少了差速器無法轉向

要談限滑差速器(Limited Slippery Differential,LSD)的改裝,就不能不先談談汽車的差速(Differential)機構。由於車輛的同一車軸左右兩輪間無可避免地一定有寬度存在(也就是輪距,Track Width),因此當車輛轉彎時,內外側車輪間的過彎半徑勢必會有些許的差距,在此時如果車輛想正常過彎的話,勢必要有種機構將內外側車輪的轉速調整為適當的比例以配合彎道的半徑差,將較高比例的扭力傳送到外側輪,這個機構就是差速器。要瞭解差速器的存在較為困難,但是我們可以輕易地從完全相反的例子中看出它的重要性:在一些擁有可切換模式四輪驅動系統的越野車或卡車上,其差速器機構為了越野的需要而擁有可鎖定的能力(Locking Differential),當四驅系統打在純四驅模式其差速器會完全鎖定而失去作用,此時如果車輛以太高的車速進行過彎的動作,由於內外側車輪被強迫以相同的轉速行駛,因此除了會聽到內側輪胎不時空轉產生的怪音外,車輛的轉向性也會變得異常地差,這就是車輛在完全沒有差速功能的狀態下行駛的狀況。

相反地,車輛的差速裝置在某些情況下也會產生不良的影響,舉例來說當驅動輪有一邊陷入濕滑或抓力極差的地面而嚴重打滑時,由於打滑車輪的輪速會增加,差速器會誤以為該側車輪是過彎時的外側輪而將扭力反而向打滑車輪傳送,造成打滑更加嚴重且車輛失去驅動能力。同樣在賽道上,由於車輛需要激烈的過彎,經常會有內側驅動輪因為壓到跑道緣石彈起、或者因側傾而騰空的情況,此時也會有扭力全都傳送到空轉輪的現象發生。此時如果車輛上裝有限滑差速器,則差速機構會在兩邊車輪的轉速差到達一定程度的時候(例如,外側/空轉輪為另一側轉速的兩倍時),將差速機構的兩側鎖住而失去作用,如此縱使有一邊的車輪嚴重地打滑,另一側的車輪仍能獲得相當程度的扭力推進車輛,這就是限滑差速器的功用所在。

現行車輛的轉向設計是依據艾克曼第五輪原理來設定,也就是彎道內輪的轉向角度大於外輪。再由三角函數計算內側車輪所轉動的距離會比外側車輪距離短,一旦距離有差異時,等於內外輪(左、右輪)的轉速不一致,如果從變速箱所輸出的傳動軸沒有藉由差速器來分隔左、右輸出,那麼車輛在轉彎時便無法調整左、右輪的轉速。在慢速時藉由多餘且不當的摩擦來帶過,而高速轉彎則會發生彎道內輪因多餘的旋轉及摩擦,導致輪胎跳離地面連帶利用車軸及懸掛使車體上揚,當內側車體上揚加上離心力的驅動,很自然就會朝轉彎方向的另一側翻覆。

所以說車輛的左、右車輪絕對不是同軸型式,尤其現代汽車又以前輪驅動設計居多,沒有差速器的構造,駕駛者根本無法操控方向盤,因為只要駕駛者轉動方向盤,輪胎藉由地面產生的回饋力,強力的將方向盤推回中心原點,如此一來操控根本無法存在,所以在傳動輪中央置入差速器是傳動系統必備的要件。

由於差速器是藉由盆型齒輪及角齒輪驅動,內部包含邊齒輪及差速小齒輪。當車輛直行時,並無差速作用,差速小齒輪及邊齒輪整個會隨著盆齒輪公轉無差速作用,一旦車輛轉彎內、外輪阻力不一樣時,差速齒輪組因阻力的作用迫使產生自轉功能進而調整左、右輪速。既然左、右輪速的變化及調整是藉由輪胎及地面阻抗來自由產生,那麼後續的使用狀況就將造成車輛無法行駛的狀態。

譬如說當車輛一輪掉入坑洞中,此車輪就毫無任何摩擦力可言,著地車輪相對卻有著極大的阻力,此時差速器的作用會讓所有動力回饋到低摩擦的輪子。掉入坑洞的車輪會不停轉動,而著地輪反而完全無動作,如此車輪就無法行駛。

還有一種屬於循跡現象的狀況,也就是所謂性能輸出的現象,即車輪在過彎時大腳油門,動力輸出特別明顯,輸出扭力加上離心力,迫使車輛內輪揚起離開地面或產生打滑現象,一旦有一輪空轉,動力便一直往空轉輪傳輸 (因為阻力少) ,車輛依然無法加速前進。

另有一種屬於激烈操駕模式而產生的打滑現象,此現象車輛既不轉彎,也非左、右輪置於不同摩擦係數路面的狀況,那就是在進行零四加速時,巨大的動力輸出,隨著左、右傳動軸的長短不一致及輪胎些許的差異,導致動力瞬間輸往摩擦力弱的一輪,此輪便開始不停的空轉,另一輪無從發揮作用,車輛當然無法往前邁進。為了解決以上這些現象,讓更多的動力平均傳遞到左、右兩個驅動輪上,限制差速器左、右滑動率的比例來完成此目標,所以限滑差速器便是解決問題的標準機件。



LSD 種類繁多.因應不同需求

過彎性能的發揮、直線衝刺的快感、山道攻防的技巧,莫不需要依賴 LSD 的加持,很多原廠性能版的車輛也配置有 LSD 的裝備,而 LSD 的型式又依機件結構的特性不同,可細分為扭力感應型、黏耦合型、螺旋齒輪式、標準機械式 LSD 等。這麼多的型式,其最終目的是一致的,但過程的變化是不同的,因應駕駛者的需求及駕駛特性,才會有這麼多式樣產生。

扭力感應式 LSD 之設計是採用螺旋齒輪組,一樣利用左、右雙組的摩擦力來限定滑差效應,由於螺旋齒輪採縱向和基座齒輪的橫向交錯,無離合器片的損耗,運用在後驅車輛,其故障率較低,維修保養亦趨於簡單,雖然在動力輸出方面未能有強大的表現,但實用原則為其最大之優點。

螺旋齒輪 LSD 其內部構造依然採用螺旋齒輪,有別於扭力感應式的 LSD 是此螺旋齒輪 LSD 所配置的齒輪全為「橫向」,也就是和輸出軸的運轉同一方向,利用行星齒輪大小減速比的功能達到限速功能,其最大的弱點在於限定鎖定扭力滑差的比例較小,但也因為維修及使用保養無需特別的注意,更不需要使用 LSD 專用油,因此原廠如 Honda 1.8 升 Type-R、Silvia S15 …等較新款的前輪帶動車,也幾乎都是使用此型式之 LSD,此等 LSD 還有一個現象,就是車輛頂高後,轉動驅動的左右兩輪,並不會一起前進或後退,因此在當年 TIS 1:9 房車賽規格的驗車過程中,它算是可以瞞混過關的偷改武器!

黏性耦合式 LSD 的最早配置是用在 VAG(Audi/VW)車系,其間由多片的離合器組,加上矽油組合而成,它是利用矽油摩擦受熱膨脹後,迫使離合器片接合來鎖定輪差,其結構可說是最簡單且體積小、造價低,是一款適用於大眾型式的 LSD。

機械式 LSD 在改裝車輛中最傳統也最常用,因此算是能見度最高的 LSD,因為使用左、右兩個離合器片和壓板組,故亦稱為多板或多片離合器式 LSD,此型式之 LSD 可藉由離合器片與壓板的排列組合來達到限滑百分比功能,從 25% ~ 90% 的能力皆可完成。但唯一的缺點就是較難照顧,其務必要使用 LSD 專用油來定期保養,長時間或劇烈操駕也可能需要更換修理包。而離合器片裝配不佳或置入時 Run in 方式不正確,也容易導致轉彎異音或離合器片損壞之現象。



單/雙作動方向.加油/收油限滑

機械式 LSD 依照其動力作用方向的不同,而可區分為 One Way 和 Two Way,而所謂 One Way 即是單向的限滑動作,亦指為加油時能夠產生限滑動作。Two Way 為雙向作用,即是加油或收油,都能對驅動輪施以限滑功能。如果在加油時有作用而收油時能發生一半作用的構造則稱之為 1.5 Way LSD。

既然區分為 One Way、Two Way、1.5 Way,那是否也因為其特性,而因應在不同的使用狀況,一般而言 One Way 型式比較適用於前驅車及四驅車種,前驅車因前輪除了負責動力輸出外,還要負責轉向的重責,而轉向的回饋是直接施予駕駛者,為免除駕駛的控制困難,且因為彎道收油時,限滑力的釋放,可使得操控者有較佳的手感,不會因為 LSD 的作用使方向盤重手不易操控。

而 Two Way 則廣泛使用在後驅車甩尾式樣,因為加油及收油皆能限滑,能有效控制循跡方向,且常時的鎖定功能在油門瞬間開啟時,也能使驅動反應明顯而有效的展現,提供卓越的驅動力。而 Two Way LSD 如果裝置在 4WD 車上,也依然能大幅的增加四驅之靈活性。

介於 One Way 及 Two Way 之間的 1.5 Way LSD 則是為了想要達到優越的驅動性能,卻又擔憂操駕不易的前提發展而來,其特點為收油時不像 Two Way 有著轉向不足的情況發生,且在制動點的認定及控制比上較 One Way 容易,所以端看自已的駕駛能力及循跡效能大小,來認定及選擇適當的 LSD 才能有效運用它的效用。

而車輛從發明一開始,馬車的同軸帶動,會引發翻車危機到研發了差速器,為使行駛平穩、輪胎損秏平衡到激烈操控,發生打滑現象又需要靠 LSD 來加持,這種種的一切,莫不遵循著天地間真理的現象,而運用在所有機件的運作上統稱為物理,如果違反物理原則也就是違反大自法則,其終究無法勝任於車輛的基本要求。

像坊間有些人士為能使其達到限滑功能而將後軸差速齒輪焊死,雖然可達成不打滑的現象,可是在缺乏機械原理的概念下,其永遠不知只要車輛行進,無論地有多平,左右輪永遠都有滑差存在。無法釋放或供給此滑差比例者,車輛絕對難有好的循跡性,就連 LSD 也是屬於有百分比例的限制滑差,所以土法煉鋼非但不宜,一但使用在前輪驅動車輛上,將會造成方向盤回饋瞬間擊斷雙手之慘劇。

最後切記在選擇 LSD 時要注意的是實用性,按裝時需要由專業的店家規規矩矩量測安裝,再根據使用手冊按步就班的 Run in,才能確保 LSD 的動作合乎標準,更不會因為新的 LSD 一裝入就造成嚴重損壞。
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亨董 Says ……

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