P3, 9_Allradsysteme etc.

• 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.

• 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.

• Es werden unterschieden:
  • mechanische Sperre
  • Viscosperre
  • Lamellensperre (hydraulisch, elektromagnetisch oder elektromotorisch geregelt)
• Die Wahl richtet sich nach Fahrzeugkonzept und gewünschtem Fahrverhalten.

• 100 % Sperrwirkung
• manuelle Zuschaltung
• nur auf losem Untergrund verwenden
• verhindert den Drehzahlausgleich vollständig
• Auf griffigem Untergrund entstehen Verspannungen im Antriebsstrang.

• 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. 

• Die Geländeuntersetzung:
  • erhöht das Antriebsmoment,
  • reduziert die Fahrgeschwindigkeit,
  • verbessert die Geländegängigkeit,
  • entlastet Kupplung und Getriebe.
• Übersetzungen von etwa 1 : 2,5 bis 1 : 3,5  

• 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.

• Ein Steuergerät wertet die Drehzahldifferenzen zwischen Vorder- und Hinterachse aus.
• Die Lamellenkupplung wird betätigt durch:
  • hydraulisch,
  • elektromotorisch 
  • elektromagnetisch
• Dadurch lässt sich der Sperrgrad stufenlos anpassen.

• 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. 

• Merkmale:
  • Verteilergetriebe im Automatikgetriebe integriert
  • keine mechanische Differentialsperre
  • Grundvorspannung der Lamellenkupplung ca. 50 Nm
  • Längs- und Quersperren erfolgen über Bremseingriffe (4ETS)
• Grundmomentenverteilung:
  • 45 % Vorderachse
  • 55 % Hinterachse

• Driver Control Center Differential
• Es handelt sich um ein Mittendifferential, welches: 
  • automatisch geregelt oder
  • manuell vom Fahrer eingestellt werden kann.
• Die Momentenverteilung kann zwischen 41 : 59 und 50 : 50 verändert werden. 

• Lenkwinkelsensor
• Gierwinkelsensor
• Raddrehzahlen
• Drosselklappenstellung

Dadurch kann die Momentenverteilung an den aktuellen Fahrzustand angepasst werden. 

• Es besteht aus:
  • Sonnenrad
  • Planetenrädern
  • Planetenträger
  • Hohlrad
• Zusätzlich besitzt das System:
  • eine mechanische Sperre
  • eine elektromagnetische Lamellensperre
• Im offenen Zustand beträgt die Kraftverteilung:
  • 41 % Vorderachse
  • 59 % Hinterachse

• Bei einer Drehzahldifferenz:
  • verschiebt sich der Drehmomentnocken,
  • eine Axialkraft entsteht,
  • die Hauptkupplung wird eingerückt,
  • der Planetenradsatz wird mechanisch gesperrt.
• Diese Sperrung erfolgt ohne elektrische Ansteuerung.

• Bei Bestromung:
  • erzeugt die Spule ein Magnetfeld,
  • die Steuerkupplung wird eingerückt,
  • Vorder- und Hinterachse werden kraftschlüssig verbunden.
• Der Sperrgrad wird über den Spulenstrom geregelt und ist deshalb stufenlos veränderbar.

• Ist Allrad nicht erforderlich:
  • fährt das Fahrzeug im Zweiradantrieb,
  • die Komponenten hinter der PTU werden entkoppelt.
• Bei Bedarf:
  • erfolgt die Zuschaltung innerhalb von ca. 300 ms,
  • die Hinterachse erhält das erforderliche Drehmoment.
• Die RDU (Heckantriebseinheit) kann das Drehmoment gezielt an das Rad mit der besseren Traktion übertragen.

• Das System bleibt beispielsweise zugeschaltet:
  • unter 20 km/h,
  • bis mindestens 35 km/h nach dem Anfahren,
  • bei hoher Querbeschleunigung,
  • bei hoher Drehmomentanforderung,
  • mindestens fünf Sekunden nach einer Zuschaltung.
• Dadurch werden häufige Schaltvorgänge vermieden.

• Die PTU:
  • überträgt die Kraft vom Getriebe zur Hinterachse,
  • besitzt eine hydraulisch betätigte Synchroneinheit,
  • kann die Hinterachse vollständig abkoppeln.
• Dadurch:
  • sinken Reibungsverluste,
  • verbessert sich der Wirkungsgrad,
  • reduziert sich der Kraftstoffverbrauch.

• Das Terrain-Response-System stimmt mehrere Fahrzeugsysteme auf den jeweiligen Untergrund ab.
• Es beeinflusst:
  • Motorsteuerung
  • Automatikgetriebe
  • Verteilergetriebe
  • Hinterachsdifferential
  • ABS/DSC/ETC/HDC
  • Luftfederung
• Programme:
  • Gras/Schotter/Schnee
  • Schlamm/Spurrillen
  • Sand
  • Felsenkriechen

• Elektronisch geregelte Lamellensperren ermöglichen eine stufenlose Anpassung des Sperrgrades an den aktuellen Fahrzustand.
• Das Steuergerät berücksichtigt dabei Signale wie Raddrehzahlen, Lenkwinkel oder Gierbewegung und kann den Kraftfluss gezielt zwischen Vorder- und Hinterachse beeinflussen.
• Dadurch verbessern sich Traktion, Fahrstabilität und Fahrkomfort, während Verspannungen im Antriebsstrang vermieden werden.

• 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

• 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.

• 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

• 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)

• 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.

• 1. Zuschaltbarer Allrad
  • manuell
  • automatisch
• 2. Permanenter Allrad
  • mit Lamellenkupplung
  • mit Viscokupplung
  • mit Zentraldifferential
• Heute verdrängen kupplungsgesteuerte permanente Allradsysteme zunehmend die klassischen differentialgesteuerten Systeme.

• 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

• 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.

• 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

• 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.

• 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.

• 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. 

• 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. 

• 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.

• 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

• 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

• 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

• 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

• 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