Zo werken elektronische differentiëlen

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!

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.

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.

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.

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.

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.