Techniklexikon

Allradspezialist Subaru hat die Fahrdynamikregelung Vehicle Dynamics Control gezielt für Fahrzeuge mit Allradantrieb entwickelt und auf die speziellen Anforderungen dieses Antriebssystems optimiert. Subaru liefert das System serienmäßig für Legacy Kombi 2,5 GX Automatik und für Outback 2,5 GX Automatik sowie das Topmodell Outback H6-3.0. 
Die Fahrdynamikregelung Vehicle Dynamics Control arbeitet mit Sensoren zur Erfassung der Raddrehzahl, der Längs- und Querbeschleunigung, des Lenkwinkels, des Giermoments, des Bremsdrucks, des Motordrehmoments und des eingelegten Ganges. Auf der Basis dieser Daten vergleicht Vehicle Dynamics Control die aktuelle Fahrsituation mit gespeicherten Werten kritischer Fahrsituationen und greift nötigenfalls in die Regelsysteme ein. 
Die hochentwickelte Steuereinheit koordiniert die Funktionen der Vehicle Dynamics Control-Einzelkomponenten AWD (All Wheel Drive = Allradantrieb), ABS (Anti-Blockier-System), TCS (Traction Control System = Traktionskontrolle) und BSC (Braking Stability Control = Bremskraftverteilung). Der permanente Allradantrieb in Verbindung mit Vehicle Dynamics Control profitiert von VTD (Variable Torque Distribution), einem optimierten System der variablen Drehmomentverteilung. Neben dem gezielten Bremseingriff nutzt Vehicle Dynamics Control auch die variable Drehmomentverteilung VTD des elektronisch gesteuerten Automatikgetriebes E-4AT und die Möglichkeit zur Reduzierung des Motordrehmoments. In der Praxis führt die Arbeit der Fahrdynamikregelung zu einem narrensicheren Fahrverhalten auch in falsch gefahrenen Kurven im Rahmen der physikalischen Grenzen. 
Beispiel: Das Fahrzeug fährt zu schnell in eine Linkskurve, droht rechts aus der Kurve auszubrechen. Die Fahrdynamikregelung schließt aus seinen Sensordaten, dass das Fahrzeug zum Übersteuern neigt und handelt: Das System bremst unabhängig voneinander die kurvenäußeren Räder ab, reduziert gleichzeitig Drehmoment und Motorleistung, vermindert mit beiden Maßnahmen sowohl Fahrzeuggeschwindigkeit als auch Querbeschleunigung und verhindert so das Ausbrechen. Das Fahrzeug fährt sicher durch die Kurve. 
Die praktische Auslegung von Vehicle Dynamics Control begünstigt die Freude am Fahren, denn das System greift erst relativ spät ein und beschneidet also nicht bereits frühzeitig den Fahrspaß: Erst wenn es riskant wird, bringt Vehicle Dynamics Control das Fahrzeug des leichtsinnigen Piloten zurück auf den Pfad der Sicherheit. Genau so soll die Fahrdynamikregelung nach dem Willen von Masaru Katsurada, Chefentwickler bei Subaru, agieren: „Die Aufgabe des Systems ist es, bei Überschreitung des Grenzbereichs das Auto durch gezielten Eingriff in Motormanagement und Bremssystem sowohl in Längs- als auch Querrichtung zu stabilisieren. Die Techniker haben Vehicle Dynamics Control im Fahrversuch so getrimmt, dass der sportliche Charakter nicht durch zu frühe Zügelung unterdrückt wird. Ziel der Abstimmungsarbeit war, in Verbindung mit den vier angetriebenen Rädern bei unverhofftem Annähern an die physikalisch gegebenen Grenzen eine kurze, aber entscheidende Hilfe zu gewähren.“ Das heißt: Vehicle Dynamics Control lässt Dynamik bis in den Grenzbereich zu, greift aber rechtzeitig vor dem Überschreiten desselben ein. 
Die Fahrdynamikregelung Vehicle Dynamics Control steigert die konzeptionell schon sehr hohe Fahrsicherheit und Sicherheit eines Subaru Allradfahrzeugs bis auf die Spitze des heute technisch Machbaren.

Gegenüber allen V- und Reihenmotoren besitzt der Boxer den Vorteil eines sehr niedrigen Schwerpunktes und vollkommen symmetrischer Bauweise. Dies trägt wesentlich zur herausragenden Ausgewogenheit und Leistungsfähigkeit des Subaru-Allradsystems bei, denn diese resultiert wesentlich aus der Kombination von Boxermotor und Allradantrieb: Vom Motor über Getriebe, Kardan-Antriebswelle bis zum Hinterachs-Differenzial verläuft der gesamte Antriebsstrang in einer geraden Linie mit einer horizontal symmetrischen Auslegung. Das Ergebnis ist ein ausgewogenes, sicheres Fahrverhalten. Dieses System aus Boxermotor und Allradantrieb ist ein Meisterwerk an Symmetrie und Effizienz: perfekt in der Gewichtsverteilung, leistungsfähig, leicht, langlebig und zuverlässig. Mit diesem System errang Subaru drei Mal hintereinander von 1995 bis 1997 die Rallye-Markenweltmeisterschaft.

Bereits in den Zwanzigern verwendete die englische Firma Jouett in einigen Kleinwagen den Boxer. In den dreißiger Jahren folgten Steyr in Österreich und Tatra in der Tschechoslowakei. Aber der bekannteste Boxer, der jemals ein Automobil antrieb, verrichtete brav und überaus zuverlässig seinen Dienst im legendären VW Käfer. Luftgekühlt taktete der Vierzylinder dort seit 1946. 1948 machte ein Vierzylinder-Boxermotor Karriere in einer automobilen Legende: dem Porsche 356. Die nachfolgende 911-Serie setzte ab 1964 auf einen luftgekühlten Sechszylinder-Boxer. Ferrari gewann in den siebziger Jahren mit dem 365GT4/BB ein Rennen nach dem anderen.

Subaru ist dem Boxermotor seit der Einführung des Subaru 1000 anno 1965, einer viertürigen Limousine mit wassergekühltem Vierzylinder-Boxer, bis heute treu geblieben. Der „Vater“ dieses Motors war 1960 Yoshio Akiyama, von Haus aus ein Flugzeugmotorenbauer. Shinroku Momose, damals Entwicklungschef bei Subaru, beauftragte ihn mit dem Bau eines Motors mit einigen grundlegenden Eigenschaften: Er dürfe nicht zu schwer sein, mit einem möglichst niedrigen Schwerpunkt, damit die Designer des Fahrzeugs mehr Freiraum bei der Gestaltung des Wagens haben. Gleichzeitig aber sollte er laufruhig und komfortabel sein. All diese Punkte erfüllte Akiyama mit der Konstruktion eines Boxermotors, der durch Vibrationsarmut, außerordentliche Laufruhe und gutes Ansprechverhalten überzeugte. Hinzu kam, dass man alle anderen Komponenten wie die Lichtmaschine und Ansaugtrakt oberhalb des Motorblocks platzieren konnte. Ergebnis: Man hatte ein Leichtgewicht von kompakten Abmessungen.

Des Boxers Kennzeichen sind gegenüberliegend angeordnete Zylinder. In ihrem Innern stehen sich die Kolben paarweise gegenüber wie zwei Boxer. Dem Prinzip Boxermotor wohnt eine Faszination inne, die viel mit der Ästhetik seines Gleichlaufs zu tun hat. Bei diesem Motor bewegen sich die Kolben horizontal. Diese Struktur ermöglicht einen steiferen Zylinderblock. Der Boxer dreht weich hoch bis an die Nenndrehzahl auch ohne Ausgleichswellen. Er baut flach, kurz und kompakt und ermöglicht einen sehr niedrigen Schwerpunkt und eine fast ideale Gewichtsverteilung. So wie die Kugel ein Optimum von Volumen im Verhältnis zur Oberfläche darstellt, so ist der Boxer die harmonischste Form der Verbrennungsmaschinen. Die Anzahl der Zylinder ist variabel zwischen zwei und zwölf, beträgt aber zwangsläufig immer ein Vielfaches von Zwei. Symmetrie heißt das Geheimnis sowohl bei der Gewichtsverteilung als auch bei der Zylinderzahl.

Um den Straßen-Renner in jedem Fahrzustand adäquat kontrollieren zu können, haben die Ingenieure das vom Fahrer steuerbare serienmäßige Mittendifferential (Driver's Control Centre Differential - DCCD) überarbeitet. Über einen Drehregler in der Mittelkonsole kann der Fahrer die Kraftverteilung zwischen Vorder- und Hinterachse manuell regeln. So lässt sich das Fahrverhalten noch stärker auf die Anforderungen des Fahrers fokussieren. Das heißt, wenn der Pilot stärker driften will, dann lenkt er per Knopfdreh mehr Drehmoment an die Hinterachse. Wenn er automatische Balance wünscht, überlässt er die Drehmomentverteilung der Elektronik: Die regelt das schon. Dazu wurde im Modelljahr 2006 ein drehmomentfühlendes LSD (Limited Slip Differential) in das als Planetenradsatz ausgeführte Mittendifferential integriert. Über die Drehmomentnocken wird eine Druckkraft erzeugt, die das LSD entsprechend der Drehmomentdifferenz zwischen Vorder- und Hinterachse aktiviert. Dieser zusätzliche LSD-Effekt verleiht dem Fahrzeug eine höhere Stabilität bei plötzlichen Lastwechseln oder Schlupfänderungen. Für maximale Effizienz des mechanischen LSD wurde die Basisverteilung des Drehmoments zwischen Vorder- und Hinterachse (vor Aktivierung des LSD) von 35:65 auf 41:59 Prozent geändert. Ein neuer Lenkwinkelsensor schickt seine Daten an das Steuermodul des Automatikmodus des DCCD-Systems. Auf der Basis dieser Daten "erkennt" das Steuermodul sehr präzise die Absichten des Fahrers und den Grad des Einlenkens. Zusammen mit dem mechanischen LSD aktiviert das Steuermodul das elektromagnetische LSD genau zum richtigen Zeitpunkt, ohne die fahrerischen Absichten des Fahrers zu beeinträchtigen. Selbst in schwierigen Situationen bleibt das Fahrverhalten bis ans Limit weitgehend vorhersehbar. Der Impreza WRX STI des Modelljahres 2006 verfügt darüber hinaus über einen Kontrollschalter, um zwischen automatischem und manuellem Sperr-Modus zu wählen. Über einen Drehregler kann der Fahrer manuell die Sperrrate des LSD einstellen. Das mechanische LSD bleibt auch im manuellen Modus aktiv.

Das Subaru-Allradsystem besteht aus der Kombination von Boxermotor und Allradantrieb, dessen bestimmender Vorzug die Symmetrie des Systems ist. Zur herausragenden Ausgewogenheit und Leistungsfähigkeit des Subaru-Allradsystems trägt das Prinzip „Boxermotor“ wesentlich bei, denn vom Motor über Getriebe, Kardan-Antriebswelle bis zum Hinterachsdifferenzial verläuft der gesamte Antriebsstrang in einer geraden Linie mit einer horizontal symmetrischen Auslegung.

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 aus dem Unterschied 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).

Von entscheidender Bedeutung ist die Kraftübertragung, 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. 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.

Autos mit Allradantrieb besitzen einen eingebauten Sicherheitsvorsprung: Ihr Antriebssystem liefert die bestmögliche Traktion. Und je besser die Traktion, desto fahrstabiler, desto sicherer ist das Auto. Deshalb bietet Subaru ausschließlich Fahrzeuge mit permanentem Allradantrieb an und folgt damit der traditionellen hauseigenen Sicherheitsphilosophie der Unfallvermeidungsfähigkeit: Diese betont das Primat der aktiven Sicherheit gegenüber der passiven Sicherheit, für die Elemente wie Airbags, Seitenaufprallschutz, Gurtstraffer, crashsichere Karosserie etc. stehen. Die Unfallvermeidungsfähigkeit ist der wahre Schlüssel zur Sicherheit, denn es ist besser, einen Unfall zu vermeiden, als ihn „nur“ zu überleben. Vorteil und Vorsprung des Allradantriebs liegen im System: Allradantrieb verteilt die Antriebskraft nicht nur an zwei, sondern an alle vier Räder und liefert wesentlich mehr Traktion als jeder Zweiradantrieb gleichgültig, ob Front- oder Heckantrieb. Dieses Plus an Traktion sorgt für ein Plus an Fahrstabilität und Sicherheit, und deshalb bleibt ein allradgetriebenes Fahrzeug auch unter Bedingungen sicher kontrollierbar, unter denen ein zweiradgetriebenes Fahrzeug seine Grenzen schon überschritten hätte. Der Kraftschlussbeiwert ist aber immer nur so gut wie die jeweilige Beschaffenheit der Straßenoberfläche. Wenn der maximale Reibwert zwischen Reifen und der Straßenoberfläche überschritten wird, beginnt das Rad zu rutschen, denn die Räder können die Motorkraft nicht mehr auf die Straße übertragen.