quattro met ultra-technologie: vierwielaandrijving voor de toekomst
Vrijdag 19 februari 2016 — Audi begint een nieuw hoofdstuk in de geschiedenis van de quattro. De nieuwe quattro met ultra-technologie combineert rijdynamiek en veiligheid met een hoge energetische efficiëntie: de vierwielaandrijving is klaar voor de toekomst. Het systeem werd ontwikkeld voor gebruik in talrijke modellen van Audi met een in de lengte voorin gemonteerde motor – midden 2016 debuteert het in een eerste variant in de nieuwe Audi A4 allroad quattro.
Met de permanente vierwielaandrijving quattro heeft Audi zijn voorsprong gedurende meer dan drie decennia uitgebouwd. Nu volgt een nieuwe stap: quattro in combinatie met ultra-technologie.
Het doel van deze ontwikkeling: een vierwielaandrijving met geoptimaliseerde efficiëntie die op het vlak van trekkracht en rijdynamiek echter niet verschilt van de permanente systemen. Op het vlak van verbruik en CO2-uitstoot zal de quattro ultra in zijn klasse nieuwe normen bepalen in dagelijkse gebruiksomstandigheden: zo verbruikten de ontwikkelaars van Audi bij testritten met het nieuwe systeem gemiddeld ongeveer 0,3 l/100 km minder brandstof dan met de conventionele vierwielaandrijving. De ritten vonden plaats op een testcircuit in en rond Ingolstadt en in normaal verkeer.
Op het eerste gezicht schenen de uiteenlopende eisen nauwelijks verenigbaar. Maar door de combinatie van de nieuw ontwikkelde componenten van de vierwielaandrijving met een uitgekiende werkingsstrategie slaagden de Audi-ingenieurs er toch in hun doel te bereiken. Het resultaat: de intelligente sturing van de vierwielaandrijving werkt predictief – met behulp van talloze sensoren en door een continue evaluatie van gegevens over de rijdynamiek, de wegtoestand en het rijgedrag blikt ze steeds vooruit. Zo staat de quattro-aandrijving indien nodig steeds paraat. In standaardwerking bij geringe belasting zonder slipgevaar biedt de nieuwe quattro alle voordelen van een voorwielaandrijving.
De vierwielaandrijving wordt steeds uitgeschakeld indien ze niet nodig is, maar blijft wel permanent beschikbaar. Zo kan het mogelijke verbruiksverschil tussen een voorwielaangedreven wagen en een wagen met vierwielaandrijving aanzienlijk beperkt worden.
De strategie
Wanneer de bestuurder de vierwielaandrijving nodig heeft, is ze al geactiveerd. Het in- en uitschakelen verloopt immers volgens een uiterst gedifferentieerde strategie: de elektronica van de quattro is met talrijke andere regelapparaten verbonden. Om de tien milliseconden registreert en analyseert het systeem de meest uiteenlopende data, zoals de stuurhoek, de dwars- en langsversnelling of het motorkoppel.
De inschakeling van de vierwielaandrijving gebeurt volgens een drievoudige strategie: proactief, predictief – dus vooruitziend – en reactief.
Bij de proactieve inschakeling ligt de focus op de gegevens die geleverd worden door de geconnecteerde systemen in de auto. Daaruit berekent het regelapparaat bijvoorbeeld bij een snel genomen bocht het punt waarop het voorwiel aan de binnenkant van de bocht zijn grip zal verliezen. Het rekent daarbij ongeveer 0,5 s vooruit. Zodra het betreffende wiel binnen een bepaalde marge bij de griplimiet komt, wordt de vierwielaandrijving ingeschakeld.
Voor de predictieve inschakeling baseert het quattro-regelapparaat zich vooral op de rijstijl van de bestuurder, de status van de elektronische stabiliteitscontrole ESC, de gekozen modus van de Audi drive select en de eventuele detectie van een aanhangwagen.
De reactieve inschakeling – die in de praktijk zelden voorkomt – volgt op de herkenning van plotse veranderingen in de gripomstandigheden. Die treden bijvoorbeeld op wanneer de wielen van droog asfalt op een ijsplek komen.
Over het algemeen is de quattro-aandrijving in de winter vaker actief dan in de zomer, omdat de grip dan lager ligt. Bij middelmatige en lage snelheden waarbij geaccelereerd wordt is de nood aan vierwielaandrijving doorgaans hoger dan bij rustige ritten aan constante snelheid. Daardoor wordt bijvoorbeeld op de snelweg de vierwielaandrijving beduidend minder ingeschakeld.
Toch kan de auto ook op een besneeuwde weg veilig rijden met enkel voorwielaandrijving, indien de weg een recht verloop kent en de snelheid constant blijft. Indien daarentegen constant dynamisch gereden wordt op bochtige wegen, blijft de vierwielaandrijving steeds actief, zelfs op droog asfalt met een goede grip.
De optimale verhouding in de verdeling van de aandrijfkracht tussen voor- en achterwielen wordt bij actieve vierwielaandrijving continu berekend. De regelstrategie houdt rekening met gegevens van de ESC, de omgevingsomstandigheden, de rijtoestand en de wensen van de bestuurder. Afhankelijk daarvan wordt het koppel steeds ideaal over beide assen verdeeld.
Om de vierwielaandrijving uit te schakelen is er algemeen voldoende tijd, maar de snelheid waarmee de koppelingen moeten sluiten om ze te activeren, hangt af van de rijomstandigheden. Dit proces moet in bijzondere situaties ook in fracties van een seconde kunnen verlopen.
Door de connectie tussen de quattro-vierwielaandrijving en Audi drive select heeft de bestuurder de mogelijkheid om de eigenschappen van de vierwielaandrijving persoonlijk in te stellen. De ‘auto’-modus van de drive select biedt maximale trekkracht met een uitgebalanceerde rijdynamiek. In ‘dynamic’-modus wordt er sneller en meer koppel naar de achterwielen gestuurd, wat vooral bij geringere grip de rijdynamiek verhoogt. De individuele herverdeling van het koppel per wiel (torque vectoring), een softwarefunctie van de ESC, perfectioneert de handling indien nodig met minimale remingrepen op de wielen aan de binnenzijde van de bocht.
Twee koppelingen – de technologie
De hoge energetische efficiëntie van het systeem is te danken aan twee koppelingen in de aandrijflijn. Zodra op voorwielaandrijving wordt overgeschakeld, koppelt de voorste – een lamellenkoppeling aan de uitgaande kant van de versnellingsbak – de cardanas af. Aan het achterasdifferentieel opent zich bovendien een geïntegreerde scheidingskoppeling, om wrijvingsverliezen op de achtertrein te vermijden. Ondanks de nieuwe extra componenten is de quattro-aandrijflijn bijna vier kilogram lichter dan het systeem tot nu toe. Ook dat spaart brandstof en komt de dynamiek ten goede.
De lamellenkoppeling
De koppeling voor het in- en uitschakelen van de vierwielaandrijving bevindt zich aan de uitgaande as van de versnellingsbak. Een in het quattro-regelapparaat geïntegreerde elektromotor drijft een spilmechanisme aan, dat de lamellenkoppeling bedient. Die laatste bestaat – afhankelijk van de uitvoering – uit een pakket met vijf of zeven lamellenparen die in een oliebad lopen. De frictieringen liggen per paar achter elkaar. De eerste is vast verbonden met de behuizing van de koppeling, die met de ingaande as meedraait. De volgende is telkens met de uitgaande as naar het achterasdifferentieel verbonden. Zodra de lamellen samengeperst worden, wordt de vierwielaandrijving geactiveerd. Het aandrijfkoppel kan traploos en dynamisch tussen beide assen verdeeld worden door de samenpersdruk van de lamellen te variëren.
De geïntegreerde scheidingskoppeling
De in het achterasmechanisme geïntegreerde scheidingskoppeling volgt een ander principe. Net buiten het achterasdifferentieel is de as naar het rechterachterwiel onderbroken. Het linkergedeelte van deze as, met het kegelwiel in het differentieel, en het rechterdeel van de as zijn door een klauwelement met elkaar verbonden. Beide delen kunnen vast met elkaar verbonden worden.
De klauwkoppeling wordt elektromechanisch geopend en via voorgespannen veren gesloten. Indien zowel de koppeling voor de vierwielaandrijving als de scheidingskoppeling geopend zijn, dan komen de cardanas en de relevante componenten in het achterasmechanisme die wrijvingsverliezen veroorzaken tot stilstand. Enkel de kegel- en planeetwielen in het differentieel, die het verschil in draaisnelheid tussen de aandrijvende wielen in bochten compenseren, blijven draaien. Daarbij ontstaan echter slechts zeer geringe wrijvingsverliezen.
Om de vierwielaandrijving in te schakelen, worden de stilstaande componenten in fracties van een seconde door de gestuurde lamellenkoppeling weer aan het draaien gebracht. De klauwkoppeling wordt gesloten zodra de cardanas en dus ook de behuizing van het differentieel weer aan het vereiste toerental draaien. Een elektromechanisch bediende metalen stift lost dan de vergrendeling. De veren ontspannen en sluiten de klauwkoppeling.
Het gebruik van voorgespannen veren om de scheidingskoppeling te sluiten zorgt dat dit proces bliksemsnel verloopt.
quattro met ultra-technologie: de versnellingsbakken
Om bij de aandrijving via één as een hogere efficiëntie te realiseren, is het cruciaal dat die rechtstreeks aangedreven as met een optimaal rendement werkt. Daarom lag ook bij de ontwikkeling van de nieuwe generatie manuele en S tronic-versnellingsbakken de nadruk op een maximaal rendement.
Het eerste model met de quattro-vierwielaandrijving van de nieuwe generatie zal de nieuwe Audi A4 allroad quattro zijn, die in het tweede kwartaal van 2016 op de markt komt. Nadien zal de nieuwe technologie geleidelijk aan worden toegepast in andere modellen met een in de lengte voorin ingebouwde motor en een manuele of S tronic-versnellingsbak.
