Freek TemseEven voor de duidelijkheid: we willen het hier niet over de drug hebben, maar over de afkorting voor Limited-Slip Differential. Het sperdifferentieel in het Nederlands, een variant van het gewone differentieel dat simpelweg meer plezier biedt in bochten. Vroeger werden mechanische LSD’s gebruikt, maar die worden nu vervangen door elektrische varianten. Ze zijn te vinden in voor-, achter en vierwielaangedreven auto’s – van SUV’s tot sportwagens. Hoog tijd om de laatste stand eens op te lijsten.
Back to basics
Alle wagens zijn uitgerust met een differentieel op de aangedreven as. Het laat toe dat het rechter wiel sneller kan draaien dan het linker in een bocht naar links, en natuurlijk vice versa voor bochten naar rechts. De werking van een conventioneel differentieel is bijna te complex om uit te leggen in woorden. Onderstaand filmpje van General Motors uit 1930 is dan ook een must voor iedere autotechneut:
Een regulier differentieel is robuust, goedkoop en ideaal zolang er voldoende grip is. Het stuurt namelijk altijd evenveel koppel naar het linker als naar het rechter wiel van de aangedreven as. In een bocht naar links wordt het koppel van het rechterwiel beperkt door de hoeveelheid koppel die het linkerwiel aan de grond krijgt. In een bocht naar rechts is het net omgekeerd. Logische conclusie: de auto zou sneller zijn als de krachten niet evenredig verdeeld zouden worden tussen beide wielen. Precies daarom worden sperdifferentiëlen vaak gebruikt op sportieve wagens.
Mechanische sperdifferentiëlen
Er zijn verschillende types sperdifferentiëlen. Vroeger werden er uitsluitend mechanische systemen gebruikt, die – afhankelijk van hun werkingsprincipe – op het aandrijfkoppel in het differentieel en op snelheidsverschillen tussen het linker en rechter wiel reageren. Het één grijpt al wat sneller en bruter in dan de andere. De mogelijkheden:
Sperdifferentieel met frictieplaten en voorgespannen veer:
Het sperdifferentieel met slipconus is een variant van deze versie, waarbij de natte platen vervangen worden door een kegel die in het differentieelhuis schuift en daardoor ook een wrijving veroorzaakt tussen de as en het huis.
Sperdifferentieel met frictieplaten en drukring:
Sperdifferentieel met viscokoppeling:
Aan beide zijden van het differentieel zitten opnieuw platen die ofwel met het differentieelhuis, ofwel met de uitgaande as verbonden zijn. Tussen de platen zit een viscose siliconenvloeistof. Als een wiel slipt, ontstaat er een snelheidsverschil tussen beide platensets dat voor een schuifkracht zorgt die de siliconenvloeistof opwarmt en de viscositeit ervan verhoogt. De vloeistof wordt als het ware een dikke stroop die het snelheidsverschil tegenwerkt en daardoor het slippende wiel afremt. Dit slipdifferentieel grijpt geleidelijker in dan voorgaande varianten met frictieplaten.
Torsen-differentieel:
Het torsen-differentieel wordt gekenmerkt door zijn snelle reactie. Het bevat bovendien geen frictieplaten, waardoor slijtage geen impact heeft op het rijgedrag en er geen extra onderhoud nodig is. Een nadeel ten opzichte van de eerder vermelde varianten is dat het torsen-systeem niet functioneert als één wiel in de lucht hangt. Het laat ook geen volledige sper tussen het linker- en het rechterwiel toe, wat als voordeel heeft dat de auto makkelijker rijdt bij het vol uitaccelereren van een bocht.
Elektronische sperdifferentiëlen
De elektronische sperdifferentiëlen zijn al even in opmars. Ze maken meestal gebruik van frictieplaten maar worden anders aangestuurd. Een elektrisch motortje kan één of zelfs beide assen gedeeltelijk vergrendelen met het differentieelhuis. De elektronica baseert zich, in tegenstelling tot de mechanische varianten, op tientallen sensoren in de wagen zoals voertuigsnelheid, stuurhoek, acceleratie, etc. De auto kan zodoende afgesteld worden op de nood van het moment. Bij een rustige rijstijl zal het sperdifferentieel niet tussen beide komen, waardoor de bestuurder bij een overdosis gas niet ongewild aan het driften gaat. Op een rondje circuit, kan het systeem dan weer heel scherp reageren om bij het uitaccelereren zoveel mogelijk koppel op de grond te zetten, met kans op een zijwaarts stapje tot gevolg.
De ‘wannabe’ elektronische sperdifferentiëlen:
Er zijn ook zogenaamde elektronische sperdifferentiëlen die louter de elektronica hun werk laten doen. De auto is dan uitgerust met een normaal open differentieel, maar de remmen worden gebruikt om het wiel met de minste grip af te remmen en zo meer koppel naar het andere wiel te sturen. Dit systeem is niet geschikt voor circuitgebruik, aangezien het de remmen snel opwarmt. Het zorgt ook voor meer slijtage en – belangrijker nog – laat het ook geen donuts toe.
Torque vectoring is de toekomst
Torque vectoring-systemen kunnen hetzelfde als een sperdifferentieel en meer. Ze kunnen gericht koppel sturen naar beide wielen door de frictieplaten actief aan te sturen per wiel. Het effect van extra koppel op één wiel kan de auto puur op kracht de bocht induwen. De torque vectoring-systemen zijn evenwel van een heel ander niveau en daarom voer voor een volgende TechTalk.