差速器是车辆驱动轮间实现不同转速的关键部件，通过行星齿轮组等结构，允许两侧车轮在转弯时独立转动，同时保证动力传输。其分为开放式、限滑式（LSD）等，LSD通过机械或电子方式在车轮打滑时锁止半轴，提高脱困能力。差速器设计精妙，是车辆应对复杂路况、保证安全行驶的重要组件。
其实最简单的方法，就是买一套乐高的齿轮组，自己拼起来玩一玩，下面这些废话就完全不用看了。
拼普通的开放式差速器(图源ebay)：
LSD也可以安排，稍微复杂一些，成品图来自MOCHub
原因其实非常简单：车子，得拐弯。路都拐弯了车子还走直线那这就是个瞎车。
而车子在拐弯的时候就会出现一个问题：车子是有宽度的，在拐弯的时候，弯内侧车轮和外侧车轮在相同时间内走过的路径长度不一样，这就意味着两者的转速是不等的。
对于没有动力的轮组来说这并不难办(如后驱车的前轮&前驱车的后轮)，两边的车轮又没有一根花键轴把它们锁死，都是可以独立滚动的，大可以一边滚一边不滚，一边滚得快一边滚得慢，它们应对弯中转速不一致的情况是毫无压力且自适应的。
问题就在于有动力的车轮——驱动轮。
驱动轮为了获得动力，最基础的结构我们可以参考迷你四驱车：
以迷你四驱车的前轮为例，动力来源是侧面的轴，通过一套冠状齿轮组，将动力传递到前轴。这类玩具的结构当然比较简单粗暴，两侧的车轮是固定在前轴上的，因此跟着前轴一起转就好了。那么问题就来了：如果考虑到转弯的需求，要求两侧车轮的转速不一致，那该怎么办？车轴显然不能是一根铁棍锁死两个车轮了，必须劈成两半(一半称为“半轴”)，但是动力该如何向这两根半轴传递？
既要实现动力传输到车轴，又要允许两根半轴的转速不同，并且两根半轴出现转速差的时候依然可以正常传递动力，这就是差速器的任务。
除了一对驱动轮之间会产生这样的需求，还有一处地方也有类似的需求——四驱车的前后轴之间也会产生转速差。在转弯的时候，通过上图的阿克曼几何的图示，可以看出前轴的转速会比后轴要略高，另外，在大接近角、离去角爬坡的时候，前后轴之间的转速差会更大，而这是四驱的越野车需要考虑的工况，这同样要求在驱动轴向前后轴传递动力的时候不能简单粗暴地用一根死轴搞事，同样要求安装差速器。这类差速器就是越野车、四驱SUV的话题里出现频率很高的“中央差速器”，简称中差。
最简单的差速器结构如下。
动力从驱动轴(绿色)，经由驱动齿轮(绿色)带动冠状齿轮(黄色)，冠状齿轮(黄色)与差速器壳(兼行星架)(红色)是固死的，冠状齿轮带动差速器壳一起转动。差速器壳内有一对小伞状行星齿轮组(绿色)，与半轴端的一对伞状太阳齿轮呈口字形啮合，小齿轮组可以相对差速器壳可以转动。半轴插在差速器壳里，相对差速器壳可以转动。
当两根半轴没有转速差的时候，差速器里那对小伞状齿轮是不转动的，它们会卡住半轴齿轮，让半轴与差速器壳一起同步转动。但是如果两根半轴出现转速差，半轴相对于差速器壳就会出现转动，这时候小齿轮就会相对差速器壳转动，允许两侧半轴相对于差速器壳进行方向相反的转动，此时从大面上看，驱动轴带动冠齿-差速器壳-半轴转动的动力传递依然在进行，但是这个运动叠加上半轴相对于差速器壳的转动之后，就会表现为两侧车轮一个转得快一个转得慢，从而满足车辆驱动轮组在转弯时的运动学要求，同时动力依然可以正常传递。
除了上述的结构，还有一类使用行星齿轮组的结构，原理一样，但是可以做得更加紧凑，而且配置更加灵活。
差速器的设计绝妙在它的运动调整是完全被动、自适应的。我们做一个思想实验。假设行星齿和行星架之间被某种黏糊糊的史莱姆糊死了，差速器完全动不了，这时候这辆车车的驱动轮组跟扣在一根死轴上没啥区别。这辆车走直线，没有任何问题，因为一对驱动轮之间无需转速差。但是这时候驾驶员打了一下方向……这时候一对驱动轮的感受就不同了。内侧车轮突然感觉到“卧槽路面怎么突然走得慢了，但是半轴兄怎么一点减速的意思都没有？”外侧车轮则感觉完全相反“路面走快了，半轴兄你怎么还不加速？”但是车轮得跟着半轴转(动力是从半轴传过来的)，于是内侧车轮的大脸(和地面的接触面)相对地面向后摩擦，而内侧车轮则相对地面向前摩擦。
回到大脸蹭地的一对驱动轮(￣ε(#￣)☆╰╮(￣▽￣///)。
此时，这对驱动轮除了输出牵引力，还收到了额外的摩擦摩擦，内侧车轮接地面相对地面向后摩擦，它就相当于接收到了地面给它的一个向前的摩擦力，外侧车轮正好相反，相当于在牵引力基础上又附加了一个向后的摩擦力。注意，此时就出现了一个情况——两根半轴上的扭矩不一样了。但是由于史莱姆糊死了差速器，扭矩除了引起整个后轴的极细微的弹性形变之外，并不会允许两侧车轮以不同的转速转动。
由于大脸蹭地实在是惨无轮道，我决定让糊住差速器的史莱姆稍微融化一点，让行星轮能转，但是只能转一点点。两侧半轴的转速差很显然就只能通过差速器这个突破口释放出来，让两侧的扭矩差减小，随着史莱姆逐渐彻底融化消失，这时候如果不计差速器的内阻，就相当于两根半轴的扭矩完全相等，而此时也就是两侧车轮最理想的转速。这就是差速器的等扭矩特性——在任何时候，两根半轴传递的扭矩都是相同的。因为两根半轴之间任何的扭矩差都会引起差速器和半轴之间的相对转动直至扭矩差被抵消。
上图中的差速器是最基本的差速器，称为开放式差速器。开放式差速器在任何时候都会保持差速度不差扭矩的特性。但是在某些时候，这个特性是要惹事的。
我们日常在铺装良好的大马路上开车，四个轮子始终都能接触地面，保证良好的抓地力，这时候差速器自然随时都能保持良好的工作状态，但是当路况很差的时候，差速器就会帮倒忙。
假设一种情况，驱动轮当中有一个因为种种原因无法正常向地面输出牵引力，原因可能是地面过于崎岖，这个车轮悬空了；也有可能是地面有烂泥或者冰面导致车轮严重打滑，那么这时候，由于一侧车轮的牵引力接近没有，扭矩也接近没有，而差速器是尽责尽职地维持两侧半轴扭矩相等，于是，另一侧也得不到任何扭矩——哪怕另一侧车轮此时抓地良好，是车子脱困的唯一希望。所以和前文联系起来看，就知道为什么卡丁车不装差速器了。卡丁车内后轮一离地，差速器就开始狂转，外后轮此时是唯一驱动轮但是它得不到动力，一辆竞技性的车，弯道里一会有动力一会没动力可还行……
有一个很形象的比喻。差速器相当于连通器下面那一根连接两边容器的水管，在正常的时候，它负责维持两边容器的液面高度(扭矩)一致，但是一侧车轮打滑这种情况，相当于在一边的容器上开了个大洞，连通器只会将整个系统里的所有液体(扭矩储备)从大洞(打滑)里漏光，使得整个系统里一滴(可用扭矩)都没有了。
所以，一些有可能要应对这种糟糕路况的车型就配备了一种可以按需关闭水管(锁死半轴)，为不打滑的车轮提供可用扭矩以让车辆脱困的差速器，这就是限滑差速器(LimitedSlipDifferential)，简称LSD。
在介绍正经的LSD之前，我先简单介绍一下不正经的EDS(大雾)。
如上一节所述，当一侧车轮疯狂打滑的时候，开放式差速器的做法是将所有的动力都从打滑的车轮漏了出去，由于开放式差速器的等扭矩特性，另一侧有抓地的车轮得不到扭矩。
这时我们可以思考一下负载和扭矩输出那相爱相杀的关系了。一个车轮要能正常输出扭矩，前提是得有一定的负载，空负载在理论情况下(不考虑车轮的转动惯量和空气阻力)是没有任何扭矩输出的。那现在我们有一个车轮离地了，它的扭矩却并未能占领高地，因为和地面没有有效接触，它得不到充分的负载。现在我们不妨考虑一下，除了地面可以为车轮带来负载，还有什么东西也可以为车轮带来负载呢？
刹车。
既然地面不好使，刹车就得顶上为轮胎提供一定的负载，而且刹车在任何时候都应当是有效且可靠的，只需要让汽车在发现这种一侧车轮打滑的情况时，单独为打滑的车轮上的刹车加压，这就相当于为打滑的车轮提供了一定的负载，这时候打滑的车轮就可以产生特定的扭矩，而根据开放式差速器的等扭矩特性，另一侧不打滑的车轮也可以获得同样的扭矩，它就可以让整车脱离困境。“刹车反而能让车子往前走”，这就是一个例子。
这样的系统就是EDS(ElectricDifferentialSystem，电子差速锁)。EDS本身不含硬件，它是ABS系统的一套扩展，ABS的硬件功能包括监控各个车轮的转速差，同时可以对每一个车轮上的刹车进行独立控制，这正好可以满足EDS的要求。
所以很明显，EDS最大的优势是成本低。现在是个车就带ABS，在此基础上拓展EDS无需增加硬件，只要升级软件即可。
但是EDS的局限性也很明显。本来扭矩输出对抗负载是整个车与大地之间的相爱相杀，但是现在，制动侧的车轮变成了车轮与车身之间的相爱相杀，大量的动力都被转变成刹车的热量浪费掉了，这使得有附着力的一侧车轮无法获得足够的动力，动力不足，扭矩也就可能不足，导致无法脱困。而且刹车盘、刹车皮也都挺贵的，这么浪费会让刹车感觉非常郁闷，认为它自己的价值(让车停下)没能得到充分的体现。
所以如果真的有很多使用锁止差速器的情况，一个正经的LSD还是需要的。比如越野车、漂移车、场地赛车等等。
按照限滑原理，这里简单介绍一下黏性联轴器、Torsen、摩擦片式和电控式。
如上文所说，LSD要干的事情，是平时里表现和开放式差速器一样，允许两侧车轮存在一定转速差，但是差的有些离谱的时候，它会将差动转动的两根半轴之间锁死，变成类似一根死轴的状态。这里有很多不同的实现方式。
先说黏性联轴器。早期大众的4Motion的中央差速器就选择了黏性联轴器的方案。
黏性联轴器主体是浸泡在高粘度硅油里的一套多片离合器组。当两侧没有转速差或者转速差很小的时候，两个半轴各转各的，和开放式差速器没啥区别。但是若两者之间的转速差很大，硅油被搅动发热从而膨胀，压紧离合器，实现半轴的接合锁止。
(看到没？这就是上文提到的史莱姆本姆！)
黏性联轴器的问题在于它的反应会比较滞后。所以不论是前装还是后装，黏性联轴器的装车量都在下降，VW的4Motion就早已换成了Haldex提供的电控中差。
大名鼎鼎的托森差速器。Torsen是TorqueSensing的缩写，这是一种扭矩感应型的LSD。
Torsen是将开放式差速器那四个口字型啮合的齿轮组更换成了一组蜗轮蜗杆机构。当在很极端的情况下，Torsen会呈现这样一种状态：
看起来和开放式差速器没有任何区别？并非如此。此时，左侧的蜗杆带动圆柱齿轮，圆柱齿轮将动力传递到右侧，而齿轮向蜗杆逆传递动力时，由于摩擦阻力很大，轻易是带不动的，此时更多的扭矩就会分配给左侧的半轴。
(看到没？这就是上文提到的史莱姆本姆！的机械形态！)
Torsen的扭矩分配呈现一种与转速差正相关的规律，并且无法实现完全向一侧的扭矩分配。但是Torsen的优势在于它的响应速度快而且完全机械化。
上面只展示了TorsenType-A，还有Type-B和Type-C，但是原理大同小异，关键词都是蜗轮蜗杆自锁。下图都来自Torsen的供应商Jtekt。
黏性联轴器是通过硅油膨胀挤压一组离合器片实现半轴锁止，摩擦片式LSD与之类似，但是动作机构是一套可以检测半轴转速差的机械结构。这是一种转速感应型的LSD。
当两侧半轴的转速差达到一定程度，中心的十字轴会相对压盘转动，通过一个斜面楔入两片压盘之间，将两片压盘撑开，压盘将离合器向外顶，使摩擦片组结合，实现半轴的锁止。机械式LSD的转速差是固定的，比如80%的锁止率，意味着两侧半轴之间的转速允许存在20%的转速差。超过20%就会锁止。这个数值需要对LSD进行硬件上的调整才能设定，主要是更换中间压盘之间的弹簧。
摩擦片式LSD又可以分为1-Way、1.5-Way和2-way。主要区别在于反向扭矩时是否可用。1-Way只在正向扭矩输入的时候有效，2-Way则是正向扭矩和反向扭矩输入时皆有效，而1.5-Way在反向扭矩输入的时候锁止率打折。在赛车上一般安装2-Way，因为赛车发动机的发动机制动力度远强于一般的民用车，同时车手也希望在踩油门和松油门的时候都能有良好的的控制能力。
摩擦片式LSD需要专门维护，比较麻烦，而且会产生不低的噪音，加之日常买菜并不需要如此高的动力控制的要求，所以民用车较少使用。
黏性联轴器和机械式LSD说到底，实现锁止的动作都是靠离合器。只不过让离合器接合的，一个是硅油，一个是十字轴和压盘，都是机械结构。那么搞一些电子魔法是不是可以呢？
当然可以。随着电子控制技术的成熟，通过电脑控制LSD离合的接合和释放早已成为现实，Audi曾经以Torsen中差为核心的全机械全时四驱系统(quattro)为卖点，但是现在……
电控多片离合的基本结构：
基本上，就是在两个半轴上都装了一套电控多片离合，想哪个半轴获得动力，电脑给个信儿的事情。早年间电控技术还不成熟的时候，ELSD响应速度不是很快，全机械LSD还有优势，但是现在的ELSD响应速度已经很快，浓眉大眼的quattroUltra中差的响应时间不超过10毫秒。
而且ELSD还可以由电脑灵活分配动力，FocusRS上的“漂移模式”就是强制让内侧后轮获得大部动力、后轴转速超过前轴从而实现长时间的可控后轮滑移动作的。
ELSD由于需要与总线深度整合，所以一般无法后装。后装LSD仍然以机械的为主。日常跑路偶尔跑赛道用维护要求更低、噪音更低而且动作更柔和的扭矩感应式LSD如Torsen或者HelicalLSD就不戳，日常赛道撕逼或者花式漂移就得用性能更好而且可调节的摩擦片式LSD，但是也就相应的需要付出维护的费用和时间。
OK，就写这么多吧。
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