P3, 9_Allradsysteme etc.
Automobil-Diagnostiker, P3, 9_Allradsysteme, 9.2_Kupplungsgesteuerte 4x4, 9.3_Differentialgesteuerte 4x4
Automobil-Diagnostiker, P3, 9_Allradsysteme, 9.2_Kupplungsgesteuerte 4x4, 9.3_Differentialgesteuerte 4x4
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Cartes-fiches
Welche Vorteile und Nachteile besitzt ein Allradantrieb gegenüber einem Zweiradantrieb?
- Vorteile
- bessere Traktion beim Anfahren und Beschleunigen
- höhere mögliche Kurvengeschwindigkeit
- besseres Fahrverhalten (Längsstabilität und Lenkbarkeit)
- je nach Fahrzeug bessere Geländetauglichkeit
- Nachteile
- höheres Fahrzeuggewicht (ca. 40–200 kg)
- höherer Kraftstoffverbrauch durch zusätzliche Masse und Reibung
- höhere Anschaffungskosten
- geringerer Bauraum bzw. Nutzraum
Weshalb besitzt ein Allradfahrzeug gegenüber einem Front- oder Hecktriebler eine bessere Traktion?
- Beim Allradantrieb wird das Motordrehmoment auf vier Räder verteilt.
- Dadurch muss jedes einzelne Rad weniger Antriebskraft übertragen und kann gleichzeitig mehr Seitenführungskraft übertragen.
- Die Reifen bleiben länger innerhalb des Kamm'schen Reibungskreises, wodurch:
- mehr Traktion vorhanden ist
- höhere Kurvengeschwindigkeiten möglich sind
- das Fahrzeug besser lenkbar bleibt
Erklären Sie den Kamm'schen Reibungskreis.
- Der Kamm'sche Reibungskreis beschreibt die maximal übertragbare Kraft eines Reifens.
- Diese setzt sich zusammen aus:
- Antriebskraft
- Seitenführungskraft
- Je mehr Antriebskraft übertragen wird,
- → desto weniger Seitenführungskraft steht zur Verfügung.
- Deshalb:
- Frontantrieb neigt unter Last zum Untersteuern.
- Heckantrieb neigt unter Last zum Übersteuern.
- Allrad verteilt die Antriebskraft auf mehrere Räder und erhält dadurch mehr Seitenführung.
- Merksatz:
- Ein Reifen kann niemals gleichzeitig maximale Antriebs- und maximale Seitenkraft übertragen.
Weshalb benötigt jede angetriebene Achse ein Differential?
- Bei einer Kurvenfahrt legt das kurvenäussere Rad einen längeren Weg zurück als das kurveninnere Rad.
- Deshalb müssen sich die beiden Räder mit unterschiedlichen Drehzahlen drehen.
- Diese Drehzahldifferenz übernimmt das Achsdifferential.
- Ohne Differential würden:
- Verspannungen entstehen
- Reifen verschleissen
- Fahrzeug schlecht lenkbar werden
Weshalb benötigt auch die Vorder- und Hinterachse einen Drehzahlausgleich?
- Auch Vorder- und Hinterachse fahren in einer Kurve unterschiedliche Radien.
- Dadurch unterscheiden sich ihre mittleren Drehzahlen.
- Der Drehzahlausgleich erfolgt je nach Allradsystem durch:
- Zentraldifferential
- geregelte Kupplung
- Radschlupf (bei starrem Durchtrieb)
Warum darf ein starrer Allradantrieb nur auf losem Untergrund verwendet werden?
- Ein starrer Allrad besitzt keinen Drehzahlausgleich zwischen Vorder- und Hinterachse.
- Auf festem Untergrund entstehen dadurch:
- Verspannungen im Antriebsstrang
- hohe Belastungen auf Getriebe und Gelenke
- erhöhter Reifenverschleiss
- Auf losem Untergrund erfolgt der notwendige Drehzahlausgleich durch Radschlupf.
Welche Aufgabe erfüllt eine Lamellenkupplung im Allradantrieb?
- Die Lamellenkupplung verteilt das Motordrehmoment zwischen Vorder- und Hinterachse.
- Je nach System kann sie:
- vollständig öffnen
- teilweise schliessen
- vollständig schliessen
- Dadurch kann die Momentenverteilung stufenlos verändert werden.
- Elektronisch geregelte Systeme berücksichtigen unter anderem:
- Raddrehzahlen
- Fahrgeschwindigkeit
- Lenkwinkel
- weitere Sensorsignale
Was versteht man unter dem idealen Allradantrieb?
- Der ideale Allradantrieb verteilt das Drehmoment so, dass jedes Rad genau so viel Antriebskraft erhält, wie es aufgrund seiner aktuellen Haftung übertragen kann.
- Dadurch werden:
- Schlupf minimiert
- Traktion maximiert
- Fahrstabilität verbessert
- Dieses Ziel wird heute durch elektronisch geregelte Allradsysteme möglichst gut erreicht.
Welche Arten von differentialgesteuerten Allradantrieben gibt es?
- Kegelraddifferential
- meist 50:50-Verteilung
- robust
- kompakt
- zusätzliche Sperre erforderlich
- Planetenraddifferential
- unterschiedliche Drehmomentverteilungen möglich
- grösserer Bauraum
- zusätzliche Sperre erforderlich
- Torsendifferential
- selbstsperrend
- verteilt das Drehmoment automatisch zur Achse mit besserer Haftung
- benötigt keine zusätzliche Differentialsperre
Weshalb verbessert Allrad das Kurvenverhalten?
- Beim Zweiradantrieb muss eine Achse die gesamte Antriebskraft übertragen.
- Dadurch bleibt weniger Seitenführungskraft übrig und die Achse verlässt früher den Haftbereich.
- Beim Allrad wird die Antriebskraft auf mehrere Räder verteilt.
- Jedes Rad muss weniger Antriebskraft übertragen und kann gleichzeitig mehr Seitenführungskraft aufbauen.
- Dadurch bleibt das Fahrzeug länger innerhalb des Kamm'schen Reibungskreises und erreicht eine höhere Fahrstabilität sowie höhere mögliche Kurvengeschwindigkeiten.
Was versteht man unter einem kupplungsgesteuerten Allradantrieb?
- Ein kupplungsgesteuerter Allradantrieb verteilt das Antriebsmoment zwischen Vorder- und Hinterachse über eine Kupplung (meist Lamellen- oder Viscokupplung).
- Die Kupplung kann je nach System:
- automatisch oder elektronisch geregelt werden,
- das Drehmoment stufenlos verteilen,
- die zweite Achse bei Bedarf zuschalten.
- Im Gegensatz zum klassischen Zentraldifferential erfolgt die Kraftverteilung aktiv über die Kupplung.
Was ist der Unterschied zwischen Visco Control und Visco Transmission?
- Visco Control (VC)
- parallel im Antriebsstrang angeordnet
- dient als Sperre eines Differentials
- begrenzt Drehzahldifferenzen
- Visco Transmission (VT)
- in Reihe im Antriebsstrang
- ersetzt das Zentraldifferential
- koppelt bei Schlupf eine zweite Achse automatisch zu
- Merksatz:
- VC = sperrt ein Differential.
- VT = verbindet Vorder- und Hinterachse.
Wie funktioniert eine Visco Transmission?
- Im Normalbetrieb werden etwa 95 % des Drehmoments auf die Primärachse übertragen.
- Erst wenn zwischen Vorder- und Hinterachse eine Drehzahldifferenz entsteht:
- erwärmt sich das Silikonöl,
- die Viskosität bzw. der Innendruck steigt,
- die Sperrwirkung nimmt zu,
- bis im Extremfall nahezu 100 % Sperrwirkung erreicht werden.
- Die Kupplung arbeitet selbstregelnd und benötigt keine elektronische Steuerung.
Erklären Sie den Unterschied zwischen Visco-Modus und Hump-Modus.
- Visco-Modus
- normales Betriebsverhalten
- Drehmomentübertragung erfolgt durch Scherkräfte im Silikonöl
- Sperrwirkung steigt mit Drehzahldifferenz und Zeit
- Hump-Modus
- Überlastschutz
- durch starke Erwärmung dehnt sich das Silikonöl aus
- Gasblasen werden komprimiert
- hoher Innendruck presst die Lamellen zusammen
- Sperrgrad bis 100 %
- anschliessend kühlt die Kupplung wieder ab
- Merksatz:
- Visco-Modus = Flüssigkeitsreibung.
- Hump-Modus = mechanisches Zusammenpressen der Lamellen durch Druckanstieg.
Welche Aufgabe haben die Dichtringe einer Viscokupplung?
- Die Dichtringe sorgen dafür, dass das hochviskose Silikonöl während der gesamten Lebensdauer in der Kupplung verbleibt.
- Eine Undichtigkeit führt zum Verlust der Sperrwirkung.
- Undichtigkeiten können erkannt werden durch:
- Sichtkontrolle
- Schlierenprobe
Weshalb benötigt eine Viscokupplung mit hohem Füllgrad häufig eine Trennkupplung oder einen Freilauf?
- Ein hoher Füllgrad bewirkt ein sehr schnelles Ansprechen der Kupplung.
- Dadurch könnte sie auch während einer ABS-Regelung sperren.
- Damit ABS uneingeschränkt arbeiten kann, wird der Allradantrieb beim Bremsen oder Schubbetrieb getrennt durch:
- Trennkupplung
- Freilauf
Wie arbeitet das Honda DPS (Dual Pump System)?
- Das Honda DPS arbeitet mit:
- zwei Ölpumpen,
- einer Lamellenkupplung,
- einer hydraulischen Steuerung.
- Bei Geradeausfahrt fördern beide Pumpen gleich viel Öl → kein Druck → Zweiradantrieb.
- Entsteht Schlupf an der Vorderachse, dreht die vordere Pumpe schneller.
- Dadurch entsteht ein Differenzdruck, welcher die Lamellenkupplung schliesst und den Hinterradantrieb zuschaltet.
- Wichtiger Prüfungs-Tipp:
- Einachsige Rollenbremsprüfstände dürfen bei diesem System nicht verwendet werden
Erklären Sie die Funktionsweise einer Haldex-Kupplung.
- Die Haldex-Kupplung arbeitet mit einer elektronisch geregelten Lamellenkupplung.
- Bei Drehzahldifferenzen zwischen Vorder- und Hinterachse:
- erzeugt eine Ringkolbenpumpe Öldruck,
- ein Magnetventil regelt den Druck,
- das Lamellenpaket wird zusammengedrückt,
- die Hinterachse wird zugeschaltet.
- Das Steuergerät kommuniziert über den CAN-Bus mit:
- Motorsteuergerät
- ABS
- ESP
- weiteren Fahrdynamiksystemen
Welche Vorteile besitzt die Haldex-Kupplung?
- permanenter Allradantrieb mit elektronisch geregelter Lamellenkupplung
- Frontantriebs- Charakteristik
- schnelles Ansprechverhalten (20° Radumdrehung = 100% gesperrt)
- kein Verspannen beim Parken und Rangieren
- unkritisch bei unterschiedlichen Reifen (z.B. Notrad)
- voll kombinierbar mit Schlupfregelsystemen wie ABS, EDS, ASR, EBV und ESP
- Bremsenprüfung auf normalem Rollenbremsprüfstand möglich
Was ist der Unterschied von Haldex I zu Haldex II bzw. Haldex III ?
- Haldex Gen. I (1998)
- Ringkolbenpumpe
- Lamellenkupplung
- Magnetventil
- Steuergerät
- Haldex Gen. II (2002/2004)
- Neu hinzu kommen:
- Druckspeicher (Akkumulator)
- verbesserte Hydraulik
- schnelleres Magnetventil
- leistungsfähigeres Steuergerät
- Besser:
- schnelleres Ansprechen
- gleichmässigere Regelung
- komfortableres Fahrverhalten
- Neu hinzu kommen:
- Haldex Gen. III (ab ca. 2005)
- Zusätzlich zur Ringkolbenpumpe besitzt die Kupplung eine elektrische Vorladepumpe.
- Dadurch kann das Steuergerät bereits Hydraulikdurck aufbauen bevor Schlupf entsteht aufgrund von:
- Gaspedalstellung,
- Motormoment,
- Lenkwinkel,
- ESP,
- ABS
- Besser:
- praktisch verzögerungsfreies Zuschalten
- bessere Traktion
- sportlicheres Fahrgefühl
- Merksatz:
- Gen. I: Reagiert auf Schlupf.
Gen. II: Reagiert schneller auf Schlupf.
Gen. III: Versucht Schlupf bereits zu verhindern.
- Gen. I: Reagiert auf Schlupf.
Wie funktioniert das BMW xDrive?
- Das BMW xDrive verwendet eine elektromotorisch betätigte Lamellenkupplung im Verteilergetriebe.
- Die Kupplung wird anhand verschiedener Eingangssignale geregelt:
- Gaspedalstellung
- Motordrehmoment
- Motordrehzahl
- Fahrzeuggeschwindigkeit
- Gang
- Lenkwinkel
- ESP
- Im Normalbetrieb beträgt die Momentenverteilung:
- 40 % Vorderachse
- 60 % Hinterachse
- Die Kupplung kann nahezu stufenlos regeln.
Wann öffnet bzw. schliesst das BMW xDrive die Lamellenkupplung?
- Die Kupplung wird geöffnet:
- beim Einparken
- bei engen Kurven mit geringem Motormoment
- über 180 km/h
- bei starkem Untersteuern
- Die Kupplung wird stärker geschlossen:
- bei Traktionsverlust
- bei Übersteuern
- zur Erhöhung der Fahrstabilität
- Die Fahrdynamikregelung verändert die Kraftverteilung laufend zwischen Vorder- und Hinterachse.
Weshalb besitzt das BMW xDrive gegenüber einem offenen Verteilergetriebe Vorteile auf unterschiedlichen Reibwerten?
- Beim offenen Verteilergetriebe muss Schlupf zunächst entstehen. Anschliessend erfolgt die Stabilisierung häufig durch Bremseingriffe.
- Beim xDrive wird die Kupplung bereits vorausschauend angesteuert, dadurch:
- gelangt das Drehmoment sofort an die Achse mit Haftung,
- sind weniger Bremseingriffe erforderlich,
- steht mehr Antriebskraft für den Vortrieb zur Verfügung,
- verbessert sich Traktion und Fahrstabilität deutlich.
Weshalb haben sich Haldex- und xDrive-Systeme gegenüber klassischen Viscokupplungen weitgehend durchgesetzt?
- Haldex- und xDrive-Systeme arbeiten elektronisch geregelt und können das Sperrmoment bereits vorausschauend anhand verschiedener Fahrzustände berechnen.
- Sie reagieren dadurch wesentlich schneller als eine reine Viscokupplung, welche erst auf eine vorhandene Drehzahldifferenz und die daraus entstehende Erwärmung reagiert.
- Zudem lassen sich Haldex und xDrive vollständig mit Fahrdynamiksystemen wie ABS, ESP und ASR vernetzen, wodurch Traktion, Fahrstabilität und Komfort verbessert werden.
Weshalb wurde das System «quattro ultra» mit abkoppelbarer Hinterachse entwickelt?
- Das System wurde entwickelt, um die Vorteile eines Allradantriebs mit dem niedrigen Kraftstoffverbrauch eines Frontantriebs zu kombinieren.
- Ist kein Allrad erforderlich, werden vom Antriebsstrang getrennt:
- die Kardanwelle,
- Teile des Hinterachsgetriebes,
- sowie die Hinterachse
- Dadurch werden:
- Schleppverluste reduziert,
- rotierende Massen verringert,
- Kraftstoff eingespart.
Welche beiden Kupplungen besitzt das quattro-ultra-System und welche Aufgaben erfüllen sie?
- 1. Allradkupplung
- befindet sich am Getriebe
- regelt die Drehmomentübertragung zur Kardanwelle
- arbeitet als elektronisch geregelte Lamellenkupplung
- 2. Klauenkupplung
- befindet sich im Hinterachsgetriebe
- trennt bzw. verbindet die Hinterachse mechanisch
- sorgt dafür, dass Kardanwelle und Hinterachsgetriebe vollständig stillstehen können
- Erst das Zusammenspiel beider Kupplungen ermöglicht die vollständige Entkopplung der Hinterachse.
Weshalb wird zusätzlich zur Allradkupplung noch eine Klauenkupplung benötigt?
- Eine geöffnete Lamellenkupplung allein würde zwar kein Drehmoment übertragen, die Kardanwelle und das Hinterachsgetriebe würden jedoch weiterhin mitdrehen.
- Die zusätzliche Klauenkupplung trennt die Hinterachse mechanisch vom Differenzial.
- Dadurch stehen folgende Bauteile vollständig still:
- Kardanwelle
- Tellerrad
- Triebling
- Teile des Hinterachsgetriebes
- Dadurch werden Schleppverluste deutlich reduziert.
Wie erfolgt der Wechsel vom Allradantrieb in den Frontantrieb?
- 1. Öffnen der Allradkupplung
- Zuerst wird die Lamellenkupplung geöffnet.
- Das Fahrzeug fährt zunächst im Frontantrieb weiter.
- 2. Öffnen der Klauenkupplung
- Anschliessend wird die Klauenkupplung geöffnet.
- Die Kardanwelle sowie Teile des Hinterachsgetriebes werden vollständig abgekoppelt.
- Dadurch entstehen praktisch keine Schleppverluste mehr.
Wie erfolgt das Zuschalten des Allradantriebs?
- Die Allradkupplung beschleunigt zunächst die Kardanwelle.
- Drehzahlsensoren überwachen die Synchronisation.
- Sobald nahezu Synchrondrehzahl erreicht ist, wird die Klauenkupplung geschlossen.
- Anschliessend übernimmt die Allradkupplung wieder die variable Drehmomentverteilung.
Dadurch erfolgt das Zuschalten nahezu ruckfrei.
Weshalb muss die Kardanwelle vor dem Schliessen der Klauenkupplung beschleunigt werden?
- Die Klauenkupplung ist eine formschlüssige Kupplung.
- Damit sie verschleissarm schliessen kann, müssen beide Kupplungsteile nahezu die gleiche Drehzahl besitzen.
- Deshalb wird die Kardanwelle zunächst über die Allradkupplung beschleunigt.
- Erst nach Erreichen der Synchrondrehzahl schliesst die Klauenkupplung.
- Dadurch werden:
- Stösse vermieden,
- Verschleiss reduziert,
- Geräusche verhindert.
Welche Vorteile besitzt eine abkoppelbare Hinterachse gegenüber einem permanenten Allradantrieb?
- Vorteile:
- geringere Schleppverluste
- geringerer Kraftstoffverbrauch
- weniger rotierende Massen
- höherer Wirkungsgrad
- Allrad steht bei Bedarf dennoch praktisch verzögerungsfrei zur Verfügung
- Nachteil:
- höherer konstruktiver Aufwand durch zwei Kupplungen und zusätzliche Sensorik bzw. Aktuatoren.
Was ist der grundsätzliche Unterschied zwischen einem differentialgesteuerten und einem kupplungsgesteuerten Allradantrieb?
- Differentialgesteuerter Allrad
- besitzt ein Zentraldifferential zwischen Vorder- und Hinterachse
- erlaubt einen permanenten Drehzahlausgleich
- Sperrung erfolgt mechanisch, viskos oder elektronisch
- Kupplungsgesteuerter Allrad
- besitzt kein klassisches Zentraldifferential
- Kraftverteilung erfolgt über eine geregelte Lamellenkupplung
- Achsen können vollständig getrennt werden
- Merksatz:
- Differential = permanenter Kraftfluss mit Drehzahlausgleich.
- Kupplung = bedarfsgerechte Kraftverteilung.
Welche Arten von Sperren werden bei Zentraldifferentialen eingesetzt?
- Es werden unterschieden:
- mechanische Sperre
- Viscosperre
- Lamellensperre (hydraulisch, elektromagnetisch oder elektromotorisch geregelt)
- Die Wahl richtet sich nach Fahrzeugkonzept und gewünschtem Fahrverhalten.
Welche Eigenschaften besitzt eine mechanische Differentialsperre?
- 100 % Sperrwirkung
- manuelle Zuschaltung
- nur auf losem Untergrund verwenden
- verhindert den Drehzahlausgleich vollständig
- Auf griffigem Untergrund entstehen Verspannungen im Antriebsstrang.
Wie arbeitet eine Viscosperre im Zentraldifferential?
- Die Sperrwirkung entsteht durch:
- Drehzahldifferenz
- Zeit
- Erwärmung des Silikonöls
- Sie:
- erlaubt den Drehzahlausgleich bei Kurvenfahrt,
- sperrt bei länger anhaltender Drehzahldifferenz zunehmend.
- Für ABS-Fahrzeuge muss ein kleiner Füllgrad gewählt werden, damit die Kupplung während einer ABS-Regelung nicht vollständig sperrt.
Wie arbeitet ein Planetenradsatz im Straßen- und Geländegang?
- Straßengang
- Planetenradsatz dreht als Einheit
- Übersetzung 1 : 1
- Geländegang
- Hohlrad wird festgehalten
- Planetenräder laufen um
- Untersetzung von etwa 2,93 : 1
- Dadurch steigt das übertragene Drehmoment erheblich.
Wie wird eine elektronisch geregelte Lamellensperre angesteuert beim Kegelradzentraldifferential mit Geländeuntersetzung?
Welche Fahrstufen besitzt das ältere Mercedes-Benz 4Matic-System?
- Das System kennt vier Betriebszustände:
- Stufe 0
- Hinterradantrieb
- Stufe 1
- permanenter Allrad mit Längsausgleich
- Drehmomentverteilung 35 : 65 (VA : HA)
- Stufe 2
- Allrad mit Längssperre
- Stufe 3
- Längs- und Quersperre der Hinterachse
- Beim Bremsen schaltet das System automatisch in Stufe 0 zurück, um die ABS-Regelung sicherzustellen.
- Stufe 0