Kronenrad - Differential
Weiß jemand genaueres über das neue Mitteldifferential des RS 5, vor allem über dessen Vorteile - Funktionsweise, ist es selbstsperrend, kommt es hinkünftig allgemein als Ersatz für das Torsen-Diff etc.?
Beste Antwort im Thema
Hallo Leute!
Das BMW-System X-Drive ist ansich sehr positiv, weil es drei offene Differentiale hat, die alle selektiv per Lamellensperre frei gesperrt werden können. Somit kann man theoretisch eine 0-0-0-100%-Antriebsmomentenverteilung realisieren, wenn drei Räder aus Eis und eines auf Asphalt stehen.
Soweit so gut. Nur gibt es einige gravierende Nachteile an der Sache.
1. extern gestellte Lamellensperren
Die Lamellensperren verrauchen Energie im Differential, da sie eben richtige Reibkupplungen sind die Drehzahlunterschiede reibend ausgleichen bis Gleichstand herrscht. Will ich nun meinen Allradantrieb aber nicht komplett offen fahren und muss sperren um ein Vorkommen zu ermöglichen (bei stark wechselnden radweisen Momentenanforderungen oder hohen Schlupfnotwendigkeiten zum Beispiel), dann betätige ich permanent eine der Lamellensperren und heize das entsprechende Diff auf. Irgendwann kocht das Ding, dann ginge es bei weiterer Sperrung kaputt wegen Überhitzung und wenn ich das elektronisch regele, bleibt mir nur die Möglichkeit, das Diff zu öffnen und eben nicht mehr zu sperren. Dann habe ich aber keine Sperrmöglichkeit mehr und fahre lediglich mit einem offenen Allradantrieb durch die Gegend. Das geht bei konstanten Abstützmomenten gut, so dass eben das Diff gut verteilt. Wenn aber dann stark ungleiche Bedingungen herrschen, dreht im Extremfall trotz Allradantrieb ein Rad auf Glatteis durch und alle drei anderen auf Asphalt bewegen das Auto nicht einen Millimeter ...
Es gibt Fälle, gerade lange hohe Last in tiefem Schnee und lange Fahrt im Schlamm oder Matsch oder Sand, wo das X-Drive wegen Überhitzung eines seiner Lamellendiffs aussteigt. Der Quattro ist mit dem alten Torsen hier haushoch überlegen, weil er die Sperrmomente im Torsen eigentlich nur durch die Selbsthemmung der Schneckentriebe erzeugt und dies deutlich stabiler und länger. Auch ein Torsen hitzt sich im Sperrfalle auf, aber wesentlich weniger als ein X-Drive und thermisch stabil, so dass ein wechselnder Sperrgradbetrieb im Dauerzustand möglich ist. Das kann X-Drive nicht.
Im Realfalle pflügte ich also sagen wir nach 30 Minuten (die Zeit ist nur zur Verdeutlichung und nicht real !!!) mit dem Quattro durch den Tiefschnee, da reicht auch ein Audi 100 C2 Quattro ohne ESP mit gesperrter Hinterachse der auch schon Torsen hat (das können die alle !), hinge den wegen offener Diffs schon wenige Sekunden nach 29 Minuten im Schnee verreckten X1/3/5 an den Haken und pflügte das ganze Gespann wieder eine halbe Stunde mit dem Quattro aus dem Tiefschnee zurück. Gar kein Problem ... Und das ohne Systemüberhitzung auch bei 50° in Bahrain durch den Wüstensand ...
2. elektronisch keine Momentenmessung möglich
In der Theorie hört sich ein freier Allradantrieb immer wunderbar an. Man kann nun jeden X-beliebigen (passt ja wunderbar *ggg*) Sperrgrad an allen Diffs einstellen und sich dann eine Momentenverteilung erzeugen, wie sie in der genialen Werbung mit den Hampelmännern so schön für den Nichtttechniker dargestellt ist und wie man sie gerne hätte.
Das ganze krankt nur an einer Sache. Ich muss die Sperren irgendwie regeln, da sie sich ja bekanntermaßen bei BMW oder auch bei MB (der alte 4-Matic im W124 ist genau das gleiche, BMW hat also gar nüscht neu erfunden sondern ein System von MB aus den 80ern ausgegraben ...) nicht selbst sperren. Um diese Sperren nun zu regeln, muss ich mir irgendwie den Momentenbedarf der entsprechenden Räder ermitteln und genau das ist die große Krux.
Drehmomente sind im Antriebsstrang NICHT messbar. Nirgends. Schließlich ist ja keine Messwelle an einer Stelle eingebaut, die eine Torsion mit einem DMS oder sowas misst oder ein System analog der Servolenkung, wo ein Winkel eines Torsionsstabs in Abhängigkeit vom aktuell anliegenden Moment eine andere physikalische oder elektrische Größe stellt (wie bei der Servo den hydraulischen Druck im Lenkzylinder zum Beispiel ...). Ich kann nun also nur mittels vorhandener Größen auf die aktuelle Momentenverteilung schließen und das klappt mehr oder weniger gut.
Real wird dies über den Radschlupf ermittelt, den ich ja über meine ESP/ABS-Sensorik genau messe und dann anhand der ESP-Fahrzeugmodelle im Rechner mit Sollwerten vergleiche. Hier das gleiche Spiel wie bei ABS und ESP. Stellen sich die entsprechenden Schlupfwerte nicht wie berechnet ein, wird eben abhängig der Verhältnisse so gesperrt, dass sich die gewünschten für den aktuellen Fahrdynamikzustand erforderlichen Schlupfzustände einstellen. Es kann nun aber sein, dass die Momentenanforderungen bzw. für eine bestimmte Traktionsaufgabe sinnvollen Antriebsmomentenverteilungen sich nicht sofort in entsprechenden Schlupfwerten der Räder äußern so dass mir wenn ich einen rein schlupfbasiert regelnden Allradantrieb habe gewisse ideale Zustände einfach durch die Lappen gehen.
3. elektronisch regelnde Fahrdynamiksysteme
Jedes elektronisch regelnde Fahrdynamiksystem und sei es auch noch so innovativ und modern muss erst auf einen vorhandenen Ist-Zustand reagieren. Man kann sicher versuchen, einen Zustand schon bereits anhand aktueller Messwerte vorauszusagen, was einem für einfach Dinge wie Kurvenfahrt und Anhänger/Bergfahrt etc. auch gelingt, an komplexen Dingen wie Glatteis unter den Rädern, starken Reibwertschwankungen oder auch µ-Split (ja, das gibt es nicht nur beim Bremsen sondern logischer Weise auch beim Antreiben) scheitert sowas bisweilen aber auch. Zudem muss ein irregulärer Zustand erst einmal als solcher erkannt werden und eine Abweichung des Ist- von dem Sollzustand herrschen. Liegen die Abweichungen darunter oder reagiert das System zu träge oder sind zu viele Regelparameter zu handlen und und und (es gibt viele Fehlermöglichkeiten), dann regeln die Systeme trotz ihrer vormals auf dem Papier haushoch überlegenden Eigenschaften plötzlich nicht mehr so ideal und die Ergebnisse wandern rapide in den Keller.
Was hat das ganze nun mit dem Quattro zu tun?
Ganz einfach, es sind alles Argumente gegen den X-Drive und für den Torsen-Quattro, bis auf das Heizproblem auch für den Kronenrad-Quattro. Die haben nämlich beide zwar keine elektronisch sperrbaren Mittendiffs, aber das beste ist, dass sie diese nicht einmal im Geringsten brauchen, weil sie etwas können, was kein X-Drive dieser Welt kann, nämlich Drehmomente fühlen und entsprechend nach der Drehmomentensituation sperren. Und zwar immer, SOFORT (Die Sperrwirkung setzt sofort mit der Veränderung der Momentenlage im Antriebsstrang ein) und uneingeschränkt dauerhaft. Das Ergebnis ist für jeden erfahrbar. Wer einmal auf richtig glatter Straße erleben durfte, wie unter hoher Last ein Torsen-Quattro wunderbar spurstabil einfach nur erstaunlich beschleunigt und wie unter gleichen Bedingungen eierig tänzelnd ein X kaum laufen kann, der will nie wieder was anderes als Quattro oder will einfach nur nicht sehen, was passiert. Anders ist das nicht erklärbar.
Es gibt natürlich für jedes System auch Nachteile. Der des hier real ausgeführten Quattros ist zum Beispiel, dass er die Differentialintelligenz eben nur im Mittendifferential hat und alles andere nur über den Bremseineingriff (bei einigen auch manuell oder an einer oder zwei Achsen sperrbar (Touareg, Cayenne und Q7)) realsiert wird. Allerdings ist die Verteilung der Antriebsmomente vorne/hinten für das Grundfahrverhalten des Autos DIE wichtige Verteilung ansich. Alles andere geht ganz gut elektronisch über die Radbremsen. Und das macht der Quattro eben drehmomentsensitiv und damit so effektiv wie kein anderes System unabhängig einer Regelqualität.
Und das kann der Torsen-Quattro ansich genauso wie der Kronenrad-Quattro, nur eben in der Verteilung nicht so weit. Die 100-0-Verteilung des X-drive hat aber eigentlich nur auf trockener Straße geringe Traktionsvorteile gegenüber der Quattro-85-15-Verteilung, da auf rutschigen Untergründen auch bei einer 85-15-Verteilung an der HA bei den heute installierten Leistungen noch genug Überschussmoment für die hinteren Räder übrigbleibt.
Schlussendlich scheitert der X-Drive an allen Situationen, wo über die Schlupfbestimmung keine qualitativ hochwertigen Aussagen mehr möglich sind wie eben längere Zeit in tiefem Schnee oder Sand oder Matsch etc.. Da hilt nur komplettes Sperren (daher kommt ein G auch so schön weit den Hügel hoch, nach dem Unimog wohl nur noch wie ein Suzuki SJ, der ebenfalls seine Diffs sperren kann) oder eben echtes drehmomentsensitives Verteilen und nicht elektronisches Rätselraten wie beim X-Drive.
Die tollen Argumente der X-Drive-Fraktion wie wir stellen den Quattro mal auf einer Achse auf den Rollenprüfstand und freuen uns dann, dass er da nicht ohne ESP und Bremseingriff von alleine herunterkommt oder wir fahren ohne aktiven Bremseingriff einen Q5 rückwärts an einen Hügel und freuen uns dann, dass er da nicht hinaufkommt, die sind eigentlich nur eines, nämlich lächerlich. Den Nachteil, dass ein drehmomentfühlendes System erst einmal ein Drehmoment fühlen muss was unter diesen Bedingungen nicht zustandekommt, den hat Audi bereits mit dem Bremseneingriff ad absurdum geführt. Dann haben wir Momente vorliegen und das Kronenrad/Torsen kann seine Wunderwirkung ausführen.
Eine kleine Bemerkung zum Sperrdifferential ansich noch zum Ende:
Die Einschätzung, dass nur ein Bremssperrdifferential Energie vernichte, die ist natürlich zur Gänze Blödsinn. Man muss sich nur einmal die Kühlverrippung und die Ölfüllmenge der BMW-M-Tech-Sperrdifferentiale im Vergleich zu den normalen Diffs sehen, dann würde einem eigentlich selbst der Unsinn der getätigten Aussage auffallen. Wenn ich ein Differential sperre, dann bedeutet dies, dass ich die Drehzahlunterschiede zwischen links und rechts ausgleiche. Dies kann ich im Stand tun und 100% sperren. Dann habe ich quasi kein Differential mehr sondern nur noch ein Winkelgetriebe mit starrem Durchtrieb links und rechts. In diesem Fall vernichte ich in den Differentialen auch keine Energie. Aber eben nur in diesem 100% gesperrten Zustand.
Wenn ich aber nun eine variable Sperrwirkung von 0% - 100% einstellen möchte, dann tue ich dies, indem ich eben die Drehzahlen zwischen links und rechts nicht komplett ausgleiche sondern nur Teilmomente umverlagere. Nach wie vor aber drehen die Räder links und rechts unterschiedlich schnell. In einem echten Sperrdiff mache ich diese Umverlagerung durch eine Lamellensperre. Die Kegelräder der Ausgleichstufe im Differntial erzeugen bei unausgeglichener Momentenverteilung Querkräfte, die genutzt werden, um eine Lamellensperre zu betätigen. Diese verbindet dann die linke mit der rechten Antriebsseite, aber eben rutschend. Und zwar umso stärker rutschend, je weniger gesperrt wird. Und dabei reibt es in der Kupplung und sie wandelt damit Reibarbeit in Hitze um. Nichts anderes macht nun ein Bremssperrdifferential, nur das hier die Wärmekapazität der Radbremse ungleich höher ist als die in einem Diff, ein Bremssperrdifferential also viel länger stärker wechselnd sperren kann als ein Sperrdiff und die Sperrfunktion ansich energetisch betrachtet nach den gleichen Prinzip funktioniert wie beim Sperrdiff. Einzig die Regelbarkeit ist wieder nach Punkt 2/3 meiner Ausführung beim Bremssperrdiff schlechter als bei einem echten Sperrdifferential, weil dieses wie ein Torsen oder ein Kronenraddiff ECHT drehmomentenfühlend und damit im Vorteil ist, allerdings mit den gleichen Problemen. Stehe ich auf einer Seite auf Eis und auf der anderen auf Asphalt, bleibt auch das Auto mit einem Sperrdiff auch der Stelle stehen und dreht nur durch, wenn nicht ein Grundsperrwert eingestellt ist! Ist dies der Fall, vernichtet das Diff aber eben auch wieder permanent Reibungsenergie im sperrenden Element.
Es hat also alles seine Eigenheiten, die man nicht unbedingt auf den ersten Blick durchsteigt. Ich liebe den Quattro, alternativ den Frontantrieb, aber jedem das seine! Das ist nur meine Meinung und Einschätzung!
LG,
Matse
PS noch eine kleine Erlebnisstory von Sylvester bezüglich der Qualität elektronischer Regelsysteme, nicht speziell X-Drive:
Als Beispiel sind die achso tollen Hecktriebler super, die sich ja immer als Fahrdynamiker outen und dann auch noch in der Presse mit hoher Fahrsicherheit betitelt werden, bei leichten Anflügen von Glätte dann aber trotz ESP überproportional häufig die sind, die auf den Autobahnen in den Leitplanken landen oder sich in der Stadt an den Bordsteinen die Felgen umkanten oder man plötzlich in deren aus Schock kreidebleichen Gesichter nach drei Drehungen vor einem auf der AB hineinsieht. Auf der A2 (ich komme auch BS) konnte man dies die Tage wunderbar beobachten. Ich fahre mit meinem ungeregelten Dienstwagen (ein etwas gemachter Ford Fiesta Courier mit 125 PS, es ist ein Puma-Zetec verbaut) an Sylvester morgens um 5 mit 90 in Peine Richtung Hannover auf der A2, als mir im 5. Gang nur plötzlich die Räder durchdrehen. Ohne Ankündigung und ich gehe sofort vom Gas, weil ich merke, dass die GESAMTE Autobahn vereist und spiegelglatt ist (passierte in Peine die Tage öfters, überfrierender Raureif ...). Trotzdem ohne ESP nicht im Geringsten für den winterbereiften Courier eine kritische Situation. Kein tänzelndes Heck, kein Gar Nichts! Nur ein kurzes Hochdrehen des Tachos, Gaswegnahme, fertig und absolut stabil. Ich war kaum vom Gas, da kreiselte links ein E90 an mir vorbei. Der fuhr minimalst schneller als ich (vielleicht 92) erst stabil, brach urplötzlich aus, drehte sich zweimal und krachte dann links in die Leitplanke. Was ein Glück, dass der Penner mich nicht auch noch abgeschossen hat. Ein Stückchen weiter war die AB dann bis weit nach 6 Uhr gesperrt, weil mehreren LKWs ein paar hundert Metern weiter das gleiche passiert war wie dem E90, und der hat ein ESP und ist ja ach so fahrsicher ...
45 Antworten
Zitat:
Original geschrieben von cylent
So wie es sich hier liest, hängt das mit der Lamellenkupplung zusammen - demnach nur beim S-Tronic - oder?
Nö, daran hängt's sicher nicht: Die Lammellenkupplung sitzt
vordem Getriebe, das Mittendifferential kommt erst
hinterdem Getriebe.
Andreas