Zo werken elektronische differentiëlen

Auteur: , 30 Reacties

Als de term LSD je louter doet denken aan dansende kabourtjes en bewegende muren, dan kun je wel een opfriscursus gebruiken. Autoblog to the rescue!

Differentieel

Wat is een differentieel?

Voor we overschakelen naar de meer exotische varianten, eerst een beknopte uitleg met betrekking tot ’t basisprincipe. Eigenlijk is een differentieel niks meer dan een verzameling tandwielen, die ervoor zorgt dat beide wielen op een aangedreven as verschillende snelheden kunnen draaien. Het binnenste wiel legt immers een kortere weg af dan het buitenste wiel, zoals je op onderstaande afbeelding kunt zien. Zouden beide wielen continu dezelfde hoeveelheid koppel toebedeeld krijgen en met dezelfde snelheid ronddraaien, dan wringt de binnenste wielen wat tot banden- en andere slijtage leidt. Een uitgebreide en uiterst coole retrovideo over de precieze werking van het differentieel vind je HIER.

Binnenste wiel = kortere weg dan buitenste wiel

Het open differentieel

Het open differentieel is wat je zou kunnen een ‘gewoon’ differentieel. Om de werking van elektronische varianten beter te begrijpen, zul je eerst moeten weten hoe een open diff precies werkt.

Bij een open differentieel is de koppelverdeling tussen allebei de aangedreven wielen in beginsel 50:50. In beginsel inderdaad, want zodra we een bocht nemen zal de massa van de auto vooral op het buitenste wiel leunen. Gevolg hiervan is dat het binnenste wiel minder weerstand ondervindt, zodat het dit wiel is dat door de werking van het open differentieel een groot deel van (of nog erger: al) het koppel toebedeeld zal krijgen. Het koppel volgt immers de weg van de minste weerstand.

Samengevat: het wiel met de minste tractie wordt van het meeste koppel voorzien, omdat het koppel bij een open differentieel altijd de weg van de minste weerstand volgt. Staat één van de twee aangedreven wielen bijvoorbeeld op ijs en het andere op asfalt (of een andere stroeve ondergrond), dan zal het het wiel op ijs zijn dat al het koppel toebedeeld krijgt. Het andere wiel ondervindt meer weerstand en krijgt dus weinig of geen koppel toebedeeld, met een zeer beperkte acceleratie tot gevolg.

In de meeste personenauto’s zal een open diff onder normale omstandigheden prima voldoen, maar bij heftig bochtenwerk en stevig accelereren (of driften natuurlijk) zul je de tekortkomingen van dit systeem ongenadig blootleggen. Gelukkig zijn daar tegenwoordig verschillende oplossingen voor.

Wouter drift met BMW M4

Het limited-slip differential of sperdifferentieel

Het limited-slip differential (hierna: LSD) of sperdifferentieel heft de nadelen van de hiervoor genoemde open variant op, door óók koppel naar wiel te sturen dat de meeste weerstand ondervindt (in de meeste gevallen: het buitenste wiel in een bocht). LSD’s kunnen deels of helemaal ‘sperren’, wat niet alleen resulteert in meer tractie bij heftig bochtenwerk, maar ook in de mogelijkheid om een lekkere drift neer te leggen. Daarnaast komt een dergelijk diff natuurlijk uitstekend van pas op het onverhard.

Helaas heeft elk voordeel z’n nadeel, wat ook geldt voor sperdifferentiëlen. Bij voorwielaandrijvers krijg je altijd wat trekkende reacties in het stuur, maar dat valt in het niet bij de voordelen. Sperdifferentiëlen voegen wel gewicht toe en brengen hogere kosten met zich mee dan open differentiëlen. Bovendien hebben sperdiffs onderhoud nodig. Zo moet de olie nu en dan ververst worden en in het geval van bijvoorbeeld platensperren krijg je te maken met slijtage, zodat de sperwerking verloren gaat. Een revisie is dan noodzakelijk.

LSD’s vallen onder te verdelen in mechanische varianten (die we voor nu buiten beschouwing laten) en elektrische differentiëlen, die op steeds meer auto’s hun intrede doen. Elektrische sperdiffs heb je (uiteraard) in verschillende soorten, die we hieronder nader toe zullen lichten.

Jaguar F-Type R drift door Casper

Elektrische differentiëlen

Het ‘standaard’ E-Diff wordt gebruikt door bijvoorbeeld Jaguar op hun F-Types met een V8 en ook Ferrari past ze toe. Dit type differentieel bevat een batterij sensoren, die onder andere rekening houden met de stuurhoek, de positie van het gaspedaal en de draaisnelheid van de wielen. Vervolgens bepaalt de ECU of het differentieel (in de meeste gevallen met een mechanisch platensper) al dan niet deels wordt gelocked. Dit type differentieel vind je bijvoorbeeld ook op de BMW M4 en M5 en maakt het mogelijk om met veel tractie de bocht uit te knallen, terwijl je er daarnaast ook dikke zwarte strepen mee op het asfalt kunt leggen. Een ideaal compromis dus.

Brake-based LSD’s zitten feitelijk tussen LSD’s en een tractiecontrolesysteem in. Dit type diff (toegepast op bijvoorbeeld de McLaren P1, maar ook op snelle Mini’s) gebruikt de eigenschappen van het open differentieel en manipuleert deze door bewust de weerstand te verhogen op het wiel dat minder koppel hoort te krijgen. Het systeem doet dit door (je raadde het al) doorspinnende wielen kort te remmen, zodat de weerstand op dit wiel heel even wordt verhoogd en het differentieel (dat in feite hetzelfde werkt als het open differentieel zoals hierboven beschreven) het koppel naar het andere wiel stuurt.

McLaren P1 op Supercar Sunday

Nadeel van dit systeem is dat de remmen vanzelfsprekend een stuk warmer zullen worden. Mochten de schijven en blokken hier niet tegen bestand zijn, dan kan hun werking verminderen wat ook meteen betekent dat de werking van het differentieel gereduceerd wordt. Daarnaast vergt dit systeem erg veel finetuning om te voorkomen dat het gebruik van de remmen de auto als geheel vertraagt en bovendien behoort het neerleggen van een fijne drift helaas niet tot de mogelijkheden. Zoals Wouter concludeerde bij de BMW M135i: een écht sperdifferentieel werkt in de praktijk beter.

De werking van Torque vectoring-differentiëlen is dermate complex, dat we deze relatief nieuwe techniek voor nu buiten beschouwing laten en er in een later artikel op terugkomen.



30 reacties

Autoblog techniek hoek! Interessant stuk. Dat brake based LSD lijkt me alleen handig met keramische remmen, bij gewoon staal kan ik me voorstellen dat je op een gegeven moment (onder zwaar gebruik)een beetje fading krijgt. Wat dus zowel het remmen lastiger maakt als het LSD systeem teniet doet. Want die heeft dan minder ‘grip’ en zal dus ook minder sperren.

Lucy in the Sky with Diamonds. Fear and Loathing FTW!!
@E34M5Touring:

Brake LSD is gewoon tractie controle en zit al op heel veel autos (via ABS systeem) zonder keramische remmen. Op duurdere autos zal het wat beter (=geleidelijker) werken en ms beter voorbereid zijn op circuitgebruik, maar het principe is toch gelijk. M’n 330xd heeft het ook, maar moet zeggen dat ik in de sneeuw toch beter vooruit kom door het systeem uit te zetten en gewoon gas te geven, maar ms ligt het er aan dat het systeem niet al te verfijnd is.
@super: deels waar, dat systeem van BMW is niet gericht op bochtenwerk en puur als tractiecontrole bedoelt. Sper op remwerking zoals een M135i heeft werkt ook in de bochten. Een tractiecontrolesysteem zoals op een E46 oid remt de wielen af en houdt de auto in het juiste baantje. Zelf merk ik met hard rijden dat ik echt snak naar een sper. Het diff opent veel en veel te snel in nat waardoor je veel voorwaartse kracht verliest. Op zijn tijd misschien een sper onder mijn E46 328i en E36 328i, maakt het rijden weer net wat leuker
@E34M5Touring:

Zo’n brake based LSD is eigenlijk zo slecht nog niet, ook niet met stalen remmen. Waarmee ik wil zeggen het is niet alleen voor soccermom’s bedoelt.

Een wagen met stalen remmen (wat iedere gewone weg-wagen eigenlijk zou moeten hebben als je 5gr verstand hebt) gaat idd eerder brake fade hebben. Maar gaat dat sowieso hebben als je heel sportief gaat rijden, dus sportievere wagens zijn al aangepast eraan. Je moet je afvragen hoeveel draagt dat ‘tractiecontrole’ remmen bij aan de brake fade.

Nu mechanische LSD’s zijn heilig (totdat je je voldoende in de materie verdiept en enige nuance moet gaan gebruiken in je uitspraken) en daarmee ga ik niet vergelijken.

Maar als je gaat kijken naar het verschil tussen elektronisch LSD op basis van een kopelling of op basis van de remmen zit het nut vooral in de software en je bedoelingen. Goede software (en vooral of die op je bedoelingen is afgestemd) is belangrijker dan of het mechanisch een rem of een koppeling is (en dat is niet vaak zo).

Een clutch gebaseerde gaat zorgen dat het wiel met grip, dankzij wrijving in de koppeling wat meer de snelheid van het kroonwiel aanneemt. Het snelheidsverschil is daar dus niet zo groot (tenzij 1 wiel letterlijk op ijs staat en het ander letterlijk op asphalt), maar er is ook verlies en slijtage. Bovendien sleur je dat diff constant mee, moet je dat ook onderhouden,…
Een open diff en remmen heb je sowieso, dat computerprogrammatje is hoogstens 5gr voor een chip + de massa van enkele elektronen voor de software. Nu ga je het slippende wiel wat afremmen en zo wat meer koppel naar het grip wiel sturen. De rem staat stil en je remt het snelst (niet per se, maar kom) draaiende wiel af, dus je verlies is groter. Maar je offert simpel en goedkoop te vervangen schijven en remblokjes op.

Je gaat met dat rem gebaseerde systeem nooit 100% lock kunnen hebben maar je kan er itt tot wat mauritsh zegt dus wel mee driften (mits software daarvoor voorzien is).

Als je de hooligan wil uithangen/feeling wil hebben/zwaar wil offroaden ben je sowieso best af met iets mechanisch. Maar om snel te zijn op asphalt (waar je niet constant met 1 wiel op een natte gladde kerb zit) of om occasioneel in sneeuw of modder te vertrekken ben je niet zo slecht af met de ‘tractie-controle’. Het ding is dat wagens met zo’n sper gebaseerd op koppelingen meer bestemd zijn voor de driften en dat de software daar dan ook ontvankelijker voor is.
Ik heb het artikel nog niet gelezen, maar meer van dit aub en minder onzinartikelen over een gewrapte ferarrri met vossenwheels.
@gop1: eensch!
Mooi artikel, maar hoe wordt een e-diff dan gelocked of deels gelocked? Dmv een soort slipkoppeling?
@harrie: één van de principes van het mechanisch systeem is dat de satelietwieltjes doorlopen in een vierkant staafje die ook in een soort van vierkant malletje zit dat uit 2 delen bestaat < <>> een beetje zoals dit binnenste is as buitenste is mal , als je rechtdoor rijdt draait dit gewoon mee zoals in het filmpje vanaf het moment dat er verschil op de assen optreed draaidt dit asje en duwt dit het malletje open . Op het malletje zitten lamellen die samen geperst wirden en zo de assen verbind . Dus ik veronderstel dat bij de e-diff het samenpersen van de lamellen wordt opgevangen door hydraulica die wordt aangestuurd door electronica op basis van gegevens van sensoren bv. Abs sensoren ….
@jovdv: sorry als er schrijffouten instaan dit was via mobiel !
@jovdv: aha!
@harrie:

Je weet hoe een klassiek diff werkt?
Er zijn daar 3 dingen die een verschillende snelheid kunnen hebben.

Het ‘omhulsel’ = kroonwiel (heeft altijd de aandrijfsnelheid, de snelheid die uit de versnellingsbak komt dus)
En dan de 2 uitgaande assen (1 voor linker en ander voor rechterwiel).

Bij een differentieel op basis van koppelingen. Zit er op iedere as een koppeling. En die koppeling linkt die as met het kroonwiel. Dus door te koppelen zal er wrijving zijn tussen een plaat die met de snelheid van de as draait en een plaat die de snelheid van het kroonwiel heeft.

Het aansturen van die 2 koppelingen gebeurt bij een elektronisch LSD door de elektronica. Fysiek gebeurt dat door een hydraulische (soms zelfs elektrische) actuator.
Leuk artikel jongens! Ben nu erg benieuwd naar torque vectoring diff, een vervolg zou leuk zijn!
Leuk artikel! Dat van die korte cirkel lange cirkel (afstand) ook heel duidelijk. Doet me denken aan van die joeptoep filmpjes waarbij mensen met hun 316i-tjes proberen te driften door veel gas te geven halverwege de bocht..
Top artikel! Dat Chevrolet filmpje is ook echt super verhelderend, dit moet ik aan een vrouw laten zien ;-)

Hoe ziet het trouwens met achteraf inbouwen? Stel je auto heeft standaard geen sperdiff, maar je wilt dit achteraf inbouwen. Kan dit en is dit wel te doen? Waar moet je dan allemaal aan denken?

Ben het niet van plan hoor, maar gewoon nieuwsgierig.
@revstars-net: als er voldoende ruimte is denk ik dat dat wel moet kunnen…voor een gepaste hoeveelheid geld.

Ik denk dat het alleen interessant zou kunnen zijn bij auto’s waarbij zo’n sper origineel al een optie was maar een auto daar niet mee geleverd is.
@revstars-net:
Check Quaife, voor heel veel auto’s kunnen ze je een mooie sper leveren.
Prijzen vallen reuze mee en als je een FR aandrijflijn hebt is het niet eens zo heel moeilijk zelf te installeren.
@tupperware: Een diff van Quaife (helical) wil je juist niet hebben. Deze hebben namelijk wat nadelen: Spert niet met één wiel van de grond, spert niet tijdens remmen/deceleratie, niet geschikt voor driften, etc. Een OS Giken Superlock (platensper) is veel beter, wel een stuk duurder maar zowat onverwoestbaar, heeft bijna geen onderhoud nodig, en zijn voor veel auto’s leverbaar.
@revstars-net:

Wagens waar mee geraced, gedrift word is wel wat aftermarket spull voor te vinden.
Of je kan zelf iets gaan fabriceren om een bestaand LSD in te bouwen.

Doorgaans gaat het dan wel om mechanische LSD’s. Een elektronisch LSD gaan inbouwen is iets complexer maar alles is mogelijk.
Is dit autoblog ofzo?

Interessant artikel!!
Hoewel ik bij LSD eerst denk aan een kleurenpalet zoals op die vaghini hier onder, wist ik.wel hij zo’n dif werkt.
Wel top dat jullie technisch meer de diepte in gaan, ga door op deze weg aub.
Mooi artikel maar ik mis een beetje uitgebreidere uitleg van sperdifferentielen en hoe de rem ingrepen precies werken.
Echt een leuk artikel, techniek is altijd leuk
Erg leuk. Meer van dit aub!!
Info over autotechniek is altijd goed!
leuk leerzaam artikel! vaker doen!
Leuk stuk, vaker dit!
Moar!
Leuk artikel, weer wat geleerd vandaag. De schrijver heeft duidelijk nog nooit lsd gehad, maar dat geeft niet. Ik heb nog nooit een limited slip dif gehad namelijk. Met beide kan je erg veel plezier hebben :)
Had nog interessant geweest om het verschil van 1, 2 en 1.5 uit te leggen
Een leuk en interessant artikel. Graag wil ik toch reageren omdat ook in dit artikel een veel gemaakte fout met betrekking tot open differentiëlen wordt gemaakt. Het uiteindelijke effect is wel het zelfde, maar toch werkt het anders. Eerst nog even het verschil tussen open en gesloten (of gedeeltelijk gesloten) differentiëlen:
– Een open differentieel zorgt onder alle omstandigheden voor een GELIJKE verdeling van het vermogen.
– Een gesloten differentieel, of een sperdifferentieel dat aan het sperren is, zorgt voor GELIJKE draaisnelheid van de wielen.

Als een open differentieel zorgt voor altijd gelijke vermogensverdeling, waarom gaat het dan toch mis als 1 wiel geen grip heeft. Eigenlijk is het niet zo ingewikkeld:
Stel 1 wiel heeft geen grip (draait in de lucht of staat op iets heel glads), dan is er maar heel weinig vermogen nodig om dat wiel te laten draaien, misschien maar 0,1 of 0,2 PK. Meer vermogen dan het snelst draaiende wiel nodig heeft zal nooit doorgegeven worden. Omdat een open differentieel dat benodigde vermogen aan beide wielen afgeeft, zal het wiel dat wel grip heeft ook niet meer dan die 0,1 of 0,2 PK toebedeeld krijgen. En dat vermogen is natuurlijk niet genoeg om de auto van z’n plaats te krijgen of op gang te houden.

Het gesloten (of sperrende) differentieel wil dat beide wielen even hard draaien, en zal dus meer vermogen aan het langzaamst draaiende wiel (met grip) toebedelen om ervoor te zorgen dat dit wil net zo hard gaat draaien als het snelst draaiende wiel (zonder grip).

Dus, de uitwerking is hetzelfde, maar de gedachte dat een open differentieel ‘al het vermogen’ naar het wiel zonder grip stuurt klopt niet. Beide wielen krijgen gewoon (bijna) geen vermogen.

Met dat in het achterhoofd is het logisch dat een op de remmen gebaseerd ‘sperdifferentieel’ best goed werkt. Want als je het doordraaiende wiel afremt dan gaat het differentieel NAAR BEIDE wielen meer vermogen doorgeven, dus ook naar het wil dat wel grip heeft!

Nogmaals, interessant en leuk artikel, maar ik kon het niet laten dit toch even te melden.

Geef een reactie:

Je moet ingelogd zijn om reacties te posten, registreren kan HIER (ook via Facebook).