Getrag 4x4 - Ein neuartiges Allradantriebssystem, das mitdenkt
Sascha
Mit dem neu entwickelten Allradantriebssystem TWINSTER stellt GETRAG Driveline Systems eine Technik vor, die bisherige Vierradantriebe in den Bereichen Agilität, Spurstabilität und Lenkpräzision übertrifft. GETRAG Driveline Systems unterstreicht mit TWINSTER seine Allrad-Kompetenz und belegt zugleich, welches Entwicklungspotential bei Allradkonzepten noch möglich ist. Als Entwickler und Produzent von kompletten Antriebssystemen, Achsmodulen, Winkeltrieben und Differenzialen liefert GETRAG bereits die Technik für alle vierradgetriebenen Volvo Personenwagen, den Fiat Panda 4x4 sowie eine Vielzahl amerikanischer Allrad- und Crossover-Modelle.
Kernstück des TWINSTER Allradantriebssystems, das GETRAG beispielhaft in einem leistungsstarken B/C-Segment-Fronttriebler als Aggregatträger präsentiert, sind zwei völlig getrennt laufende und elektronisch gesteuerte Kupplungen. Beide befinden sich motornah und raumsparend im Gehäuse des Winkeltriebs (Power Take Off Unit = PTU) und übernehmen dort die Drehmomentverteilung auf die Vorderräder. So kann jedes Vorderrad einzeln von einer Kupplung mit Vortriebskraft versorgt werden, während der Winkeltrieb den Hauptkraftfluss via Kardanwelle zur Hinterachse leitet. Ein Vorderachs-Differenzial ist somit überflüssig. Aus gutem Grund hat GETRAG dieses völlig neue Allradkonzept mit je einer Kupplung pro Vorderrad TWINSTER getauft. Der Name setzt sich zusammen aus „Twins“ (Englisch für „Zwillinge“) wegen der zwei Kupplungen und „Twister“ (Englisch für „Wirbelsturm“), weil der Wagen mit der Kraft und Dynamik eines Wirbelsturms die Straße förmlich aufsaugt.
Das TWINSTER-Konzept erlaubt die voll variable Kraftverteilung zwischen Vorder- und Hinterachse, wobei die Hinterachse über ein normales Differenzial verfügt. Der Haupteffekt ist jedoch die gesteuerte Kraftverteilung zwischen den beiden Vorderrädern, die maßgeblichen Einfluss auf das Fahrverhalten des Fahrzeugs nimmt. Hierin liegt auch der grundlegende Unterschied von TWINSTER im Vergleich mit anderen Allradsystemen. TWINSTER steuert den Kraftfluss so, dass Agilität, Einlenkverhalten und Fahrstabilität deutlich verbessert werden. Schon bei Geradeausfahrt, beispielsweise mit unterschiedlichen Fahrbahn-Reibwerten rechts und links, wirkt TWINSTER stabilisierend. Und bei Kurvenfahrt setzt TWINSTER den Fahrerwunsch am Lenkrad in beeindruckender Weise in ein direktes Fahrverhalten um. Dabei bleibt die Lenkung selbst technisch unverändert, doch das TWINSTER-System unterstützt die Wirkung der Lenkung überzeugend und genau entsprechend dem Fahrerwunsch. Nach den ersten Tests zeigten sich Versuchsfahrer überrascht und begeistert, sie sprachen von „weniger Lenkarbeit“ und einem direkten Gefühl, wie bei einem „Motorrad auf vier Rädern“.
Die Erklärung für die teils frappierende Verbesserung des Fahrverhaltens liegt in der elektronischen Steuerung der beiden TWINSTER-Kupplungen. Das Steuerelement bedient sich aller elektronischen Informationen im Fahrzeug, die Aufschluss über den aktuellen Fahrzustand geben. Zu den verfügbaren Stellgrößen, die auch für die ESP-Steuerung erfasst werden, gehören unter anderem die Motordrehzahl, die Stellung des Gaspedals, die Geschwindigkeit, der gefahrene Gang, die jeweilige Raddrehzahl an den vier Rädern, die Giergeschwindigkeit, der Lenkwinkel und die aktuelle Querbeschleunigung. Zusätzlich errechnet die Elektronik aus den vorliegenden Daten die Fahrbahn-Reibwerte. Das TWINSTER-Steuerelement bezieht all diese Daten aus dem CAN-Bus des Fahrzeugs und verwertet sie in drei Modulen, die permanent parallel arbeiten. Das Slip Control Modul und das Longitudinal Dynamics
Control Modul arbeiten simultan an der Steuerung der beiden Kupplungen. Das wichtigste Modul für die überragenden Fahreigenschaften ist das Lateral Dynamics Control Modul, es erfasst permanent den aktuellen Gierwinkel und die Giergeschwindigkeit. Dann vergleicht der Rechner diese Werte mit dem theoretischen Gierwinkel und zieht aus der Differenz weitere Schlüsse zur Ansteuerung der beiden Kupplungen und damit zur Kraftverteilung an der Vorderachse.
In Kurven zeigt die TWINSTER-Technik ihren positiven Einfluss am deutlichsten. Praktisch funktioniert das so: Ab dem Punkt, ab dem normalerweise Untersteuern zu einem größeren gefahrenen Radius führt oder zur Kompensation einen stärkeren Einlenk-Winkel nötig macht, beaufschlagt die elektronische Steuerung das kurvenäußere Vorderrad über die separate Kupplung mit mehr Antriebskraft. So schiebt TWINSTER den Wagen quasi in die Kurve hinein, genau entsprechend dem vom Fahrer gelenkten Kurs. Der Fahrer registriert diese Wirkung jedoch nicht als einzelne Steuerungsmaßnahme, wie beispielsweise das Eingreifen einer Antriebsschlupfregelung, die die Vorderräder abbremst oder elektronisch die Motorleistung reduziert, sondern als direkte und kontinuierliche Umsetzung seiner Lenkbefehle. Auch bei Geradeausfahrt zeigt TWINSTER seinen stabilisierenden Einfluss, zum Beispiel wenn eine äußere Störung zu einer Kursabweichung führt. Ohne dass der Fahrer korrigierend gegenlenkt, leitet TWINSTER eine höhere Antriebskraft auf das der Störkraft gegenüberliegende Vorderrad. Generell gilt: Sowohl in Kurven als auch bei Geradeausfahrt unterstützt TWINSTER selbsttätig den Fahrerwunsch bei gleichzeitiger Verbesserung der Fahrstabilität.
TWINSTER ist damit kein elektronisches Fahrerassistenzsystem, dass den Fahrer teilweise „entmündigt“, um ihn und die Mitfahrer zu schützen, sondern ein intelligentes Allradantriebssystem, dass Fahrstabilität, Fahrsicherheit und Fahrspaß deutlich erhöht. „Wir haben TWINSTER bewusst so ausgelegt, dass der Fahrerwunsch am Lenkrad immer die höchste Priorität hat“, erklärt Werner
Hoffmann, Geschäftsführer der GETRAG Driveline Systems, und fügt hinzu, „wer die Technik nicht kennt, spürt nur, dass sein Fahrzeug äußerst fahrstabil, lenkpräzise und agil genau das macht, was er will“. Zur Erklärung kann man sich die Wirkungsweise auch wie die eines „umgekehrten ESP“ vorstellen. Während ESP ein bereits rutschendes Auto durch das gezielte Abbremsen einzelner Räder wieder stabilisiert, arbeitet hingegen TWINSTER permanent mit der Antriebskraft der Vorderräder. Lange bevor ein kritischer Fahrzustand eintritt, verteilt die Elektronik über die beiden Kupplungen vorn die Kraft stets so, dass die Fahrstabilität erhalten und verbessert wird und der Wagen exakt dorthin fährt, wohin der Fahrer lenkt.
Bei den Testfahrten zur Entwicklung von TWINSTER zeigte sich, dass der Wagen auf Handlingkursen schnellere Rundenzeiten als ein herkömmlicher B-Segment-Fronttriebler ermöglichte. Bei gleicher Geschwindigkeit realisiert dies einen enormen Zuwachs an Stabilität und Fahrsicherheit. Unter Last ist in Kurven bei gleicher Geschwindigkeit ein engerer Radius als mit einem Fronttriebler möglich. Dieser Effekt erlaubt um über 10 Prozent schnellere Kurvenfahrt als einachsgetriebene Antriebskonzepte. Für den Normalfahrer ergibt dies alles zusammen gesteigerten Fahrspaß und mehr Sicherheit, die wirklich fühlbar ist.
Eine wichtige Voraussetzung für die effektive Wirkungsweise der TWINSTER-Technik liegt in der sehr schnellen Reaktion auf veränderte Parameter und der sofortigen Umsetzung in eine angepasste Kraftverteilung an der Vorderachse. Entscheidend ist hierbei die Schaltgeschwindigkeit der Kupplungen. Mit Geschwindkeiten unter der menschlichen Wahrnehmungsgrenze reagiert das System ebenso so schnell wie ein ESP, jedoch arbeitet TWINSTER schon lange vor dem ESP-Regeleingriff.
Fazit: Mit TWINSTER stellt GETRAG Driveline Systems einen permanenten Allradantrieb vor, der nicht nur eine Kraftverteilung entsprechend den aktuellen Haftungsverhältnissen einer Fahrbahn realisiert, sondern der auch richtungsstabileres Fahren samt einer Lenkung frei von Antriebskräften bietet. Der Prototyp als Aggregatträger steht stellvertretend für einen kompakten, starken Fronttriebler. Auch drehmomentstarke Turbodieseltriebwerke könnten mit einem Allrad-Konzept wie TWINSTER an Fahrstabilität, Sicherheit und Fahrspaß-Potenzial gewinnen. Zudem bietet die Technik die Möglichkeit, allein durch die Programmierung der Software ohne kostspielige Veränderung der mechanischen Bauteile unterschiedliche Fahr-Charakteristiken zu erzielen. So können je nach Hersteller-Philosophie und Modell-Auslegung ein vornehmlich untersteuernder, ein neutraler oder übersteuernder Fahrdynamik-Charakter dem Wagen mit auf den Weg gegeben werden. Falls gewünscht, können auch in einem Fahrzeug verschiedene TWINSTER-Modi bereitstehen und vom Fahrer aktiv ausgewählt werden, ähnlich wie heute schon bei manchen Fahrzeugen unterschiedliche Federungs-Einstellungen abrufbar sind.
GETRAG Driveline Systems GmbH ist ein Unternehmen des GETRAG Konzerns. Mit insgesamt mehr als 10.000 Mitarbeitern weltweit fertigt GETRAG jährlich etwa 3,5 Millionen Getriebe. GETRAG ist damit der größte konzernunabhängige Getriebehersteller Europas. 2004 wird GETRAG rund 620.000 Allradantriebs-Komponenten an verschiedene Automobilhersteller liefern. Dieses Volumen wird bis zum Jahr 2007 auf 1,7 Millionen Systeme anwachsen. Damit entwickelt sich GETRAG im Crossover-Sektor des Allradmarktes in Europa zum größten Hersteller und zum zweitgrößten Anbieter im Allradsektor. 2004 liegt der erwartete Konzern-Umsatz bei rund 2,4 Milliarden Euro. Die Orientierung an den Wünschen der Kunden, höchste Entwicklungs- und Produktqualität in Verbindung mit technologiegesteuerten sicheren Prozessen und damit wettbewerbsfähigen Produkten machen GETRAG zu einem wichtigen Partner der internationalen Automobilindustrie.
Hier noch eine PowerPoint-Präsentation von Getrag zu diesem Thema:
r53-forum.de/attachment/10933/