"Wir setzen Drehmoment für Handlingzwecke ein"

Mit der aktiven Fahrdynamikregelung Active Torque Dynamics (ATD) geht der englische Entwicklungsdienstleister Prodrive einen ungewohnten Weg: Ziel ist es nicht, das Fahrzeug durch gezieltes Einbremsen aufzufangen, sondern durch Zuführen von Drehmoment auf die einzelnen Räder Fahrdynamik und Fahrsicherheit gleichermaßen zu steigern. Die ATZ fragte Damian Harty, Entwicklungschef Fahrdynamik bei Prodrive, nach den Vorteilen des Systems.

Herr Harty, was leistet ATD?
Der Kern von Active Torque Dynamics besteht darin, das Drehmoment im Umfeld moderner Antriebsstränge und Fahrwerke für das Fahrverhalten zu nutzen. Vor allem bei einem hochentwickelten Allradantrieb wäre es aus meiner Sicht eine verpasste Gelegenheit, ihn nicht durch eine drehmomentbasierte Fahrdynamikregelung zu verbessern. Unser Ansatz ist es deshalb, Drehmoment auch für Handlingzwecke zu nutzen. Wenn das Fahrzeug beispielsweise untersteuert, lassen wir es sich wie ein heckgetriebenes Fahrzeug verhalten und umgekehrt. In der Praxis wird ein Fahrzeug mit ATD jedes Fahrmanöver mitmachen, ohne auszubrechen, solange die physikalischen Grenzen nicht überschritten werden.

Welche Komponenten benötigen Sie im Fahrzeug, um ATD zu integrieren?
Das hängt vom Marksegment ab. Bei einem sehr sportlichen Fahrzeug mit viel Drehmoment und Leistung sollte ein permanentes Allradsystem zur Verfügung stehen, bei dem man Zentraldifferential und Hinterachsdifferential regeln kann. Dies ist auch die Applikation, wie wir sie in Rallye-Fahrzeugen realisieren, in diesem Fall jedoch zusätzlich mit einem aktiven Vorderachsdifferential. Für schwerere und weniger sportliche Fahrzeuge bis etwa 200 PS sind die Anforderungen geringer. Hier steht oftmals ein temporäres Allradsystem – ein hang-on – zur Verfügung, bei dem im Normalbetrieb nur die Hinterachse oder die Vorderachse angetrieben wird. Selbst Fahrzeuge mit einem noch einfacheren Aufbau, also mit Heck- oder Frontantrieb, können von ATD profitieren. Auch hier kann man viel für die Gierdämpfung tun und so das Fahrzeug stabilisieren.

Welche Art von Kupplungen benötigen Sie?
Damit die Technik funktionieren kann, braucht man Komponenten mit schnellen Reaktionszeiten wie eine Haldex-Kupplung. Kupplungen wie die Visco-Kupplung sind keine aktiven Komponenten, deswegen sind sie zu langsam und für ATD nicht geeignet. Wichtig ist außerdem ein starker Kraftschluss, der bei dem aktuellen technischen Stand immer noch am besten durch hydraulische Lösungen gegeben ist. Diese haben eine hohe Leistungsdichte, sind robust, bieten schnelle Reaktionszeiten, und sie sind im Markt eingeführt.

Warum sind elektrische Kupplungen nicht geeignet?
Zum einen stehen heute geeignete elektrisch betätigte Komponenten für die Serienanwendung noch nicht in ausreichender Menge zur Verfügung. Zusätzlich stellen elektrische betätigte Kupplungen hinsichtlich ihres Energiebedarfs sehr hohe Anforderungen an die Systemregelung, weshalb der Serieneinsatz der Komponenten immer noch ein Problem ist. Tatsächlich warten wir hier noch immer auf eine Patentlösung, denn gerade im amerikanischen Markt werden hydraulische Komponenten nur ungern eingesetzt. Es gibt elektrische Kupplungssysteme, die ständig verbessert werden, zum Beispiel von Borg Warner oder von GKN, aber sie können nach wie vor nicht die benötigten Drehmomente übertragen, ohne überdimensioniert zu sein.

ATD ist sicher sinnvoll im Motorsport. Welchen Nutzen hat es für die Fahrsicherheit in Alltagssituationen?
Natürlich macht das System als Ergänzung von Sportwagen viel Spaß. Aber auch hier gibt es bereits einen Sicherheitsgewinn, denn durch ATD behält das Fahrzeug ein sehr lineares Fahrverhalten, so dass das ESP weniger eingreifen muss. Und je unauffälliger sich das ESP verhält, desto weniger wird der Fahrer es abschalten. Außerdem bringt die Gierdämpfung einen objektiven Sicherheitsgewinn, wodurch man das Fahrwerk nicht mehr konservativ auslegen muss, um es sicherer zu machen. Bei Alltagsautos sieht die Betrachtung etwas anders aus: Bei weniger Leistung oder Drehmoment kommt auch der Verteilung des Drehmoments weniger Bedeutung zu. Bei einem frontgetriebenen Pkw mit ATD kommt jedoch ein indirekter Aspekt hinzu: Beim Eingreifen von ATD bringen wir mit Hilfe des Frontdifferentials Drehmomente in das Lenksystem ein, die einen ähnlichen Effekt haben wie eine aktive Lenkung, da wir gewissermaßen die Vorderräder in die richtige Position ziehen.
Einen weiteren Vorteil haben wir eher durch Zufall entdeckt: Ein großes Problem von ESP-Systemen besteht ja darin, den Fahrzeugschwimmwinkel bei Kurvenfahrt zu messen. Normalerweise beträgt er ein bis zwei Grad, bei zehn Grad wird es kritisch. Bei ATD bekommt man das Schwimmwinkel-Feedback umsonst, denn die Informationen über die momentane Lenkgeometrie lassen in Verbindung mit den Daten des Gierratensensors Rückschlüsse über den Zustand des Fahrzeugs zu.

Wie erkennt das Fahrzeug, wann der Einsatz von ATD oder der von ESP sinnvoll ist?
Das ist relativ einfach: Wenn der Fahrer Gas gibt und sich das Fahrzeug nach Auswertung der Sensorik linear verhält, ist der Einsatz von ESP nicht sinnvoll. Wird dagegen kein Gas gegeben oder bereits gebremst, ist der Einsatz von ESP absolut das Richtige. Irgendwo dazwischen gibt es einen Entscheidungspunkt, der im Wesentlichen davon abhängt, wie viel Gas der Fahrer gibt. Was nicht geschieht, ist der gleichzeitige Einsatz beider Systeme. Wenn beispielsweise das ESP eingreift, wird man in der Praxis nicht gleichzeitig ATD einsetzen. Das wäre nicht im Sinne der ESP-Entwickler, ist aber für die Funktion auch nicht unbedingt notwendig.
Der entscheidende Unterschied zwischen ESP und ATD besteht darin, dass wir über die Differentiale die Geschwindigkeit der Räder gezielt beeinflussen, während ESP erst am Rad wirksam wird und es abbremst. ESP reagiert immer auf einen zurückliegenden Zustand, ohne wirklich einen Zustand voraussagen zu können. Dies ist umso schwieriger, je glatter die Fahrbahn ist, und bei Übergängen zwischen unterschiedlichen Oberflächen. Bei ATD ist dagegen ein gewisser Schlupf Bestandteil des Konzepts, er behindert nicht die Regelvorgänge.

Inwieweit konkurriert ATD mit einem Konzept wie der Aktivlenkung?
Die Frage könnte man sogar noch erweitern: Es gibt eine ganze Reihe von Techniken, die das Fahrverhalten beeinflussen können. Verschiedene Systeme machen unterschiedliche Dinge zu unterschiedlicher Zeit. Wenn es darum geht, in Notfällen einzugreifen, ist ESP das Richtige. Wenn der Fahrspaß erhöht und das Fahrverhalten linearisiert werden soll, und einem Notfall vorgebeugt werden soll, ist ESP nicht geeignet, hier ist in vielen Fällen ATD die geeignete Lösung, aber oftmals auch die Aktivlenkung. Meine Idealvorstellung ist ein System, das diese Techniken kombiniert, ergänzt durch eine variable Dämpfung und die Möglichkeit, auch den Lenkwinkel der Hinterräder zu kontrollieren. Es ist auch nicht schwierig, sich Fahrsituationen vorzustellen, in der eine Software diese verschiedenen Funktionen verknüpft, die Logik dafür steht heute zur Verfügung. Ich sehe eher, dass sich diese Systeme ergänzen, als miteinander zu konkurrieren.

Mit welchen Kosten muss beispielsweise ein Hersteller von sportlichen, vierradgetriebenen Allradlimousinen rechnen, wenn er ATD implementieren möchte?
Die Kosten sind nicht sehr hoch. An einigen Komponenten müssen im Detail Veränderungen vorgenommen werden, aber im Grunde verändern wir nur einige Design-Parameter von Komponenten, die bereits vorhanden sind, im Wesentlichen bei der Dimensionierung. Vollkommen neu hinzu kommt nur die Software, und die ist im Grunde sogar einfacher aufgebaut als im ESP. Hinsichtlich Sensorik und der Datenübertragung ist in modernen Fahrzeugen bereits alles vorhanden, was wir brauchen.

Herzlichen Dank für das Gespräch.

Zur Person:
Damian Harty (36) studierte Automotive Engineering an der Loughborough University. Von 1992 bis 1995 war Harty in der Fahrwerksentwicklung bei Ford tätig, danach in dem Softwareunternehmen SDRC. Seit 1997 arbeitet er für Prodrive, wo er unter anderem die Entwicklung der Fahrdynamikregelung ATD vorantrieb. Harty besitzt ein MasterŽs Degree der University of Hertfordshire, zurzeit promoviert er. Neben seiner Tätigkeit für Prodrive hält er Vorlesungen im Fach "Vehicle Dynamics" als Gastlektor an verschiedenen Hochschulen.

Autor(en): Gernot Goppelt

Suche: