Subaru Garage Ebneter AG, 9055 Bühler (Schweiz)
Die Gesetze der Physik kann das Systen nicht überwinden, jedoch kann ein Subaru noch rutschige Steigungen hinauffahren, an denen das Fahrzeug im Stand nicht mehr gehalten werden kann, sondern mit blockierenden Rädern abrutscht. Dies können wir Ihnen bei einer winterlichen Probefahrt gerne live beweisen.
Der Boxermotor (A) gibt seine Kraft über
die Kurbelwelle an das
Getriebe (B) weiter. Dabei ist die Kurbelwelle bauartbedingt bereits in
Längsrichtung angeordnet. Bei den meisten anderen Antrieben ist an
dieser Stelle bereits eine Umlenkung notwendig. Das Getriebe (mit
Reduktion "Dual Range", bis 2009) speist das Verteilergetriebe (C),
welches die
Kraft zwischen Vorder- und Hinterachse zu je 50% aufteilt. Getriebe mit Handschaltung (Subaru)
1.1. Zusammenfassung
- Aussenverzahnte
Lamellen sind im Gehäuse verankert.
- Innenverzahnte
Lamellen sind auf der Antriebswelle verankert.
- Die
Kraftübertragung erfolgt durch Scherwirkung der
Silikonflüssigkeit
zwischen den Schlitzen und Löchern in den Lamellen.
1.2. Detailbeschreibung
Das
Zentraldifferenzial (C) besteht
aus einem Satz Kegelräder und einer Viskosekupplung. Es weist die
beiden
folgenden Funktionen auf: Verteilung des Motordrehmoments an die
Vorderrad- und
Hinterrad-Antriebswellen und Absorbierung der Differenz in der
Drehgeschwindigkeit zwischen den Vorder- und Hinterrädern. Die
Viskosekupplung begrenzt die Differenzialaktion des Kegelradsatzes,
wenn eines der Vorder- oder Hinterräder durchdreht, sodass das
entsprechende
Drehmoment an die Räder der jeweils anderen Achse übertragen
wird, um geeignete
Traktion sicherzustellen.
1.3. Komponenten
Die
Viskosekupplung besteht aus einer Anzahl von abwechselnd angeordneten
Innen- und Aussenlamellen und einem eingefülltem
Luft/Silikonöl-Gemisch. Die
inneren Lamellen (silberfarbig) sind formschlüssig an der
Innenseite mit dem
Keilwellenprofil
des externen Achswellen-Kegelrades (rechts) verbunden, wogegen die
Aussenlamellen (rot) am Umfang in den inneren Keilnuten des mittleren
Differenzials
sitzen. Die Aussenlamellen werden von Distanzringen in richtigem
Abstand gehalten. Zwischen den Innenlamellen gibt es keine
Distanzringe, sodass sie
sich leicht in Axialrichtung bewegen können.
1.4. Drehmomentübertragung
Wenn Drehzahlunterschiede zwischen dem mittleren
Differenzialgehäuse und
dem Achswellen-Kegelrad (hinten) auftreten, baut das Silikonöl
Scherkräfte
zwischen den Aussen- und Innenlamellen auf. Diese Scherkräfte
bewirken die
Übertragung eines Drehmoments vom Differenzialgehäuse auf das
Achswellen-Kegelrad (hinten).
Je
grösser der Drehzahlunterschied zwischen Differenzialgehäuse
und
Achswellen-Kegelrad, desto grösser die Scherkraft des
Silikonöls. Je stärker die
Drehzahlunterschiede sind, desto grösser wird die Sperrwirkung.
Bei
andauernder Ausgleichswirkung erwärmt sich das Silikonöl und
dehnt such
entsprechend aus. Das Öl in der Viskosekupplung expandiert und
komprimiert die
Innenluft, um direkten Kontakt zwischen den Lamellen oder
Nicht-Viskosebetrieb zu
verursachen. Hierdurch wird der Drehzahlunterschied zwischen dem
mittleren
Differenzialgehäuse und dem Achswellen-Kegelrad (hinten)
beseitigt, was gleich
bedeutend mit einem starren Kraftschluss ist. Der Innendruck und die
Temperatur
sinken ab. Die Viskosekupplung kehrt danach zum normalen
Betriebszustand zurück.
Dieser Vorgang geschieht innerhalb von Zehntelsekunden und wird vom
Fahrer
nicht bemerkt.
Die Anordnung der Komponenten ist genau gleich wie beim Schaltgetriebe, jedoch wird hier das Zentraldifferenzial (C) mit einer Oelbadkupplung kombiniert. Manche Modelle verfügen über eine elektronische Fahrdynamikregelung, bei Subaru VDC (Vehicle Dynamics Control) genannt. Die VDC stabilisiert das Fahrzeug zusätzlich durch gezielte Bremseingriffe.
2.1.
Automatikgetriebe mit optimierter Variable Torque Distribution (VTD)
und Vehicle Dynamics Control (VDC, das
Subaru-eigene ESP)
Neu entwickeltes Fünfgang-Automatikgetriebe mit VTD (siehe unten): Über einen Planetenradsatz kann die Lamellensperre das Antriebsmoment für die Vorder- und Hinterachse in einem relativ grossen Bereich verändern. Deshalb eignet sich das Automatikgetriebe mit VTD besonders für Fahrzeuge mit der Fahrdynamikregelung Vehicle Dynamics Control, denn dessen Steuergerät kommuniziert mit dem Getriebesteuergerät. Erkennt das Steuergerät für die Vehicle Dynamics Control ein Unter- oder Übersteuerverhalten des Fahrzeugs, sendet es entsprechende Informationen zum Getriebesteuergerät. Dieses reduziert über die Regelung der Lamellensperre das Antriebsmoment der instabilen Achse.
Über dieses
System verfügen alle Legacy / Outback 3.0 ab Modelljahr 2004.
2.2. Aufbau und
Funktion der Lamellensperre
Das Ausgangsdrehmoment vom Getriebe zum Planetenradsatz wird auf das Primärsonnenrad übertragen, das seinerseits die Planetenräder antreibt. Diese befinden sich in kraftschlüssiger Verbindung mit dem Planetenradträger, der mit dem Abtriebszahnrad zur Vorderachse verbunden ist. Die hinteren Planetenräder treiben über das Sekundärsonnenrad die Abtriebswelle zur Hinterachse an. Die Verteilung der Antriebskraft zur Vorder- und Hinterachse erfolgt im Endabtrieb. Die Lamellensperre sperrt bei auftretenden Drehzahlunterschieden zwischen Vorder- und Hinterachse den Planetenradsatz. Die normale Drehmomentverteilung (36:64 Prozent) kann durch die Lamellensperre stufenlos geändert werden. Dabei richtet sich der Sperrgrad nach der Höhe der Drehzahldifferenzen und kann bei sehr hohen Drehzahlunterschieden 100 Prozent betragen. Bei voll gesperrten Planetenradsatz entfallen 60 Prozent des Antriebsdrehmoments auf die Vorderachse und 40 Prozent auf die Hinterachse.
2.3. Aufbau und Funktion der Lamellenkupplung
Die in einem Ölbad laufende Lamellenkupplung besteht aus abwechselnd angeordneten Aussen- und Innenlamellen. Die Assenlamellen (Stahllamellen) sind kraftschlüssig mit dem Planetenradträger verbunden. Die Innenlamellen (Reiblamellen) sitzen auf dem Lamellenträger der kraftschlüssig mit der Abtriebswelle der Hinterachse verbunden ist. Der im Endabtriebsgehäuse untergebrachte Kolben wird hydraulisch betätigt. Der am Kolben anliegende Öldruck wird über ein kennfeldgesteuertes Lastmagnetventil beeinflusst, das getaktete Signale vom Getriebesteuergerät erhält. Die wichtigsten Eingangssignale für das Automatiksteuergerät zur Regelung der Sperre sind die Drehzahlsignale der Geschwindigkeitssensoren 1 und 2 und die Eingangsinformationen vom Steuergerät der Fahrdynamikregelung. Dadurch erkennt die Elektronik die Last des Fahrzeuges und eventuell auftretende Drehzahldifferenzen zwischen den beiden Achsen. Auf der Basis dieser Informationen berechnet das Steuergerät für jeden Fahrzustand den optimalen Öldruck am Kolben der Lamellenkupplung (Allradkupplung): Je höher der Druck ist, der auf das Lamellenpaket wirkt, desto grösser ist der Anpressdruck des Kolbens, desto grösser ist die Antriebskraftverteilung zur Hinterachse. (Quelle: subaru-presse.de)
2.4. Active Torq Split AWD
Dieses computergestützte, elektronische System wurde speziell für Allradantriebe mit Automatikgetrieben entwickelt. Es transferiert Leistung von den durchdrehenden Rädern, zu den Rädern, die Haftung haben. Subaru hat seit 1981 Erfahrung in der Entwicklung elektronisch geregelter Allradantriebe. Seitdem hat Subaru einen reichen Erfahrungsschatz in dieser Technologie angesammelt, was dazu geführt hat, dass sie die präzisesten AWD Einstellungen in der Automobilindustrie erreicht haben. Das „Active Torque Split“ System (Aktive Drehmomentverteilung) kontrolliert auf elektronischem Weg den Hydraulikdruck im hinteren Mehrscheiben Verteilergetriebe (MPT). Der Rechner bezieht auch Informationen vom Automatikgetriebe mit in die Berechnung ein. Er ermittelt Fahrstufe, Geschwindigkeit, Rotationsdifferenzen zwischen den Vorder- und Hinterrädern und die Gaspedalposition. Mit diesen Informationen ermittelt der Rechner die optimale Kraftverteilung zu den Rädern, unter Berücksichtigung der Fahrbedingungen. Im Normalbetrieb teilt das System die Leistung zu 60 / 40 zwischen Vorder- und Hinterachse.
2.5. VTD - Variable
Torque Distribution
Das
fortschrittlichste System für Automatikgetriebe ist das Variable
Torque Distribution System (VTD) mit variabler Drehmomentverteilung.
Das System besteht aus einem Mittendifferential mit variabler
Drehmomentverteilung, das mit einem elektronisch kontrollierten LSD
(Achs-Sperrdifferential zwischen links und rechts) gekoppelt ist und
das Drehmoment normalerweise im Verhältnis 45:55 zwischen Vorder-
und
Hinterrädern verteilt. Damit sorgt diese Technologie für die
optimale
Balance zwischen Agilität und Stabilität und liefert
gleichzeitig ein
sportliches Fahrerlebnis. Dabei ist das System in Kombination mit dem
Automatikgetriebe aber auf den alltäglichen Einsatz und normale
Fahrbedingungen ausgelegt. Aus diesem Grund bietet Subaru die
Fahrdynamikregelung Vehicle Dynamics Control (VDC) mit Schubabschaltung
und
Bremsüberwachung für alle Automatik-Fahrzeuge mit VTD an. Das
VDC-System reduziert das Drehmoment, bremst einzelne Räder gezielt
ab,
verhindert Querbeschleunigungen und steigert die Fahrstabilität
auf ein
hohes Niveau.
Auf Basis des jeweiligen Systems zur Drehmomentverteilung passt Subaru
die Vorder- und Hinterachsdifferentiale sowie Fahrwerksabstimmungen
jedem Modell systematisch an.
3. Beispiele der variablen Kraftverteilung - Modelle 2010
| Schweizerische
Modelle (exemplarisch für Legacy / Outback) |
Kraftverteilung
vorne / hinten Normalbetrieb
|
Kraftverteilung
vorne /hinten variabel |
|
2.0 / 2.5i mit manuellem 6-Gang
Schaltgetriebe: Allradantrieb permanent, Kegelraddifferential mit
Viscosperre im Mittendifferential |
50
/ 50 |
bis
98 / 2 respektiv bis 2 / 98 |
| 2.5i mit CVT Automat: Allradantrieb
permanent, ohne Mitteldifferential, elektronisch gesteuerte
Lamellenkupplung (Ölbad). Präventive Zuschaltung,
Beispiel: Abhängig vom Lenkwinkel und der Gaspedalstellung
Kraftverteilung nach hinten. Das System ermittelt Fahrsituationen bei
denen Schlupf auftreten könnte und reagiert vor Auftreten von
Schlupf. Bei auftretenden Rotationsdifferenzen vorne/hinten regelt das
System ebenfalls. |
100
/ 0 |
bis
50 / 50 |
| 2.5i Turbo / 3.6R mit 5-Stufen
Wandlerautomat: Allradantrieb permanent. Elektrisch geregelte,
hydraulische Lamellensperre, VDC ersetzt Hinterachsdifferential (LSD)
durch Bremseingriffe. |
36
/ 64 |
bis 50 / 50 |
Manche Subaru Modelle haben an der Hinterachse ein begrenztes Sperrdifferenzial. Dieses technisch ausgefeilte Bauteil regelt proaktiv die Drehmomentverteilung zwischen den Rädern einer Achse und limitiert dadurch das Durchdrehen der Räder. Sogar eine Viscosperre ist in diesem kompakten Getriebe noch integriert. Das LSD verbessert die Fahrstabilität nicht nur auf rutschigem Untergrund. Es ist vollständig in das Antriebskonzept eingebunden.
4.1. Detailbeschreibung Helical LSD
Grundmerkmal des Helical LSD ist die Schraubenverzahnung (engl. helical), deren prinzipbedingte Reibung und deren zusätzliche Kräfte (wegen des Flankenwinkels der Verzahnung) zu Gegenkräften am Gehäuse führen und an den Kontaktstellen zusätzliche Reibung verursachen. Das Helical LSD gehört zur Kategorie der drehmomentfühlenden, so genannten Torsen-Differenziale (Torsen = TORque SENsing).
Die Sperrwirkung wird durch die Drehzahldifferenz hervorgerufen und die Sperre versucht, die Drehzahldifferenz klein zu halten. Die Sperrwirkung tritt erst ein, wenn eine Drehzahldifferenz auftritt. Beim Anfahren auf unterschiedlich griffiger Fahrbahn muss erst einmal ein Rad durchdrehen, bevor die Sperre das Antriebsmoment auf das Rad mit guter Bodenhaftung umverteilt. Beim Einfahren einer Kurve unter Last (mit Antriebsmoment, Fuss auf dem Gas) erlaubt die Sperre zunächst eine Ausgleichsbewegung der Räder, mit steigender Drehzahldifferenz wird allerdings Moment auf das kurveninnere Rad umverteilt. Die Reibwirkung entsteht durch Reibung am bzw. im Gehäuse, durch Reiblamellen oder durch Reibung in gleitenden Gewinden. Sie beruht auf den Gesetzen der Coulombschen Reibung, d.h. die Sperrwirkung ist unabhängig von der Drehzahldifferenz. So lange Antriebsleistung übertragen wird, sperrt das Helical LSD. Auch bei weiten Kurven führt das dazu, dass das Differenzial das Fahrzeug wieder auf Geradeaus-Kurs bringen will. Das Sperrdifferenzial fördert in diesem Fahrzustand ein Untersteuern. (Quelle subaru-presse.de).
Think Feel Drive