最近很多人問我“雖然明白了差速器的基本工作原理，但是汽車為什麼需要這個東西呢？”，今天小編就力圖用最直白、形象的描述讓文科生也能明白這一有趣的汽車原理。

在步入本文正題前，我們先植入一個概念：“差速器”是個什麼鬼。。。

汽車差速器能夠使左、右（或前、後）驅動輪實現以不同轉速轉動的機構。主要由左右半軸齒輪、兩個行星齒輪及齒輪架組成。功用是當汽車轉彎行駛或在不平路面上行駛時，使左右車輪以不同轉速滾動，即保證兩側驅動車輪作純滾動運動。差速器是為了調整左右輪的轉速差而裝置的。在四輪驅動時，為了驅動四個車輪，必須将所有的車輪連接起來，如果将四個車輪機械連接在一起，汽車在曲線行駛的時候就不能以相同的速度旋轉，為了能讓汽車曲線行駛旋轉速度基本一緻性，這時需要加入中間差速器用以調整前後輪的轉速差。

小夥伴們有沒有想過，田徑賽跑時，選手們的出發位置為什麼不一樣？為什麼越靠近内圈，選手位置越靠後？這個問題我想隻要稍具幾何知識就能回答：越靠近圓心，賽道半徑越小，與外圈選手相比，同樣跑一圈其賽道周長即奔跑距離越短，所以需要在出發時拖後一些。

我們先來了解下汽車是怎麼跑起來的，用最簡單直白的話來說，就是兩個後輪裝在後軸上，兩個前輪裝在前軸上另加一套轉向機構，再想辦法把發動機傳出的動力（旋轉運動）經過變速（換擋）後通過傳動軸分别傳遞到前後車軸上，由此帶動車輪旋轉（分别與四個車輪相連的那一半前/後軸，形象的稱之為半軸）。

這下問題就來了：

汽車的内外側輪胎位置相對固定，直行時沒有任何問題，因為四個輪子運行軌迹一緻，但在轉彎時，内外側輪子存在轉彎半徑差異，如果這時四個輪子還和直行時一樣均保持相同的速度，恐怕内外輪因為實際“場上位置”的變化就要“鬧分家”了。而車輪也不能像賽跑運動員那樣提前偏移一定的距離，怎麼辦？

有聰明的小夥伴說了，讓内外輪轉速不一緻呗，就是外圈的跑快一點，内圈的跑慢一點，總之内外輪保持“隊形”整齊！

——思路正确，如何實現？

小夥伴又說了：分别控制呗，就是一個電機（或發動機）帶動内輪，另一個電機（或發動機）帶動外輪，然後通過某種方法分别控制内外輪的轉速，使其配合完成轉彎。

——嗯，想法不錯，可惜直到現在，這種方法仍然停留在實驗或概念階段，純電動車特斯拉也沒有做到（其D系列确實有兩套電機，不過它們分别控制前後輪），因為安全性是個很大的問題，試想一下左右車輪轉速一旦不匹配，就好像你正在百米賽跑沖刺時把你其中一隻跑鞋瞬間換成高跷，讓你一腳深一腳淺，這時車輛很可能立即失控，後果不堪設想。

那麼，汽車到底是如何實現用一個發動機同時控制内外側車輪，讓它們直行時轉速相同，轉彎時自動調節擁有不同轉速從而保持“隊形”一緻呢？

早在一百多年前，法國人雷諾（就是現在雷諾汽車公司的創始人之一）就通過一套非常精巧的機械結構——差速器，解決了這一難題。

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下面，我們通過一部上世紀三十年代的科教片進行講解：

片名：《Around The Corner》

雪佛蘭出品、在好萊塢進行拍攝

我們可以把最後剩下的兩輛摩托車看作是一輛汽車（都是四個輪子），可以明顯看出内外輪的運行軌迹和轉速差異。

當同一根軸的左右兩端輪子都可以自由旋轉時，不存在轉速差問題，内輪轉的慢一點，外輪轉的快一點，就像古時候的馬車，現在超市的手推車都可以自由轉向。

但是汽車不行，因為左右兩邊的輪子要從同一根軸上獲取動力，實際上已經連為一體，您手邊要是有類似形狀的物品（比如啞鈴）的話，可以把它放在地上滾動一下，它是無法轉彎的。從這張圖上可以看到（注意輪胎上的白色标記，表明内外側輪胎轉速相同），沒有差速器時，若要讓這樣的輪子強行轉彎，内側的輪子在打滑（這就好比内外圈跑道選手明明速度一樣，卻要求兩人肩并肩，那内圈選手就隻能原地踏步了），這樣的車開出去，一轉彎就容易翻車。

為了解決這個問題，汽車發明初期都是隻有一個驅動輪的，另一邊的輪子空轉，但問題又來了：這個驅動輪一旦陷到路上，另一邊輪子隻能幹着急，同時汽車的抓地力、發動機的動力也會損失不少（這就好像人在跑步時隻有一條腿使勁）。

現在的人力三輪車、部分機動、電動三輪車還在沿用這一結構，大家在街上可以留意一下，其實它們隻有一個輪子有動力，另一個就是跟着轉。

直到差速器橫空出世，讓汽車由單輪進入兩輪驅動以及後來的四輪驅動時代，它是怎麼做到的？

為解釋其工作原理，工程師們制造了這樣一個模型：左右兩側輪胎安裝在支架上，且分别與兩根半軸相連，半軸末端分别連接一根豎起的小杆，兩側輪胎可分别以任意速度自由旋轉。

現在用一根橫杆撥動豎杆，當兩側輪胎轉速一緻時，沒有任何問題（類似于汽車直行），再對這個橫杆稍作改進，用一個支架把它連在一側半軸上，同樣可以自由旋轉。

當兩側輪胎速度一緻時（即汽車直行時），沒有任何阻礙，但是當實驗人員試圖讓一側車輪的速度慢一點時（即模拟轉彎時，内輪的轉速要慢于外輪），兩側車輪依然保持同樣的速度，這樣的輪子是無法轉彎的。并且如果這個阻力夠大，整個傳動系統都會卡住。

為了讓兩側車輪在轉彎時能夠具有不同速度，我們對這個橫杆稍作改動，讓它可以自由旋轉。接下來，就是見證奇迹的時刻：

當兩側車輪速度一緻時（即汽車直行時），橫杆正常旋轉，但當兩側車輪速度不一緻時（即車輛轉彎時），橫杆通過自身的旋轉“化解”了這一速度差異，差速器誕生了！

問題是，一旦這根橫杆旋轉一定角度，就和豎杆接觸不上了，所以僅有一根橫杆是不夠的，我們再加一根，兩根橫杆互成90度，同時增加豎杆的數量，也成90度，現在這個旋轉動作可以連續進行了。甚至，當一側車輪“卡死”時（類似于車輛原地打轉），另一側還可以自由旋轉。

現在問題又來了：僅有兩根橫杆/豎杆的話，各零件間的間隙過大，一些位置根本接觸不到，傳動過程就不連續，于是我們繼續增加橫杆/豎杆的數量，直到變成齒輪。

繼續優化和改進，把原來的橫杆對稱布置以增加穩定性并改善受力情況，但工作原理還是一樣的（大家可以注意下，原來的橫杆在自轉的同時又圍繞豎杆公轉，現在變成齒輪後，在機械上我們形象的稱之為行星齒輪）。

這樣差速器大緻結構已經出來了，手搖的動作代表由發動機輸出的旋轉動力，由那根長長的杆子（我們叫它傳動軸）傳遞到差速器上。

然後讓模型結構更緊湊一些以投入實際使用

然後把它裝在車上

這時人們卻發現裝了這玩意後，汽車底盤為了避開傳動軸不得不升高，這樣的話車内乘員空間就很小了。

當然也可以不用管它，讓傳動軸位于底盤上面，從後排座位中間穿過去，不過這樣一來就很尴尬了：中間沒法坐人、行李放不下、不好看還很危險。

這可難不倒汽車工程師，改變齒輪的齧合位置（即主減速器齒輪偏置），就能使汽車底盤随着傳動軸的位置下移而下降，Perfect!

不過直到現在，一些後驅或四驅車甚至前驅車因為各種各樣的原因（比如專門提高底盤離地間隙以提升越野通過性能或者出于成本考慮）還存在後排中間座位地闆凸出的問題，但都是遮住的。

有小夥伴又問了，我在車上咋沒見過這套玩意？

因為早期的汽車都是發動機帶動後輪轉動（即後輪驅動），需要那根長長的傳動軸，前輪空轉隻負責轉向。但是現在大部分家用車由于成本等原因都是前輪驅動的，後輪空轉隻負責承載重量，那一根長軸連同後差速器就都去掉了。然而即使是前輪驅動，也要有前差速器，四輪驅動的話那就前後差速器都要有，其實，不止左右兩側，汽車的前後車輪運行軌迹也是不一樣的，有的更先進的車為了讓前後輪轉速匹配還在中間裝有中央差速器。

當然，上面介紹的隻是最原始的差速器，現在的結構要複雜的多，但基本原理沒有變。

延伸閱讀：差速鎖是個什麼鬼？

凡事有利就有弊，上述普通差速器的缺點呢，就像上面演示實驗中那樣，正常路面上轉彎時，内側車輪受阻轉的慢一些，外側車輪轉的快一些，于是車輛順利轉彎，沒有任何問題，但當一側車輪真的被卡住（即使此時車輛沒有轉彎），另一側懸空或與地面的摩擦力很小時（即兩側車輪受力不一緻），差速器會“誤以為”車輛正在轉彎，通過差速齒輪把動力全都分配到了空轉的那個輪子上，沒用的輪子轉的很嗨，需要脫困的輪子卻渾身軟綿無力，隻能幹瞪眼（途中這輛車的左後輪是幾乎不轉的），我們形象的稱之為欺軟怕硬。

這時候更先進的限滑差速器就要閃亮登場了，它能限制差速器兩端的滑動，避免此類情況的發生，提高車輛的越野性能，不過其種類衆多，原理各不相同，這就不是一篇文章能說清楚的事了。（圖為托森差速器）

在更為極端的情況下，需要讓差速器徹底失效，即用差速鎖把車輪全部鎖死連為一體，這樣隻要有一個輪子還能抓地，車輛就能脫困。如路虎衛士、牧馬人、豐田普拉多等一幹硬派SUV或純越野車大多有此配置。但其中最富盛名的當屬奔馳G級的“三把鎖”。

限于篇幅有限，這裡隻能順便提兩句，感興趣的童鞋可以自行研究一下，但前提是搞懂前面所講的差速器工作原理。下次若有人用專業術語和你談汽車，你可以從這方面入手。

（汽車人頻道）

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