Pressemappe Allrad Technologie Subaru

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Pressemappe Allrad Technologie Subaru Powered By Docstoc
					     33 Jahre Subaru-Allradantrieb
                   Beginn einer neuen Antriebsära
                       Traktion ohne Grenzen
Im September 1972 führte Subaru als erster Hersteller der Welt den Allradantrieb
in den industriellen Personenwagenbau ein. Mit seinem serienmäßigen
zuschaltbaren Allradantrieb startete der Subaru Leone Station Wagon AWD eine
neue Antriebsära. Seither hat Subaru weltweit über acht Millionen Allrad-Pkw
gebaut und ist damit unangefochten Marktführer in diesem Segment.

Bis Anfang der 60er Jahre stand der Begriff „Allradantrieb" gleichbedeutend für
„Nutzfahrzeug“.     Nur    Militär-   oder   Baufahrzeuge     und     lupenreine
Geländefahrzeuge besaßen Allradantrieb. Für bestmöglichen Vortrieb war das
zwar die ideale Lösung, doch die Fahrzeuge waren langsam, kurvenunwillig und
kompromisslos auf die Bedingungen in schwerem Gelände getrimmt. In den 70er
Jahren, als die Motoren immer stärker und die Fahrzeuge immer schneller
wurden, lieferte das Prinzip der vier angetriebenen Räder das technische
Potenzial für ein Antriebssystem, das hohe Motorleistung effektiv und kontrolliert
auf die Straße bringen und in Vortrieb umsetzen konnte.


Subaru – Pionier des Allradantriebs

Trotz aller Einschränkungen jedoch waren die strukturellen Vorteile des
Allradantriebs evident: Das Antriebssystem liefert maximale Traktion, die
Antriebskräfte beeinflussen das Lenkverhalten nicht, AWD sorgt für ein
eindeutiges und vorhersehbares Fahrverhalten. Deshalb bedurfte es nur eines
kleinen Anstoßes für die Übertragung der Allradtechnologie auf Personenwagen.
Diesen Anstoß gab die Tohoku Electric Supply Company, die die Tohoku
Präfektur im Norden der japanischen Hauptinsel Honshu mit Strom versorgte.
Der Großkunde verlangte ein Fahrzeug, mit dem die Mitarbeiter ihre Einsatzorte
auch im Winter problemlos und sicher erreichen konnten. Subaru entwickelte den
Leone Station Wagon AWD und lieferte im September 1972 den ersten Allrad-
Pkw der Welt aus. Der Allrad-Leone löste einen Nachfrageboom bei
Unternehmen aus, die seine Leistungsfähigkeit in den schneereichen und
bergigen Gebieten Japans brauchten. Doch er setzte sich auch auf den
Exportmärkten durch: Der Subaru Leone Station Wagon AWD wurde der
bestverkaufte Allrad-Pkw der Welt und die Keimzelle der Subaru-
Allradtechnologie. Notabene: Erst acht Jahre nach dem Subaru Leone Station
Wagon AWD brachte ein süddeutscher Automobilhersteller 1980 seinen „Ur-
Quattro“ auf den Markt.

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September 1972: Die Ära des Allradantriebs beginnt

Innen und außen unterschied sich der Subaru Leone Station Wagon AWD nicht
von den frontgetriebenen Modellen. Doch er besaß einen zuschaltbaren
Allradantrieb (üblicherweise Four-Wheel-Drive genannt), der einen Teil der
Motorleistung auch an die Hinterachse transferierte: Beim Subaru Leone bestand
der 4WD in der mechanischen Herstellung eines starren Durchtriebs mittels einer
Klauenkupplung von der ursprünglich angetriebenen Vorderachse zur
Hinterachse.

Damit wurde sein Fahrverhalten wesentlich stabiler und seine Traktion
grenzenlos überlegen. Der erste aller Großserien-Allrad-Pkw war vier Meter lang,
1,50 Meter breit, 1,39 Meter hoch und brachte gerade einmal 855 Kilogramm auf
die Waage. Unter der Haube arbeitete ein wassergekühlter Vierzylinder-
Boxermotor, der aus 1.361 Kubikzentimeter Hubraum 53 kW/72 PS bei
6.400/min leistete und ein maximales Drehmoment von 100 Nm bei 3.600/min an
die Kurbelwelle brachte. Auch das Fahrwerk des Subaru Leone Station Wagon
AWD befand sich auf der Höhe der Zeit: Einzelradaufhängung rundum mit
McPherson-Federbeinen vorne und Schräglenkerachse hinten.


Technische Daten            Subaru Leone Station Wagon AWD
Länge / Breite / Höhe:      3995mm x 1500mm x 1385mm
Gewicht:                    855 kg
Motor:                      Wassergekühlter Vierzylinder-Boxermotor EA63S
Bohrung x Hub:              85 mm x 60 mm
Hubraum:                    1361 Kubikzentimeter
Verdichtungsverhältnis:     8,5 : 1
Max. Leistung:              53 kW / 72 PS bei 6.400/min
Max. Drehmoment:            10,2 kg-m/3.000 min = 100,06 Nm bei 3.000/min
Getriebe:                   Viergang-Schaltgetriebe
Antrieb:                    zuschaltbarer Allradantrieb; mechanische Herstellung
                            eines starren Durchtriebs mittels Klauenkupplung von
                            der ursprünglich angetriebenen Vorderachse zur
                            Hinterachse
Fahrwerk vorne              Einzelradaufhängung mit McPherson-Federbeinen
hinten                      Schräglenkerachse




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Systemvorteile des Allradantriebs

Allradantrieb birgt drei Vorteile für die Fahrdynamik: 1. Traktion, 2. Handling und
3. Stabilität. Grundsätzlich steht beim Allradantrieb das gesamte Drehmoment an
der Abtriebsseite des Getriebes zur Verfügung. Die Antriebskräfte beeinflussen
das Lenkverhalten nicht, und alle Subaru-Fahrzeuge überzeugen durch ihr
eindeutiges, gutmütiges und vorhersehbares Fahrverhalten. Um dieses (übrigens
von allen Automobilherstellern) erwünschte Fahrverhalten zu erreichen, eignet
sich der Allradantrieb auf ideale Weise, weil die Antriebskräfte sich auf alle vier
Räder verteilen.

Das System der Kraftübertragung ist von entscheidender Bedeutung, denn die
Art des Antriebs und der Kraftverteilung bestimmen wesentlich mit, wann der
Zeitpunkt erreicht ist, an dem der maximale Reibwert zwischen Reifen und der
Straßenoberfläche überschritten wird. Das wird besonders in Kurven deutlich, wo
drei Kräfte ins Spiel kommen: die Antriebskraft des Motors, die das Fahrzeug
vorwärts bewegt, die Reibkraft, die das Rad auf die Straßenoberfläche bringt,
und die Seitenführung (Zentripetalkraft), die sich als Resultierende zwischen den
beiden anderen ergibt. Diese Kraft wirkt der Zentrifugalkraft entgegen, und je
stärker sie ist, desto sicherer wird das Kurvenverhalten. Die Seitenführung
wächst mit abnehmenden Antriebskräften: Bei zwei Fahrzeugen mit der gleichen
Motorleistung erzielt ein Wagen mit Allradantrieb (der die Antriebskraft durch vier
teilt) eine größere Seitenführung als einer mit Zweiradantrieb (der die
Antriebskraft nur durch zwei teilt).

Beispiel: Ein Motor leistet 100 PS, jedes Antriebsrad kann unter den
angenommenen Bedingungen maximal 30 PS auf der Straße in Vortrieb
umsetzen. Bei einem Zweiradantrieb erhält jedes Antriebsrad (100:2) 50 PS –
das sind 20 PS mehr, als es in Vortrieb umsetzen kann. Ergebnis: Die Räder
drehen durch. Der Allradantrieb hingegen verteilt die 100 PS gleichmäßig auf alle
vier Räder. Jedes Rad erhält (100:4) 25 PS, die Beanspruchung bleibt also unter
der Belastungsgrenze von 30 PS pro Rad: Die Räder drehen nicht durch. Dieser
Unterschied gilt unter allen Bedingungen, gewinnt aber auf diffizilerem
Untergrund mit geringeren Reibwerten an Bedeutung. Je unfallträchtiger die
Situation, desto deutlicher wird der Sicherheitsvorteil des Allradantriebs
gegenüber dem Zweiradantrieb.




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Systematische Symmetrie: Subaru „Symmetrical AWD“

Die Symmetrie der Konstruktion ist das bestimmende Spezifikum des Subaru-
Systems „Symmetrical AWD“, das aus der Kombination von Boxermotor und
Allradantrieb besteht. Gegenüber allen V- und Reihenmotoren besitzt der
Boxermotor die Vorteile eines sehr niedrigen Schwerpunktes und vollkommen
symmetrischer Bauweise. Sein Kennzeichen sind gegenüberliegend angeordnete
Zylinder. In ihrem Innern stehen sich die Kolben paarweise wie zwei Boxer
gegenüber, die Kolben bewegen sich horizontal. Diese Struktur ermöglicht einen
steiferen Zylinderblock. Der Massenausgleich beim Boxermotor ist vollkommen,
er baut flach, kurz und kompakt, die kurze und steife Kurbelwelle erlaubt hohe
Drehzahlen, die geringe Bauhöhe sichert einen niedrigen Schwerpunkt und eine
fast ideale Gewichtsverteilung. Ein niedriger Schwerpunkt sorgt für geringere
Rollkräfte in Kurven, das wiederum führt zu geringerer Karosserieneigung und zu
stabilerem Fahrverhalten. Die Faszination des Boxermotors hat viel mit der
Ästhetik seines Gleichlaufs zu tun: Auch ohne Ausgleichswellen dreht der Boxer
weich hoch bis an die Nenndrehzahl.

Diese Vorzüge tragen wesentlich zur Ausgewogenheit und Leistungsfähigkeit
des Subaru-Allradsystems bei: Vom Motor über Getriebe, Kardan-Antriebswelle
bis zum Hinterachs-Differenzial verläuft der gesamte Antriebsstrang in einer
geraden Linie mit einer horizontal symmetrischen Auslegung. Alle wesentlichen
Komponenten und Aggregate – vom längs eingebauten Boxermotor über
Getriebe, Endabtrieb, Kardanwelle bis hin zum Hinterachsdifferential – sind in
einer geraden Linie mit einer horizontalen Symmetrie ausgelegt. Dies führt zu
einer neutralen Fahrzeugbalance. Aus der Verbindung von optimaler Traktion
und perfekter Balance entsteht höchste Fahrstabilität. Alle schweren
Komponenten wie Getriebe, Endabtrieb etc befinden sich zwischen den beiden
Achsen. Dies vermeidet überflüssiges Gewicht durch diese Komponenten an
Front und Heck und verringert das Giermoment des Fahrzeugs. Ein geringes
Giermoment optimiert das Lenkverhalten des Fahrzeugs, denn es vermindert das
Trägheitsmoment in der Lenkung und verbessert das gesamte Fahrverhalten des
Fahrzeugs. Aus der Verbindung von optimaler Traktion und perfekter Balance
entstehen Fahrstabilität und „Unfallvermeidungsfähigkeit“: Diese ist der wahre
Schlüssel zur Sicherheit, denn es ist besser, einen Unfall zu vermeiden, als ihn
„nur“ zu überleben. Deshalb liefert Subaru in Deutschland ausschließlich
Fahrzeuge mit Allradantrieb.




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Die Symmetrie der Grundkonstruktion sorgt nicht nur für exzellente
Fahreigenschaften, sondern trägt wesentlich zur passiven Sicherheit bei, denn
sie lässt viel Platz auf beiden Seiten des Motorraums. Dies erlaubt den Einsatz
von Rahmenträgern, die aus der Fahrgastzelle direkt in den Stoßfänger führen
und eine wesentliche Rolle bei der Energieaufnahme beim Frontalaufprall
spielen. Dank seiner Einbautiefe verschwindet der Boxermotor bei einem
Frontalaufprall unter dem Bodenblech und dringt nicht in den Fahrgastraum ein.


Die Zukunft: Verbesserung der Fahrzeugdynamik von Allradfahrzeugen

Subaru arbeitet derzeit an der Optimierung der elektronischen Kontrolle
sämtlicher Aspekte des Allradsystems. Ziel ist ein komplexes Fahrzeugkonzept,
in dem der Allradantrieb Symmetrical AWD, Fahrdynamikregelung Vehicle
Dynamics Control, Giermomentkontrolle und Tire-Force-Control vernetzt sind.
Die konstruktive Optimierung des Mittendifferentials, die Entwicklung des
elektronisch gesteuerten zentralen Limited-Slip-Differentials sowie die
konstruktive Optimierung der vorderen und hinteren LSD führen fast automatisch
zur Verbesserung des dynamischen Verhaltens von AWD-Fahrzeugen.


Die Gleichung der Zukunft: Subaru = Allradantrieb

Subaru hat die Entwicklung, die im September 1972 mit dem Leone Station
Wagon AWD ihren ersten Protagonisten auf den Markt brachte, konsequent
fortgesetzt. Die Gleichung Subaru = Allradantrieb gilt auch für die Zukunft. Das
horizontal symmetrische Subaru-Allradsystem „Symmetrical AWD“ ist und bleibt
die Kerntechnologie des Pioniers der Allradtechnik, der vor 33 Jahren die Allrad-
Ära im industriellen Personenwagenbau einläutete. Das Potenzial des
Symmetrical AWD ist noch längst nicht ausgeschöpft. Subaru arbeitet
kontinuierlich weiter an der Optimierung dieser Kerntechnologie.




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                   Subaru-Allradsysteme
           Konsequente Evolution von 1972 bis 2005

Die konstruktiven Unterschiede der jeweiligen Allradantriebssysteme ergeben
sich aus der Notwendigkeit, dass manuelle Schaltgetriebe andere Lösungen
erfordern als Automatikgetriebe.


Subaru- Allrad-Systeme mit manuellem Schaltgetriebe

1972: Mechanisch zuschaltbarer Allradantrieb
Die einfachste Form des Allradsystems ist der zuschaltbare Allradantrieb, der
üblicherweise Four-Wheel-Drive genannt wird. Beim Subaru Leone AWD bestand
der 4WD in der mechanischen Herstellung eines starren Durchtriebs mittels einer
Klauenkupplung von der ursprünglich angetriebenen Vorderachse zur
Hinterachse.

1980: Mechanisch zuschaltbarer Allradantrieb und „Dual-Range“
Ausgehend vom ursprünglichen System des zuschaltbaren Allradantriebs hat
Subaru den Allradantrieb kontinuierlich weiter entwickelt. Der Subaru 1800
(1980) verfügt über ein Schaltgetriebe mit zuschaltbarem Allradantrieb und
Getriebeuntersetzung „Dual-Range“. Durch Ziehen des Hebels verbindet eine
Schiebemuffe im Getriebe eine Zahnradpaarung und stellte den Verteilerantrieb
zur Hinterachse. Die zweite Hebelstufe aktiviert das Untersetzungsgetriebe und
den „Dual-Range“-Status.

1983: Pneumatisch zuschaltbarer Allradantrieb
Auch bei Libero (1983) und Justy (1984) setzt Subaru auf Schaltgetriebe mit
zuschaltbarem       Allradantrieb, doch die    Zuschaltung    erfolgt    jetzt
elektropneumatisch per Knopfdruck über einen Schalter im Schalthebel. Dabei
wird eine Membrandose am Getriebe über ein Magnetventil an einer Seite mit
dem Unterdruck des Motors verbunden, auf der gegenüberliegenden Seite wirkt
der atmosphärische Druck auf die Membran. Diese Druckdifferenz aktiviert eine
mit der Membran verbundene Schaltwelle, die wiederum eine Schiebemuffe
betätigt. Diese Schiebemuffe stellte die kraftschlüssige Verbindung zum
Verteilerantrieb sicher.




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1987: Permanenter Allradantrieb
Mit dem Coupé XT beginnt bei der IAA 1987 die Ära des permanenten
Allradantriebs bei Subaru. Erstmals kombiniert Subaru den Allradantrieb eines
Modells alternativ sowohl mit einem Fünfgang-Schaltgetriebe als auch mit einem
Viergang-Automatikgetriebe. Bei der handgeschalteten Variante verteilt das
Mittendifferential die Antriebskraft jeweils zur Hälfte auf Vorder- und Hinterachse,
bei auftretenden Drehzahlunterschieden zwischen den Achsen lässt es sich
elektro-mechanisch sperren: Ein elektrischer Schalter aktiviert eine mechanische
Sperrklinke immer zu 100 Prozent.

1988: Permanenter Allradantrieb mit Viskosperre
Beim Legacy der ersten Generation setzt Subaru erstmals ein Mittendifferential
mit selbstsperrender Viskokupplung ein. Grundsätzlich ist der Aufbau des
Getriebes identisch mit dem XT, doch sperrt die Viskosperre im Mittendifferential
abhängig von der Größe der Drehzahlunterschiede zwischen Vorder- und
Hinterachse selbsttätig und stufenlos bis zur vollen Sperrung des Differentials.
Diese Konstruktion – Mittendifferential mit Viskosperre – wird heute noch in den
aktuellen Modellen mit Schaltgetriebe verwandt.

2005: STi-AWD mit Planetenrad-Mittendifferenzial, Helical LSD, DCCD
Der Impreza WRX STi, Basisfahrzeug des Impreza WRC, variiert die
Grundkonstruktion nach sportlichen Vorgaben: Das Sechsganggetriebe ist mit
einem als Planetenradsatz ausgeführten Mittendifferential ausgestattet. Befindet
sich die Kupplung in der Lösestellung, beträgt die Drehmomentverteilung
zwischen Vorder-Hinterachse 36:64 Prozent. Diese Drehmomentverteilung kann
der Fahrer manuell variieren. Über einen Drehschalter betätigt der Pilot eine
elektromagnetische Kupplung, die den Planetenradsatz entsprechend seiner
Vorgabe sperrt (DCCD – Driver Controlled Centre Differential). Bei maximaler
Sperrung des Planetenradsatzes beträgt die Kraftverteilung Vorder-Hinterachse
50:50 Prozent. Die Eingliederung eines Helical LSD in das Frontdifferenzial
optimiert die Traktion der Vorderräder bei Kurvenfahrten




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Subaru- Allrad-Systeme mit Automatikgetriebe


1981: Automatikgetriebe mit Mehrscheibenübertragungs-4WD
Das bahnbrechende System des „multiplatetransfer-4WD" (MP-T =
Mehrscheibenübertragungs-4WD)          nutzt    den    Hydraulik-Druck     des
Automatikgetriebes und kombinierte die Automatik mit einem Allradantrieb, der
sich während der Fahrt durch simplen Knopfdruck zuschalten ließ. Das System
besteht aus einer Kupplung mit sieben Scheiben auf der Ausgangsachse, die mit
der hinteren Antriebswelle verbunden ist. Bei zugeschaltetem Allradantrieb wird
während der Fahrt Hydraulik-Druck aus der Getriebe-Ölpumpe automatisch in die
Mehrscheibenkupplung übertragen, die einkuppelt und Drehmoment auf die
hintere Antriebswelle überträgt. So gleicht MP-T Drehzahlunterschiede zwischen
Vorder- und Hinterrädern aus. Beim Modus „Auto-4WD" stellt sich das Fahrzeug
auf einen „intelligenten" Allrad-Modus ein, in dem der Hydraulik-Druck für die
Mehrscheibenkupplung durch den Tritt auf die Bremse und das Einschalten der
Scheibenwischer (sic!) aktiviert wird.

1987: Permanenter Allradantrieb
Beim Subaru XT mit Viergang-Automatikgetriebe ACT-4 (ACT = Active Control of
Torque = Aktive Drehmoment Verteilung) erfolgt die Drehmomentverteilung
differenziert: mechanisch zur Vorderachse durch ein Paar gleich großer
Zahnräder, hydraulisch zur Hinterachse durch eine im Ölbad laufende
Lamellenkupplung.

1989: ECVT-Getriebe und zuschaltbarer Allradantrieb
Beim Justy mit ECVT-Getriebe (1989) wird der Allradantrieb per Knopfdruck im
Schalthebel zugeschaltet. Der Schalter betätigt hydraulisch eine Schaltwelle, die
über eine Schiebemuffe den Verteilerantrieb kraftschlüssig verbindet.

1991: Permanenter Allradantrieb mit VTD
Mit dem Gran Turismo SVX (1991) führt Subaru das weiterentwickelte
Automatikgetriebe mit der variablen Drehmomentverteilung VTD (Variable
Torque Distribution) ein: Ein Mittendifferential bestehend aus einem
Planetenradsatz und ein Hinterachsdifferential mit Viskokupplung leitet die
Motorkraft im Normalfall zu 36 Prozent an die Vorderräder und 64 Prozent an die
Hinterräder. Bei Kraftschlussveränderungen verteilt die Elektronik das
Drehmoment neu an die Räder, die unter den jeweiligen Bedingungen die beste
Traktion liefern. Die hydraulische Lamellensperre sperrt stufenlos den
Planetenradsatz bei auftretenden Drehzahlunterschieden zwischen Vorder- und
Hinterachse. Die Viskokupplung sorgt an der Hinterachse dafür, dass keine Kraft
am durchdrehenden Rad sinnlos verpufft.



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1998: Permanenter Allradantrieb mit VTD und Vehicle Dynamics Control
1998 integriert Subaru VTD und die Fahrdynamikregelung Vehicle Dynamics
Control in die Topmodelle der Legacy-Baureihe. Die „Hardware“ (die Konstruktion
des VTD) bleib gleich, die elektronische Kontrolle wird durch die optimierte
Sensorik des Steuergerätes der Vehicle Dynamics Control über die CAN-
Kommunikation deutlich verbessert.

2004: Permanenter Allradantrieb mit optimierter VTD und Vehicle Dynamics
Control
Beim neu entwickelten Fünfgang-Automatikgetriebe mit VTD 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 3.0 ab Modelljahr 2004.




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                              Technik im Detail

Aufbau und Funktion der Lamellensperre (Automatikgetriebe mit VTD)

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.


Aufbau und Funktion der Lamellenkupplung (Automatikgetriebe ACT-4)

Die in einem Ölbad laufende Lamellenkupplung besteht aus abwechselnd
angeordneten Außen- und Innenlamellen. Die Außenlamellen (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.




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Aufbau und Funktion der Viskosperre (Schaltgetriebe mit Mittendifferential)

Innerhalb eines nach außen abgedichteten Gehäuses mit Nabe sind Innen- und
Außenlamellen abwechselnd mit der Nabe und dem Gehäuse verdrehfest
verbunden. Die Scheibenpakete laufen dabei in Silikonöl, Innen- und
Außenlamellen berühren sich bei Drehung nicht. Die Außenlamelle dreht sich mit
einer bestimmten Geschwindigkeit. Die Innenlamelle steht still. Durch die
Bewegung der Außenlamelle wird die berührende Flüssigkeit mit der gleichen
Geschwindigkeit bewegt.

Entsteht zwischen dem Gehäuse (Außenlamellen = Verbindung zur
Vorderachse) und Nabe (Innenlamellen = Verbindung zur Hinterachse) eine
Drehzahldifferenz, z. B. weil ein Rad oder eine Achse Schlupf aufweist, so
bewirkt diese Strömungsdifferenz eine „Scherkraft“, welche als Widerstand auf
die rotierende Außenlamelle wirkt. Durch die Scherwirkung wird Drehmoment
zwischen den Lamellen übertragen. Bezogen auf die Innenlamelle wirkt die
„Scherkraft“ als Antriebskraft. Vergleichbar ist dies mit einem Löffel, den man
durch ein Honigglas zieht. Zieht man den Löffel sehr langsam durch den Honig,
bleibt das Glas auf dem Tisch stehen. Zieht man den Löffel schnell, wird das
Glas mitgezogen.

Bei anhaltenden Drehzahldifferenzen erwärmt sich das Silikonöl und dehnt sich
im Gehäuse entsprechend aus. Im Gegensatz zu den meisten Flüssigkeiten
verdickt sich das Silikonöl bei steigender Temperatur. Der Druck in dem
geschlossenen Gehäuse nimmt zu, und ab einem bestimmten Punkt werden
Außen- und Innenlamellen zusammengepresst. Das Mittendifferential wird voll
gesperrt und eine starre Verbindung zwischen Vorder- und Hinterachse
hergestellt. Die 100-prozentige Sperrung des Differentials wird auch als „Hump-
Effekt“ (Buckel-Effekt) bezeichnet. Verringert sich nach dem „Hump-Effekt“
wieder die Drehzahldifferenz, verringern sich auch die Temperatur und damit der
Druck im Gehäuse: Die Viskosperre kehrt wieder zum normalen Betriebszustand
zurück.




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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.




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  Estimator

Ein entscheidendes Element für die Ausschöpfung des Potentials des
elektronisch gesteuerten Allradantriebs ist der „ Estimator“, der den Schlupf auf
der Basis definierter Parameter berechnet. Entwicklungsziele sind die
Optimierung der Fahrstabilität auf glatten Straßen (Sperrung des
Mittendifferentials) und des Handlings auf trockenen Straßen (optimale
Drehmomentverteilung). Dies wird erreicht durch eine kooperative Kontrolle von
Vehicle Dynamics Control und Giermoment-Feedback.

Das Konzept des         Estimator“ benötigt keine zusätzlichen oder exklusiven
Sensoren und ist ebenso robust wie empfindlich. Dabei stand das Gesetz zur
Parameter-Identifikation der Theorie der adaptiven Steuerung im Fokus der
Entwicklungsarbeit. Durch die Anwendung der Theorie der adaptiven Steuerung
lassen sich die Reifencharakteristika abschätzen, die dem Einfluss des
unterliegen. Zur Optimierung des Ansprechverhaltens der Estimation werden
außerdem die Änderungen berücksichtigt, die sich aus der Querbeschleunigung
des Fahrzeugs ergeben. Die Änderungen werden wirksam, wenn das
Eingangssignal für die Parameter-Identifikation nicht ausreicht, denn gemäß der
Theorie der adaptiven Steuerung müssen die Identifikationssignale nachhaltiger
Art sein. Die Reifencharakteristika werden auf der Basis der Parameter-
Identifikationslogik angepasst, das angenommene        wird aus den kalkulierten
Reifenwerten berechnet, die grundlegende Drehmomentverteilung erfolgt auf der
Basis des angenommenen

Auf Straßen mit geschlossener Schneedecke funktioniert die Bewertung unseres
Kontrollsystems anders. Der momentane Stabilitätsfaktor „K“ dient als Index für
das Lenkverhalten. „K“ errechnet sich aus Lenkwinkel, Giermoment und
Fahrzeuggeschwindigkeit. Bei Übersteuern ist der momentane Stabilitätsfaktor
negativ, bei Untersteuern positiv. Bei offenem Mittendifferential ist die Häufigkeit
von neutralem bzw. übersteuerndem Lenkverhalten relativ hoch, bei gesperrtem
Mittendifferential die Häufigkeit von ausgeprägtem Untersteuern relativ hoch.

Deshalb hat Subaru eine Distorsion des momentanen Stabilitätsfaktors
eingeführt. Bei häufigem Übersteuern ist die Distorsion negativ oder relativ
gering. Beim aktuellen VTD-System wird die Kontrollierbarkeit des einzelnen
Rades durch die Optimierung der Drehmomentverteilung innerhalb der Vehicle
Dynamics Control verbessert. Damit wird die Drehmomentverteilung abhängig
optimiert, und das Giermoment-Feedback sorgt für exzellentes Handling und
Stabilität.




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