리미티드 슬립
Limited-slip differentialLSD(Limited-Slip Differential)는 두 출력축이 서로 다른 속도로 회전할 수 있도록 하지만 두 축 간의 최대 차이를 제한하는 디퍼렌셜의 한 유형입니다.제한 슬립 디퍼렌셜은 General Motors가 소유한 브랜드 이름인 일반 상표 Positraction으로 알려져 있습니다.
자동차에서, 그러한 제한적인 슬립 차분은 종종 표준 차동 대신 사용되며, 표준 차동 대신 특정한 동적 이점을 전달하지만, 복잡성은 더 커집니다.
초기 역사
1932년, 페르디난드 포르쉐는 오토 유니온 회사를 위해 그랑프리 경주용 자동차를 디자인했다.설계의 높은 출력으로 인해 리어 휠 중 하나가 최대 160km/h(100mph)의 속도에서 과도한 휠 스핀을 경험하게 되었습니다.1935년, 포르쉐는 성능 [citation needed]향상을 위해 ZF에 제한 슬립 디퍼렌셜 설계를 의뢰했습니다.비록 기술적으로 이 아닌 차동 제한 장치가 그 제이 프랭크"그리고 cams 핀 슬라이딩"과 하나의 예는 형식 B-70이 2차 대전 군사 VWs(Kübelwagen과 Schwimmwagen)에서 사용되지만, 시스템 두 wh의 slower-turning기 위해 엔진을 권력의 전체를 보냈다 두 freewheels,로 구성되어 available,[1]게 되었다.이ls.[2]
혜택들
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한 바퀴가 미끄러지기 시작하는 오프로드 또는 눈길 상황에서 표준(또는 "오픈") 디퍼렌셜의 경우를 고려함으로써 제한 슬립 디퍼렌셜의 주요 장점을 입증할 수 있습니다.표준 디퍼렌셜을 사용하는 경우, 미끄러짐 또는 비접촉 휠은 대부분의 동력(저토크, 고rpm 회전의 형태)을 공급받으며 접촉 휠은 지면에 대해 정지 상태를 유지합니다.오픈 디퍼렌셜에 의해 전달되는 토크는 항상 양쪽 휠에서 동일합니다. 타이어 한 개가 미끄러운 노면에 있을 경우 공급되는 토크는 매우 낮은 수치로 사용 가능한 트랙션을 쉽게 극복할 수 있습니다.예를 들어, 오른쪽 타이어는 빙판 위에 있기 때문에 70 Nµm(50 lb-ft)의 토크가 가해지면 바로 회전하기 시작할 수 있다.회전 속도에 관계없이 양쪽 휠에서 항상 동일한 양의 토크가 느껴지기 때문에 트랙션이 있는 휠도 70Nµm(50lb⋅ft) 이상의 토크를 받을 수 없으며, 이는 차량 이동에 필요한 토크보다 훨씬 적은 양입니다.한편, 미끄러운 노면의 타이어는 단순히 회전하면서 실제 출력(회전 과정에서 제공되는 토크의 함수)을 모두 흡수합니다. 양쪽 휠이 동일한(매우 낮은) 토크를 제공받더라도 말이죠.이 상황에서는 슬라이딩 디퍼렌셜이 한 휠에 과도한 동력이 할당되는 것을 방지하여 두 휠이 모두 동력 회전을 유지합니다.
고출력 후륜구동 자동차에서 LSD의 장점은 1960년대 중반부터 1970년대 초반까지의 미국 "머슬-카" 시대에 입증되었다.이 시대의 자동차는 일반적으로 후륜 구동 방식이었고 리어 타이어에 독립적인 서스펜션을 장착하지 않았습니다(대신 활축이 사용되었습니다).라이브 액슬의 경우 디퍼렌셜을 통해 높은 토크가 인가되면 구동축의 비틀림과 함께 액슬이 자연스럽게 회전하기를 원하기 때문에 우측 리어 타이어의 트랙션이 낮아집니다(차량 프레임에 장착됨으로써 정지 상태로 유지됨).그래서 "1휠 박리" 또는 "1타이어 화재"라는 용어를 만들었습니다.이와 같이 LSD가 있는 "머슬-카" 또는 "포시"(포지트랙션)는 휠 스핀에 대한 뚜렷한 이점이 있었다.
동작의 기본원칙
제한 슬립 디퍼렌셜과 오픈 디퍼렌셜 모두 기어 트레인이 있어 출력축이 입력축 속도에 비례하는 합계를 유지하면서 서로 다른 속도로 회전할 수 있습니다.
차량용 리미티드 슬립 디퍼렌셜에는 출력축의 상대적인 움직임에 저항하는 토크(디페어런트 내부)를 적용하는 일종의 메커니즘이 있습니다.간단히 말해, 이는 두 출력 또는 출력과 디퍼렌셜 하우징 사이에 저항 토크를 생성함으로써 출력 간의 속도 차이를 저항하는 메커니즘을 가지고 있음을 의미합니다.이 저항 토크를 생성하는 데는 많은 메커니즘이 사용됩니다.제한 슬립 미분 유형은 일반적으로 저항 메커니즘 유형에서 명명됩니다.예를 들어 비스코스 및 클러치 기반 LSD가 있습니다.이러한 메커니즘에 의해 제공되는 제한 토크의 양은 설계에 따라 다릅니다.
제한 슬립 디퍼렌셜은 보다 복잡한 토크 스플릿을 가지며, 출력이 같은 속도로 회전하는 경우와 다른 속도로 회전하는 경우에 고려해야 합니다.두 차축 사이의 토크 차이를 Trq라고 d [3]합니다(이 작업에서는 토크[4] 마찰의 경우 Trq라고 f 합니다).Trq는 d 좌측 및 우측 휠에 전달되는 토크의 차이입니다.Trq의 d 크기는 디퍼렌셜의 슬립 제한 메커니즘에서 비롯되며 입력 토크(기어 디퍼렌셜의 경우) 또는 출력 속도 차이(점성 디퍼렌셜의 경우)의 함수일 수 있습니다.
출력에 전달되는 토크는 다음과 같습니다.
- 느린 1 출력의 경우 Trq in = tr Trq + tr d Trq
- Trq 2 = tr in Trq – tr d Trq로 출력 속도 향상
한 바퀴가 미끄러지기 시작하는 직진 주행 시(및 트랙션이 있는 휠보다 빠르게 회전하는 경우) 토크는 미끄러지는 휠(Trq 2 )로 감소하고 느린 휠(Trq 1 )로 공급됩니다.
차량이 회전하고 있고 어느 휠도 미끄러지지 않는 경우, 안쪽 휠이 바깥쪽 휠보다 느리게 회전합니다.이 경우 내측 휠이 외측 휠보다 더 많은 토크를 [4]받아 언더스티어가 발생할 수 있습니다.
두 휠이 동일한 속도로 회전할 때 각 휠에 대한 토크 분배는 다음과 같습니다.
- Trq (1 or 2) = µ in Trq ±(δ d Trq)인 동안
- Trq 1 +Trq 2 =Trq in .
즉, 어느 휠에 대한 최대 토크는 정적으로 결정되지 않지만 δ in Trq ±(θ d Trq) 범위에 있습니다.
종류들
승용차에는 여러 종류의 LSD가 일반적으로 사용됩니다.
- 고정값
- 토크에 민감함
- 속도에 민감함
- 전자 제어
고정값
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이 차동에서는 두 출력 간의 최대 토크 차이 Trq는 d 두 출력 간의 차동 또는 속도 차이에 대한 토크 입력에 관계없이 항상 고정 값입니다.일반적으로 이 디퍼렌셜은 스프링이 장착된 클러치 어셈블리를 사용합니다.
토크 감도(HLSD)
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이러한 제한 슬립 디퍼렌셜은 헬리컬 기어, 클러치 또는 원뿔(대안 클러치 유형)을 사용합니다. 여기서 기어 또는 클러치의 결합력은 디퍼렌셜에 인가되는 입력 토크의 함수입니다(엔진이 더 많은 토크를 가하면 기어 또는 클러치 접지력이 더 강해지고 Trq가 d 감소합니다).
토크 센싱 LSD는 구동축 토크에 반응하여 구동축 입력 토크가 많을수록 클러치, 원뿔 또는 기어가 서로 강하게 눌려 구동 휠이 서로 더 가깝게 결합됩니다.입력 토크(중립/메인 클러치의 트레일링 스로틀/기어박스 누름)가 거의 또는 전혀 없을 때 구동 휠이 최소로 결합되도록 스프링 부하가 포함되어 있습니다.클러치 또는 원뿔에 가해지는 프리로드(따라서 정적 커플링)의 양은 일반적인 상태(마모)와 단단히 적재된 상태의 영향을 받습니다.
클러치, 콘형 또는 플레이트 LSD
클러치 유형에는 얇은 클러치 디스크가 쌓여 있으며, 이 중 절반은 구동축 중 하나에 결합되고 나머지 절반은 스파이더 기어 캐리어에 결합됩니다.클러치 스택은 양쪽 구동축 또는 한쪽 구동축에만 있을 수 있습니다.하나만 있는 경우 나머지 구동축은 스파이더 기어를 통해 끼인 구동축에 연결됩니다.원뿔형에서는 클러치가 한 쌍의 원뿔로 교체되며, 원뿔은 서로 압착되어 동일한 효과를 발휘합니다.
클램프력을 생성하는 한 가지 방법은 Salisbury/Ramp 스타일의 LSD에서 사용되는 캠램프 어셈블리를 사용하는 것입니다.스파이더 기어는 캠이 있는 램프를 형성하는 각진 컷아웃에 놓여 있는 피니언 크로스 샤프트에 장착됩니다.캠이 달린 램프가 반드시 대칭인 것은 아닙니다.램프가 대칭인 경우 LSD는 2방향입니다.톱니가 있는 경우(즉, 램프의 한쪽이 수직) LSD는 1방향입니다.양쪽이 기울어져 있지만 비대칭인 경우 LSD는 1.5웨이입니다.(아래 2, 1.5 및1웨이 설명을 참조해 주세요).
다른 방법으로는 기어 톱니의 자연 분리력을 이용해 클러치를 장착하는 방법이 있습니다.예를 들어 2011년식 Audi Quattro RS [5]5의 센터 디퍼렌셜이 있습니다.
구동축의 입력 토크가 디퍼렌셜 중심을 회전하려고 하면 램프에 오르려는 피니언 크로스 샤프트에 의해 내부 압력 링(클러치 스택 접합)이 옆으로 밀리고, 이것이 클러치 스택을 압축합니다.클러치 스택이 압축될수록 휠이 더 많이 결합됩니다.오버런 시 단방향 LSD에서 수직 램프(차단을 방지하기 위해 실제로는 80~85°) 표면이 결합되어도 캠 효과나 그에 상응하는 클러치 스택 압축이 발생하지 않습니다.
2방향, 1방향, 1.5방향
대체로 부하, 무부하, 오버런의 3가지 입력 토크 상태가 있습니다.앞서 설명한 바와 같이 부하 조건 중에는 커플링이 입력 토크에 비례합니다.부하가 없을 경우 커플링은 정적 커플링으로 감소합니다.오버런 시의 동작(특히 갑작스러운 스로틀 해제)에 따라 LSD가 1방향, 1.5방향 또는 2방향 중 어느 쪽인지 결정됩니다.
2방향 디퍼렌셜은 전진 및 후진 d 방향 모두에서 동일한 제한 토크 Trq를 가집니다.즉, 디퍼렌셜이 엔진 제동 시 일정 수준의 제한 동작을 제공한다는 의미입니다.
1방향 디퍼렌셜은 한 방향으로만 제한 작용을 제공합니다.토크가 반대 방향으로 인가되면 개방 디퍼렌셜처럼 작동합니다.FWD 차량의 경우 2방향 [6]디퍼렌셜보다 안전하다고 주장됩니다.운전자가 스로틀을 올리자마자 1방향 LSD와 같이 오버런 시 추가적인 커플링이 없을 경우 LSD가 잠금 해제되고 기존의 오픈 디퍼렌셜과 비슷하게 작동합니다.이것은 또한 차량이 앞으로 [6]나아가는 대신 스로틀 해제 시 회전할 수 있도록 해주기 때문에 FWD 차량에 가장 적합합니다.
1.5방향 차동이란 정방향 및 역방향 제한 토크 Trq가 d_fwd, d_rev 다르지만 1방향 LSD의 경우처럼 0이 아닌 토크를 말합니다.이러한 유형의 디퍼렌셜은 강력한 제한 토크가 엔진 제동 시 안정성에 도움이 될 수 있는 경주용 자동차에서 흔히 볼 수 있습니다.
기어드 LSD
기어드, 토크 감응형 기계식 리미티드 슬립 디퍼렌셜은 웜 기어와 스퍼 기어를 사용하여 입력 전력을 두 구동 휠 또는 프론트 및 리어 액슬 간에 분배하고 구별합니다.이는 대부분의 자동차 애플리케이션에서 볼 수 있는 가장 일반적인 베벨 스파이더 기어 디자인과는 완전히 다른 디자인입니다.기어가 토크를 가하면 기어가 디퍼렌셜 하우징의 벽에 밀리면서 마찰이 발생합니다.마찰은 출력의 상대적인 움직임에 저항하여 제한 토크 d Trq를 생성합니다.
일반적인 스파이더 기어 "개방" 디퍼렌셜과 차별화를 억제하는 마찰 재료를 조합한 다른 마찰 기반 LSD 설계와 달리 토크 감지 설계는 고유한 디퍼렌셜 유형으로, 애드온이 아닌 설계에 고유한 토크 바이어스가 있습니다.토크 바이어스는 필요할 때만 적용되며 차별화를 억제하지 않습니다.그 결과 LSD 및 잠금 유형처럼 결합되지 않지만 많은 도로 조건에서 여전히 더 많은 전력을 공급하는 진정한 디퍼렌셜이 됩니다.
예를 들어 다음과 같습니다.
- Torsen T-1은 1949년경 Vernon Gleasman에 의해 발명된 오리지널 Gleasman 디퍼렌셜의 브랜드 이름입니다(1949년에 미국 특허 255만 9,916이 출원,[7] 1951년 부여됨).원래의 글리슨 디자인은 글리슨 웍스(나중에 글리슨 코퍼레이션으로 명명)에 팔렸고, 글리슨 웍스는 1982년에 이 디자인을 마케팅을 시작했습니다.원래의 T-1 모델은 c-clip 드라이브 차축과 호환되지 않기 때문에 당시 많은 자동차와 픽업 트럭에서 사용이 제한되었습니다.하지만 오리지널 토르센 디퍼렌셜은 마리오 안드레티와 폴 뉴먼이 레이싱에서 큰 [8]성공을 거두며 사용되었습니다.이후의 모든 웜 기어 LSD 디자인은 오리지널 Gleasman 디퍼렌셜에서 파생되었습니다.T-1은 아우디 콰트로, 스바루 임프레자 WRX STI, 도요타 메가 크루저, AM 제너럴 HMMWV 험비의 [9]원조 장비이다.
- Torsen T-2는 1984년 경의 새로운 Gleasman 디자인(미국 특허출원 WO1984003745 A1)[10]으로 c-clip 차축과 호환성이 있습니다.새로운 설계와 함께 Zexel-Gleason U.S.A.의 합병으로 OEM 및 애프터마켓 애플리케이션의 Torsen 가용성이 향상되었습니다.경주용으로 프리로드가 제공되는 포지션 스타일 클러치 팩을 포함하는 T-2R과 AWD 애플리케이션을 위한 듀얼 디퍼렌셜인 T-3가 있습니다.T-2는 고성능 자동차와 픽업 [9]트럭의 원조 장비이다.
- Quaife 디퍼렌셜(Automatic Torque Biasing Differential(ATB Differential®120)이라는 이름으로 판매되며, 유럽 특허 번호 130806A2에 포함되어 있습니다.Quaife 버전은 유럽 및 미국을 제외한 다른 시장에서 가장 많이 구축되었으며, 유럽과 일본 브랜드 자동차, 특히 전륜 구동 및 4륜 구동 애플리케이션에 대한 광범위한 애프터마켓 지원을 제공합니다.Mk1 및 Mk2(이후 Mk3의 경우 옵션) Ford Focus RS는 Quaife ATB Differential®420을 원래 [11][12]장비로 사용했습니다.
- Eaton Corporation은 수년간 생산되어 온 Truetrac 디퍼렌셜의 최신 소유자입니다.디자인은 Torsen T-2(약간 토크 바이어스가 적은 편)와 유사하며, 후륜 구동 및 4x4 픽업 트럭용 미국제 솔리드 액슬의 애프터마켓 부품입니다.Truetrac은 오프로드용 4x4 픽업 트럭의 프론트 액슬에 잠금 센터 및 리어 디퍼렌셜과 함께 가장 많이 사용됩니다.모든 기어드 LSD 설계와 마찬가지로 Truetrac은 다른 LSD 및 "락커" 설계와 마찬가지로 스티어링에 부정적인 영향을 미치지 않습니다.
속도 감도
속도에 민감한 차동 기능은 두 출력축 간의 속도 차이를 기반으로 출력 Trq d 간의 토크 차이를 제한합니다.따라서 출력 속도 차이가 작을 경우 차동 동작은 개방형 차동에 매우 가까울 수 있습니다.속도 차이가 증가함에 따라 제한 토크가 증가합니다.따라서 토크 감응 디퍼렌셜과 비교했을 때 동적인 동작이 달라집니다.
비스코스(VLSD)
점성 유형은 일반적으로 점도가 높은 유체의 유체 역학적 마찰에 의존하기 때문에 더 단순합니다.실리콘을 사용한 오일이 자주 사용됩니다.여기서 다공 디스크 더미로 채워진 유체의 원통형 챔버는 출력축의 상운동에 따라 회전한다.챔버의 내부 표면은 구동축 중 하나에 결합되고 외부 표면은 디퍼렌셜 캐리어에 결합됩니다.디스크의 절반은 내측, 나머지 절반은 외측과 연결되어 스택 내의 내측/외측을 번갈아 연결합니다.차동 운동은 인터리브 디스크를 강제로 오일이 서로 부딪히도록 합니다.일부 비스코스 커플링에서는 속도가 유지되면 마찰로 인해 유체가 열을 축적합니다.이 열에 의해 오일이 팽창하고 커플러가 팽창하여 디스크가 서로 당겨져 비점성 플레이트 간 마찰이 발생하고 속도 차이가 크게 감소합니다.이것은 혹 현상으로 알려져 있으며, 이것은 연결기의 측면을 부드럽게 잠글 수 있게 해줍니다.기계식과는 달리 제한 작용이 훨씬 부드럽고 미끄러짐과 비례하기 때문에 일반 운전자가 쉽게 대처할 수 있습니다.뉴 프로세스 기어는 AMC 이글을 포함한 이적 사례에서 퍼거슨 스타일의 비스코스 커플링을 사용했다.
비스코스 LSD는 기계식보다 효율이 떨어집니다.즉, 어느 정도의 전력을 「손실」합니다.특히 실리콘을 과열시키는 부하가 지속되면 갑자기 영구적인 디퍼렌셜 [13]효과가 상실됩니다.그들은 우아하게 실패하여 반개방적 차등 동작으로 되돌아가는 장점이 있습니다.일반적으로 97,000km(60,000마일) 이상을 주행한 점도 디퍼렌셜은 주로 개방형 디퍼렌셜로 작동합니다.실리콘 오일은 공장에서 디퍼렌셜의 나머지 부분을 둘러싼 기어 오일과 별도의 챔버에 씰링됩니다.이는 수리할 수 없습니다. 디퍼렌셜의 동작이 저하되면 VLSD 센터를 교체해야 합니다.
제로터 펌프
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이 스타일의 리미티드 슬립 디퍼렌셜은 제로터 펌프를 사용하여 클러치를 유압식으로 압축하여 토크를 느리게 회전하는 휠로 전달하는 방식으로 작동합니다.제로터 펌프는 디퍼렌셜 캐리어 또는 케이지를 사용하여 펌프의 외측 로터를 구동하고 액슬 샤프트 하나를 사용하여 내측 로터를 구동합니다.좌측 휠과 우측 휠의 속도 차이가 있을 경우 펌프가 유압 오일을 가압하여 클러치가 압축되어 토크가 느리게 회전하는 휠로 전달됩니다.이러한 펌프 기반 시스템에는 적용되는 압력에 대한 하한 및 상한이 있어 우측 휠과 좌측 휠 사이에 상당한 속도 차이가 날 때까지 디퍼렌셜이 기존 디퍼렌셜 또는 개방 디퍼렌셜처럼 작동하고 히스테리시스를 방지하기 위한 내부 댐핑이 있습니다.최신 제로터 펌프 기반 시스템은 보다 다용도하고 [citation needed]진동 없이 사용할 수 있도록 컴퓨터 제어 출력을 갖추고 있습니다.
전자의
전자식 리미티드 슬립 디퍼렌셜은 일반적으로 오픈 디퍼렌셜과 유사한 유성 또는 베벨 기어 세트 및 토크 감지 또는 제로터 펌프 기반 디퍼렌셜과 유사한 클러치 팩이 있습니다.전자장치에서 클러치의 클램프력은 컴퓨터 또는 다른 컨트롤러에 의해 외부적으로 제어된다.이를 통해 디퍼렌셜의 제한 토크 Trq를 d 전체 섀시 관리 시스템의 일부로 제어할 수 있습니다.이러한 유형의 차동으로는 스바루 WRX [14]STi에서 사용되는 스바루의 DCCD가 있습니다.2005년부터 생산된 Jeep Quadra-Drive II 4륜 구동 시스템은 이러한 유형의 [15]디퍼렌셜을 사용합니다.또 다른 예는 포르쉐 928에 사용된 포르쉐 PSD 시스템입니다.추가 예로는 eLSD가 장착된 SAB XWD(Haldex Generation 4)가 있습니다. 이 장치는 공통(차량 컴퓨터 네트워크를 통해 전자적으로 제어됨) 유압 파워 팩을 사용하여 XWD 시스템의 [16]종방향 및 횡방향 토크 전달을 모두 제어합니다.동일한 Haldex 시스템이 캐딜락 SRX 등과 같은 다른 GM Epsilon 기반 차량에 사용됩니다.
전자 시스템: 브레이크 기반
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이러한 시스템은 기존의 제한 슬립 디퍼렌셜의 대안입니다.이 시스템은 속도 센서, ABS(안티 브레이크 시스템) 센서, 가속도계 및 마이크로컴퓨터 등 다양한 섀시 센서를 활용하여 휠 슬립 및 차량 움직임을 전자적으로 모니터링합니다.섀시 제어 시스템이 휠이 미끄러지고 있다고 판단하면 컴퓨터는 휠에 브레이크를 적용합니다.위에 나열된 제한 슬립 디퍼렌셜 시스템과 이 브레이크 기반 시스템의 중요한 차이점은 브레이크 기반 시스템이 본질적으로 더 느린 휠에 더 큰 토크를 전달하지 않고, 차량이 브레이크가 작동되는 환경에서 이러한 시스템을 사용함으로써 발생하는 추가적인 브레이크 마찰 재료 마모입니다.- 기반 시스템은 정기적으로 활성화됩니다.
F10 5시리즈에 사용되는 BMW의 전자식 리미티드 슬립 디퍼렌셜이 그러한 시스템의 한 예입니다.또 다른 예는 리스타일의 첫해(1992년)부터 시작되었으며, 옵션의 안티 브레이크가 장착된 새로운 4.6L V-8 오버헤드 캠 포드 크라운 빅토리아 모델입니다.이 옵션은 1992년형 크라운 빅토리아 이후부터 사용 가능했으며, ABS(안티 브레이크)를 장착한 차량에서도 사용 가능했습니다.
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대중문화에서
The Beach Boys의 곡 "409"에서 가사는 제한 슬립 디퍼렌셜의 존재를 언급하고 있다: "...내 4단 듀얼 쿼드 포지션 4-0-9(4-0-9, 4-0-9)"
"그 '64 뷰익 스카이락에 이용할 수 없었던,"[17]차 b.을 몰아내1992년 영화에서 내 사촌 비니, 두 어린 소년들 거짓으로 살인 혐의를 받고의 순수함의 증거는 타이어 마크 중(로 마리사 토메이의 성격으로 유명한 오스카 상을 수상한 공연에서 선언하) 사진은 차동 제한 장치가 가진 차에 의해 만들어진에 의존하고 있다.yth피고인.그녀는 오히려 도주 차량이 1963년식 폰티악 템페스트라는 것을 증명하는 증거라고 주장합니다. 폰티악은 Safe-T-Track (Pontiac의 Positraction 버전) 제한 슬립 디퍼렌셜을 옵션으로 제공했습니다.
레퍼런스
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