汽车“黑科技”干事(3) ——你好,托森,你好!

电子化程度越来越高是汽车技术发展的总体趋势,但在电气化零部件逐渐取代纯机械化零部件的过程中,总是有精密的机械机构迷恋车迷。多个离合器差速器已经成为汤森差速器,这是最遗憾的存在。

著名的奥迪Quattro到世界各地的丰田Land Cruiser,ToSON车速机经常与最好的全时四驱系统相连,但在传说中的本田S2000跑车上,后腿使用ToSON车速机。在头部文字D中,S2000因司机身体不适而惜败于有主角光环的AE86,但这并不妨碍S2000成为剧中的boss级角色。S2000的优秀曲线性能实际上与托森差速器密不可分。——托森差速器的性能比AE86采用的锥齿轮限滑差速器好得多。

精密机械

至于汤森差速器的工作原理,很多人第一次接触时会感到困惑。但是毛塞顿打开后,大家不得不佩服这个机构的精巧。一般来说,差速器的主要作用是通过内部组件的旋转来抵消前后轮或左右轮之间不可避免的转速差异。在普通开放式差速器中,如果一个轮子失去附着力,开放式差速器就会使一个轮子空转,但是有附着力的轮子怎么也得不到动力。为了解决这些问题,发明了限制滑差速器,汤森差速器属于限制滑差速器。

托森结构是美国Vernon Gleasman于1958年发明的。托森音译英语“Torsen”,是“Torque-sensing Traction”的缩写,字面意思是“扭矩感应牵引”。字面上有“sensing”、“感应”等词,但汤森作为纯机械器械,在使用蜗轮时有出现“自动锁定”的特点,能够实现差速器的高效限滑,这一点很微妙。(威廉莎士比亚,Northern Exposure(美国电视),)。

蜗轮结构,这种结构的特点是“旋转不快”——蜗轮的转速提高,齿面会产生巨大的摩擦力。这就是蜗轮的“自动锁定”现象。托森差速器就是利用这一原理实现差速器的限制滑动。

托森差速器目前主要有A、B、C型三种结构,下面的动图是结构最经典的A型,动图的状态是差速器两端速度相同的情况下,差速器涡轮蜗杆之间不会发生相对运动。

在差速器两端产生速度差异。例如,一个轮子掉进泥坑,完全失去附着力,没有附着力的轮子就会发生空转(下图右侧),差速器两端的涡轮蜗杆在直齿轮的驱动下产生相对运动,由于涡轮蜗杆天生的“自锁”功能,

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一般情况下,由于涡轮蜗杆不能像多片离合器那样完全锁死,所以A型托森差速器最多只能实现2.5:1的两侧动力分配,而随着托森差速器结构的不断优化。虽然在工作原理上,所有的托森差速器都是依靠涡轮蜗杆传动的自锁性质来工作的,但根据车型的不同,现在的托森差速器已拥有了多种变形。所以,虽然每一台奥迪四驱车车尾都标着“Quattro”,但它们的托森差速器结构及性能可能有着很大的差异。

不同于早期A型用于轮间差速,新型的托森差速器融入了行星齿轮结构,结构更加稳定;更重要的是,在涡轮蜗杆自锁效应的基础上,新型托森差速器还内置了摩擦片,动力分配能力更加强大。

逃不过的电子

电器化是汽车技术发展的总体趋势,纯机械结构的托森差速器虽然在不断优化,但也注定逃脱不了逐渐没落的命运。相比电子化程度更高的多片离合差速器,托森差速器最大的缺点莫过于工作过程中存在较大摩擦,并导致动力损耗;同时,多片离合差速器能实现动力全部向任意一段输出,而托森差速器很难做到这一点;更重要的是,随着电控系统的不断完善,很多多片离合差速器对车轮打滑的介入速度已明显快于托森差速器了。

目前,托森差速器均由日本捷太格特(JTEKT)公司研发,随着托森差速器潜能被逐渐发掘殆尽,各个汽车厂商也正在失去对它的兴趣。在近几年上市的一些奥迪车上,奥迪自主研发的冠状齿轮差速器已开始大行其道,有的车型甚至直接采用了多片离合差速器。虽然在一段时间内,托森差速器依然会和高性能四驱系统挂钩,但这也仅仅是英雄暮年的壮心未已了。

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