Не буксуй: как LSD помогает избежать скользких ситуаций

Представьте, что ваш автомобиль движется по скользкой дороге, и одно колесо начинает буксовать, парализуя движение авто.

Обычно в этом случае на помощь приходит дифференциал с ограниченным скольжением (LSD), который не только улучшает сцепление, но и контроль над автомобилем. Разбираемся, чем он отличается от открытого и блокируемого дифференциалов, как работает и почему внедорожники и обычные автомобили не могут без него обойтись.

Чтобы понять преимущества дифференциала с ограниченным скольжением (или LSD — от англ. Limited Slip Differential. Иногда также именуется дифференциалом повышенного трения), разберемся в основных компонентах, которые преобразуют мощность двигателя автомобиля в движение вперед или назад. Несмотря на различия в конструкции машин с передним и задним приводом, ключевые элементы остаются одинаковыми: трансмиссия, карданный вал (или полуоси), ось и дифференциал.

Как работает дифференциал

Роль дифференциала заключается в передаче вращательного момента двигателя на левое и правое колеса. В заднеприводных автомобилях это происходит через ось, а в переднеприводных — через полуоси. Это сложный процесс, поскольку скорость вращения левого и правого колес различается, особенно когда автомобиль входит в поворот.

При повороте внутреннее колесо вращается медленнее, чем внешнее. Дифференциал компенсирует эту разницу, обеспечивая плавность движения и снижая износ шин. Достигается это за счет системы шестерен (она включает главную шестерню, соединенную с карданным валом, ведущую шестерню внутри дифференциала, а также сателлиты и полуосевые шестерни, распределяющие мощность между колесами).

Открытый дифференциал и дифференциал с ограниченным скольжением (LSD)

Открытый дифференциал («Оpen Diff», иногда также именуется «дифференциал свободного хода») и дифференциал с ограниченным скольжением выполняют эту задачу по-разному.

Открытый – позволяет колесам вращаться с разной скоростью, что идеально подходит для поворотов.

LSD – ограничивает эту разницу, используя фрикционные муфты, чтобы при определенной нагрузке на одно из колес заставить оба колеса вращаться с почти одинаковой скоростью.

Это важно, потому что при движении автомобиля с открытым дифференциалом по скользкой поверхности колесо с меньшим сцеплением получает всю мощность двигателя, а колесо с лучшим сцеплением остается без тяги. В результате одно колесо буксует, и автомобиль теряет управление. LSD предотвращает это, подключая оба колеса для повышения сцепления.

Виды LSD

Существуют разные виды LSD: от ранних вязкостных и фрикционных моделей с муфтами до современных дифференциалов с контролем крутящего момента и пластинчатыми муфтами. Высокопроизводительные автомобили используют сложные системы распределения крутящего момента и полного привода, которые в реальном времени регулируют передачу мощности на каждое колесо, улучшая управляемость и снижая избыточную поворачиваемость.

На ранних этапах разработки LSD компания General Motors запатентовала термин «Positraction» (позитивное сцепление). Современная технология «Torsen» (от Torque Sensing — чувствительность к крутящему моменту) используется для внедорожников. Последняя может заранее блокировать дифференциал, предотвращая пробуксовку колеса.

Блокируемый дифференциал

В отличие от LSD, блокируемый дифференциал (вариант названия: дифференциал с полной блокировкой) фиксирует оба приводных вала, заставляя колеса вращаться с одинаковой скоростью. Это полезно для внедорожников, особенно при преодолении сложных препятствий и совершенно неприменимо в спортивных автомобилей, где важна максимальная управляемость на высокой скорости.

В большинстве случаев блокировка дифференциала используется на заднем мосту, однако такие модели, как Jeep Wrangler Rubicon, Ford Bronco и Mercedes-Benz G-Class, предлагают блокировку как на передней, так и на задней оси.

Блокировка на задней оси является наиболее распространенной. Задний дифференциал блокирует колеса задней оси, обеспечивая максимальное сцепление при выходе одного колеса со скользкого участка дороги.

Блокировка переднего дифференциала используется реже, поскольку в большинстве внедорожников передняя ось работает в основном как вспомогательная. Но такая фиксация важна на автомобилях с полным приводом в условиях, когда требуется равномерное распределение мощности на обе оси. Например, когда оба колеса на передней оси пробуксовывают, но одно из колес на задней все еще имеет сцепление с дорогой.

Современные технологии позволяют выбирать между автоматической блокировкой или ручным управлением. Если штатные варианты от Nissan, Toyota или других брендов не подходят, на помощь придут такие компании, как ARB, Auburn Gear или Eaton, предлагающие дополнительные решения.

Компания ARB — продвигает Air Locker, который позволяет блокировать дифференциал при помощи пневматической системы. Водитель может управлять блокировкой через кнопки в салоне, что дает возможность включать блокировку только в случае необходимости.

• Jeep Wrangler JK и JL: для этих автомобилей ARB предлагает решения с блокировкой дифференциала, как переднего, так и заднего.
• Toyota Land Cruiser 70: ARB выпускает пневматические блокировки для этих моделей, улучшая проходимость в самых сложных условиях.
• Ford Ranger (модели с внедорожными характеристиками): ARB Air Locker может быть установлен на заднюю ось для улучшения проходимости в тяжелых дорожных условиях.

Компания Auburn Gear – славится своими высококачественными дифференциалами с ограниченным скольжением (LSD) и блокировкой. Auburn предлагает как автоматические, так и ручные решения для различных автомобилей.

• Chevrolet Silverado: Auburn Gear продает дифференциалы с ограниченным скольжением для моделей с задним и полным приводом.
• Jeep Grand Cherokee: для этих внедорожников Auburn Gear выпускает дифференциалы, которые улучшат сцепление на тяжелых маршрутах.
• Ford F-150: Auburn Gear предлагает решения с ограниченным скольжением для улучшения тяги на песчаных и грязевых дорогах.

Компании Eaton – известна своими высокотехнологичными решениями, включая E-Locker (электрическая блокировка дифференциала) и Detroit Locker (традиционная механическая блокировка). Эти системы позволяют водителям либо автоматически блокировать дифференциал в сложных условиях, либо делать это вручную для контроля ситуации.

• Chevrolet Silverado 1500: Eaton предлагает E-Locker для улучшения сцепления на полноприводных моделях. Система активируется нажатием кнопки.
• Ram 2500: Eaton Detroit Locker применяется для тяжелых грузовых и внедорожных автомобилей, обеспечивая максимальную блокировку на полном приводе.
• Toyota Tacoma TRD Pro: Eaton также производит решения для внедорожных версий Tacoma с возможностью установки блокировки дифференциала для передней и задней оси.

Ручная или автоматическая блокировка?

Как правило, ручное управление блокировкой используется на автомобилях, где требуется точный контроль над включением системы в зависимости от условий движения. Такие системы чаще всего встречаются на внедорожниках или пикапах, которые эксплуатируются в сложных условиях. Устанавливаются не только для улучшения проходимости, но и для снижения износа компонентов трансмиссии.

Примеры автомобилей с ручной блокировкой:

• Toyota 4Runner TRD Pro
• Jeep Wrangler Rubicon (механизм блокировки может быть активирован вручную через рычаг в салоне)
• Ford Bronco (модели с премиум оборудованием предлагают ручную блокировку)

Часто используется на стандартных легковых автомобилях, поскольку обеспечивает базовую тягу и экономичен по стоимости. Он позволяет колесам вращаться с разной скоростью.

Примеры автомобилей с открытым дифференциалом:

• Ford Fiesta (базовая версия)
• Toyota Corolla
• Honda Civic (базовые комплектации)
• Volkswagen Golf (базовые комплектации)

Дифференциал с ограниченным скольжением (LSD)

Улучшает сцепление, передавая больше мощности на «стабильное» колесо, когда одно из колес начинает пробуксовывать.

Примеры автомобилей с LSD:

• BMW 3 Series (некоторые модели, особенно M-серии)
• Mazda MX-5 (в некоторых комплектациях)
• Chevrolet Camaro (в спортивных версиях)
• Ford Mustang GT
• Audi S4

Блокируемый дифференциал (Locking Differential)

Используется для полного блокирования колес на одной оси, чтобы они вращались синхронно, что особенно полезно на бездорожье.

Примеры автомобилей с блокируемым дифференциалом:

• Jeep Wrangler (в некоторых версиях, например, Rubicon)
• Land Rover Defender (в более высоких комплектациях)
• Toyota Land Cruiser (в некоторых версиях)
• Mercedes-Benz G-Class (в некоторых комплектациях)

Автомобили с сочетанием всех типов дифференциалов

Некоторые автомобили используют комбинированные системы с открытым, LSD и блокируемым дифференциалом для улучшения универсальности и проходимости.

Примеры автомобилей с комбинированными дифференциалами:

• Mercedes-Benz G-Class (есть системы с LSD и блокировкой)
• Land Rover Range Rover (современные модели используют системы, которые могут работать с LSD и блокировкой)
• Audi Q7 (в версиях с системой Quattro)
• BMW X5 (в версиях с системой xDrive)
• Porsche 911 Turbo (имеет систему с LSD и активным управлением крутящим моментом)

Некоторые внедорожники и спортивные автомобили с полным приводом могут использовать блокируемые дифференциалы в сочетании с системами LSD, что дает их владельцам возможность выбирать подходящий тип дифференциала в зависимости от дорожных условий.

P.S. Дифференциал с ограниченным скольжением именуется в технической литературе по-разному: дифференциал с повышенным внутренним сопротивлением, дифференциал ограниченного проскальзывания, дифференциал повышенного трения, самоблокирующийся дифференциал, дифференциал с ограничением пробуксовки — как говорится, выбирай, что больше нравится. Учтите, что хотя в англоязычной литературе упомянутые дифференциалы обозначаются как LSD (Limited-Slip Differential), буквально: «дифференциал ограниченного проскальзывания» (пробуксовки), данный термин не определяет физического принципа работы устройства. Имеет значение лишь сама функция блокировки неконтролируемой разницы в угловых скоростях приводов («проскальзывания»). «Ограниченность проскальзывания» обычно подразумевает некий заданный предел разницы угловых скоростей, при превышении которого начинает срабатывать блокировка. В ряде реализаций блокировка может быть использована превентивно, то есть еще до того, как у полуосей возникнет разница угловых скоростей.

Источники: Iseecars.com, Caranddriver.com