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Das Antriebskonzept, wie es sich fährt

Allrad Fahrzeuge gibt es mit sehr unterschiedlichen Konzepten. Ausser bei traditionellen Geländefahrzeugen werden Allradantriebe in der Regel an bestehende Zweiradantriebe angebaut. Durch die prinzipbedingte Anordnung von Reihen- oder V-Motoren und ihren Getrieben, entsteht bereits ein ungleiches Gewichtsverhältnis zwischen rechter und linker Fahrzeughälfte. Die Komponenten eines Allradsystems verstärken dieses Effekt.

Beim Fahren merkt man dies daran, dass sich das Fahrzeug bei schnellerer Fahrt in Rechts- und Linkskurven ungleich anfühlt. Auf rutschigem Untergrund kann diese Ungleichheit zu Instabilitäten führen. Symmetrisch bedeutet bei Subaru, dass das gesamte Antriebssystem links und rechts gleich viel wiegt.

Erreicht wird dies durch den flach liegenden Boxermotor, der in Längsrichtung eingebaut ist und das direkt daran gerade angeschlossene Getriebe mit seinen integrierten Allradkomponenten. Die Kurbelwelle des Boxers liegt also bereits in Fahrtrichtung und die Drehbewegung gelangt ohne Umlenkungen zu den Antriebsachsen. Dort muss die Antriebskraft natürlich mittels Differenzialen nach links und rechts verteilt werden, wie bei jeder anderen Bauart.

Beispiel: Fahrt auf einer verschneiten Autobahn. Zwischen den Fahrspuren befindet sich ein Wall aus Schneematsch (Räumfahrzeug), die Fahrbahn ist „schmierig“. Wenn man in dieser Situation die Spur wechselt, kann dies dazu führen, dass das Fahrzeug in eine Drehbewegung gedrückt wird und ins Schleudern gerät.

Diese Situation meisterte der Outback (2.5i, Schaltgetriebe, Mod. 2005) wie folgt. Beim Erreichen des Matschs gab es eine kleine Verzögerung der Geschwindigkeit. Danach vollzog der Wagen den Spurwechsel ohne jegliche Instabilität. Nachdem dieses Modell noch nicht mit VDC (ESP) ausgerüstet war, musste alleine der Allradantrieb diese Situation meistern, rein mechanisch. Manch anderes Fahrzeug macht unter diesen Umständen einen kleinen Schlenker, im schlimmsten Fall gerät es ins Schleudern.

Das linke Vorderrad wird durch den Schnee abgebremst, die anderen Räder unterliegen verringerter Haftung. Bei einem Hecktriebler würde das Heck ausscheren (übersteuern, wenn nicht durch ESP oder Fahrkönnen reguliert). In jedem Fall müsste die Geschwindigkeit wesentlich reduziert werden.

Allradkonzept von Subaru war von Anbeginn Grundlage der Fahrzeugentwicklung. Die durch jahrzehntelange Erfahrung gereifte Mechanik des Subaru Antriebskonzeptes hat sich nicht nur im Rallyesport (6-facher Rallye Weltmeister) bewährt, sondern auch in allen alltäglichen Fahrsituationen. Bei Schnee und Matsch, an Steigungen, auf Naturstrassen, im Anhängerbetrieb oder auf trockener Fahrbahn. Symmetrical AWD bietet immer ein Höchstmass an Souveränität und Ausgewogenheit.


Es gibt gelegentlich Diskussionen darüber, welcher Hersteller nun das erste Allrad Serienfahrzeug auf den Markt brachte. Meine Recherchen ergaben:

1. Jensen FF (GB) 1966, Stückzahl 320, kein Nachfolgemodell.

2. Subaru Leone (JP) 1972, der erste in Gross-Serie gefertigte Allrad-Personenwagen

3. Audi (DE) proklamierte der Erste gewesen zu sein, folgte jedoch erst im Jahr 1980 mit dem Quattro.



Der Subaru Allradantrieb ist nicht spürbar. Es gibt weder Verspannungen in Kurven, noch einen vergrösserten Wendekreis. Es gibt keine Verzögerungen auf rutschigem Untergrund und keine Geräusche einer elektronischen Antriebsregelung. Bei Subaru arbeitet der Allradantrieb permanent und variabel. Beim Beschleunigen wird mehr Kraft zur Hinterachse gelenkt, im Schiebe-betrieb oder beim Bremsen wird mehr Kraft auf die Vorderachse verlagert (bei manuellem Getriebe).

Verringert sich die Haftung auf einer Achse, wird die Kraft zur jeweils anderen Achse verlagert. Dies geschieht sehr schnell und vollkommen unmerklich. Bei manchen Modellen ist zusätzlich ein limitiertes Hinterachs-Sperrdifferenzial (LSD) eingebaut, das zusätzlich die Kraftverteilung von links nach rechts regelt.

Mit der durchdachten Gesamtkon-struktion wird eine perfekte Synthese aus Leistungsgewicht, Verbrauch, Fahreigenschaften, Wartungs- und Fehlerarmut, sowie Sicherheit und Komfort erreicht. Mit der sprichwörtlichen Zuverlässigkeit über viele Jahre haben die Kunden von Subaru seit über 30 Jahren ihre Freude.

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VDC - Vehicle Dynamics Control


Alle Modelle sind mit VDC ausgerüstet (Vehicle Dynamics Control - dynamische Stabilitätskontrolle, Subarus ESP). VDC regelt im Normal- und Schiebebetrieb, also auch bei Bergab-Fahrten, die Bremsleistung des Motors über alle vier Räder. Um das Ausbrechen des Fahrzeugs in extremen Situationen vermeiden zu helfen, überwacht und analysiert das VDC laufend verschiedene Parameter (Lenkwinkel, Geschwindigkeit, Drehzahlunterschiede der Räder) über Sensoren.

Wenn das Auto aus der Spur zu laufen droht, greift das System über die Motorsteuerung, die AWD Drehmomentverteilung und durch gezielte Bremseingriffe an den einzelnen Rädern regulierend ein. Die Motorleistung wird je nach Bedarf verringert und die Antriebskräfte so verteilt, dass ein stabiles Fahrverhalten gewährleistet bleibt.

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Technische Beschreibungen - Subaru Allradsystem


Einleitung


Der Subaru Allradantrieb gehört zu den aufwändigen unter den AWD-Systemen. Die von Subaru immer wieder propagierte Einzigartigkeit ist keine pure Marketingaussage, sondern basiert auf belegbaren Fakten. Die Kombination aus tiefem Schwerpunkt und einer vollkommen ausgeglichenen Gewichtsverteilung zwischen links und rechts, sowie eines durchgängig linearen Kraftflusses von vorne nach hinten, sind die technischen Eckpunkte des Symmetrical AWD. Getriebe und Zentraldifferenzial sind in einem Bauteil integriert.

Die Gesetze der Physik kann das System 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.

Oder sie schauen es hier an Video „Fahren auf Glatteis“.

Vergleich Honda, Toyota, Chevrolet, Nissan, Ford Allrad Video „Steile Bergauffahrt“.


Antriebslayout


Beim Subaru AWD-System verläuft der gesamte Antriebsstrang vom Motor über das Getriebe, der Kardan-Antriebswelle bis zum Hinterachsdifferenzial in einer geraden Linie. Bei nachträglich umgebauten Heck- oder Frontantriebskonzepten sind stets Umlenkwellen und ausserhalb des Getriebes befindliche Bauteile notwendig.

Beim Subaru Allradsystem steckt die gesamte Technik in einem kompakten Bauteil. Die Motorleistung fliesst in einem einzigen Strang und vollkommen linear, also ohne Umlenkungen. Durch die flache Konstruktion des Boxermotors wird ein niedriger Schwerpunkt erreicht.

Das Ergebnis dieser Bauart ist die hervorragende Fahrstabilität und das ausgezeichnete Handling aller Subaru Modelle. Dieses System aus Boxermotor und Allradantrieb ist ein Meisterwerk an Symmetrie und Effizienz. Perfekt in der Gewichtsverteilung, leistungsfähig, leicht, langlebig und zuverlässig.

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Beschreibung der Komponenten des Allradsystems



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 speist das Verteilergetriebe (C), welches die Kraft zwischen Vorder- und Hinterachse zu je 50% aufteilt. Das Verteiler-getriebe (Zentraldifferenzial hier mit Visco-sperre) ist im Schaltgetriebe integriert.

An der Hinterache sitzt das Hinterachs-differenzial (E), welches die Antriebsenergie auf die Hinterräder verteilt. Bei manchen Modellen ist in diesem Bauteil das LSD (Limited Slip Differenzial), ein Sperrdifferenzial mit Viscosperre integriert

Das System variiert je nach Modell und Getriebe, es gibt unterschiedliche Komponenten, Kombinationen dieser und auch systemspezifische Einstellungen, individuell für jedes Fahrzeugmodell.



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1. Technische Ausführungen: Zentral- Sperrdifferenzial mit Viscobremse

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.

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2. Verteilergetriebe = Zentraldifferenzial mit Lamellenkupplung / -sperre


Modelle mit Automatikgetriebe

Die Anordnung der Komponenten ist genau gleich wie beim Schaltgetriebe, jedoch wird hier das  Zentraldifferenzial (C) mit einer Ölbadkupplung kombiniert. Alle 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)

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 verschiedene Modelle 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)

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2.4. Active Torque 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 Drehmoment-Aufteilung) kontrolliert auf elektronischem Weg den Hydraulik-Druck im hinteren Mehrscheiben Verteilergetriebe (MPT). Der Rechner bezieht auch Informationen vom Automatikgetriebe mit in die Berechnung ein. Er ermittelt Fahrstufe, Geschwindigkeit, Rotations Differenzen 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 Mittendifferenzial mit variabler Drehmomentverteilung, das mit einem elektronisch kontrollierten LSD (Achs-Sperrdifferenzial 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 Hinterachsdifferenziale sowie Fahrwerksabstimmungen jedem Modell systematisch an.

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3. Beispiele der variablen Kraftverteilung - Modelle 2010

Jedes Modell hat seine eigene Konfiguration, deshalb sind die Funktonsweisen auch unterschiedlich. Abhängig vom Motor, Schalt- oder Automatikgetriebe und Modell, sind verschiedene Komponenten für die Kraftverteilung verbaut. Alle Modelle serienmässig mit VDC.
















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4. LSD Limited Slip Differential - (limitiertes Sperrdifferenzial)


Manche Subaru Modelle verfügen an der Hinterachse über 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).


5. WRX STI mit DCCD (Driver's Control Center Differential)


Mit dem DCCD (derzeit nur für WRX STI verfügbar) kann der Fahrer die Lastverteilung von vorne nach hinten mittels eines Drehrädchens in der Mittelkonsole flexibel einstellen, je nach gewünschter Fahreigenschaft.

Das DCCD variiert mit einem elektromagnetischen und einem mechanischen Schlupfbegrenzungsdifferenzial die Kraftverteilung von 41:59 bis 50:50. Dazu registrieren verschiedene Sensoren (u.a. ein Lenkwinkelsensor) die voraussehbare Kurvenlinie, die der Fahrer wählt.


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Subaru Technologien - Symmetrical All Wheel Drive, Differenziale

Video: von Subaru UK - Motor und Antrieb (YouTube, Englisch)

Video: Vergleich Subaru AWD auf der Rolle (YouTube, Englisch)



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