传动、差速器与四驱

一、差速器为什么必须存在

转弯时，外侧车轮走的路径比内侧长，所以外侧轮必须转得更快。如果左右轮被刚性连接（一根实心轴），转弯时必然有一个轮在打滑 —— 轮胎剧烈磨损，传动系统承受巨大内应力。

差速器（differential）用一组行星齿轮让左右轮可以有不同转速，同时把扭矩传给两侧。

二、开放式差速器的致命缺陷

标准的开放式差速器有一个物理特性：它总是向两侧输出相等的扭矩。

这听起来公平，但后果是：能传递的总扭矩 = 抓地力较差的那一侧能承受的扭矩 × 2。

一侧车轮悬空或压在冰面上时，它能承受的扭矩接近零 → 另一侧也只能得到接近零的扭矩 → 车辆完全无法前进，而悬空的轮在疯狂空转。

这就是为什么：

• 越野车必须有差速锁
• 性能车必须有限滑差速器
• 一台大马力后驱车配开放式差速器，出弯给油时内侧轮（载荷最轻）会先打滑，然后整个后轴失去牵引力

三、限滑差速器（LSD）的类型

1. 摩擦片式（Clutch-type / Salisbury）

在差速器内部加入多片摩擦片。当左右转速差产生时，斜面机构（ramp）把摩擦片压紧，产生阻力矩限制转速差。

关键参数是斜面角度（ramp angle），而且加速侧和减速侧可以做成不同的角度：

• 加速锁止率（power ramp）：给油时的锁止程度。高 → 出弯牵引力好，但转向不足增加
• 减速锁止率（coast ramp）：收油时的锁止程度。高 → 收油时车辆更稳定（抑制 lift-off oversteer），但入弯灵活性下降

赛车用的可调式差速器就是通过更换不同角度的斜面片和改变摩擦片数量来调整这两个值。典型标注是 "45/60"，意思是加速侧 45%、减速侧 60% 锁止。

996 GT3 的 40/60 是一个经典设定：加速侧较松（避免转向不足），减速侧较紧（后置发动机的车收油时最容易失稳）。

2. 齿轮式（Torsen / 蜗轮蜗杆）

用蜗轮蜗杆的自锁特性实现限滑，没有摩擦片，靠齿轮啮合的摩擦。

• 优点：完全机械、无需维护、响应瞬时、平顺
• 缺点：一侧完全失去抓地力（悬空）时无效 —— 因为它的锁止依赖于两侧都有一定的反作用扭矩。这是 Torsen 的根本局限

Torsen 常用作中央差速器（Audi quattro 的经典方案，40:60 静态分配），因为四个轮同时全部失去抓地力的情况极少。

3. 螺旋式（Helical / Quaife）

Torsen 的一个变体，用斜齿轮代替蜗轮。特性类似，更常见于前驱车（Type R）。

4. 电控多片式（eLSD）

摩擦片的压紧力由电液或电机主动控制，而不是靠转速差被动触发。

这是质的飞跃：ECU 可以根据方向盘转角、油门开度、横摆角速度、车速主动决定此刻应该锁多少 —— 甚至在还没有转速差的时候就预先锁上。

• 入弯：松开，允许内外轮转速差，减少转向不足
• 出弯：迅速锁紧，最大化牵引力
• 直线：完全松开，减少传动损失

Mercedes-AMG GT S 引入这项技术时，法拉利已经在 430 Scuderia 上把它与牵引力控制合并到同一个 ECU —— 系统同时决定"给多少扭矩"和"左右怎么分配"，避免两个系统互相打架。

5. 差速锁（Locker）

完全刚性锁死。只用于越野（见 越野与沙漠调教）。

四、扭矩矢量：比限滑更进一步

限滑差速器只能"限制"转速差，它无法把扭矩从慢的一侧转给快的一侧。

具体说：LSD 能把扭矩从打滑的轮转给抓地的轮，但在正常过弯时（两轮都抓地），它只能维持接近 50:50 的分配，或者通过锁止让内轮和外轮同速（这反而增加转向不足）。

扭矩矢量（Torque Vectoring） 能做到 LSD 做不到的事：主动地给外侧轮更多扭矩。

外侧轮的驱动力比内侧大，两者的差值绕车辆重心产生一个偏航力矩，帮助车头往弯内转 —— 直接对抗转向不足。

实现方式

1. 机械式（叠加齿轮组） 在差速器旁加一套行星齿轮和离合器，可以主动"超速驱动"某一侧。

• 三菱 AYC（1996 年首创，量产车最早之一）
• 本田 SH-AWD
• 奥迪 RS Torque Splitter：后轴左右各一个独立的多片离合器，可以把最多 100% 的后轴扭矩全部给外侧后轮

2. 制动式（Brake-based） 不改变扭矩分配，而是对内侧轮施加轻微制动。这在效果上等效于给外侧轮更多驱动力。

• 成本极低（复用 ABS 硬件），几乎所有现代车都有（各家叫法不同：VDC、torque vectoring by braking）
• 缺点：它是在浪费能量（把动力转成刹车热），且会降低总的加速能力
• 但在业余驾驶场景下效果显著

3. 电机式 每个车轮一台电机 —— 这是最彻底的方案。可以给一侧正扭矩、另一侧负扭矩，控制频率达每秒上百次，且完全没有机械延迟。

Rimac Nevera、Lotus Evija、NIO EP9、SLS Electric Drive（2013 年就做到了）都是这条路线。它们没有差速器 —— 差速功能完全由软件实现。

五、四驱系统的哲学分歧

分时四驱（Part-time 4WD）

前后轴刚性连接（无中央差速器），只能在低抓地力路面使用。铺装路转弯会产生传动系统"制动"（前后轴需要不同转速但被强制同速）。

用在硬派越野车上：Wrangler、Raptor、Tundra。

优点：结构简单、强度高、成本低。

全时四驱 + 机械中央差速器

Torsen 中央差速（奥迪 quattro）：静态分配固定（如 40:60），根据扭矩需求自动重新分配。完全机械、响应瞬时、可靠。

粘性联轴节（早期 Murciélago、EB110）：靠硅油的剪切阻力传递扭矩。简单便宜，但响应慢、有滞后、会热衰退。基本被淘汰。

电控多片离合（Haldex / PTM / ATESSA）

前后轴之间用一个电控多片湿式离合器连接。ECU 决定压紧力，从而决定传给另一根轴的扭矩。

这是现在的主流，但各家的哲学不同：

注意 Haldex 在纵置和横置平台上的定位完全相反 —— 同一个供应商的产品，在奥迪 A3（横置）上是"前驱救急"，在兰博基尼（纵置中置）上是"后驱增强"。

电动四驱

前后轴各一台（或多台）电机，之间没有任何机械连接。

• 918 Spyder：前轴一台电机，超过 265 km/h 时机械断开（电机转速会超限）
• SF90、McLaren W1、Ferrari F80：前轴两台电机，各驱一轮 → 真正的前轴扭矩矢量
• E-Ray：前轴一台电机，把 Corvette 变成全天候车

优势：响应极快、控制精度极高、没有传动损失、布置自由。

六、变速箱

手动（MT）

传动效率最高（约 97%）、最轻、最便宜、最有参与感。缺点是换挡有动力中断、依赖驾驶者水平。

正在消失 —— 排放法规（换挡时机不可控导致标定困难）、性能需求（DCT 更快）、以及市场需求萎缩。M2、Cadillac CT5-V Blackwing、T、Pagani Utopia 是仅存的几台。

自动化手动（AMT / 单离合）

在手动变速箱上加电液执行器。轻、便宜、但换挡时动力中断明显。

Aventador 的 ISR 是最著名的例子 —— 换挡 50ms 极快，但冲击很大（兰博基尼称之为"情感化"）。Mercedes-AMG ONE 用 AMT 是因为 11000 rpm 下 DCT 的转动惯量太大。

双离合（DCT）

两套离合器分别管奇数档和偶数档。换挡时下一个档位已经预先啮合，只需切换离合器 —— 动力中断极短（几十毫秒）。

缺点：重（比手动重 30–60 kg）、复杂、低速蠕行不够平顺、成本高。

LST（Light Speed Transmission） 是这个思路的突破：用 7 组离合器 + 行星齿轮，可以从任意档位直接切换到任意档位（常规 DCT 只能预挂相邻档）。9 档，仅 90 kg。

液力自动（AT）

ZF 8HP 是现代 AT 的标杆 —— 换挡速度已经接近 DCT，平顺性和耐久性更好，成本更低。现在从 M5 到 Vanquish 到 Wrangler 都用它。

电动车：为什么大多只有一个档

电机的扭矩从 0 转速就是满值，且转速范围极宽（0–20000 rpm）—— 一个固定齿比就能覆盖全部车速。

但一个齿比必须妥协：短齿比起步猛但高速效率差，长齿比反之。

保时捷/奥迪 J1 平台（Taycan、e-tron GT）用了后轴两速变速箱 —— 这是电动车里罕见的配置，让它在加速和高速续航上都不妥协。Rimac Nevera 也是。

Regera 的 KDD 是另一个极端：完全取消变速箱，一个固定齿比 2.73:1 + 液力耦合器，低速全靠电机。传动效率高达 98%，且从 0 到 403 km/h 没有一次换挡。

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