Optimale Traktion: Das elektronische Sperrdifferential FXD von Borg-Warner

Borg-Warner hat jetzt eine neue Generation von elektronischen Sperrdifferentialen vorgestellt, das Front Cross Differential (FXD). Zum Einsatz kommt es im neuen Seat Leon Cupra. KRAFTHAND hat sich das FXD in der aktuellen Ausgabe (13-14/2015) näher angeschaut.

Allgemein bekannt ist, dass offene Differentiale das Antriebsmoment gleichmäßig auf die Vorderräder verteilen, auch wenn sich diese unterschiedlich schnell drehen. Doch haben offene Differentiale einen Nachteil, der sie schnell an ihre Grenzen stoßen lässt: Berührt ein Rad rutschigen Untergrund, beispielsweise Eis oder Schotter, während das andere über eine hohe Bodenhaftung verfügt, so dreht das Rad auf Eis durch und das andere steht komplett still.

Traktion
Ähnlich verhält es sich in besonders dynamischen Fahrsituationen, etwa bei Kurvenfahrten. Weil dort weniger Kräfte auf das kurveninnere Rad wirken, untersteuert das Fahrzeug bei höheren Geschwindigkeiten und verliert Traktion. Bremsbasierte Traktionskontrollsysteme können dieses Defizit bis zu einem gewissen Grad ausgleichen, indem mithilfe der Radbremse Reaktionsmoment erzeugt und an das Rad mit hohem Schlupf und geringer Traktion weitergegeben wird. Da dies jedoch die Motorleistung verringert, gelten bremsbasierte Traktionskontrollsysteme nicht als Ideallösung. Deshalb kommen immer mehr Sperrdifferentiale wie das FXD von Borg-Warner zum Einsatz.

Grenzen neu definiert
Dieses elektronische Sperrdifferential wurde für frontangetriebene Fahrzeuge entwickelt und überwindet die beschriebenen Grenzen eines offenen Differentials. Das FXD kann das für die jeweilige Fahrsituation benötigte Antriebsmoment antizipieren und somit optimale Traktion gewährleisten, noch bevor Schlupf auftritt. Auf der Grundlage von Sensordaten zu Fahrzeuggeschwindigkeit, Raddrehzahl, Querbeschleunigung und Gierrate ermittelt das FXD das ideale Sperrmoment und verteilt das verfügbare Antriebsmoment entsprechend auf die Vorderräder. Die nötige Übertragung übernimmt eine elektro-hydraulische Lamellenkupplung, die zwischen der Seitenwelle und dem Differentialkorb angebracht ist. Durch Veränderung des hydraulischen Drucks stellt das System eine kontrollierte Sperrwirkung zwischen 0 und 100 Prozent her. Das maximale Sperrmoment im neuen Seat Leon Cupra beträgt 1.600 Nm.

Im Vergleich zu offenen Differentialen verringert das FXD im Zusammenspiel mit bremsbasierten Traktionskontrollsystemen den Radschlupf und erhöht die Beschleunigung bei Kurvenausfahrten. Darüber hinaus benötigen Fahrzeuge mit diesem System beim Erklimmen von Hügeln und Bergen weniger Antriebsmoment. Außerdem verhindert das elektronische Achsausgleichsgetriebe das bereits erwähnte Untersteuern in Kurven.

Untersteuern
Dazu muss man wissen: Die meisten Fahrer von Fahrzeugen mit herkömmlichem Differenzial reduzieren die Beschleunigung, um diese Tendenz, also das Untersteuern, auszugleichen. Aufgrund eines höheren Anpressdrucks verfügt das kurvenäußere Rad über mehr Traktion. Das kurveninnere Rad ist weniger belastet und beginnt durch überhöhten Radschlupf an Traktion zu verlieren. Das FXD hingegen stellt dem kurvenäußeren Rad durch Umverteilung ausreichend Antriebsmoment zur Verfügung, indem es dieses vom Rad mit wenig Grip auf das Rad mit höherer Bodenhaftung umverteilt.

Kurvenverhalten
Dieser Vorgang verbessert das Kurvenverhalten und reduziert dadurch das Eingreifen von bremsbasierten Traktions- und Stabilitätskontrollen. Denn das FXD verlagert das Antriebsmoment auf das kurveninnere Rad, was die Gierdämpfung verbessert. Die genannten Regelungen setzen unverzüglich ein und stabilisieren das Fahrzeug, noch bevor die bremsbasierte Stabilitätskontrolle eingreifen muss. Somit sind mit FXD ausgestattete Fahrzeuge bei Spurwechseln stabiler und benötigen weniger Lenkimpulse.

Elektro-hydraulische Steuerung
Platzsparend in einem Gehäuse direkt am Differenzial angebracht, umfasst das FXD-Modul eine Kupplung, einen elektro-hydraulischen Kupplungsaktuator mit Fliehkraft-Überdruckventil sowie ein elektronisches Steuergerät. Für die Integration des Moduls ins Fahrzeug sind nur wenige Modifikationen des Getriebes notwendig. Verfügt dieses bereits über eine Kraftübertragungseinheit für den Allradbetrieb, sind keine Veränderungen erforderlich.

Mehr zu diesem und anderen Werkstattthemen in der aktuellen KRAFTHAND.