Audi Quattro AWD Tech Deep Dive

Die Allradtechnologie Audi quattro ist dafür bekannt, dass sie bei trockenem und schlechtem Wetter auf jeder Straßenoberfläche maximalen Grip bietet.

Der Allradantrieb quattro definiert Audi in vielerlei Hinsicht und bleibt sein unfairer Vorteil auf Straße und Rennstrecke. Im Motorsport verhalf der quattro Audi in den 1980er-Jahren zu zahlreichen Rallye-Weltmeisterschaften. Es katapultierte den Erfolg von Audi im IMSA- und Trans-Am-Rennsport in den 80er und 1990er Jahren. Und es war eine treibende Kraft hinter dem Erfolg des R18 e-tron quattro bei den 24 Stunden von Le Mans.

Die Idee des quattro entstand aus dem Wunsch, Autos mit Traktion auf allen vier Rädern in Serie zu produzieren. Die Audi-Ingenieure entwickelten zunächst ein leichtes Allradantriebssystem, das auf den grundlegenden Eigenschaften des Volkswagen-Geländewagens Iltis in den 1970er-Jahren basierte. Die Technologie wurde dann 1980 mit den ersten serienmäßigen quattro-Allradsystemen unter das Banner von Audi gebracht. Der heutige Allradantrieb quattro baut auf den 40 Jahren Erfahrung seit Produktionsbeginn auf und ist in mehreren verschiedenen Typen für verschiedene Anwendungen erhältlich. Bevor wir uns den heutigen Antriebssträngen zuwenden, ist es wichtig zu verstehen, wie frühere quattro-Systeme funktionierten.

Frühe quattro-Systeme

Das erste Allradsystem quattro nutzte drei mechanische Differentiale, um das Drehmoment zwischen den Vorder- und Hinterrädern zu verteilen. Über einen vakuumbetriebenen Schalter konnte der Fahrer das Mittendifferenzial sperren, um die vorderen und hinteren Differenziale miteinander zu sperren, sodass sie ohne Schlupf mit der gleichen Geschwindigkeit drehen.

Normalerweise ist das Differenzial – ein Zahnradsatz, der die Räder an jeder Achse antreibt – vollständig geöffnet, um den Geschwindigkeitsunterschied jedes Rads auszugleichen. Denken Sie zum Beispiel an eine Kurve: Das kurveninnere Rad dreht sich deutlich weniger als das kurvenäußere Rad. Durch die Sperrung des Hinterachsdifferenzials wird sichergestellt, dass die Kraft gleichmäßig auf beide Räder gelangt. Dies ist beim Fahren auf rutschigem Untergrund oder in Situationen mit eingeschränkter Traktion erforderlich, aber auch zur Maximierung des Grips unter allen Bedingungen. Vorne gibt es wegen der Wendefunktion kein Sperrdifferential.

Bei der ersten großen Aktualisierung des quattro Ende der 1980er-Jahre ersetzte ein Torsen-Differenzial (kurz für Torque-Sensing) das ursprüngliche manuell betätigte Mittendifferenzial, das die Leistung automatisch im Verhältnis 50:50 von vorne nach hinten aufteilte. Ein Schalter für die hintere Differenzialsperre blieb bestehen; Einige größere Fahrzeuge waren auch mit einem hinteren Torsen-Differenzial erhältlich.

Das Torsen-Mitteldifferenzial beherbergte ein Paar schrägverzahnter Planetenräder. Die Zahnräder wurden in eng anliegenden Taschen im Inneren des Gehäuses gehalten und durch Stirnräder an ihren Enden miteinander verbunden. Diese Stirnräder ermöglichten keine gleichsinnige Drehung der Planetenräder. Wenn jedoch eine Achse die Traktion verlieren würde, würden die Stirnräder dabei helfen, das Drehmoment auf die Räder mit Traktion zu leiten. Dadurch könnten bis zu zwei Drittel des Fahrzeugdrehmoments entweder an die Vorder- oder Hinterachse geleitet werden.

Haldex: Nicht abgeneigt, quer zu sein

Mittel- und große Audi-Fahrzeuge verfügen über einen Längsmotor, Getriebe und Differenziale sitzen hinter dem Motor. Ab dem Jahr 2000 gab es in den USA kleinere Fahrzeuge wie den Audi TT mit seitlich angeordneten Motoren – oft auch als Quermotoren bezeichnet. Das führte dazu, dass ihre Getriebe praktisch unterhalb des Motors Platz einnahmen, was einen anderen Allradantrieb quattro erforderlich machte.

Eine Haldex-Kupplung ist die Antwort auf die Verpackung, die für diese Art von Anwendung erforderlich ist. Bei einer Haldex-Anwendung verläuft eine Kardanwelle vom Getriebe zum Hinterachsdifferenzial. Das Ende der Kardanwelle ist mit der Eingangswelle der Haldex-Kupplung verbunden. Das Ende, das die Haldex-Kupplung mit dem Differential verbindet, wird Abtriebswelle genannt.

Auf einer rutschigen Fahrbahn kann die Traktion eines oder mehrerer Räder beeinträchtigt sein. Dadurch erkennt die Haldex-Kupplung einen Drehzahlunterschied zwischen Eingangs- und Ausgangswelle und ergreift entsprechende Maßnahmen. Im Inneren der Einheit beginnt ein Rollenlager um eine Hubplatte mit wellenförmiger Oberfläche zu rotieren. Dies führt zu einer Hubbewegung eines Kolbens, wodurch ein hydraulischer Druck aufgebaut wird. Dieser Druck wird auf die Haldex-Kupplung ausgeübt, die Vorder- und Hinterachse verbindet und so den Allradantrieb ermöglicht. An der Aktivierung des Hinterachsdifferenzials sind auch Sensoren beteiligt, die Motordrehzahl, Gaspedalstellung und Motordrehmoment messen. Darüber hinaus nutzt die elektronische Differenzialsperre (EDL) das ABS-System, um den Traktionsverlust an jedem einzelnen Rad zu kontrollieren.

Der heutige Allradantrieb quattro

Audi bietet fünf einzigartige quattro-Technologien an, die alle auf dem gleichen grundlegenden Verständnis davon basieren, wie schnell ein Allradantriebssystem reagieren muss – und wie viel Kraft auf jedes Rad übertragen werden muss, um maximalen Grip und Leistung zu erzielen. Die Systeme sind wie folgt:

Grundsätzlich gilt:Allradantrieb quattro für mittlere und große Audi-Fahrzeuge funktioniert ähnlich wie frühere Systeme mit drei Differentialen. Jetzt wird es sowohl mechanisch als auch elektronisch aktiviert und verteilt das Drehmoment auf der Grundlage von Lenkwinkelsensoren, Traktions- und Stabilitätskontrolle, Giersensoren (die messen, wie sich das Gewicht um seinen Schwerpunkt nach links oder rechts verlagert) und Radsensoren auf die Räder.

Die standardmäßige Kraftverteilung beträgt 40:60 von vorne nach hinten, wobei bis zu 70 % der Kraft auf die Vorderräder oder bis zu 85 % der Kraft eines Fahrzeugs auf die Hinterräder übertragen werden. Darüber hinaus kann die elektronische radselektive Drehmomentsteuerung die Traktion an jeder Achse durch individuelle Radbremsung unterstützen. Die Drehmomentregelung erfolgt durch eine intelligente Softwarefunktion der Stabilitätskontrolle.

Bei den S- und RS-Modellen kann das hintere Sportdifferenzial bei harten Kurvenfahrten das Innen- oder Außenrad übersteuern oder sogar fast die gesamte Kraft von einem Hinterrad auf das andere übertragen, wodurch ein neutraleres Fahrverhalten entsteht. Dies wird als Torque Vectoring bezeichnet.

DerAllradantrieb quattro mit Ultra-Technologie Das derzeit in den Plug-in-Hybridmodellen A4 allroad, Audi Q5 und Q5 TFSI e angebotene System nutzt eine umfassende Sensorik und analysiert kontinuierlich die Fahrzeugdynamik, den Straßenzustand und das Fahrerverhalten. Im Standardbetrieb bei geringer Last ohne die Gefahr von Radschlupf nutzt der quattro-Allradantrieb mit Ultra-Technologie die Vorteile des Vorderradantriebs – geringere Reibung und verbesserte Kraftstoffeffizienz im Vergleich zu permanenten Allradantriebssystemen.

Das System analysiert alle 10 Millisekunden Daten und ist so konzipiert, dass es je nach Fahrweise des Fahrzeugs proaktiv, vorausschauend oder reaktiv arbeitet. Die Kupplungsscheiben des Allradantriebs an der Rückseite des Getriebes und an der Vorderseite des Hinterachsdifferenzials können vollständig von der Kardanwelle und dem Hinterachsdifferenzial gelöst werden, wodurch der mechanische Widerstand eines Allradfahrzeugs eliminiert wird. Der im Herbst in den USA erwartete Audi A7 TFSI e Plug-in-Hybrid 2021 wird auch über den Allradantrieb quattro mit Ultra verfügen.

Die Philosophie ähnelt dem Haldex-System, das im ursprünglichen Audi TT verwendet wurde.Allradantrieb quattro für Queraufbauten ist in den Modellen Audi Q3, A3 und TT zu finden. Zur besseren Gewichtsverteilung ist an der Hinterachse ein elektronisch gesteuertes Lamellenkupplungspaket aus paarweise hintereinander montierten Reibringen aus Metall montiert, die sich drehen – einer mit der Kardanwelle und ein anderer zum Hinterachsdifferenzial.

In traktionsbegrenzten oder dynamischen Fahrsituationen werden die Kupplungen geschlossen. Andernfalls sind die Kupplungen geöffnet, sodass das Fahrzeug in leichteren Situationen im Wesentlichen wie ein Fahrzeug mit Vorderradantrieb funktioniert. Der Allradantrieb quattro wird sofort wieder aktiviert, wenn sich die Fahrsituation ändert. Der Allradantrieb quattro arbeitet eng mit der radselektiven Drehmomentregelung zusammen, einer Softwarefunktion der Stabilitätskontrolle, die durch leichtes, definiertes Bremsen das Antriebsmoment für souveränes Handling im Grenzbereich verteilt.

Für dieR8-Supersportwagen-Quattro-System Das Siebengang-Doppelkupplungsgetriebe S tronic mit integriertem Hinterachsdifferenzial und Mittensperrdifferenzial ist hinter dem Motor montiert und leitet die Kraft über eine Kardanwelle an die Vorderachse. Eine im Vorderdifferenzial integrierte elektrohydraulische Lamellenkupplung leitet das Drehmoment innerhalb weniger Millisekunden an die Vorderräder weiter, wenn diese den Bedarf an mehr Traktion erkennen.

Durch die Umstellung von einer einfacheren Visco-Kupplung auf ein elektrohydraulisches Mehrfachkupplungspaket vorne beim R8 der ersten auf die zweite Generation ist das Auto in der Lage, 100 % seines Drehmoments auf die Vorderräder zu übertragen, während dies bei der Vorgängerversion möglich war überträgt bei Traktionsverlust nur 30 % seiner Kraft auf die Vorderräder. Beide Achsen sind zudem Torque Vectoring-fähig.

Zuletzt,e-tron quattro Allradantrieb wird zu einer Säule der Marke werden, da immer mehr Elektrofahrzeuge in die Audi-Palette aufgenommen werden. Mit zwei Motoren – und einem Ein-Gang-Getriebe für jeden – ist das quattro-System für eine Leistung mit Schwerpunkt auf der Hinterachse ausgelegt und kann schneller auf sich ändernde Traktionsbedingungen und Fahrereingaben reagieren als seine Pendants mit Verbrennungsmotor. Auch die Energierückgewinnung von den Elektromotoren in die Batterie erfolgt überwiegend über den Heckmotor.

Die Kraftverteilung auf Vorder- und Hinterachse erfolgt in Abhängigkeit einer Vielzahl von Parametern. Bei sportlicher Fahrt ermöglicht eine in Entwicklung befindliche Version des e-tron mit zwei Elektromotoren im Heck ein elektrisches Torque Vectoring ähnlich der Funktion des Sportdifferenzials. Da jedoch kein Hinterachsdifferenzial für jedes der Hinterräder vorhanden ist, können die beiden unabhängigen Motoren das Drehmoment präziser aufteilen und so maximale Leistung erzielen. In beiden Versionen mit einem oder zwei Motoren an der Hinterachse funktioniert die radselektive Momentensteuerung ähnlich wie bei anderen quattro-Allradfahrzeugen und sorgt im Rahmen der Stabilitätskontrolle für ein ausgewogenes Fahrerlebnis.

Als Pionier des Allradantriebs entwickelt Audi seit 40 Jahren den quattro weiter und beherrscht die Antriebstechnologien, um dem Fahrer die ultimative Balance aus Leistung, Fahrspaß und Effizienz bei unterschiedlichsten Straßenbedingungen zu bieten.

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