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Allrad-Systeme

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Foto: Hans-Dieter Seufert 9 Bilder

Allradantriebe dienen nicht mehr nur als Traktionshilfe, sie werden von spezialisierten Zulieferern zu modernen Fahrdynamiksystemen weiterentwickelt. Außerdem im Trend: elektrisch angetriebene Achsen.

06.10.2006

Panzer oder Bulldozer gelten nicht gerade als Vorbild für hohe Fahrdynamik - und doch soll das gleiche Prinzip, mit dem diese Gefährte gelenkt werden, künftig Allradautos agiler und sicherer machen. Torque-Vectoring heißt das Thema, das derzeit fast alle Zulieferer auf dem Allradsektor mit Hochdruck verfolgen. Firmen wie Borg-Warner, Getrag, GKN, Magna Steyr, Ricardo und ZF entwickeln Systeme, mit denen sich das Antriebsmoment (Torque) je nach Fahrsituation individuell auf einzelne Räder verteilen lässt (Vectoring).

So wie beim Bulldozer das Beschleunigen der rechten Kette eine Kurvenfahrt nach links einleitet, bewirkt Torque-Vectoring beim Allradler beispielsweise ein höheres Antriebsmoment am rechten Hinterrad als am linken. Ein Giermoment um die Hochachse entsteht, wodurch das Auto spontaner nach links eindreht. Ein weiterer Schritt also in Richtung Allradantrieb als Fahrdynamiksystem, weg von der reinen Traktionshilfe.

Nicht zuletzt deshalb soll der Trend bei vierradgetriebenen Autos deutlich nach oben zeigen. Vor allem in den USA - dort dürfte deren Marktanteil bis 2008 auf knapp 39 Prozent steigen. Überproportional zulegen sollen dabei Allrad-Limousinen, während der Anteil an klassischen US-Geländewagen zurückgeht.

Chancen für Zulieferer

Von solchen Quoten ist man in Europa zwar weit entfernt, doch auch hier wird eine Steigerung von 5,5 auf 7,4 Prozent erwartet. Eine wichtige Position bei dieser Entwicklung nimmt die Zuliefer-Industrie ein. Denn obwohl der Markt wächst, sind die Serien relativ klein. Das eröffnet für die auf Antriebstechnik spezialisierten Unternehmen Chancen, die Autohersteller sowohl bei der Entwicklung als auch bei der Produktion von Allradsystemen zu unterstützen.

Bestes Beispiel ist das BMW-Erfolgsmodell X3. Ohne die Entwicklungshilfe von Zulieferer Magna Steyr, der auch die Fertigung des X3 übernommen hat, hätte die Konstruktion zwei Jahre länger gedauert. Wichtig ist auch die Entwicklung der Torque-Vectoring-Systeme. Zwei Varianten, die sich in Aufbau und Wirkungsweise unterscheiden, sind derzeit in der Entwicklung. Vergleichsweise einfach aufgebaut sind Systeme, bei denen die Antriebskraft in Abhängigkeit von Fahrdynamik und Traktionsverhältnissen über zwei voneinander unabhängig schaltbare Kupplungen im Hinterachsgetriebe auf die Räder übertragen wird.

Um den gewünschten Effekt zu erzielen, kann bei dieser Spielart die Kupplung am kurveninneren Hinterrad ganz oder teilweise geöffnet werden, während jene am kurvenäußeren die ganze Kraft auf die Straße bringt. Bei diesem System wird auf ein Differenzial verzichtet, da der Drehzahlausgleich zwischen dem kurveninneren und kurvenäußeren Rad über die Kupplungen erfolgt. Bereits in Serie ist ein solches System - T-Trac genannt - von Borg-Warner. Es kommt unter anderem im Honda Pilot, einem Kompakt-SUV für den amerikanischen Markt, zum Einsatz. Bei ZF wird ein ähnliches System unter der Bezeichnung RIM (Radindividuelle Momentenverteilung) entwickelt.

Ein Nachteil dieser momentengeführten Systeme ist jedoch, dass eine effektive Beeinflussung des Fahrverhaltens nur bei hohen Antriebsmomenten möglich ist, nicht aber bei geringer Last und im Schiebebetrieb.

Torque-Vectoring schafft Abhilfe

Hier wird den Hinterrädern über elektrisch oder hydraulisch betätigte Überlagerungsstufen (Planetengetriebe) im Hinterachsdifferenzial eine Drehzahldifferenz aufgezwungen, wodurch sich ebenfalls asymmetrische Vortriebskräfte ergeben. Torque-Vectoring erhöht aber nicht nur die Agilität. Es kann zudem gefährliches Übersteuern in kritischen Fahrsituationen durch höhere Momente am kurveninneren Rad verhindern, da das entstehende Giermoment der Fahrzeugbewegung entgegenwirkt.

Durch Torque-Vectoring lässt sich also die Zahl und Stärke von stabilisierenden ESP-Bremseneingriffen deutlich reduzieren. Bei SUV mit hohem Schwerpunkt kann Torque-Vectoring zudem die Kippgefahr reduzieren. Aber auch die konventionellen Allradsysteme sind noch nicht am Ende der Entwicklung. Wenn, wie der Trend zeigt, der Anteil von Allradautos weiter steigt, muss sichergestellt werden, dass sich dadurch kein negativer Einfluss auf die Senkung des CO2-Ausstoßes ergibt. Die Systeme werden deshalb hinsichtlich Gewicht, Bauraum und Wirkungsgrad optimiert.

Ein Beispiel dafür ist das erste Verteilergetriebe von ZF, das derzeit entwickelt wird. Ein weiterer Weg, Allradantriebe sparsamer zu machen, ist der Einsatz von elektrischen Komponenten. Vorreiter auf diesem Gebiet ist die Firma GKN, die bisher eher für ihre Visco- Kupplungen (Porsche Carrera 4) und Sperrensysteme bekannt ist. So lässt sich bei einem als Fronttriebler konzipierten Auto durch eine per Elektromotor angetriebene Hinterachse ein Teil der Allrad-Vorteile bei Traktion und Fahrstabilität erreichen - ohne das Gewicht und die Komplexität eines konventionellen Allrad-Antriebsstranges.

GKN liefert eine elektrisch angetriebene Hinterachse - unter anderem für die Japan-Version des Nissan Micra. Zur Antriebseinheit gehören neben Hinterachsdifferenzial und Elektromotor auch ein Untersetzungsgetriebe und eine Trennkupplung. Diese dient dazu, den E-Motor und das Getriebe bei höherem Tempo von den Hinterrädern abzukoppeln. Richtig sparsam wird der elektrische Allradantrieb aber erst dann, wenn der Elektromotor nicht nur als Antrieb genutzt wird, sondern beim Bremsen als Generator arbeitet - quasi ein Hybrid. Die so in elektrische Energie umgewandelte Brems-Energie könnte in Batterien oder Hochleistungskondensatoren gespeichert werden und stände so beim Beschleunigen zum Antrieb der Hinterachse wieder zur Verfügung.

Zulieferer wie Getrag und ZF arbeiten aber auch bereits an Konzepten, elektrischen Allradantrieb, Torque-Vectoring und Hybrid unter einen Hut zu bringen. Hilfreich sind dabei die jeweiligen Kooperationen mit Bosch und Continental auf dem Hybrid-Sektor. Einen herkömmlichen Antriebsstrang vollkommen überflüssig machen die so genannten eCorner-Module von Siemens VDO, bei denen neben Radaufhängung und Lenkung auch ein Elektromotor in jedes der vier Räder integriert ist. Das bedeutet dann die vollkommene Freiheit hinsichtlich der Antriebskraftverteilung.

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