Differential,也就是差速器,這名詞聽起來淺而易懂,就是用來控制輪胎的速度差異,貌似簡單輕鬆的小東西,裡面可說是藏著大大的學問,今日就先讓我們來一探究竟!

 

差速器的第一項工作:把引擎的動力轉換推動輪子

差速器在車上的第一項工作,就是負責「轉換傳動軸的力量」,傳動軸(driveshaft)的尾部有小齒輪(pinion gear褐色),連結著齒圈(ring gear藍色)帶動左右輪同時同步旋轉,讓力量可以90度旋轉,進而帶動兩邊的輪子往前,這時就完成第一項工作,將兩邊的輪子同步滾動。

 

 

接著,讓我們想像一下汽車在轉彎時會遇到的狀況,轉彎時外側的輪胎會比內側輪胎行駛的路徑更長,因此外輪比內輪更需要快速旋轉,以不同的速度才能穿越彎道,如果兩個輪胎都轉的一樣快,此時外輪(loaded wheel the outside wheel)會起主導作用,使內側輪旋轉速度過快,造成不必要的磨損,進而導致過彎速度降低,這時候就帶來了差速器的第二項功能,讓左右輪用不同的速度轉動!

 

差速器的第二項工作:控制左右輪的輪速

上述問題讓差速器有了第二個任務,控制左右輪的速度。讓車子在必要時,能讓輪胎以不同速度旋轉,這個做法就是在差速器裡面,多裝了一個星型齒輪(a spider gear紫色),使它與原本的齒輪進行交互轉動。星型齒輪固定在齒圈(藍色)上,會隨著齒圈轉動而在左右兩個車軸上的齒輪(axle gears綠色、紅色)之間旋轉。

 

 

當汽車在直線行駛時,星型輪本身不會產生旋轉;當汽車在轉彎時,例如向右轉時,星型齒輪自身便會轉動,並以兩種方式向齒軸(axle gears)施加旋轉力,齒軸會先帶動星型齒輪,如星型齒輪向左轉,會加快左側齒軸旋轉速度,而同時減少右側齒軸的旋轉速度,最終使左輪轉動得更快,如此一來,轉彎速差問題就解決了!

 

開放式差速器的缺點

當然上述談論的開放式差速器也有缺點,如果每個輪胎的抓地力不同時,就會產生問題。假設賽道右側有很多的油污,造成右側輪比左側輪更滑,意味著當車輪傳遞動力時,左側的牽引力會大很多,使得左輪比右輪承受更多更大的阻力,讓沒有抓地力的右側輪瘋狂空轉,導致車輪打滑。如果賽道上有水,或是壓到草地等等,也都會發生上述狀況,導致失控的狀況發生!

 

 

該如何解決開放式差速器的缺點?

當汽車在急轉彎時,我們會稱外側車輪為負載車輪(the loaded wheels),因為汽車重心會移至外部,導致外側輪產生比內側輪更多的阻力,代表內側輪失去阻力,造成動力不斷推往內側輪,外側有抓地力的輪子卻沒有動力,就像踩到油一樣的狀況。因此F1賽車和多數賽車性能賽車,都具有一種「限速差速器」(limited-slip differential,又稱LSD)。

 

 

這是一種改良過的差速器,此種差速器可以按比例調整自身,在兩個齒輪完全打開和鎖定之間,當一個輪胎的牽引力下降時,限速差速器會開始鎖定齒輪,讓動力可以傳輸到有抓地力的那顆輪胎上。F1賽車使用電子液壓系統(Electronic Hydraulic System),意味著行車電腦已經預先編程過,能相應地鎖定差速器,防止過多的功率流向一個輪胎。當差速器設定為零時,在直線行駛時會打開,過彎時則會鎖定,確保都在駕駛想要的速差下!

 

 

哪些因素會影響限滑差速器?

除了不同磨耗係數的輪胎、差速器本身的磨損程度,甚至是賽道的不同條件,如高低溫、潮濕、乾燥等,都是影響限滑差速器作動的關鍵,因此F1的技師需要相應地去調節差速器的靈敏度,才能完整發揮差速器的效果!

 

資料來源:Differentials by Chain Bear頻道

什麼是差速器(Differential)?差速器在汽車性能上扮演什麼樣的角色?-車主充電站 was last modified: 8 7 月, 2021 by 蔡 昇衛