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Allrad-Technik

Zahnrad-Wahn

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Allradantrieb im Wandel: von der reinen Traktionshilfe per Klauenkupplung zu vorausschauenden Systemen für die radindividuelle Verteilung der Antriebskraft - und dem elektrischen Hinterachsantrieb.

22.02.2008 Hermann-Josef Stappen

Während vier angetriebene Räder ursprünglich nur Geländegängigkeit und Traktion verbessern sollten, stehen bei den modernen Allradsystemen Fahrdynamik und Sicherheit im Vordergrund. So unterschiedlich wie die Motivation ist daher auch die eingesetzte Technik. Klassischen Offroadern genügte lange Zeit eine manuell betätigte Klauenkupplung, um unter widrigen Bedingungen die sekundäre Achse am Vortrieb zu beteiligen. Es folgten Zentraldifferenziale nach dem Planeten oder Torsen-Prinzip, die bis heute einen permanenten Allradantrieb ohne Verspannungen ermöglichen.

Diese Systeme werden jedoch immer häufiger durch zuschaltbare Systeme mit Lamellen-Kupplungen in den unterschiedlichsten Ausführungen abgelöst. Allen gemeinsam ist, dass die zweite Achse nicht permanent, sondern nur bei Bedarf über die Kupplung aktiviert wird. Man unterscheidet zwischen passiven und aktiven Systemen. Erstere betätigen erst dann die Kupplung, wenn die Räder der Hauptantriebsachse bereits durchdrehen. Dazu gehören Visco- und Haldex-Kupplungen bis einschließlich Generation drei.

Aktive Systeme schauen voraus

Die Haldex IV im VW Tiguan ist wie der xDrive von BMW Vertreter der aktiven Gattung, die mit Sensor-Informationen und bestimmten Ansteuer-Strategien den Kraftschluss zur zweiten Achse bereits herstellen, bevor Schlupf entsteht - etwa grundsätzlich beim Anfahren. Über die aktive Verteilung des Antriebsmoments zwischen Vorder- und Hinterachse bei Kurvenfahrt lässt sich zudem das Fahrverhalten in gewissen Grenzen in Richtung Unter- oder Übersteuern beeinflussen. Mehr Freiheiten gewähren Torque-Vectoring-Systeme, wie sie in Audi S5 und BMW X6 in Serie gehen werden. Das Hinterachs-Differenzial wird dabei um je einen Planetenradsatz samt Lamellenkupplung pro Antriebswelle ergänzt, wodurch die Kraft variabel zwischen rechtem und linkem Hinterrad verteilt werden kann. Handling und Fahrstabilität werden so gleichzeitig erhöht.

Mit deutlich weniger technischem wie finanziellem Aufwand will Zulieferer Getrag annähernd die gleichen Effekte erzielen. Das Twinster genannte System verzichtet auf die zentrale Kupplung zur Längsverteilung der Antriebskraft sowie auf ein mechanisches Hinterachs-Differenzial und verwendet stattdessen je eine ins Hinterachs-Getriebegehäuse integrierte Kupplung pro Rad. Über separate Ventile können die Kupplungen unabhängig voneinander mit Öldruck angesteuert werden. Ein höheres Moment am kurvenäußeren Rad bewirkt ein Eindrehen und verbessert damit die Agilität. Andererseits kann drohendem Übersteuern dadurch begegnet werden, dass die Antriebskraft komplett auf das kurveninnere Rad geleitet wird.

Diese radindividuelle Ansteuerung soll jedoch nur bei besonders sportlichen Autos zum Einsatz kommen. Ansonsten werden die beiden Kupplungen synchron angesteuert, wobei das Rad mit dem geringeren Kraftschluss den Anpressdruck für beide Räder vorgibt. Damit verhält sich der Twinster wie ein offenes Differenzial. Bei SUV kann auf elektronischem Wege überdies eine Sperrwirkung erzielt werden, wenn auf rechts und links unterschiedlich griffigem Untergrund (μ-split) beide Kupplungen voll geschlossen werden. Diese Sperre wirkt dann sowohl in Quer- als auch in Längsrichtung, was dem Fortkommen im Gelände förderlich ist.

Weiterentwicklung durch Saab

Der XWD (Cross Wheel Drive) genannte Allradantrieb des Saab 9-3 verfügt ebenfalls über zwei Kupplungen, die jedoch ganz anders als beim Twinster angeordnet sind. Bei der ersten Kupplung handelt es sich wie im VW Tiguan um die vierte Generation der Haldex-Kupplung, welche die Verteilung zwischen Vorder- und Hinterachse regelt. Diese Haldex-Kupplung benötigt erstmals keine Drehzahl-Differenz, da sie ausschließlich über eine integrierte, rein elektrisch angetriebene Pumpe samt Druckspeicher betätigt wird. Zusätzlich dient eine ähnlich aufgebaute Kupplung optional als Quersperre zwischen den Hinterrädern. Elektronisch und hydraulisch wird sie von der ersten Kupplung mitversorgt.

Es wäre also relativ leicht möglich, auch beim VW Tiguan später eine Differenzialsperre an der Hinterachse draufzusatteln. Mit einer solchen Sperre lässt sich nicht nur die Traktion auf μ-split verbessern und das Durchdrehen des entlasteten kurveninneren Hinterrades verhindern - und zwar ohne oder mit weniger ASR-Bremseneingriffen -, sondern auch die Fahrstabilität etwa bei schnellen Spurwechseln verbessern.

Bei einer neuen Art des Allradantriebs mit elektrisch angetriebener Hinterachse - ähnlich wie im Lexus RX 400h -, wie sie Land Rover demnächst im Freelander präsentieren wird, steht hingegen das Spritsparen im Vordergrund. Denn die E-Maschine ermöglicht diverse Hybrid-Funktionen wie Bremsenergie-Rückgewinnung, elektrische Fahrer- und Drehmomentunterstützung beim Beschleunigen auch ohne Hybridantrieb an der Vorderachse. Den Traktionsgewinn gibt es praktisch als Dreingabe.

Da Verbrennungs- und Elektromotor mechanisch nicht verbunden sind, sondern die Koppelung über die Straße (through the road) erfolgt, spricht man von einem TTR-Hybrid. Selbstverständlich ist ein elektrischer Hinterachsantrieb auch mit einem Torque-Vectoring-Differenzial kombinierbar, was dann die gleichen fahrdynamischen Vorteile bringt wie beim Antrieb der Hinterachse per Kardanwelle. Die wäre beim Einsatz von vier Radnaben-Elektromotoren ebenso überflüssig wie der Rest des konventionellen Antriebsstrangs. Trotz aller Fortschritte ist der Allradantrieb also noch nicht zu Ende entwickelt. 

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