Das Zentraldifferential wird auch als Zwischenachsdifferential bezeichnet. Bei mehrachsigen Fahrzeugen sind die Antriebsachsen durch Gelenkwellen verbunden. Das zentrale Differenzial ermöglicht, dass jede Antriebsachse unterschiedliche Eingangswinkelgeschwindigkeiten hat, um das Durchrutschen der Antriebsräder an jeder Achse zu verhindern. Zu den Arten von Zentraldifferenzialen gehören: offenes Zentraldifferenzial, Mehrscheiben-Kupplungsdifferenzial, Torsen-Differential und Visco-Kupplungsdifferenzial.
Wenn ein Fahrzeug in Bewegung ist, fährt es nicht nur geradeaus, sondern nimmt auch verschiedene Kurven. Wenn ein Fahrzeug eine Kurve fährt, sind die Bewegungsbahnen der vier Räder vier Bögen mit unterschiedlichen Radien. Dadurch ergeben sich unterschiedliche Drehzahlen der vier Räder. Wenn sich die Räder nur mit der gleichen Geschwindigkeit drehen könnten, wäre das Fahrzeug nicht in der Lage, sich zu drehen. Selbst wenn sie zum Drehen gezwungen würde, würde die mittlere Achse aufgrund der unterschiedlichen Radgeschwindigkeiten brechen. Um eine Differenzgeschwindigkeit zu erreichen, ist daher ein Differenzial erforderlich, das die feste Drehzahl der Motorausgangswelle in verschiedene Geschwindigkeiten zerlegt und diese auf die Räder überträgt.
Wenn ein Fahrzeug eine Kurve fährt, ist der Wenderadius der Vorderräder größer als der der Hinterräder auf derselben Seite. Daher drehen sich die Vorderräder schneller als die Hinterräder und die vier Räder folgen völlig unterschiedlichen Wegen. Daher benötigen Fahrzeuge mit Allradantrieb ein zentrales Differenzial, um das Drehmoment zwischen Vorder- und Hinterachse zu verteilen.
Zu den Arten von Zentraldifferenzialen gehören: offenes Zentraldifferenzial, Mehrscheiben-Kupplungsdifferenzial, Torsen-Differential und Visco-Kupplungsdifferenzial.
I. Offenes Zentraldifferenzial
Ein offenes Differenzial unterliegt keinen Einschränkungen und kann beim Abbiegen des Fahrzeugs normal funktionieren. Das Planetengetriebe verfügt über keine Sperrvorrichtung. Wenn ein Fahrzeug mit Allradantrieb mit drei offenen Differentialen (vorne, in der Mitte und hinten) ausgestattet ist und ein Rad durchrutscht, wird die gesamte Leistung des Fahrzeugs an dieses Rad verschwendet und die anderen drei Räder erhalten keine Leistung.
Vorteile: Keine besonderen Vorteile, da das Differenzial eine notwendige Voraussetzung für den normalen Fahrzeugbetrieb ist;
Nachteile: Im Bereich von Geländefahrzeugen kann ein offenes Differenzial die Fähigkeit des Fahrzeugs beeinträchtigen, aus schwierigen Situationen auf unbefestigten Straßen herauszukommen.
II. Mehrscheiben-Kupplungsdifferenzial
Das Lamellenkupplungsdifferential erzeugt ein Differenzdrehmoment über eine nasse Lamellenkupplung. Dieses System wird häufig als zentrales Differenzial in -bedarfsgesteuerten Allradantriebssystemen eingesetzt. Es verfügt über zwei Sätze Reibscheiben, einen Satz als Antriebsscheiben und den anderen als angetriebene Scheiben. Die Antriebsscheiben sind mit der Vorderachse verbunden und die angetriebenen Scheiben sind mit der Hinterachse verbunden. Die Scheiben sind in Spezialöl getaucht und ihr Ein- und Auskuppeln wird von einem elektronischen System gesteuert.
Wenn das Fahrzeug geradeaus fährt, sind die Drehzahlen der Vorder- und Hinterachse gleich und es besteht kein Geschwindigkeitsunterschied zwischen der Antriebs- und der Abtriebsscheibe. Zu diesem Zeitpunkt sind die Scheiben getrennt und das Fahrzeug befindet sich grundsätzlich im Zustand mit Vorderrad- oder Hinterradantrieb, wodurch Kraftstoff gespart werden kann. Beim Kurvenfahren haben die Vorder- und Hinterachse unterschiedliche Drehzahlen und auch die Antriebs- und Abtriebsscheibe weisen einen Geschwindigkeitsunterschied auf. Da der Geschwindigkeitsunterschied jedoch nicht den voreingestellten Wert des elektronischen Systems erreicht hat, bleiben die beiden Scheibensätze getrennt und die Kurvenfahrt des Fahrzeugs wird nicht beeinträchtigt.
Wenn der Geschwindigkeitsunterschied zwischen Vorder- und Hinterachse einen bestimmten Grenzwert überschreitet, beispielsweise wenn die Vorderräder durchzudrehen beginnen, steuert das elektronische Steuersystem den hydraulischen Mechanismus, um die Lamellenkupplung zu betätigen, und die Antriebs- und Abtriebsscheiben kommen in Kontakt, ähnlich wie beim Einrücken einer Kupplung. Das Drehmoment wird von den Antriebsscheiben auf die angetriebenen Scheiben übertragen, wodurch ein Allradantrieb erreicht wird.
Die Eingriffsbedingungen und das Drehmomentverteilungsverhältnis des Mehrscheiben-Reibungs-Sperrdifferentials werden vom elektronischen System mit schneller Reaktionsgeschwindigkeit gesteuert. Einige Modelle verfügen außerdem über eine manuell gesteuerte „LOCK“-Funktion, bei der die Antriebs- und Abtriebsscheiben vollständig eingekuppelt bleiben können, ähnlich dem Sperrzustand des Allradantriebs bei professionellen Geländefahrzeugen. Allerdings können die Reibplatten nur bis zu 50 % des Drehmoments auf die Hinterräder übertragen, und bei intensiver Nutzung kann es zu einer Überhitzung und einem Ausfall der Reibplatten kommen.
Vorteile: Schnelle Reaktion und sofortiges Eingreifen; Die meisten Modelle werden elektronisch aktiviert und erfordern keine manuelle Steuerung.
Nachteile: Kann nur bis zu 50 % der Kraft auf die Hinterräder übertragen und neigt bei hoher Belastung zur Überhitzung.
III. Torsen-Differential
Der Name „Torsen“ kommt von „Torque-sensing Traction“. Der Kern von Torsen ist das Schneckenrad- und Schneckenrad-Kämmsystem. Aus der strukturellen Sicht des Torsen-Differentials ist ersichtlich, dass es Doppelschneckenräder und Schneckenräder gibt. Gerade ihr gegenseitiges Ineinandergreifen und Ineinandergreifen sowie die einseitige Übertragung des Drehmoments vom Schneckenrad auf das Schneckenrad ermöglichen die Funktion der Differenzialsperre, die den Schlupf begrenzt. Bei normaler Kurvenfahrt fungieren die vorderen und hinteren Differentiale wie herkömmliche Differentiale, und die Schneckengetriebe haben keinen Einfluss auf die unterschiedlichen Drehzahlen der Halbwellen. Wenn das Fahrzeug beispielsweise nach links abbiegt, dreht sich das rechte Rad schneller als das Differential, während sich das linke Rad langsamer dreht. Die Schneckenräder mit unterschiedlichen Drehzahlen können präzise auf die Zahnräder abgestimmt und synchron mit ihnen kämmen. Zu diesem Zeitpunkt sind das Schneckenrad und das Schneckenrad nicht blockiert, da das Drehmoment vom Schneckenrad auf das Schneckenrad übertragen wird. Wenn jedoch eine Seite des Rades durchrutscht, kommt die Baugruppe aus Schneckenrad und Schneckengetriebe ins Spiel, und über das Torsen-Differential oder die hydraulische Mehrscheibenkupplung wird die Kraftverteilung automatisch und schnell angepasst.
Wenn das Fahrzeug normal fährt, dreht sich das Differentialgehäuse P und treibt gleichzeitig die Schneckenräder 3 und 4 in Drehung. Zu diesem Zeitpunkt gibt es keine relative Drehung zwischen 3 und 4, sodass sich die rote Welle 1 und die grüne Welle 2 mit der gleichen Geschwindigkeit drehen. Wenn jedoch eine Seite der Achse auf einen größeren Widerstand stößt, während die andere Seite im Leerlauf ist, z. B. die rote Achse auf einen größeren Widerstand stößt, bleibt sie zunächst stationär, während sich das Differentialgehäuse noch dreht, und treibt so das Schneckenrad 4 zum Abrollen auf der roten Welle an. Da es sich um 4 Rollen handelt, treibt es auch 3 zum Drehen an, aber 3 und die grüne Achse 2 haben einen selbsthemmenden Effekt, sodass die Drehung von 3 die grüne Achse 2 nicht zum Drehen antreiben kann. Daher hört 3 auf, sich zu drehen, und gleichzeitig hört auch 4 auf, sich zu drehen. Somit kann 4 nur die rote Achse zusammen mit der Drehung des Differentialgehäuses drehen, wodurch das Drehmoment auf die rote Achse verteilt wird und es dem Fahrzeug ermöglicht wird, aus der misslichen Lage herauszukommen.
Das wichtigste Gerät ist das zentrale, drehmomentsensierende Selbstsperrdifferenzial-, das die Leistungsabgabe zwischen Vorder- und Hinterachse je nach Fahrzustand stufenlos von 25:75 bis 75:25 anpassen kann. Die Reaktion erfolgt extrem schnell und nahezu ohne Verzögerung (die Eigenschaften des drehmomentsensierenden Selbstsperrungsdifferenzials wurden verbessert). zuvor ausführlich analysiert) und mit Unterstützung des elektronischen Stabilitätsprogramms wird die Initiative der Energieverteilung weiter verbessert.
Einfach ausgedrückt ist das Torsen-Differential ein vollautomatisches, rein mechanisches Differential, das heißt, es erfordert keine manuelle Steuerung, ist 100 % zuverlässig und verfügt über eine direkte Übertragung. Aus einer bestimmten Perspektive ist es ein sehr ausgewogenes Design.
Vorteile: Es kann sofort eine Rückmeldung über den Widerstandsunterschied zwischen den Antriebsrädern geben und das abgegebene Drehmoment verteilen. Darüber hinaus ist die Überbrückungscharakteristik linear und kann innerhalb eines relativ großen Bereichs der Drehmomentabgabe angepasst werden.
Nachteile: Es gibt keinen Zweiradantriebsmodus. Die begrenzte Schlupffähigkeit des Differenzials ist begrenzt und die Kraft kann nicht vollständig auf ein bestimmtes Rad übertragen werden.
IV. Viskokupplungsdifferenzial
Das Visco-Kupplungsdifferential ist ein intelligentes Gerät zur automatischen Kraftverteilung in heutigen Fahrzeugen mit Allradantrieb. Es wird normalerweise in Fahrzeugen mit Allradantrieb eingebaut, die auf einem Vorderradantrieb basieren. Diese Fahrzeuge fahren normalerweise mit Vorderradantrieb. Das wichtigste Merkmal der Visco-Kupplung besteht darin, dass sie die Kraft ohne Zutun des Fahrers automatisch auf die hintere Antriebsachse verteilen kann.
Das Funktionsprinzip der Visco-Kupplung ähnelt in gewisser Weise dem einer Lamellenkupplung. Auf der Eingangswelle befinden sich viele Innenplatten, die zwischen den vielen Außenplatten im Abtriebswellengehäuse eingesetzt werden, und es wird hochviskoses Silikonöl eingefüllt. Die Eingangswelle ist mit dem Getriebe und dem Verteilergetriebe des vorne{4}montierten Motors verbunden, und die Abtriebswelle ist mit der hinteren Antriebsachse verbunden.
Bei normaler Fahrt gibt es keinen Geschwindigkeitsunterschied zwischen den Vorder- und Hinterrädern und die Visco-Kupplung funktioniert nicht, sodass die Kraft nicht auf die Hinterräder verteilt wird und sich das Fahrzeug immer noch wie ein Fahrzeug mit Vorderradantrieb verhält. Wenn ein Auto auf vereisten und verschneiten Straßen fährt, können die Vorderräder im Leerlauf durchdrehen und es besteht ein erheblicher Unterschied in der Drehzahl zwischen Vorder- und Hinterrädern. Das Silikonöl zwischen den Innen- und Außenlamellen der Viskokupplung wird gerührt und beginnt sich durch die Hitze auszudehnen, wodurch ein großer viskoser Widerstand entsteht, der die Relativbewegung zwischen Innen- und Außenlamellen verhindert und ein beträchtliches Drehmoment erzeugt. Dadurch wird die Kraft automatisch auf die Hinterräder übertragen und das Auto wird zu einem Fahrzeug mit Allradantrieb.
Bei Kurvenfahrt kann die Visco-Kupplung auch den durch die Innenraddifferenz verursachten Geschwindigkeitsunterschied zwischen Vorder- und Hinterrad ausgleichen und als Differenzial fungieren. Beim Bremsen kann verhindert werden, dass zunächst die Hinterräder blockieren.
Vorteile: Kompakte Größe, einfacher Aufbau und niedrige Produktionskosten.
Nachteile: Langsame Reaktion, kleines Drehmomentverteilungsverhältnis, Unfähigkeit, das Ein- und Auskuppeln manuell zu steuern, und möglicher Ausfall aufgrund von Überhitzung unter hoher Last.