Allradantrieb

Software steuert aktive Allradsperre

Mit ETM (Elektronische Drehmoment-Verteilung) hat der GKN-Geschäftsbereich Automotive Driveline Division (ADD) eine Sperre für SUVs und Allradfahrzeuge des gehobenen Fahrzeugsegmentes entwickelt, die eine neue Ära der Fahrdynamik einläutet. Porsche Cayenne und VW Touareg nutzen sie in ihrem Antriebsstrang.

Geländegängige Fahrzeuge erreichen in Deutschland einen Zulassungsrekord: Im ersten Halbjahr 2002 wurden über 63.000 Allradautos zugelassen – 18 Prozent mehr als im Vergleichszeitraum des Vorjahres. Überwiegend gehören diese Fahrzeuge zum Segment der Sport Utility Vehicles (SUV). Wesentliches Merkmal dieser so genannten Freizeitfahrzeuge: der ideale Mix aus Kupplungen, Sperren, Lamellen, Klauen, Vorgelegen und Freiläufen, die die Fahrstabilität verbessern, in dem sie Traktion – Längsbewegung – und Fahrdynamik – Querverhalten (in Kurven, bei Seitenwind) – optimieren. Die Konzepte reichen vom einfach zuschaltbaren bis zum elektronisch geregelten Allradantrieb.

Schon seit Jahren sorgen Schwächen in der Fahrdynamik für Schlagzeilen – vom Elchtest bis zum Audi TT. Meist fordern Experten des elektronische Stabilitätsprogramm ESP als Lösung, teils eine veränderte Achsgeometrie, aber selten eine optimierte Antriebsmomentenverteilung. Ohne Zweifel ist ESP eine nötige und sinnvolle Komponente für die Stabilität, doch kann mit einer „aktiven Sperre“ das Fahrverhalten, abhängig von der Gierwinkelgeschwindigkeit, über alle vier Räder gleichmäßig gesteuert werden.

Die Automotive Driveline Division von GKN hat eine elektronisch gesteuerte Reiblammellenkupplung als Differenzialsperre entwickelt, die in kritischen Situationen „vorbeugend“ eingreift. Sie ergänzt ESP verbessert die Fahrstabilität. Mit der aktiven ETM erreicht man gerade bei Hochleistungsfahrzeugen eine neue Dimension an Fahrzeugsicherheit.

GKN Automotive ist der weltweit führende Hersteller von Visko-Kupplungen. Schon für den 911er Allrad-Porsche steuerte man Anfang der 90er Jahre die Viscodrive-Kupplung bei, allerdings weniger um die Vorteile eines Allradantriebs zu nutzen, sondern um die Grenzen der Fahrdynamik weiter zu stecken und damit sehr sportliche Fahreigenschaften zu erreichen.

Zu dieser Zeit dachten die Entwicklungsingenieure bei GKN schon über eine ETM nach, doch fehlten die entsprechenden Sensoren als Datenlieferanten und die Verkabelung. Mit dem heutigen Can-Bus und den ABS-Sensoren stehen diese Messwerte zur Verfügung. ETM passt in jeden Antriebsstrang und kann mit bestehenden Systemen zusammen arbeiten, beispielsweise mit ABS, ESP und TCS (Traktionskontrollsystemen). Statt sich aber eines Eingriffes der Bremsen zu bedienen, überträgt es das gesamte Motordrehmoment an die Räder, um die Traktion zu verbessern.

Die elektronisch geregelte Kupplung ETM wird über einen Elektromotor aktiviert. Innerhalb von wenigen Millisekunden sendet ein elektronisches Steuergerät das Steuersignal, das von der Raddrehzahl, die Drosselklappenposition, der Lenkwinkel- oder der Giergeschwindigkeit abhängt. Wird der Elektromotor (bis zu 2000 U/min) angesteuert, aktivieren die Zahnräder die Kupplungsscheibe und damit die Sperre. ETM greift vorausschauend ein, verhindert brenzlige Situationen. So erkennt es beim so genannten „Kavalierstart“ den „überflüssigen“ Fahrerwunsch an der schnellen Änderung der Gaspedalstellung. Damit die Räder keine Traktion verlieren und damit weder die Reifen den Boden polieren noch qualmen, greift die Software blitzschnell regulierend über die Drosselklappenstellung und die Fahrzeugbeschleunigung ein. Ebenso beim Herausbeschleunigen aus der Kurve: ETM vermeidet „Dreher“, da es den Fahrerwunsch schon am Treten aufs Gaspedal erkennt.

Übliche Systeme reagieren auf solche Fahrsituationen erst, wenn diese eingetreten sind, laufen mit ihrer verzögerten Reaktionszeit dem Geschehen hinterher. Über eine leicht anpassbare Software kann ETM für unterschiedliche Konzepte genutzt werden, vom Sportwagen bis zum Allradler.

Erste Wintertests mit der M-Klasse von DaimlerChrysler sollen erfolgreich gewesen sein: Der Spurwechseltest (Elchtest) auf Eisfläche war mit einer Geschwindigkeit von 40 km/h möglich. Erstmalig in einem Serienfahrzeug eingebaut, steuert ETM im Antriebsstrang des Cayenne innerhalb des „Porsche Traction Management“. Die kennfeldgeregelte Längssperre – kombiniert mit einer Hinterachs-Differenzialsperre -gleicht mangelnde Traktion an Vorder- oder Hinterachse aus: Das vorausschauende Elektroniksystem bietet hohe Fahrstabilität und sicheren Spurwechsel in allen Geschwindigkeitsbereichen und auch auf Eis und Schnee. Automobilhersteller wie BMW und Mercedes sollen an der neuen Regelstrategie sehr interessiert sein.

Die künftige Entwicklung des Allradantriebs dürfte sich weiterhin zweigleisig abspielen: abhängig von der Preisklasse und von technischen Lösungen. Dabei scheinen die besten Chancen bei der Viskokupplung oder der Viskosperre zu liegen, die sowohl in der Momentzuteilung als auch für den Drehzahlausgleich sinnvoll ist.

Geht es um Kosten, ist eine „virtuelle“ Sperre durch einen automatischen Bremseingriff (in Fahrzeugen mit ESP inzwischen üblich) an den durchdrehenden Rädern fast ohne Konkurrenz. Mit ETM hat AAD aber eine Sperre für die SUVs und Allradfahrzeuge des gehobenen Fahrzeugsegmentes entwickelt, die eine neue Ära der Fahrdynamik einläutet.

Vorteile des Allradantriebes:

– Traktion bei allen Straßenzuständen, bei Nässe, im Winter,

– gleichmäßiges Anfahren und gutes Steigvermögen,

– spurstabiles Beschleunigen bei hoher Motorkraft,

– verringerte Seitenwindempfindlichkeit,

– günstiges Aquaplaningverhalten,

– sehr sicherer Anhängerbetrieb,

– ausgewogene Achslasten,

– wenig Reifenverschleiß.

Allradantrieb – Zuschaltbar oder Permanent?

Einfachste Art des Allradantriebes ist die manuell zuschaltbare Achse, die sich – wegen der Verspannungen im starren Antrieb – aber nicht für Kurvenfahrten oder Einparken eignet. Mit relativ wenig Bauteilen ist sie besonders bei reinen Geländefahrzeugen und bei preisgünstigen Pkw zu finden: Antriebswellen und Differenzial für die zweite Achse, Kardanwelle und Klauenkupplung. Systeme, die sich automatisch zuschalten, sind dagegen komfortabler. Damit das ABS beim Bremsen ordentlich arbeiten kann, haben sie einen Freilauf. Echter permanenter Allradantrieb setzt ein zentrales Differenzial zwischen den Achsen voraus. Das Fahrwerk kann dann optimal darauf abgestimmt werden.

Allradantrieb – Gibt es den idealen Allradantrieb?

Jeder Automobilhersteller hat die Möglichkeit aus theoretisch mehr als 2000 Kombinationen eine Allrad-Lösung zu finden. Welches Prinzip das vorteilhafteste ist, liegt vermehrt am Kunden: in der Einstiegsklasse erreicht man mit möglichst einfachen Mitteln befriedigende technische Ergebnisse, in der Oberklasse sind fast perfekten Lösungen möglich – um jeden Preis.

Der Porsche unter den Rollstühlen

Alber-Elektrorollstuhl entwickelt von Porsche

Porsche-Ingenieure sind Meister des Sportwagenbaus: 911er, Boxster, Cayenne und Cayman belegen dies. Kürzlich haben die Weissacher-Ingenieure einen weiteren Volltreffer gelandet: Der Elektro-Rollstuhl „Adventure“ wurde vom Design-Zentrum Nordrhein-Westfalen mit dem „red dot award: product design 2004″ ausgezeichnet.

Hersteller des Adventure ist das auf Rehatechnik spezialisierte Unternehmen Ulrich Alber in Albstadt. Gemeinsam mit der Porsche Engineering Group entwickelte man Fahrwerk und Design des Elektro-Rollstuhls. Im Vordergrund stand ein ansprechendes Design sowie eine komfortable Federung. Patrick Ade, Produktmanager bei Alber: „Während normale Rollstühle nur einen einfachen geschweißten Rohrrahmen mit Motor und Sitz haben, hat der Adventure ein vollgefedertes Fahrwerk und einen Antrieb wie im Automobilbau – mit dem sogar ein Abstecher ins Gelände möglich ist.“

Vier unabhängig voneinander gefederte Räder erlauben höchste Mobilität: Bis zu acht Zentimeter hohe Bordsteinkanten kann man so überwinden. Das Feder- und Dämpferelement arbeitet im Zusammenspiel mit einem Stabilisator in einem zentralen Rahmenkasten. Er verringert im Gelände deutlich die Seitenneigung, der Rollstuhl bleibt standfest, der Fahrer fühlt sich stets sicher.

Angetrieben wird der Elektro-Rollstuhl über Radnabenantriebe in den Hinterrädern, gesteuert über einen Joystick. Verschiedene Fahrprogramme für Haus und Straße lassen sich damit einstellen, ebenso verschiedene Parameter wie beispielsweise Beschleunigungs-, Kurven- oder Bremsverhalten.

Eine Eigenentwicklung aus dem Hause Alber ist der Radnabenmotor mit einem hohen Wirkungsgrad. Mit deutlich kleineren Akkus als in herkömmliche Elektro-Rollstühlen soll man eine Reichweite von 45 Kilometern erreichen. Im Gefälle speisen die Antriebe sogar Energie in die Akkus zurück.

Für Rollstuhlfahrer wichtig ist die Modularität. „Räder, Sitz und Akkupacks lassen sich beim Adventure mit wenigen Handgriffen abnehmen, dann kann der Rollstuhl beispielsweise in einen Renault Twingo oder gar in einen Smart geladen werden“, erläutert Patrick Ade. Der Adventure wird zum Stückpreis von rund 9000 Euro verkauft, die in vollem Umfang von den Krankenversicherungen erstattet werden, verspricht Ade. Mittlerweile haben schon 800 Behinderte den Elektro-Rollstuhl bestellt.