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Torque Vectoring

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Elektronik und Mechanik gehen eine neue Verbindung ein: Mit variabler Kraftverteilung zwischen den Hinterrädern sind verblüffende Lenkeffekte zu erzielen.

14.12.2007 Klaus-Ulrich Blumenstock

Es ist ebenso logisch wie banal: Dort, wohin der Fahrer sein Auto lenkt, sollte es im Idealfall fahren. Oder, wie Techniker sagen würden: Soll- und Ist-Kurs müssen übereinstimmen. Dass das nicht immer so ist, liegt an den äußeren Umständen von Wind, Wetter und Straßenverhältnissen - und den Widrigkeiten physikalischer Gesetze. Wohl jeder Autofahrer hat schon erlebt, dass sein Wagen in Kurven über- oder untersteuert, sei es wegen überraschender Glätte oder überhöhter Geschwindigkeit.

Um Abweichungen vom Soll-Kurs zu korrigieren, hat uns die Technik vor zwölf Jahren ESP beschert. Grundgedanke dabei: Mit gezieltem, selektivem Abbremsen einzelner Räder wird einer abweichenden Drehung vom Soll-Kurs entgegengewirkt - ein schöner Sicherheitsgewinn, der einfach klingt, aber immense Rechnerleistung erfordert.

Umkehrung des ESP

Natürlich blieben die Überlegungen der Fahrwerksentwickler hier nicht stehen. Wenn sich mit ESP-Bremsungen Kurskorrekturen einleiten lassen, sollte dies im Umkehrschluss auch aktiv durch gezieltes Zuteilen des Drehmoments an einzelne Räder möglich sein. Torque-Vectoring ist hierfür das Schlagwort, das seit einigen Jahren durch die Entwicklungsabteilungen der Autoindustrie geistert. Inzwischen jedoch steht diese Entwicklung vor der Serieneinführung. BMW will 2008 damit im X6 starten, Audi im A5.

Mit einer individuellen Verteilung des Antriebsmoments, einer Umkehrung des ESP sozusagen, lässt sich mit Torque-Vectoring ebenso wie mit ESP eine Drehbewegung um die Fahrzeughochachse (Giermoment) erzeugen. "Die damit möglichen Verbesserungen für die Fahrzeugstabilität bedeuten einen Sicherheitsgewinn, der nicht zu unterschätzen ist", weiß ZF-Entwickler Claus Granzow, "und zwar ohne Einbußen an Agilität."

Lenkaufwand lässt sich vermindern

Die Antriebsspezialisten aus Friedrichshafen entwickelten dazu das Vector-Drive-Hinterachsgetriebe, dessen erster Einsatz im Gelände-Coupé BMW X6 vorgesehen ist. Es verhält sich bei Geradeausfahrt wie ein herkömmliches offenes Differenzial, das das Antriebsmoment zu gleichen Teilen auf beide Räder verteilt. Erst bei einer Kurvenfahrt kommen die auf beiden Abtriebsseiten integrierten Planetengetriebe ins Spiel. Sie wirken dann wie Überlagerungsgetriebe, die mittels Lamellenkupplung aktiviert werden. Das Zusammenspiel beider Lamellenkupplungen ermöglicht so stufenloses Verschieben des Radmoments zwischen null und dem Maximum - und zwar blitzschnell: Nur 100 Millisekunden benötigen die elektrischen Stellmotoren dafür.

Einer der größten Vorzüge dieser Technik ist es, dass damit das Durchdrehen der Räder verhindert werden kann. Denn dies bedeutet immer den Verlust von Traktion und damit auch der Seitenführung. Die Steuerelektronik registriert über die ABS- und ESP-Sensorik solche Abweichungen sehr genau und dosiert das Drehmoment individuell so für jedes Rad, dass dessen Traktion optimal genutzt wird. Somit wird der bremsende ESP-Eingriff erst dann notwendig, wenn die Grenzen der Traktion drohen. Ein spürbarer Zuwachs an Agilität ist die Folge, und auch der mit zunehmender Querbeschleunigung steigende Lenkaufwand lässt sich mit Torque-Vectoring vermindern.

Natürlich wäre individuelles Zuteilen des Drehmoments auch an der Vorderachse ein Gewinn. "Nach unseren Studien bringt es an der Hinterachse jedoch weit mehr als an der Vorderachse", weiß Claus Granzow. Hätte man die Wahl, das erforderliche Moment zu jedem einzelnen Rad frei einzustellen, dann brächte nach seiner Einschätzung Torque-Vectoring allein an der Hinterachse schon mehr als die Hälfte des möglichen Nutzens. Allradantrieb würde einen weiteren deutlichen Gewinn einfahren. Da bleibt das Potenzial an der Vorderachse eher begrenzt.

Torque-Vectoring greift immer korrigierend ein

Im Gegensatz zu anderen steuernden Differenzial-Eingriffen bieten die Torque-Vectoring-Systeme von BMW und Audi einen entscheidenden Vorzug: Sie arbeiten auch im Schubbetrieb, benötigen also keine Antriebskraft. In kurvenreichen Passabfahrten kann sich dies als entscheidender Pluspunkt herausstellen. Der Trick dabei: Das Rad mit der geringeren Traktion bezieht sein Drehmoment von dem Rad mit dem besseren Grip, während das System eine für die Kurvenfahrt optimale Momentenverteilung vornimmt. Eine unterschätzte und daher zu schnell angegangene Autobahnausfahrt macht den Nutzen einer solchen Funktion deutlich. Denn selbst dann, wenn der überraschte Fahrer dabei vom Gas geht, greift Torque-Vectoring noch immer korrigierend ein. Natürlich nur im Rahmen der physikalischen Grenzen, denn die kann auch der raffinierteste technische Fortschritt nach wie vor nicht sprengen.

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