, till exempel att ändra växellådan.
Det finns tre vanliga typer av differentialer:öppen, begränsad glidning och låst.
En öppen differential är den vanligaste typen och den billigaste att tillverka. I huvudsak delar den upp kraften mellan drivhjulen, men i fall av slir skickas mer kraft till det slirande hjulet som har mindre dragkraft. Det är ungefär som elektricitet, eftersom den alltid tar minsta motståndets väg. Detta åtgärdas ofta med elektronisk dragkraft, även om det inte alltid är det mest effektiva sättet att förbättra greppet.
Å andra sidan förspänner en differential med begränsad slirning (LSD) kraften till däcket med mer dragkraft eller motstånd, vilket gör ett bättre jobb för att ta sig ur ett scenario med låg dragkraft, som att plaska genom en pöl eller köra över en fläck med is.
En låst differential börjar som en öppen differential, men när den manövreras via ett elektriskt eller pneumatiskt system delar den kraften lika, 50/50, mellan de två drivhjulen. Detta är bra för att bibehålla drivningen till däcket med dragkraft, eller även om ett hjul är upphängt från marken. Hjulet som är i kontakt med marken kommer fortfarande att driva fordonet framåt.
Men när den är låst, är fordonets svängradie kraftigt utökad, och däcken som är fästa vid den låsta differentialen hoppar och kvittrar, eftersom de snurrar i samma hastighet. När den är olåst kommer differentialen att tillåta de olika hjulhastigheterna som inträffar när man svänger och återgå till egenskaperna för en öppen differential.
En svetsad differential, som egentligen bara är vanligt vid drifting, är som en låst differential som inte går att låsa upp. Drivhjulen har alltid en effektfördelning på 50/50, vilket är bra för att skapa utbrändhet och få bilen att svänga, men återigen, det kan bli irriterande när svängning sker i scenarier som inte drivs.
Det finns två vanliga typer av differentialer med begränsad slirning att diskutera:kopplingstyp och mekanisk typ (även känd som en spiralformad differential med begränsad slirning). Det finns också den viskösa typen, men den sparar vi till en framtida blogg.
Kopplingstypen är vanligtvis avsedd mer endast för bananvändning och kommer i form av envägs-, en-och-en-halvvägs eller tvåvägsvarianter. Med kopplingstyp menar vi att det finns kopplingspaket inuti differentialen för att låsa ihop och skicka lika mycket kraft till vart och ett av bakhjulen. Den hastighet med vilken kopplingsskivorna låser ihop och skickar lika mycket kraft till varje hjul kallas låsningshastigheten. Vanligtvis gäller att ju hårdare lock-up-frekvensen är, desto mer exakta och skickliga måste ens inmatningar vara.
En enkelriktad differential låser bakhjulen vid acceleration. En tvåvägsdifferential låser bakhjulen vid acceleration och retardation. En en-punkts-femvägsdifferential är en medelväg med en mindre hård låsningsgrad.
En mekanisk differential med begränsad slirning använder växlar istället för kopplingar för att överföra kraften till hjulet med mer dragkraft, och backar sedan av det när dragkraften ökar, motståndet minskar och slirningen löses upp. Vanliga typer av spiralformade differentialer är Torsen (förkortning för vridmomentavkänning) och Wavetrac, som var och en använder sina egna unika, patenterade sätt att begränsa slirning.
Det finns så många varianter och nyanser att välja mellan, så det beror helt på applikationen. Skönheten med ett skåp (en vanlig term för en låsningsdifferential) är att föraren aktiverar när den låser. Alla skåp är dock inte lika, eftersom vissa låses upp om fordonet rullar bakåt, medan vissa förblir inkopplade.
När det gäller differentialer med begränsad glidning, är den mekaniska typen vanligast vad gäller vad konsumenter kan köpa utanför utställningslokalen. De börjar dock missa prestandamässigt när det gäller att få kraften till asfalten så effektivt som möjligt, vilket är där differentialen av kopplingstyp spelar in. Differentialer av kopplingstyp kräver dock underhåll som involverar byte av kopplingar, medan det vanligtvis enda underhållet som mekaniska differentialer kräver är ett vätskebyte.
Men sedan låser vissa differentialer med begränsad glidning elektroniskt, vilket innebär att om någon vill minska en rökig utbrändhet när han lämnar ett hörn i ett körningsscenario på banan, kommer den elektroniskt låsande differentialen att göra det mer effektivt än en konventionell mekanisk diff. . Ett bra exempel på detta är BMW:s Active M-differential, som använder olika ingångar som gaspådrag, girhastighet, hjulhastighet och totalhastighet för att avgöra när differentialen bäst låses för optimal prestanda.
Återigen, oavsett varje differentials design, är tanken att skicka kraft till något av drivhjulen som är fästa på fram- eller bakaxeln. Vissa är mer inriktade på (pun intended) komfort och kostnad, medan andra är inriktade på optimal prestanda. Sedan finns det en stor mellanväg som har en viss balans mellan de två.
Om allt detta fortfarande är lite oklart, var aldrig rädd, våra Recurrent Media-kollegor på Donut Media satte ihop en utmärkt video som är en fantastisk visuell demonstration av hur en differential fungerar.
Slutligen, kolla in den här videon av Engineering Explained för att få lite mer visuell kunskap om skillnaderna mellan en kopplingstyp och spiralformad differential med begränsad slirning:
