限滑差速器

限滑差速器，英文名為Limited Slip Differential，簡稱LSD。限滑差速器，顧名思義就是限制車輪滑動的一種改進型差速器，指兩側驅動輪轉速差值被允許在一定範圍內，以保證正常的轉彎等行駛性能的類差速器。事實上LSD依構造的不同可以分為好幾種型式，而每一種LSD亦都有其特別之處。

基本介紹

• 中文名：限滑差速器
• 外文名：Limited Slip Differential
• 英文簡稱：LSD
• 作用：限制車輪滑動
• 學科：機械工程
• 領域：工程技術

功能原理

在談論LSD這個機件之前，讀者務必先知道差速器的功能與動作原理。而差速器本身的動作原理，亦屬於專業級的構造，若要單純用文字來敘述，大部分的讀者可能很難理解，所以筆者先用日常最容易接觸的現象和狀況，來解釋原廠差速器的設計功能和必需性。

限滑差速器

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。再由三角函式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，那么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，那么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。

差速器很好的解決了汽車在不平路面及轉向時左右驅動車輪轉速不同的要求；但隨之而來的是差速器的存在使得汽車在一側驅動輪打滑時動力無法有效傳輸，也就是打滑的車輪不能產生驅動力，而不打滑的車輪又沒有得到足夠的扭矩。我們的汽車設計師一直在努力，於是差速鎖出現了。差速鎖很好的解決了汽車在一側車輪打滑時出現的動力傳輸的問題，也就是鎖止差速器，讓差速器不再起作用，左右兩側的驅動輪均可得到相同的扭矩。可是大自然總是再給人類處理不完的難題。差速鎖再解決原有問題的同時又帶來了新的問題。

這種差速鎖僅僅適用於越野車的使用，在野外非鋪裝路面上，路面附著力不大，即便差速器鎖止時車輪發生一些打滑也無所謂，至少沒有安全性問題。可是在鋪裝良好的公路上出現左右摩擦不平衡的時候，由於輪胎與乾地面的摩擦是相當大的，在高速轉彎時差速器鎖止是非常危險的，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。

解決方法

解決問題的方法

通過ESP等電子設備來解決

在一側驅動輪發生打滑時，電子感測器收集兩側車輪速度差，當電腦發現轉速差超過設定值時，ESP驅動打滑輪的剎車工作，強制降低打滑輪轉速，或者分配更多動力給需要的一側輪，增加其牽引力，使得車輛轉向平穩。但這種工作方式是以保證安全性為首要目的，以犧牲速度為代價的，在頻繁的工作狀態下容易失效，可靠性不高。作為越來越重視車輛性能，這種系統在高性能車上是決不能容忍的，於是就有了後者。

限滑差速器

種類

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。這么多的型式，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，才會有這么多式樣產生。

扭力感應式LSD

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，由於螺旋齒輪采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。 它是將普通差速器的齒輪從齒輪改成渦輪蝸桿，而安裝位置和形式並不變，藉由蝸輪蝸桿傳動的自鎖功能（蝸桿可以向蝸輪傳遞扭矩，而蝸輪向渦桿施以扭矩時齒間摩擦力大於所傳遞的扭矩，而無法旋轉）來實現防滑功能。大名鼎鼎的奧迪quattro就是採用這種結構，還有許多原廠高性能車種都是採用此種型式，像RX-7 FD3S的原廠LSD就相當有名。在扭力感應式LSD的特性方面，雖然其較少使用在運動用途上，但摩擦部分與機械式比較起來效果更好，而且維修上非常簡單，這是它的最大優點。

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，就是車輛頂高后，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！ 螺旋齒輪LSD內部的齒輪構造與扭力感應式LSD有些相似，同樣是將普通差速器的齒輪從直齒改成螺旋齒，不過不是利用二者摩擦力的不同，而是改變了齒輪的安裝位置和形式，通過只有螺旋齒輪才能實現的安裝位置和形式，利用齒輪的減速比來限制左右驅動輪轉速差的。這種LSD所能達到的最大轉速差比較小。而且，扭力感應型的齒輪配置為縱向，而此種螺旋齒輪LSD的則為橫向裝置。和機械式LSD相比，它的最大弱點在於限制鎖定的扭力範圍較小，但維修、使用上沒有什麼特別麻煩之處。

滾珠鎖定LSD

這種設計的特殊之處，是當小圓球在彎曲的溝槽中移動時，被溝槽切斷的滾筒開始作動而發揮限滑的效果，尤其是其作動原理與一般品有很大的差異，並不算是主流的製品。在滾珠鎖定LSD的特性方面，因為它的構造相當特別，因此可以發揮十分圓滑的效果，反過來說此LSD並不適合喜歡在街上狂飆的人士，而最後可以死鎖差速器、並發揮最高扭力，也是值得記上一筆之處，所以最適用於分秒必爭的比賽場合中。

黏性耦合式LSD

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。大約十年前LSD還是屬於選用配備時，最受歡迎的就是這種黏性耦合型式樣，就如大家所看到的，此LSD是由多個離合器片組合而成，透過矽油的噴入使左右輪胎產生迴轉差，然後再利用矽油的黏性做鎖定。談到這裡大家應該不難想像，此類構造的效果並非很好，因為矽油的黏度會依溫度產生性能上的差別，因此反應性算是最差，往好的方面想，這種LSD只是一款適合一般大眾使用的類型罷了。

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。 機械式LSD回響速度快，靈敏度高，限滑比例可根據壓板和離合片的不同組合來實現，可調範圍廣，但造價高，耐久性不好，當離合器片磨損時，常會出現“嘎！嘎！”的噪音，因此需要做定期的維修，這也是其缺點之一。

主動式LSD

一般的LSD是由凸輪與齒輪組合而成，且利用使用球狀溝槽的機械構造，被動的來接受作動，但裝置在新型車種上的高科技差速器，由於配備有油壓及電子控制系統，因此可以主動的使LSD作動。許多廠商都在研究它，有的還推出了控制左右車胎扭力的LSD（如本田的SH-AWD系統和三菱的S-AWC）。

偏心輪式LSD

偏心輪限滑差速器是通過在普通差速器的行星齒輪上面設定偏心輪來實現的，依靠偏心輪來實現扭矩的分配，這種限滑差速器具有結構簡單，成本低廉的優勢。

依作動型式分類

LSD依作動型式不同可分為1 Way、1.5 Way、2 Way等三種。

1 Way是指在油門開啟時且左右輪產生滑差，才發揮作用的單向型。

2 Way則是無論油門開啟或關閉，只要滑差出現便會作動的雙向型。另外1.5 Way則是收油時只會發揮較小限滑效果的形式。

針對甩尾最好是以2 Way較佳，這是由於在車身滑移時，操作有時是要以連續收放油門來控制，若使用1 Way或1.5 Way的LSD，在收油時的輪胎鎖定率消失則大有失控的風險。另外較早期時有些作法是不加裝LSD反而將差速器焊死，雖然能得到側滑的效果，但正常行駛時就會持續推頭，操控其實也更加困難。

作動方向

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，所以端看自己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，將會造成方向盤迴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，安裝時需要由專業的店家規規矩矩量測安裝，再根據使用手冊按部就班的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。