Дифференциал повышенного трения

Дифференциал повышенного трения (также известный как самоблокирующийся дифференциал, дифференциал с ограниченным проскальзыванием, LSD — от англ. Limited Slip Differential) — это тип механического дифференциала, который автоматически ограничивает разность угловых скоростей вращения ведущих колёс (или полуосей) одной оси, передавая часть крутящего момента на колесо с лучшим сцеплением. В отличие от обычного (свободного) дифференциала, который при пробуксовке одного колеса полностью снимает с него нагрузку, LSD позволяет реализовать тягу на обоих колёсах, повышая проходимость, управляемость и динамику разгона.

История

Первый патент на дифференциал, ограничивающий проскальзывание, был получен в 1932 году американским инженером Фердинандом Порше. Серийное производство началось в 1950-х годах: компания General Motors установила LSD под названием Positraction на некоторые модели Chevrolet. В 1960-х годах самоблокирующиеся дифференциалы стали применяться в автоспорте (Формула-1, ралли) и на внедорожниках. В СССР в 1970-х годах разработали и выпускали дифференциалы повышенного трения для грузовиков ЗИЛ и военной техники, а также для автомобилей УАЗ. С 1990-х годов, с распространением электронных систем стабилизации (ESP) и антипробуксовочных систем (TCS), механические LSD постепенно вытесняются электронными имитациями, однако в ряде сегментов (спорт, тюнинг, внедорожники) остаются востребованными.

Устройство и принцип действия

Основное отличие LSD от свободного дифференциала — наличие механизма, создающего дополнительное трение между корпусом дифференциала и полуосями (или сателлитами). Это трение препятствует свободному вращению одного колеса при разнице в сцеплении. Конструктивно LSD может быть реализован двумя основными способами: с помощью фрикционных дисков (муфт) или с помощью червячных (винтовых) пар.

Фрикционный дифференциал (дисковый LSD)

В корпусе дифференциала устанавливается пакет фрикционных дисков, часть из которых соединена с корпусом, а часть — с полуосью. Диски поджимаются пружинами или гидравлическим поршнем. При разнице в скоростях вращения колёс диски начинают скользить друг относительно друга, создавая тормозящий момент. Чем больше разница, тем выше усилие поджатия (за счёт расклинивающего эффекта или внешнего давления). Коэффициент блокировки (отношение момента на отстающем колесе к моменту на забегающем) обычно составляет 1,5–3,0.

Червячный (винтовой) дифференциал

Вместо сателлитов используются червячные (винтовые) пары. Червячная передача обладает свойством самоторможения: вращение от корпуса к полуоси передаётся легко, но обратное вращение (пробуксовка) затруднено. При разнице в скоростях колёс червячные пары создают дополнительное трение, пропорциональное передаваемому крутящему моменту. Такие дифференциалы (например, Torsen) отличаются высокой плавностью работы и долговечностью, но имеют ограничения по передаваемому моменту.

Вязкостная муфта (вискомуфта)

В некоторых конструкциях (например, в ранних моделях Subaru) используется вязкостная муфта, заполненная силиконовой жидкостью. При разнице скоростей диски муфты перемешивают жидкость, которая нагревается и расширяется, увеличивая давление и блокируя муфту. Этот тип LSD менее эффективен и склонен к перегреву, поэтому в современных автомобилях практически не применяется.

Классификация

По принципу действия дифференциалы повышенного трения делятся на:

• Механические (фрикционные и червячные) — работают за счёт трения в механических элементах; не требуют внешнего управления.
• Гидравлические — используют масляный насос, создающий давление при разнице скоростей; часто применяются в гоночных автомобилях.
• Электронно-управляемые — блокировка регулируется электронным блоком на основе датчиков скорости, угла поворота руля и других параметров. Пример — система eLSD (электронный LSD) на автомобилях BMW, Audi, Ford.

По степени блокировки различают:

• С постоянным коэффициентом блокировки — усилие поджатия дисков фиксировано (например, пружинами).
• С прогрессивной (переменной) блокировкой — усилие зависит от передаваемого момента или разницы скоростей (например, в червячных LSD).

Применение

Автоспорт

В ралли, кольцевых гонках и дрифте LSD позволяет реализовать максимальную тягу на выходе из поворота, минимизируя пробуксовку внутреннего колеса. В дрифте специальные LSD (например, с предварительным натягом) обеспечивают управляемый снос задней оси. В Формуле-1 до введения запрета на активные дифференциалы (2000-е годы) использовались сложные гидравлические LSD.

Внедорожники

На автомобилях с постоянным или подключаемым полным приводом (Toyota Land Cruiser, Mitsubishi Pajero, УАЗ «Патриот») LSD устанавливается в заднем или переднем мосту. Он повышает проходимость на скользких покрытиях (грязь, снег, лёд), не требуя от водителя ручного включения блокировки. В отличие от жёсткой принудительной блокировки, LSD не создаёт паразитных напряжений в трансмиссии при поворотах.

Легковые автомобили

Многие спортивные и «заряженные» версии серийных автомобилей (Volkswagen Golf GTI, Ford Focus RS, BMW M3) оснащаются LSD заводской установки. В тюнинге LSD часто устанавливают на автомобили с мощными двигателями для улучшения динамики разгона и управляемости.

Преимущества и недостатки

Преимущества

• Повышение тяговых свойств на скользких покрытиях.
• Улучшение управляемости в поворотах (меньше снос, больше стабильность).
• Возможность реализации более высокого крутящего момента на колёсах.
• Отсутствие необходимости в ручном управлении (автоматическая работа).

Недостатки

• Повышенный износ шин и элементов трансмиссии (особенно у фрикционных LSD с высоким предварительным натягом).
• Увеличение массы и сложности конструкции.
• Возможность возникновения «подруливания» (рыскания) при резком сбросе газа на скользком покрытии.
• Более высокая стоимость по сравнению со свободным дифференциалом.
• В некоторых конструкциях (например, червячных) — ограничение по максимальному крутящему моменту.

Сравнение с другими типами дифференциалов

Интересные факты

• Первый серийный LSD для легковых автомобилей — Positraction (GM) — был разработан в 1956 году для модели Chevrolet Corvette.
• В СССР дифференциалы повышенного трения устанавливались на грузовики ЗИЛ-130 и ЗИЛ-131, а также на бронетранспортёры БТР-60.
• Наиболее известный производитель червячных LSD — компания Torsen (США), чьи дифференциалы используются в автомобилях Audi Quattro, Toyota Supra, Hummer H1.
• В современном автоспорте (например, в WRC) многие команды используют электронно-управляемые LSD, которые могут менять степень блокировки в зависимости от режима движения (разгон, торможение, поворот).
• В дрифте LSD с предварительным натягом (2-way LSD) обеспечивает одинаковую блокировку как при разгоне, так и при торможении, что позволяет дрифтеру легко входить в занос.