zoals de meeste dingen op moderne auto ‘ s, heeft het eenvoudige tandwiel dat bekend staat als een differentieel voortdurend verfijnd en geëxperimenteerd – wat leidde tot een reeks types met elk hun eigen voor-en nadelen.
het concept van het differentieel – dat wil zeggen dat wielen die op dezelfde as zijn gemonteerd onafhankelijk van elkaar kunnen draaien – is een oud ontwerp, waarbij het eerste bekende gebruik ervan in China werd geregistreerd tijdens het 1e millennium v.Chr.,
hoewel dit lang voor de uitvinding van de auto was, hadden karren, wagons en wagens nog steeds te kampen met hetzelfde probleem van het wegglijden of slepen van één wiel in bochten, het vergroten van slijtage en het beschadigen van wegen.
de komst van motoren die de voor – of achterwielen aandrijven om een voertuig aan te drijven in plaats van ze alleen maar via een paard te slepen, voegde een nieuw probleem toe om te overwinnen-hoe onafhankelijke rotatie mogelijk te maken terwijl beide wielen nog steeds kunnen worden aangedreven.
De vroegste auto ‘ s deden geen moeite om het te proberen, ze aangedreven slechts één wiel op een onafhankelijke as., Maar dit was verre van ideaal omdat het betekende dat ze waren ondergedompeld en ondervonden frequente problemen met tractie op iets anders dan stevige, vlakke grond.
uiteindelijk leidde dit tot de ontwikkeling van het Open differentieel voordat andere meer gecompliceerde typen werden ontwikkeld om complexere rijomstandigheden te overwinnen.,
bekijk deze video waarin met 3D-beelden wordt uitgelegd hoe de volgende soorten differentieel werken:
Open differentieel:
een differentieel in zijn meest elementaire vorm bestaat uit twee helften van een as met een versnelling aan elk uiteinde, verbonden door een derde versnelling die drie zijden van een vierkant vormt. Dit wordt meestal aangevuld met een vierde versnelling voor extra sterkte, het voltooien van het plein.,
deze basiseenheid wordt vervolgens verder uitgebreid door een ringversnelling toe te voegen aan het differentieel dat de basiskernversnellingen bevat – en met dit ringversnelling kunnen de wielen worden aangedreven door verbinding met de aandrijfas via een rondsel.
in dit voorbeeld kunt u de drie zijden van de interne versnelling zien die deel uitmaken van het kernmechanisme, met de grotere blauwe versnelling die het ringmechanisme voorstelt dat met de aandrijfas zou worden verbonden., De linkerafbeelding toont het differentieel met beide wielen die met dezelfde snelheid draaien, terwijl de rechterafbeelding illustreert hoe de binnenversnellingen werken als het ene wiel langzamer draait dan het andere.
deze gearing arrangement vormt het open type differentieel, en is het meest voorkomende type van auto-differentieel waaruit meer gecompliceerde systemen worden afgeleid.,
het voordeel van dit type is meestal beperkt tot de basisfunctie van elk differentieel zoals eerder beschreven, waarbij de nadruk vooral ligt op het mogelijk maken van de as om effectiever te Hoek door het wiel aan de buitenkant van de bocht sneller te laten bewegen dan het binnenwiel omdat het meer grond bedekt. Het heeft ook baat bij het feit dat het basisontwerp relatief goedkoop is om te produceren.,
het nadeel van dit type is dat, omdat het koppel gelijkmatig over beide wielen wordt verdeeld, de hoeveelheid vermogen die door de wielen kan worden overgedragen, wordt beperkt door het wiel met de laagste hoeveelheid grip.
zodra de tractiegrenswaarde voor beide wielen samen is bereikt, begint het wiel met de laagste tractie nog verder te draaien, waardoor de weerstand van het reeds spinnewiel nog kleiner wordt.,
Lees onze Blog over turbo ‘ s, Superchargers en motoren met natuurlijke aanzuiging
vergrendeld differentieel:
het vergrendelde of vergrendelde differentieel is een variant die wordt gevonden op sommige voertuigen, vooral die welke off-road rijden. Het is in wezen een open differentieel met de mogelijkheid om op zijn plaats te worden vergrendeld om een vaste as te creëren in plaats van een onafhankelijke. Dit kan handmatig of elektronisch gebeuren, afhankelijk van de technologie in het voertuig.
het voordeel van een vergrendeld differentieel is dat het een aanzienlijk grotere tractie kan verkrijgen dan een open differentieel., Omdat het koppel niet even 50/50 verdeeld is kan het meer koppel naar het wiel dat de betere tractie heeft – en wordt niet beperkt door de lagere tractie van het andere wiel op een bepaald moment.
omdat het onwaarschijnlijk is dat u met snelheid rijdt en gewoonlijk over oneffen terrein rijdt, is het probleem van bandenweerstand en slijtage rond hoeken op een vaste as minder een probleem.,
een nadeel van vergrendelde diffs wordt binding genoemd, die optreedt wanneer een teveel aan rotatie-energie (koppel) in de aandrijving wordt opgebouwd en moet worden losgelaten – meestal bereikt door de wielen die de grond verlaten om de positie te resetten. Of door simpelweg de sloten los te laten zodra ze niet meer nodig zijn.
stel je een lange kartonnen buis voor die aan elk uiteinde wordt vastgehouden en die vervolgens in tegengestelde richtingen draait tot het punt waarop de buis de kracht niet meer kan weerstaan en vouwen en scheuren – dat is bindend., Het gebeurt omdat de wielen bewegen op verschillende snelheden die de assen draait en zet verhoogde druk op de versnellingen – maar de belasting op de wielen en hun verhoogde tractie is genoeg om te voorkomen dat de banden wegglijden om de druk te lossen.
gelast / Spool differentieel:
gelaste differentiëlen zijn in wezen hetzelfde als een gesloten differentieel, alleen is het Permanent gelast van een open differentieel in een vaste as (ook bekend als een spool diff.,) Dit gebeurt meestal alleen in specifieke omstandigheden waar de kenmerken van de vergrendelde diff/vaste as, die het gemakkelijker maakt om beide wielen tegelijkertijd te laten draaien, wenselijk zijn – bijvoorbeeld in auto ‘ s die bedoeld zijn om te drijven.
Het wordt doorgaans niet aanbevolen omdat de hitte van het lassen de sterkte van de onderdelen kan aantasten en het risico op katastrofisch uitvallen van onderdelen kan vergroten – mogelijk zelfs tot gevolg dat de defecte differentiële tandwielen door de diff-behuizing exploderen en een gevaar vormen voor andere weggebruikers en voetgangers.,
Limited Slip Differential:
LSD ‘ s werk om de voordelen van Open en vergrendelde Differentialen te combineren via een ingewikkelder systeem. Er zijn twee categorieën die verschillende vormen van weerstand gebruiken om hetzelfde effect te bereiken:
mechanische koppeling LSD:
Dit type LSD omringt dezelfde kernoverbrenging die in de open diff te zien is met een paar drukringen, die kracht uitoefenen op twee reeksen koppelingsplaten die naast de tandwielen zijn geplaatst., Dit biedt weerstand tegen de onafhankelijke rotatie van de wielen veranderen het effect van het differentieel van open naar vergrendeld – en het verstrekken van de verhoogde tractie dit type profiteert van over een open differentieel.
in deze cutaway ziet u de drukringen (ook weggesneden) rond de kernversnellingen, die uit elkaar worden geforceerd door de centrale tandwielpennen die tegen de schuine oppervlakken duwen onder rotatie., Deze beweging duwt de drukringen op de koppelingspakketten (geel en blauw) aan weerszijden, wat weerstand genereert en het gedrag van de as verandert van een open naar een vast type effect.
mechanische Koppelingslsd ‘ s worden ook verder opgesplitst in subtypes die zich op iets andere manieren gedragen en veranderen wanneer de druk op de koppelingsplaten en drukringen wordt uitgeoefend:
- in een enkelvoudige LSD wordt de druk alleen uitgeoefend onder versnelling., Dit betekent dat de diff zich bij het bochten en uit de macht gedraagt als een open type, waardoor ze onafhankelijk kunnen draaien – maar onder versnelling zorgt de geforceerde rotatie van het differentieel voor wrijving in de koppelingsplaten, waardoor ze op hun plaats worden vergrendeld om meer tractie te krijgen.
- een dubbele LSD gaat nog een stap verder en oefent ook bij vertraging druk uit op de koppelingsplaten om de stabiliteit bij het remmen op variabele wegoppervlakken te verbeteren.,
- de ene en de andere manier probeert opnieuw het beste van beide subtypes te combineren, door een grotere hoeveelheid druk uit te oefenen bij acceleratie en een kleinere hoeveelheid bij vertraging.
het nadeel van mechanische LSD ‘ s is dat ze regelmatig onderhoud nodig hebben om operationeel te blijven en dat ze gevoelig zijn voor volledige slijtage, wat een dure vervanging van onderdelen oplevert.
viskeuze LSD:
het tweede type beperkt slip differentieel, zij gebruiken in plaats daarvan een dikke vloeistof in plaats van koppelingen om de weerstand te creëren die nodig is om het differentiaalgedrag tussen open en gesloten te veranderen., Doordat er minder bewegende delen zijn dan een mechanische LSD, zijn VLSD ‘ s eenvoudiger, maar hebben ze ook een breder scala aan voor-en nadelen in vergelijking.
In hun basiswerking is het effect soepeler in toepassing dan mechanische LSD ‘ s, omdat de weerstand zich opbouwt in overeenstemming met de snelheid waarmee de wielen rijden in vergelijking met het differentiële geval – wat een zeer geleidelijke toename oplevert.
Vlsd ‘ s kunnen het koppel ook effectiever richten op het wiel met meer tractie., Omdat de vloeistof werkt om resistent te zijn onder snelheid, als een wiel ooit verliest tractie en draait het verschil in snelheid tussen de twee wielen in het differentieel zorgt voor meer weerstand op de langzamer bewegende wiel – kanaliseren meer koppel van de aandrijfas naar het.
Vlsd ‘ s worden minder effectief bij langdurig gebruik, omdat de vloeistof verwarmt wordt het minder viscose en biedt minder weerstand. Het kan ook niet zo volledig vergrendelen als een mechanische LSD als gevolg van een vloeistof die niet in staat is om absolute weerstand te bieden binnen een voldoende ruimte.,
een nadeel bij zowel mechanische als viskeuze LSD ‘ s is dat het systeem het koppel niet altijd effectief kanaliseren tijdens bochten met hoge snelheid, omdat het sneller bewegende buitenwiel kan interpreteren als tractieverlies. Het richt vervolgens koppel naar binnenwiel, het genereren van over / onderstuur op het tegenovergestelde moment als het nodig is.
Torsen differentieel:
Het torsen (Torque – Sensing) differentieel maakt gebruik van een aantal slimme versnellingen om hetzelfde effect te produceren als een beperkt Slip differentieel zonder de noodzaak van koppelingen of vloeistofweerstand.,
Dit wordt bereikt door een laag wormwieloverbrenging toe te voegen aan de traditionele tandwielopstelling van een open differentieel. Deze sets van wormwielen die op elke As werken, bieden de weerstand die nodig is om koppeloverdracht mogelijk te maken, die het vervolgens bereikt door de wormwielen in constante mazen met elkaar te hebben via aangesloten spoorwielen.
de eerste en tweede afbeelding tonen de drie paren wormwielen met mazen aan elke helft van de as – met de tandwielen aan het einde van elke worm die de paren verbindt., Het is deze verbinding die het koppel van het ene wiel naar het andere overbrengt, zodra de ene as sneller begint te draaien dan de andere. Terwijl de eerste en tweede beelden van het oorspronkelijke torsen-ontwerp zijn, is het derde beeld van de tweede versie van het torsen-differentieel. Het nieuwere ontwerp herpositioneerde de wormen tandwielen om inline met Assen te zijn, maar nog steeds dezelfde mechanische actie uit te voeren. Elke worm gear is nog steeds in contact met zijn paar, en slechts een kant van de as met spaties in de versnelling verwijderen van het gaas met de andere kant.,
de constante maaswijdte tussen de twee zijden van het differentieel heeft het extra voordeel dat het koppel onmiddellijk wordt overgedragen, waardoor het zeer reageert op veranderende weg-en rijomstandigheden.
terwijl een open differentieel zijn koppel altijd 50/50 over elk wiel moet verdelen, kan het torsen-differentieel een groter percentage van het koppel door één wiel sturen, afhankelijk van de verhoudingen van de versnellingen., Dit verwijdert de vermogensbeperking die Open differentiëlen lijden omdat de hoeveelheid beschikbare koppel niet wordt beperkt door de hoeveelheid tractie in beide wielen.
bovendien kan de tandwieloverbrenging ook zodanig worden bewerkt dat een andere weerstandsverhouding ontstaat bij het versnellen en vertragen op dezelfde wijze als een een-en-halve-wegdifferentieel met beperkte slip.,
dit alles werd mechanisch bereikt zonder dat het gebruik van elektronica of enige vorm van bederfelijk deel werd opgeofferd voor wrijving, en over het geheel genomen is het torsen-differentieel het superieure mechanische systeem dat de belangrijkste voordelen combineert van alle voorgaande differentiaaltypen.,
Lees onze Blog over Dual Clutch transmissies en hoe ze werken
actief differentieel:
zeer vergelijkbaar met een beperkt slip differentieel, gebruikt het actieve differentieel nog steeds mechanismen om de weerstand te bieden die nodig is om het koppel van de ene kant naar de andere over te brengen – maar in plaats van te vertrouwen op puur mechanische kracht, kunnen deze koppelingen elektronisch worden geactiveerd.
het actieve differentieel kan elektronica gebruiken om de mechanische krachten die het systeem ervaart kunstmatig te veranderen door veranderende rijomstandigheden., Dit maakt ze controleerbaar en dus programmeerbaar, en door gebruik te maken van een reeks sensoren in het voertuig kan een computer automatisch detecteren welke wielen om stroom te sturen naar en wanneer.
Dit verbetert de prestaties drastisch, vooral op onvolmaakte wegoppervlakken, en wordt met name aanbevolen door rallyrijders van wie de auto ‘ s snel veranderende rijomstandigheden doorstaan en een systeem nodig hebben dat hun voortdurende aanpassingen aan het voertuig kan bijhouden.,
Torque Vectoring Differential:
De TVD gaat nog verder met dit elektronisch verbeterde systeem door het te gebruiken om de hoek of vector van het voertuig in en uit de bochten te manipuleren door specifieke wielen aan te moedigen op belangrijke momenten meer koppel te ontvangen – waardoor de bochtprestaties worden verbeterd.
door het activeren van de tegenovergestelde koppeling van wat een puur mechanisch aangedreven LSD normaal zou inschakelen, kunt u het effect gebruiken om te helpen met het sturen, terwijl u ook meer vermogen neerzet, waardoor de tekortkomingen in het LSD-systeem worden ondervangen.,
bij het betreden van de hoek oefent een multi-way LSD weerstand uit tegen beide wielen om de as ten minste gedeeltelijk te vergrendelen en te stabiliseren tijdens het remmen – die vervolgens wordt vrijgegeven wanneer de wielsnelheid daalt en het voertuig inslaat, zodat de wielen bij verschillende snelheden kunnen draaien .
echter, in plaats van de weerstand op beide wielen los te laten, blijft een TVD de koppeling op het buitenwiel activeren, waardoor de weerstand van dat wiel toeneemt en het systeem meer koppel erdoor kan., Deze onbalans van de macht aan de buitenkant moedigt het voertuig om te zetten in de hoek scherper en het verminderen van onderstuur.
door deze weerstand door de hoek te blijven toepassen, zal het voertuig, wanneer het de apex passeert en begint te accelereren, een normale multiway-LSD – blijven overschrijven, die het sneller bewegende buitenwiel opnieuw zou interpreteren als uitglijden en het koppel tijdens de acceleratie zou omleiden naar het binnenwiel, dat volgens het voertuig meer grip heeft.,
De TVD oefent meer weerstand uit op de koppeling van de buitenwielen, waardoor het systeem meer koppel er doorheen leidt – waardoor het vermogen dat kan worden uitgeoefend toeneemt en het onderstuur bij acceleratie uit een hoek wordt verminderd.
de gele pijl markeert de koppeloverdracht die plaatsvindt door de hoek, veroorzaakt door de kunstmatige weerstand die door de TVD op het buitenwiel wordt uitgeoefend. Dit zorgt voor een grotere acceleratie uit de hoek, terwijl de auto ‘ s draaien abilitty wordt verhoogd.,
een Koppelvectoringsdifferentieel kan 100% van het beschikbare koppel door één enkel wiel leiden wanneer dat nodig is onder de meest extreme omstandigheden.
het nadeel van het systeem is dat het erg ingewikkeld en erg duur is, en meestal alleen gebruikt wordt voor racing/track toepassingen vanwege het hoge snelheid bochtenpotentieel.
elk systeem heeft zijn voor-en nadelen, en hoewel de meer gecompliceerde systemen over het algemeen superieur zijn, hebben ze een daaraan verbonden kosten die ver boven de eenvoudigere systemen liggen.,
zoals bij alle auto ‘ s, komt hoeveel voordeel u van elk systeem krijgt neer op wat u precies met uw voertuig gaat doen en wat u met uw differentieel nodig hebt om in staat te zijn. U zult niet veel behoefte hebben aan een Torque Vectoring differentieel bij een bezoek aan de lokale supermarkt, tenzij u zin heeft in de volgende WRC en u de boetes kunt veroorloven – maar u wilt misschien een vergrendeling differentieel als u toevallig op een landelijke locatie woont die beter toegankelijk is voor een off-road voertuig.