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Eine kleine Übersicht über PKW-Allradsysteme

Eine kleine Übersicht über PKW-Allradsysteme

PKW-Allradsystem-FAQ, Version 0.2, 15. Januar 2007

 

0). Anmerkungen: Da ich auf MT in Bezug auf Allradantriebe eine Zusammenfassung vermisst habe, habe ich selbst eine verfasst. Der Beitrag war ursprünglich ein Posting zu den Allradsystemen von Subaru und VW/Audi, welches ich ergänzt, erweitert und angepasst habe.

 

0.1) Ziel/Absicht:

- eine kleine Übersicht über halbwegs am Markt gängige und bekannte Systeme inkl. Vor- und Nachteilen, Anmerkungen und Kommentaren

- keine Chronologie, keine umfassende Darstellung über alle Systeme der letzten hundert Jahre

- keine Sammlung von Links

- keine Diskussion über Sinn und Unsinn von Allradantrieben

- keine Diskussion über die angeblichen Vorteile von Heckantrieb, denn die interessieren den Allradfahrer nicht *g*

- Hauptaugenmerk auf PKW-Allradantriebe, aber da diese kleine FAQ bei den Offroadern Gastrecht geniesst, doch noch ein paar Infos zur Geländewagen-Antriebstechnik

 

0.2) Geländewagen-Allradsysteme vs. PKW-Allradsysteme:

"Richtige" klassische Allradantriebe verfügen i.d.R. über mechanische Sperren (Mercedes G-Modell: 3 offene Differenziale mit 100%iger Sperrmöglichkeit) sowie häufig Reduktionsgetriebe und sind fürs Gelände konzipiert und auch geeignet. Aktuelle PKW-Allradsysteme sind im Gegensatz zu ihren technisch/mechanisch aufwändigen und meist schwerfälligen Geschwistern nicht mehr nur auf Traktion, sondern in zunehmenden Masse auf Traktion als auch Fahrdynamik ausgelegt und verzichten meist auf aufwändige Mechanik, weil diese durch ihr Gewicht der Fahrdynamik abträglich ist. Im Gegensatz zu Geländefahrzeugen - wo es rein um die Traktion und Geländefähigkeit geht und deshalb ein eigentlich technisch überholter, einfacher Zuschaltallrad mit starrem Durchtrieb eine gute Lösung sein kann - haben die modernen Allradantriebe in PKWs auch die Aufgabe, Fahrdynamik und Sicherheit zu verbessern. Aus diesem Grund verzichten sie auf aufwändige und schwere Mechanik. Mechanische Differenzialsperren werden durch Bremseingriff simuliert. Obwohl die Sperrwirkung "elektronischer Sperren" unter dem mechanischer Sperren liegt und elektronische Sperren nicht für längerdauernden Einsatz geeignet sind, haben elektronische Systeme den entscheidenden Vorteil, mit Fahrdynamiksystemen und anderer Elektronik kompatibel zu sein.

 

0.3) Systematik der Allradantriebe: (leider unvollständig und teilweise unpräzise)

http://www.magnasteyr.com/.../allradantriebe.pdf

 

0.4) Ein kleiner Exkurs zur (Geländewagen)-Technik Verteilergetriebe? Freilaufnaben? Reduktionsgetriebe? Differenzialsperren? Ich verstehe nur Bahnhof!

A.) Verteilergetriebe

Bei klassischen Geländewagenallradantrieben werden die beiden Achsen in den meisten Fällen durch ein Verteilergetriebe zusammen- resp. die zweite Achse (Vorderachse) zugeschaltet. Dieses Verteilergetriebe verteilt die Kraft meist hälftig an die beiden Achsen, jedoch ohne einen Drehzahlausgleich zwischen den Achsen zu ermöglichen. Je nach Fahrsituation wie z.B. in Kurven ist ein solcher jedoch nötig, da die Vorderachse einen weiteren Weg zurücklegt als die Hinterachse. Damit sind solche Systeme nur für rutschigen Untergrund, nicht jedoch für trockene Strassen geeignet und deshalb auf der Strasse ab- resp. nicht zu- zu schalten. Genau dafür ist das Verteilergetriebe da.

 

B.) Freilaufnaben

Wird nun das Verteilergetriebe durch einen zusätzlichen Schalthebel so geschaltet, dass die zuschaltbare Achse (meist die Vorderachse) nicht zugeschaltet wird, wird das Fahrzeug nur noch von der Hinterachse angetrieben. Die Vorderräder werden von der Kardanwelle (die am Verteilergetriebe hängt) nun nicht mehr angetrieben, da die Vorderachse nicht zugeschaltet, d.h. die Antriebswelle vom Verteilergetriebe getrennt. ist. Die Vorderräder jedoch sind immer noch mit dem Vorderachsdifferenzial und dieses wiederum mit der Kardanwelle/Antriebswelle zum Verteilergetriebe verbunden. Dadurch treiben die Vorderräder die Antriebswelle an. Dadurch entstehen Reibung und Widerstand, was zu erhöhtem Geräusch, erhöhtem Vibrieren und erhöhtem Verbrauch führt. Freilaufnaben befinden sind an den Vorderrädern (=Naben) und erlauben nun, die Räder von der Antriebswelle und dem Differenzial zu lösen, damit diese frei laufen (=Freilauf) können, ohne die Antriebswelle anzutreiben. Klassische Freilaufnaben sind manuel durch Drehen zu aktiveren. "Lock" heisst geschlossen, "Unlock" heisst offen. Bei älteren Toyota-Fahrzeugen gut sichtbar durch ihre auffällig rote Farbe. Wenn der Allradantrieb nicht genutzt wird, z.B. im Sommer, die Naben öffnen. Im Winter und bei Verdacht, den Allradantrieb bald benutzen zu müssen, schliessen. Sind die Freilaufnaben geöffnet, bringt ein Zuschalten des Allradantriebes via Verteilergetriebe nichts. Naja, fast nichts: Reibung, Widerstand, Mehrverbauch, erhöhte Vibrationen etc. entstehen auch so, da nun Antriebswelle und Vorderachsdifferenzial wiederum mitbewegt werden.

 

C.) Reduktionsgetriebe, auch Untersetzungsgetriebe genannt.

Dieses ist nichts anderes als ein weiteres Getriebe zwischen Getriebe und Motor. Man kann es sich als ein Getriebe mit nur zwei Gängen vorstellen. Den "grossen Gang" HIGH/HI für die Strasse, den "kleinen Gang" LOW für Gelände, Anhängerbetrieb, ganz steile Anstiege und auch ganz steile Abstiege (für Motorbremse). Das Reduktionsgetriebe ist in den meisten Fällen synchronisiert, d.h. es kann bei langsamer Fahr bei durchgetretener Kupplung eingelegt werden. Den "Grossen Gang" kann man sich als 1:1 vorstellen: Ist dieser eingelegt, resp. das Reduktionsgetriebe nicht eingekuppelt, ist alles wie gewohnt. Wird der "kleine Gang" eingelegt, verschieben sich die Gänge um diesen. Meist liegt der Faktor zwischen 2 und 3.

 

D.) Differenzial-Sperren

Ein Differenzial (Achsdifferenzial, Zentraldifferenzial etc.) hat die Aufgabe, unterschiedliche Drehzahlen (z.B. in Kurven) zuzulassen. Bei Allrad- und Geländefahrzeugen ist das häufig unerwünscht, weil die Ausgleichsfunktion des Differenzials dafür sorgt, dass die Kraft an dasjenige Rad mit dem geringsten Widerstand abgegeben wird, was jedoch im Sinne bester Traktion unerwünscht ist. Eine Differenzialsperre sperrt das Differenzial, d.h. es findet kein Drehzahlausgleich mehr statt und die Kraft wird zu gleichen Teilen an beide Räder (bei Achsdifferenzialsperren) resp. an beide Achsen (bei Zentraldifferenzialen mit Sperrmöglichkeit) abgegeben. Es gibt automatische und manuelle Differenzialsperren. Diese sperren zu 100%. Daneben gibt es auch Sperrdifferenziale u.ä. mit geringerem Sperrwert.

 

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1.1) Grundsätzliches zur Nomenklatur:

Permanent vs. "Non-Permanent": Entscheidend ist nicht, ob dauernd beide Achsen angetrieben sind, sondern, ob sie dann angetrieben sind, wenn es benötigt wird. Ein System, das ohne Zutun des Fahres zu- und abschaltet, wird ebenfalls als "permanenter" Allradantrieb bezeichnet. Eine solche Regelung ist sicher auch im Sinne der Hersteller.

 

1.2.) Grundsätzliches zu Marketingbezeichnungen:

Grundsätzlich verbergen sich bei VW/Audi, DC/MC, BMW, Subaru etc. hinter den Marketing-Bezeichungen "Synchro", "Quattro", 4Motion", "x-Drive", "AWD" etc. meistens verschiedene Systeme und/oder verschiedene Generationen solcher. Es gibt demzufolge nicht DEN "Audi-Allad", ebensowenig DEN "Subaru-Allrad". Zudem ist es auch möglich, dass verschiedene Hersteller gleiche oder sehr ähnliche Systeme verwenden, diese jedoch unterschiedlich kennzeichnen. Deshalb ist es bei Vergleichen wichtig, konkrete Modelle und Systeme miteinander zu vergleichen.

 

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2.) Audi/VW. (Aufgrund der Verwendung gleicher Systeme, resp. der Verwendung gleicher Plattformen zusammengefasst). Entscheidend ist die Anordnung des Motors:

 

2.1)

- Fahrzeuge mit Längsmotor (A4, A6, A8, Q7, gewisse Generationen Passat, Pheaton etc.) verwenden das System mit Torsendifferenzial. Das ist ein differenzialgesteuerter 4WD, d.h. die Kraft geht vom Getriebe direkt auf ein Differenzial, welches die Kraft auf die beiden Achsen verteilt. In diesem Fall ist es ein Torsendifferenzial, welches die Kraft dorthin - lies Front- oder Heckachse - verteilt, wo sie am meisten Traktion hat. (Anm: Darstellung grob vereinfacht). Damit ist dieses System drehzahlfühlend, da es die Kraft aktiv verteilen kann und nicht nur bei Drehzahlunterschieden Sperrwirkung aufbaut. Das System ist optimal an die Plattform angepasst (Vorderachsdiffernzial und Getriebe in einem Gehäuse), resp. diese dafür vorgesehen, es sind z.B. keine doppelten Antriebswellen nötig, die zusätzlich Platz beanspruchen und wie bei BMW und MB teilweise sogar durch die Ölwanne geführt werden müssen!! Auch ist für die Allradvariante keine Höherlegung nötig. Unter anderem liegt darin seine technische Stärke und seine Raffinesse. Dieses System kam 1986 auf den Markt und gehört nach wie vor zur den besten Systemen. Die Zeiten, als das noch der ultimative und ziemlich konkurrenzlose Antrieb war, sind vorbei. Die Konkurrenz hat nicht zuletzt dank moderner und intelligenter Elektronik stark aufgeholt. Die Archillessehne des Torsen-Differenzials liegt darin, dass es nicht elektronisch steuer- und regelbar ist. Mit heutiger moderner Elektronik sind bei elektronischer Steuerung und Regelung mehr Funktionen möglich:

- erkennen von Unter- resp. Übersteuern und aktives Umverteilen des Drehmoments

- erkennen der Fahrbahn und damit Anpassung an die Gegebenheiten z.B. starrer Durchtrieb bei Tiefschnee und anderem losen Untergrund

- erkennen des Fahrstils und Anpassung daran, z.B. durch stärkere Hecklastigkeit

etc.

 

2.2) Bei VW heisst das System mit Torsendifferenzial, "4Motion" früher "Synchro", bei Audi "Quattro". Genau das gleiche (technische) System, nur eine andere (Marken-)Bezeichnung.

 

2.3) Generationen:

Ältere Quattro mit Längsmotor: Es gibt insgesamt 3 resp. 3.5 resp. 4 Generationen von Audi Quattro mit Längsmotor:

- 1980 bis 1986 (Typ85): 3 offene Kegelrad-Differenziale mit 100%-Sperrmöglichkeit Zentral- und Heckdifferenzial via Seilzüge resp. pneumatisch bei den späteren Fahrzeugen. Fahrdynamik entspricht nicht mehr heutigen Anforderungen, die Traktion des System gehört durch den starren Durchtrieb nach wie vor zum Besten

- Ab 1989 (Typ89) Torsen-A-Zentraldifferenzial plus manuell schaltbarer Heckdifferenzialsperre, die sich bei 25 km/h wieder ausschaltet. (Mit Modifikation ist diese Abschaltung abschaltbar)

- Ab 1995?? Torsen-A-Zentraldifferenzial, "Differenzialsperren" elektronisch via EDS realisiert/simuliert.

- Der neue S4 (RS4?) verfügen über das neue Torsen-C-Zentraldifferenzial welches nun mit 40:60 grundverteilt, gegenüber 50:50 bei Torsen-A, was u.a. für die starke Untersteuerneigung und das teilweise unvorhersehbare Verhalten des Antriebs verantwortlich ist. Mit dem Torsen-C-Zentraldifferenzial ist eine "dynamischere" Fahrweise möglich, da heckbasierter. Marketingtechnisch wurde dieses zuerst bei S4 (RS4) eingeführt, es dürfte jedoch bei den neueren Modellen das Torsen-A mittelfristig ersetzen, sofern bis dann nicht ein gänzlich neues System zum Einsatz kommt.

2.4) Spezialfall:

- Der Audi V8 hat anstelles eines Torsen-A-Mittendifferenzials eine elektronisch gesteuerte Lamellenkupplung und ein Torsendifferenzial (schätzungsweise Torsen-B) als Hinterachsdifferenzuial. Die anderen Quattros aus der gleichen Zeit, hatten damals das Torsen-A-Zentraldifferenzial sowie eine

bis 25 km/h manuell sperrbare Differenzialsperre.

 

2.5) - Fahrzeuge mit Quermotor die auf der Plattform des Golf basieren (Golf, A3, TT, Bora, neuer Passat, Leon, Oktavia etc.) verwenden das System mit Haldexkupplung. Das ist ein Kupplungsgesteuerter 4WD, d.h. die Kraft geht primär nur auf eine Achse (hier Frontachse), die Hinterräder werden erst bei Schlupf über eine Kupplung zugeschaltet, daher die Bezeichnung "kupplungsbasiert". Es gibt kein Differenzial zwischen den Achsen, welches einen Drehzahlausgleich vornimmt. Dies ist hier auch nicht nötig, da nicht dauernd beide Achse angetrieben werden. Diese Kupplung kuppelt die beiden Achsen bei Bedarf aneinander. Solche Systeme werden auch "Hang-on" also "angehängt", resp. "on demand" also "bei Bedarf" genannt. Kraftverteilung von 100:0 (resp. 0:100 bei primär angetriebener Heckachse) bis 50:50 möglich. Es ist jedoch nicht möglich, dass an der Heckachse (hier: die bei Schlupf angekuppelte Achse, gilt im Umgekehrten Fall auch für die Vorderachse) mehr Drehmoment anliegt als an der Frontachse, denn die Heckachse wird an diese angekuppelt. Möglich ist einzig, die Vorderräder abzubremsen, sodass bei geschlossener Kupplung und 50/50-Verteilung das Drehmoment an der Vorderachse durch Bremseingriff anstelle in Traktion in Hitze umgewandelt wird ;)

 

2.6) Bei VW heisst das System mit Haldexkupplung, "4Motion", bei Audi "Quattro". Skoda und Seat verwenden nochmals andere Bezeichnungen. Genau das gleiche (technische) System, nur eine andere (Marken-)Bezeichnung.

 

2.7) Bei Fz mit der ersten Generation der Haldexkupplung ging die Kraft meist 100% an die Vorderräder. 100:0 bis 50:50 sind hier möglich. Die Hersteller werben häufig mit Bezeichnungen 0:100 bis 100:0 was streng genommen nicht möglich ist, da die primär angetriebene Achse (hier Frontachse) nicht 0% übertragen kann. Die Vorderräder werden einfach abgebremst. Siehe 2.5. Bei späteren Generation der Haldexkupplung - einige Quellen schreiben von "Haldex2", andere von "Haldex3" wird die Heckachse anscheindend permanent mit 10% angetrieben. Damit werden Lastwechselreaktionen verringert, Durchdrehen bei schneller Anfahrt verhindert und die Reaktionszeit des System reduziert.

 

2.8.) Spezialfall "Synchro"

Bislang wurde nur der "4Motion" von VW angesprochen. Der Begriff "Synchro" ist dessen Vorgänger und ebenfalls ein reiner Marketingbegriff, ohne direkten Bezug zur verwendeten Technik. Synchros gab es bei VW bei Golf, Passat und den VW-Bussen. Stand "Synchro" drauf, waren damals wie heute verschiedene Systeme im Einsatz. Da VW teilweise ein einfaches System mit Viskokupplung verwendet hat und den Allradantrieb weniger griffig vermarktet hat, vermarkten konnte als Audi, konnte sich der Begriff "Synchro" nicht im gleichen Umfang etablieren wie "Quattro". Deshalb wurde der Begriff "Synchro" durch "4Motion" ersetzt.

Die Systeme:

Golf: Frontantrieb mit per Viskokupplung angekuppeltem Heckantrieb.

Passat: Je nach Variante. Die auf den Audi-Bodengruppen basierenden Modelle verwenden die entsprechenden Audi-Systeme (siehe 2.3), die anderen die Visko- resp. das aktuelle Modell die Haldexkupplung.

 

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3.) Subaru

Entscheidend bei Subaru ist +/- das Getriebe, denn Teile des Allradantriebs sind direkt ins Getriebe integriert, resp. daran angebaut. So wird z.B. teilweise die Lamellenkupplung mit dem Öl des Automatikgetriebe gesteuert

 

Systeme:

 

3.1)

- Handschalter: Zentraldifferenzial mit Viskobremse. Je nach Variante (STI, Turbomodelle mit Diffsperre?/LSD? an der Hinterachse. Nicht ESP-tauglich, da rein mechanisch. Würde nun ein Rad z.B. das linke Vorderrad vom ESP eingebremst, würde bei Kraftschluss, d.h. wenn die Viskobremse "sperrt", über die Verbindung der Achsen durch die Viskobremse auch die Hinterachse gebremst. Dieses System ist nur drehzahlfühlend, d.h. im Gegensatz zum Audi Quattro mit Torsen-Differenzial wo die Kraftverteilung variiert, wird beim Subaru Schlupf das einfach Differenzial durch die Viskobremse gesperrt (resp. es die Viskobremse sperrt das Zentraldifferenzial) und die Kraft gelangt hälftig an die beiden Achsen, nicht jedoch an die Achse mit der besseren Traktion. Das führt zur z.B. beim Impreza häufig kritisierten Untersteuerneigung, da das Fahrzeug bei hälftiger Kraftverteilung durch die Last auf der Vorderachse erstmal geradeaus schiebt. Grundsätzlich gutes - da differenzialgesteuert, aber eigentlich längst veraltetes System. Wird manchmal als bester Subaru-Allrad bezeichnet, was technisch jedoch nicht zutrifft. Stammt wahrscheinlich noch aus der Zeit, als bei Automatikmodellen nur das in 3.2 beschriebene einfache System erhältlich war.

 

3.1.1)

Exkurs Unterschied zwischen Viskokupplung und Viskobremse

A.) Viskokupplung

Wie ich den techn. Beschrieben von Subaru entnehme, nennt Subaru das bei den Handschaltern verbaute System teilweise "Viskokupplung". Meines Wissen ist diese Beschreibung nicht ganz korrekt. Viskokupplung würde ja bedeuten, dass nur eine Achse angetrieben ist und sobald Schlupf auftritt, die andere Achse via Viskokupplung - daher der Name Kupplung - angekuppelt wird. Ein solcher (anch heutiger Sichtweise!) Primitivallrad kam z.B. beim VW Passat Synchro von 1980 bis 1985 zum Einsatz.

 

B.) Viskobremse

Meines Wissens, verwendet Subaru ein Zentraldifferenzial mit Viskobremse. Der Unterschied zur Viskokupplung liegt daran, dass die Viskobremse parallel zum Zentraldifferenzial verbaut wird, welche permanent Kraft an Vorder- als auch Hinterachse leitet, also nicht erst bei Schlupf die zweite Achse zuschaltet. Dieses Zentraldifferenzial leitet bei den handgeschalteten Subarus i.d.R. (Spec.B evtl. andere Kraftverteilung?) die Antriebskraft zu 50:50 an die beiden Achsen. Dreht nun z.B. vorne links das Rad durch, weil es auf Eis steht, entsteht Schlupf und ohne Viskobremse würde nun (fast) alle Kraft auf das linke Vorderrad gehen, da das Zentraldifferenzial - wie es der Name sagt - Drehzahlunterschiede (Differenzen) zulässt und die Kraft dorthin leitet, wo sie am wenigsten Widerstand hat. Das ist die Aufgabe eines Differenzials. Das ist gewollt und gut, nur eben bei Schnee, Eis oder im Gelände eben gerade nicht erwünscht. Die Viskobremse - daher der Name Bremse - bremst nun diesen Drehzahlunterschied zwischen den Achsen, indem die im Öl laufenden Metallscheiben dieses Öl durch die Erhitzung (die Erhitzung entsteht dadurch, dass die Vorderachse mit dem linken Rad auf Eis Achse schneller dreht) was dazu führt, dass sich das Öl ausdehnt und die Scheiben aneinander presst, was dazu führt, dass kein Drehzahlunterschied resp. nur noch ein kleiner Drehzahlunterschied möglich ist, da die Hintachse mitangetrieben wird. Da nun beide Achsen quasi "fest" miteinander verbunden sind, kann kein ESP (resp. VDC bei Subaru) eingesetzt werden, weil ein Abbremsen eines Rades durch den Starren Durchtrieb (lies: feste Verbindung Vorder- und Hinterachse) Auswirkungen auf die andere Achse hätte und auch diese bremsen würde.

 

3.2)

- Vierstufen-Automat 2.0 Liter: Kupplungsbasierter Allradantrieb. Primär Vorderradantrieb, Lamellenkupplung schaltet Hinterräder bei Bedarf zu. Abgesenen vom System im Justy das schlechteste System. Technisch überholt.

 

3.3)

- Vierstufen-Automat 2.5 Liter: Zentraldifferenzial mit asymetrischer Kraftverteilung (36:64) und Lamellenbremse. ESP (Subaru: VDC) -tauglich. Gutes System. Laut Subaru aktive Momentverteilung möglich, bin mir diesbezüglich nicht sicher.

 

3.4)

- Fünfstufen-Automat 3.0 Liter ab Modelljahr 04: Zentraldifferenzial mit asymetrischer Kraftverteilung (45.7:54.3??) und Lamellenbremse mit der Fähigkeit der aktiven Momentverteilung. ESP-tauglich. Gutes System von der Leistung, wohl mit Audio Quattro mit Torsendifferenzial, der neusten Generation x-Drive sowie dem neuem 4Matic (S-Klasse ab 2006) vergleichbar.

 

3.5)

- DCCD im Impreza STI WRX ab 2004: Aufwändigeres System als bei den anderen Handschaltern. Asymetrische Kraftverteilung, mit der Möglichkeit den Sperrgrad des Zentraldifferenzials manuel zu verändern. Mechanische?, 100%ige? Diffsperre an Heckachse, LSD an Vorderachse. Technisch aufwändig. Gemäss Subaru ihr bestes System.

 

Diese Aussagen sind bis etwa Baujahr 2003 gültig, bei den aktuellen Versionen soll es einige Veränderungen gegeben haben. So sollen nun auch die kleinen Automatikmodelle mit weniger als 3 Liter Hubraum das differenzialbasierte System aus 3.3 verwenden, jedoch ohne VDC, resp. nur in gewissen Ausstattungsvarianten mit VDC, während VDC bei den alten 2.5 Litern ab 1998 enthalten war. Der Spec B 6-Gang-Handschalter (vom STI) hat als erster Handschalter VDC. Teilweise in von einer 50:50 Kraftverteilung die Rede.

 

Link zu den Subaru-Systemen: http://www.subaru-presse.de/allrad/Allrad.htm

 

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4.) Weitere Hersteller

4.1 Volvo

4.2 Porsche

4.3 Range Rover

4.4 Land Rover

4.5 Cherokee

4.6 ......

 

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5.) MB/DC:

Da diese Systeme wenig bekannt sind und diesbezüglich viel Unsicherheit herrscht, ein paar Worte dazu:

 

5.1) G-Modell:

3 offene Differenziale, resp. 2-stufiges Verteilergetriebe als Zentraldifferenzial. Die Differenziale resp. das Verteilergetriebe (I=Verteilergetriebe, II=Heckdifferenzialsperre, III=Frontdifferenzialsperre) lassen sich zu 100% sperren, sodass alle 4 Räder gleichviel Kraft übertragen. Mit eingelegten Sperren nur fürs (schwere) Gelände geeignet, Verspannungen auf trockenem Untergrund, ABS wird ausgeschaltet, Lenkfähigkeit mit aktivierter Frontdifferenzialsperre stark eingeschränkt. Ab Facelift im Jahr 2002 zusätzlich (solange keine der Achsen gesperrt ist) zusätzlich der aus M-, E-, C- und S-Klasse bekannten 4ETS-"Allradantrieb", welcher die drei Sperren über Bremseingriff simuliert.

 

5.2) E-Klasse W124/S124 mit "4Matic":

http://de.wikipedia.org/wiki/4MATIC. Dieses System gilt als mechanisch anfällig, da sehr aufwändig. Mehrpeis gegenüber Heckvariante waren damals ca. 15000 DM! Letztlich entspricht es dem unter 4.1 beschriebenen System mit Verteilergetriebe und Heckdifferenzialsperre, mit dem Unterschied, dass das Verteilergetriebe erst bei Schlupf automatisch zugeschaltet (35:65) wird. In der zweiten Stufe wird das Verteilergetriebe gesperrt mit fix 35:65 und in der dritten Stufe wird in der Heckachse eine 100%ige Differenzialsperre aktiviert. Auf eine Differenzialsperre an der Vorderachse wurde im Gegensatz zum G-Modell verzichtet. Damit ist das System der einzige Zuschaltaltrad mit Zentraldifferenzial.

Aus mehrjähriger, praktischer Erfahrung mit dem System kann ich sagen, dass die Traktion ausserordentlich gut ist und z.B. alte Heckantriebs-Volvos mit Differenzialsperre und Schneeketten schlägt.

 

5.3) M-Klasse:

Die M-Klasse ist standardmässig mit dem Allradsystem 4ETS ausgerüstet. Offenes Zentraldifferenzial mit Kraftverteilung 40:60. Sperrwirkung alleine über Bremseingriff. genannt ETS, elektronisches Traktionssystem. Fürs Gelände nur bedingt geeignet. Bei gewissen (späteren, zweite Version??) Modellen Offroad-Paket mit 100%iger Diffsperre für Zentral- und Hinterachsdifferenzial lieferbar.

 

5.4) E-Klasse W210/S210:

Mit dieser Modellreihe wurde bei den PKWs ebenfalls das einfachere System wie in 5.3.) eingeführt, welches mit dem automatisch zu- und abschaltenten System aus dem W124/S124 nicht mehr viel gemeinsam hat: Offenes Zentraldifferenzial mit Kraftverteilung 40/60. Sperrwirkung alleine über Bremseingriff. Traktion nicht mehr gleich gut wie 4.2. Kritisiert wurde die Abstimmung des Bremseingriffs. System entwickelt von Magna Steyr.

 

5.5.) E-Klasse W211/S211, C-Klasse, S-Klasse:

Gleiches System, Bremseingriff/Elektronik verfeinert. Damals wurde mit der hohen Rechenleistung der Elekrtonik geworben, welche z.B. Drehung um die Hochachse u.a. berücksichtigt. Erstaunliche Fahrleistungen, liegt etwa mit Audi Quattro (Torsendifferenzial) gleichauf, ohne jedoch dessen Neigung zu Unter- resp. Üntersteuernd. Während Heckvarianten mit 7-G-Automat lieferbar sind, gibt es bei 4-Matic nur eine 5-Gang-Automatik.

 

5.6.) S-Klasse ab 2006:

Ähnliches System, aber nun zusätzlich mit Lamellenbremse?? (Sperrgrad unbekannt) am Zentraldifferenzial. Hat wohl den Zweck, die nötigen Bremseingriffe etwas zu reduzieren. Grundverteilung neu 45:55. Nun mit 7-G-Automatik verfügbar, Verteilergetriebe und Automatikgetriebe integriert, geringes Mehrgewicht von 70 kg, wenig Mehrverbrauch. Pers. Anm.: Da bereits die aktuelle 4-Matic ohne Lamellenbremse zu sehr guten Resultaten führt, dürfte dieses System ebenfalls in der obersten Liga mitspielen.

 

Ausser dem in 5.1) beschriebenen System leiden die in 5.2 bis 5.5 beschriebenen Systeme daran, dass die entsprechende Plattform nicht von Anfang an dafür optimiert wurde, wie dies z.B. bei Audi der Fall ist. Erst ab 5.6 scheint dies nun der Fall zu sein. So gibt es den 4Matic nicht in allen Modellen, bei den V12-Modellen der S-Klasse aus Platzgründen. Beim 5-Liter-Achtzylinder ist die Beinfreiheit des Beifahrers gegenüber dem heckgetriebenen Modell eingeschränkt, durch die zusätzliche Antriebseinheit der Vorderachse. Dazu kommt, dass die 4Matic-Modelle i.d.R. etwas höhergelegt sind.

 

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6.) BMW:

Diese Systeme sind ebenfalls nur wenig bekannt. Hier lassen sich grob in die "alten Systeme" sowie die verschiedenen Varianten des modernen " x-Drive" einteilen

 

6.1) "Altes System": 3er BMW E30, 325ix

Viskosperre im Verteiler- als auch im Hinterachsgetriebe, Momentverteilung starr 36:64

 

6.2) "Altes System": 5er BMW E34

Aufwändiger, permanenter 4WD, Sperren in Verteiler- und Hinterachsgetriebe, Momentanverteilung variabel 36:64 bis 50:50, Basisverteilung 36:64. Genaues Funktionsprinzip ist mir nicht geläufig.

 

6.3) "Altes System": 3er BMW E46

Offenes Zentraldifferenzial in Planetenbauweise mit Kraftverteilung 38:62. Keine mechanischen Sperren. Sperrwirkung wird ausschliesslich über Bremseingriff, gennant ADB-X realisiert. Gleiches System wie MB in 5.3/5.4 beschrieben, nur Kraftverteilung hecklastiger ausgelegt.

Das System wurde öfters kritisiert.

 

6.4) "Altes System": X5 erste Generation, E53

Gleiches System wie 6.3.

 

6.5) x-Drive: X3, X5, zweite Generation, 3er E90, 5er ab 2005

Kupplungsgesteuerter Allradantrieb. Wird häufig mit dem Haldex-System verglichen, welchem es ähnelt, ist diesem imho jedoch überlegen, da die primär angetriebene Achse die Heckachse ist. Die Frontachse kann zugechaltet werden, maximal sind 50/50 möglich, meist jedoch hecklastig von 0/100 biw 50/50, was zu besserer Fahrdynamik führt als bei den Kupplungsbasierten Systemen mit Primärantrieb an der Vorderachse mit 100/0 bis 50/50. Damit wird der grösste Nachteil, den z.B. der haldexbasierte Quattro/4Motion gegenüber dem torsenbasierte Quattro/4Motion aufweist, umgangen. Bei Anfahren Vorspannung, fürs Rangieren wird die Vorderachse entkoppelt. Allrad interagiert sämtlicher Elektronik wie ESP, Giermomentsensor etc. Damit kann das System auf Unter- resp. Übersteuern reagieren. Bei den neueren Varianten soll zudem aktive Momentverteilung an der Hinterachse möglich sein.

 

P.S: Bin für Verbesserungsvorschläge, Präzisierungen, Anmerkungen und Kritik offen. Wenn sich jemand berufen fühlt, über weitere Systeme/Hersteller zu schreiben, nur zu!

PP.S: Dies ist eine aktualisierte Version und neuer als die folgenden Postings. Diese können Kritik, Anmerkungen und Vorschläge enthalten, die in der aktuellen Version bereits umgesetzt sind. Trotzdem empfehle ich die Lektüre des ganzen Threads, der sehr lesenswerte Beiträge, Anregungen und Tips enthält.


  • von 11
  • 11

Mirco-S-H Mirco-S-H

R.I.P.

Nicht schlecht. Danke für die Arbeit. Wo hast du das Material her, wenn man fragen darf?


Themenstarter

Hallo

 

Danke. Ich habe einige Links, doch die ganze Verlinkung war mir zu aufwändig.

 

Quellen:

- Eigene Erfahrungen/Tests/Beobachtungen (wohne an schneereicher Lage)

- Herstellerangaben, Prospekte, Bedienungsanleitungen

- Wiki, verschiedene Seiten mit Zusammenfassungen, Technikbeschrieben, Grundsatzaussagen

- Lektüre auf MT - und ein wenig bei den Mittbewerbern ;)

- Fernsehberichte/Videos (Youtube)

- Testberichte in Print- und Onlinemagazinen

- Eigene Überlegungen

etc.

 

Ich denke, ich kann behaupten, ALLE deutschsprachigen Internetseiten (ohne Videos) gelesen/überfolgen zu haben, welche Google mit den Suchbegriffen "Quattro", "4-Matic" und "x-Drive" gefunden hat. Der Artikel war in etwa 5 Stunden geschrieben, die Informationen und Erfahrungen dazu, habe ich über Jahre zusammengetragen, wobei ich mich vorallem die letzten drei oder vier Monate intensiv damit beschäftigt habe. Das grösste Problem war es, die meist ungenauen, unpräzisen, absichtlich verschleierten, geschönten und dann auch noch widersprüchlichen Aussagen zu abstrahieren und zu komprimieren.


Gut beschrieben. Aber eine Korrektur zu deinen Kraftverteilungen hab ich noch. Diese hängt nicht nur vom System sondern auch vom Untergrund ab.

 

Bei einem vollgesperrtem System überträgt das Rad mit dem besten Grip auch die meiste Kraft. Es drehen nur alle Räder gleich schnell. Ähnlich auch bei den Haldex oder Viskosystemen. Dreht eine Achse ohne Grip durch können die durchaus einen Grossteil des Antriebsmoments auf die andere Achse bringen. Eine voll geschlossene Haldex ist ja nichts anderes als ein starrer Durchtrieb.

 

Viele Eigenschaften hängen zudem sehr stark von der Abstimmung ab und nichtmal so sehr von der verwendeten Technik. Eine simulierte Sperre über Bremseneingriff kann kurzzeitig genausogut arbeiten wie eine mechanische Sperre, das System verkraftet nur keinen Dauereinsatz im Gelände.

 

Interessant bei den ersten 4matic wäre noch diese "ausgeschnittene" Feder bei der man in der Mitte ein paar Windungen ausgelassen hat um die Antriebswelle dort durchzuführen.

 

Fehlen wenn ich nichts überlesen hab tut noch die erste Generation des syncro von VW. Dabei wurde die 2. Achse einfach per Viskokupplung angetrieben wenn die 1. Durchdrehte. Vorteil war dass es ein relativ simples und bei Frontantrieb gut funktionierendes System ist.

 

Porsche hat lange ähnliches in seine Carrera4-Modelle verbaut. Welche Technik die aktuell einsetzen weiss ich aber nicht.

 

Im PKW halte ich derzeit das BMW X-drive für das Beste. Relativ leicht gegen andere Systeme und direkt integriert in die Steuerung der anderen Fahrassistenzsysteme.

 

Vorteile vom Heckantrieb? Wie kommst du darauf? Es geht doch nichts über Allrad :)

 

Gute Zusammenfassung!

 

Gruß Meik


Sehr geile arbeit!

Fuer eventuelle Ergaenzungen mal nach der Off-Road Zeitung (irgendeine Ausgabe letztes Jahr, eventuell gibts ja einen Abonennten hier) suchen...

Da gabs mal ne sehr ausfuehrliche Zusammenfassung aller verwendeten Allradsysteme...


Mark-RE Mark-RE

Bin weg, CU

Eine kleine Übersicht über PKW-Allradsysteme

Das beste PKW-System ist und bleibt die 4-Matic von 1990-1996, wenn man mal das alte G-Modell rauslässt, ist ja kein PKW.

 

Mfg, Mark


Themenstarter

Hallo Meik.

 

Zitat:

Original geschrieben von Meik´s 190er

Gut beschrieben. Aber eine Korrektur zu deinen Kraftverteilungen hab ich noch. Diese hängt nicht nur vom System sondern auch vom Untergrund ab.

Dass das kommen musste, hatte ich befürchtet. Ich weiss, diesbezüglich ist das Posting unpräzise. Werde ich überarbeiten müssen.

 

Zitat:

Viele Eigenschaften hängen zudem sehr stark von der Abstimmung ab und nichtmal so sehr von der verwendeten Technik. Eine simulierte Sperre über Bremseneingriff kann kurzzeitig genausogut arbeiten wie eine mechanische Sperre, das System verkraftet nur keinen Dauereinsatz im Gelände.

Dieser Ansicht bin ich grundsätzlich auch, wollte das auch so ausdrücken, scheint mir nicht geglückt zu sein. Ich nehme es für die Überarbeitung zur Kenntnis.

 

Zitat:

Fehlen wenn ich nichts überlesen hab tut noch die erste Generation des syncro von VW. Dabei wurde die 2. Achse einfach per Viskokupplung angetrieben wenn die 1. Durchdrehte. Vorteil war dass es ein relativ simples und bei Frontantrieb gut funktionierendes System ist.

 

Porsche hat lange ähnliches in seine Carrera4-Modelle verbaut. Welche Technik die aktuell einsetzen weiss ich aber nicht.

Nein, hast du nicht überlesen, das fehlt. Ich fand es nicht so wichtig, da es doch schon relativ alt ist. Ich muss mir überlegen, wie ich es einbauen kann. Der Aufbau des Vergleichs der Systeme von Audi und VW besteht ja im Gegenüberstellen von Torsen und Haldex sowie dem Gegenüberstellen der versch. Marketingbezeichnungen. Mit dem Visko-Synchro wird es kompiizierter. Hm.

 

Porsche könnte man noch einbauen, nur weiss ich nicht viel mehr, als dass es mit Visko zu tun hat, aber nicht ob Kupplung oder Bremse.

 

Zitat:

Im PKW halte ich derzeit das BMW X-drive für das Beste. Relativ leicht gegen andere Systeme und direkt integriert in die Steuerung der anderen Fahrassistenzsysteme.

Ich finde differenzialbasierte Systeme konzeptionell besser, auch wenn die dazugehörige Technik noch nicht so weit ist. Ich bin auf die neue 4Matic gespannt und natürlich auf den Nachfolger des Torsen-Quattro. Bei BMW finde ich die Integration etwas "dazugefrickelt". Sicher zählt letztlich was es taugt, aber irgendwie finde ich die BMW-Lösung nicht so elegant. Das liegt aber vielleicht auch daran, dass ich eher auf Mercedes und Audi denn auf BMW stehe ;)

 

Gruss


Hi,

 

ein Kandidat zur "inversen Verwendung" der Haldex Kupplung im Sinne von Hauptantrieb auf die Hinterachse, Vorderachse im "hang on" Betrieb ist z.B. der Lamborghini Gallardo.

 

Imho hat Porsche ein ähnliches Konzept, hat aber sehr lange auf der "alten" Visko-Kupplung verharrt. Ich denke aber, dass die mitttlerweilen auch bei Haldex angekommen sein werden, vielleicht mit einer anderen Regelungscharakteristik.

 

Vielleicht solltest Du im offroad Forum in Deiner wirklich sehr guten Abhandlung noch ein paar Sätze zu zuschaltbarem Allradantrieb und Freilaufnaben verlieren ;)

 

bye


Stimmt, den alten Visco-Antrieb könnte man aus heutiger Sicht streichen, bei aktuellen Modellen spielt die Technik keine Rolle mehr.

 

Porsche hat m.W. am längsten an der Lösung festgehangen.

 

BMW-Fan bin ich auch nicht - siehe mein Auto :)

 

Vorteile des X-Drives im PKW (!!) sind aber doch gross. Geringes Gewicht, simple Technik die trotzdem eine variable Kraftverteilung ermöglicht über die Haldex-Kupplung und Bremseingriff. Im Hinblich darauf dass man beim PKW vielleicht 0,5% der Fahrstrecke (wenn überhaupt) den Allrad braucht.

 

Ist aber kein System was für den Dauereinsatz konzipiert ist. Für Fahrzeuge die oft offroad oder in rallymanier eingesetzt werden taugt die Lösung nicht. Da geht nichts über "echte" Differentiale und mechanische/visko Sperren.

 

So gesehen müsste ich das mit dem besten System einschränken auf den Bereich normaler PKW onroad.

 

Gruß Meik


Zitat:

Original geschrieben von Meik´s 190er

Vorteile des X-Drives im PKW (!!) sind aber doch gross. Geringes Gewicht, simple Technik die trotzdem eine variable Kraftverteilung ermöglicht über die Haldex-Kupplung und Bremseingriff. Im

ist das mit der simplen technik wirklich so? Hinsichtlich der notwendigen Elemente zur Drehmomentverteilung ja. Aber gerade BMW hat immer mit exremen Klimmzügen gearbeitet, um an die Vorderachse zu kommen. Zudem ist das ganze System immer ziemlich ausser Mitte mit stark unterschiedlich langen Antriebswellen vorne.

http://www.7-forum.com/.../bmw_5er_allrad_p0017484-b.jpg

 

Da ist die Audi Lösung mit der Getriebeabtriebswelle als Hohlwelle und dem Achsantrieb nach vorne durch diese um Klassen eleganter und verlustärmer.

http://www2.uol.com.br/bestcars/carros/audi/antigos/quattro-difer.jpg

(leider etwas klein)

 

Die Subaru Lösung kenne ich nicht im Detail, kommt aber auch wie Audi ohne raumüberbrückende oder richtungswechselnde Verteilergetriebe aus.

 

Bye


Eine kleine Übersicht über PKW-Allradsysteme

Die Probleme haben die Frontkratzer alle ;)

 

Wird halt einfach eng mit den ganzen Antriebswellen. Bei den Frontlern sind die Motoren entweder höher und gekippt oder einfach weiter vorne montiert als bei Hecktrieblern. Sieht man auch gut von der Seite dass Frontler entweder höher bauen oder einen deutlich längeren Überhang nach vorne haben.

 

Dabei sorgt grad der weiter hinten platzierte Motor für eine ausgewogenere Gewichtsverteilung. Die meisten BMW sind sehr nahe an dem Ideal der 50/50.

 

Problem dabei nur wohin mit den Antriebswellen. Eine Lösung wäre das Diff ins oder unter die Ölwanne zu packen. Was aber oft eine Höherlegung erfordert. Nicht schlecht die Idee von BMW das Diff einfach seitlich neben den Motor zu packen. Unterschiedlich lange Antriebswellen sind kein Thema, man braucht nur die längere etwas stabiler zu machen so dass beide etwa die gleiche Torsionssteifigkeit haben.

 

Ist derzeit aber m.W. das leichteste und flexibelste System.

 

Die Aufwendigste Lösung die ich dazu kenne waren die alten 4matic in der 124er Baureihe. Und trotz des Aufwands war das in der Praxis nicht grad das überlegene System.

 

Gruß Meik


Themenstarter

Hallo Meik

 

Zitat:

Original geschrieben von Meik´s 190er

(...) Problem dabei nur wohin mit den Antriebswellen. Eine Lösung wäre das Diff ins oder unter die Ölwanne zu packen. Was aber oft eine Höherlegung erfordert. Nicht schlecht die Idee von BMW das Diff einfach seitlich neben den Motor zu packen. Unterschiedlich lange Antriebswellen sind kein Thema, man braucht nur die längere etwas stabiler zu machen so dass beide etwa die gleiche Torsionssteifigkeit haben.

 

Ist derzeit aber m.W. das leichteste und flexibelste System.

1.)

Ich habe jetzt keine Daten zur Hand: Wie gross ist denn das Mehrgewicht der X-Drive-Modelle?

 

1.1)

Bezüglich Verbrauch soll x-Drive ja kein Wunder sein.

 

2.)

Ich weiss nicht, wie DC es bei der neuen 4-Matic löst, aber ich weiss, dass die zentrale Lamellenkupplung ans Automatikgetriebe angebaut ist. Das Mehrgewicht soll nur 70 kg betragen und der Mehrverbrauch unter einem Liter liegen. Bereits auf dem Papier scheint mir dieses System dem x-Drive überlegen, vorallem auch weil "differenzialgsteuert".

 

 

Zitat:

Original geschrieben von Meik´s 190er

Die Aufwendigste Lösung die ich dazu kenne waren die alten 4matic in der 124er Baureihe. Und trotz des Aufwands war das in der Praxis nicht grad das überlegene System.

 

Gruß Meik

Also damit habe ich Steigungen geschafft, wo andere rückwärts runter gekommen sind. Also von der Traktion halte ich es nach wie vor für "überzeugend" ;)


Müsste in ähnlichem Rahmen wie bei MB liegen. Die haben schliesslich auch gemerkt dass eine einfache Lösung oft die bessere ist. Da gibts auch keine Sperren mehr. Einziger Unterschied ist dass MB auf das konventionelle Diff setzt und BMW eine Kupplung verwendet.

 

Wobei hier die Kupplung den Vorteil der Variabilität hat, beim Diff ist die Kraftverteilung fest. So kann BMW den Allrad neben der Traktion auch zur Fahrzeugstabilisierung einsetzen.

 

Vom Gewicht und Mehrverbrauch dürften sich beide nicht viel tun. Vorderachsdiff und Antriebswellen brauchen beide und die Haldex wird nicht viel leichter als ein normales Diff sein. Mehrverbrauch geben beide Hersteller mit 0,7-0,9l sehr ähnlich an.

 

Die alte 4matic war ja nicht schlecht, aber trotz des Aufwands nicht gross besser als andere Allrader. Die Steigung hätte in deinem Fall sicher auch ein Benz mit der neuen 4matic oder ein BMW mit x-drive geschafft.

 

Aber dass die MB und BMW Lösungen klasse sind hat auch Audi gemerkt und die fangen an auch ihren Quattro hecklastiger auszulegen. :)

 

Gruß Meik


Themenstarter

Zitat:

Original geschrieben von Meik´s 190er

Müsste in ähnlichem Rahmen wie bei MB liegen. Die haben schliesslich auch gemerkt dass eine einfache Lösung oft die bessere ist. Da gibts auch keine Sperren mehr. Einziger Unterschied ist dass MB auf das konventionelle Diff setzt und BMW eine Kupplung verwendet.

 

Wobei hier die Kupplung den Vorteil der Variabilität hat, beim Diff ist die Kraftverteilung fest. So kann BMW den Allrad neben der Traktion auch zur Fahrzeugstabilisierung einsetzen.

1.)

Hm. Leider werde ich nicht ganz schlau aus dem System der neuen 4Matic. Einerseits ist von einer simplen Lamellenbremse (Alles Allrad) die Rede, andererseits habe ich ein PDF mit folgender Beschreibung:

 

Siehe unterstes Zitat im letzen Beitrag:

http://www.motor-talk.de/showthread.php?s=&forumid=90&threadid=1203438

 

2.)

Wenn man sich die verschiedenen Vergleiche der verschiedenen Systeme anschaut, liegt die aktuelle 4Matic (mit den drei offenen Differenzialen) diesbezüglich eher vor als hinter x-Drive. Die neue dürfte weniger Bremseingriffe nötig haben und noch besser sein.

 

Zitat:

Die alte 4matic war ja nicht schlecht, aber trotz des Aufwands nicht gross besser als andere Allrader. Die Steigung hätte in deinem Fall sicher auch ein Benz mit der neuen 4matic oder ein BMW mit x-drive geschafft.

Klar, das Verteilergetriebe war sehr aufwändig. (Hinterachsdiffsperre hatten ja auch andere).

 

Diese Steigung ist mit dem 210er 4Matic (430 T) unmöglich. Habe ich ausprobiert.

Gewicht ist höher und Latschen sind ein gutes Stück breiter. Andererseits sind die neuen Winter-Latschen auch wiederum besser als alte. Die Traktion ist jedenfalls klar schlechter. Leider fehlt mir noch der Vergleich mit dem 211er.

 

 

Zitat:

Aber dass die MB und BMW Lösungen klasse sind hat auch Audi gemerkt und die fangen an auch ihren Quattro hecklastiger auszulegen. :)

 

Gruß Meik

Ja, wobei ich ja auf den Nachfolger des Torsen-Quattros warte. Mein Gefühl sagt mir, dass da etwas in Planung ist... ;)


http://www.auto-motor-und-sport.de/.../mpsfshw_show_107194_14095.hbs

 

Vielleicht hat das Heft ja noch einer:

http://www.auto-motor-und-sport.de/heft/mpsmag_mag_127963_13996.hbs

 

Ein System mit starrer Verteilung wird nie die Flexibilität und Dynamik eines variablen Systems erreichen. Mit der Haldex kann man das offene Differential ja simulieren wenn man will.

 

Das aktuelle 4matic hat nur 3 offene Differentiale. Hab aber was von gelesen dass bei dem neuen System das Zentraldiff per Lamellenkupplung variabel sperrbar sein soll. Also ein Schritt Richtung BMW-System um die Variabilität ohne Bremseingriffe zu erreichen.

 

Auf das neue Quattro-System bin ich auch schon gespannt.

 

Gruß Meik


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