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 Hersteller-News  

Kategorie: xDrive Technik Klassik

BMW-Modellreihe: E30 E53 E60 E61 E90 F07

21.10.2010
Entwicklung und Technologie des Allradsystems BMW xDrive.
 

Eine möglichst umfassende Kontrolle über die auf das Fahrzeug einwirkenden Kräfte bildet die Grundlage für Sicherheit und Fahrfreude. Beide Aspekte hängen eng miteinander zusammen und werden daher bei der Entwicklung von Antriebs- und Fahrwerkssystemen für BMW Automobile gleichermaßen berücksichtigt. Eine präzise Lenkung, wirkungsvolle, exakt dosierbare Bremsen sowie feinfühlig und schnell reagierende Feder- und Dämpfersysteme tragen dazu bei, quer-, längs- und vertikaldynamische Kräfte optimal zu beherrschen. So ist das Fahren auch in besonders sportlichem Stil oder bei widrigen Fahrbahnverhältnissen mit mehr Sicherheit und zugleich mit größerer Freude verbunden. Auch der Allradantrieb war bei BMW von Beginn an dazu bestimmt, neben der Traktion und der Fahrstabilität auch die Fahrdynamik zu optimieren. 25 Jahre später wird der Allradantrieb BMW xDrive dieser Aufgabenstellung in weltweit einzigartigem Umfang gerecht. Mit unübertroffener Schnelligkeit, Variabilität und Präzision lenkt das intelligente Allradsystem von BMW die Antriebskraft unter allen Bedingungen stets dorthin, wo sie optimal in Fahrdynamik umgesetzt werden kann.

Allradantrieb im BMW X5 des Modelljahres 2000 (Model E53)

Allradtechnologie von BMW ist seit jeher so konzipiert, dass die Vorteile der Kraftverteilung auf vier Räder maximal genutzt und ihre negativen Begleiteffekte minimiert werden. Herkömmliche Allradsysteme sind vor allem darauf ausgerichtet, die Traktion auf unbefestigtem Untergrund oder beiwinterlichen Straßenverhältnissen zu verbessern. Hierbei treten jedoch Nachteile auf, die aus einer ineffizienten Kraftverteilung resultieren und sich beispielsweise in einem untersteuernden Fahrverhalten und eingeschränkter Lenkpräzision bei sportlicher Kurvenfahrt, einem instabilen Geradeauslauf oder Komforteinbußen beim Rangieren äußern. Diese Minuspunkte fallen vor allem im Vergleich zum BMW typischen Hinterradantrieb deutlich ins Gewicht.

Für die Entwickler des ersten Allradantriebs für ein BMW Modell galt es daher, die Vorzüge des bewährten Hinterradantriebs und jene der Kraftübertragung auf vier Räder möglichst perfekt miteinander zu kombinieren.

Seit 25 Jahren ein bewährtes Prinzip: Mehr Dynamik in Kurven,
mehr Sicherheit im Winter.

Der auf der Internationalen Automobilausstellung (IAA) des Jahres 1985 vorgestellte BMW 325iX brachte diese markenspezifische Allrad-Philosophie deutlich zum Ausdruck. Anstelle einer simplen Gleichverteilung leitete sein Allradsystem das Antriebsmoment bei normaler Fahrt zu 63 Prozent an die Hinter- und zu 37 Prozent an die Vorderachse. So blieb das für BMW typische präzise Einlenken in Kurven einschließlich einer hohen Seitenführung ohne Antriebseinflüsse an den Vorderrädern und einer im Grenzbereich leicht kontrollierbaren Tendenz zum Übersteuern gewahrt. Unter extremen Bedingungen beziehungsweise in besonders dynamischen Situationen regelten Viscosperren im Verteiler und im Hinterachsgetriebe den Kraftfluss. Bei Bedarf wurde so beispielsweise beim Durchdrehen der Hinterräder ein höheres Antriebsmoment an die Vorderachse übertragen. Stufenlos konnte außerdem Kraft von einem einzelnen durchdrehenden Hinterrad auf das andere umgeleitet werden. Trotz der selbsttätigen Regelung der Sperren war auch das serienmäßige Antiblockiersystem unter allen Bedingungen einsatzbereit.

BMW 3er der Modellreihe E30 mit Allradantrieb

Dank dieses Konzepts machte sich der Allradantrieb des BMW 325iX in der Fahrpraxis nur dann bemerkbar, wenn er seine Vorteile ausspielen konnte: optimierte Traktion beim Herausbeschleunigen aus Kurven, eine souveräne,schlupffreie Kraftübertragung beim Spurt auf nassen Straßen und ein besonders sicheres Fahrverhalten auf Schnee und Eis.

Elektronische Steuerung für eine bedarfsorientierte Kraftverteilung.

Neue Möglichkeiten, Traktion, Fahrstabilität und Dynamik auch in allradgetriebenen Fahrzeugen zu optimieren, ergaben sich aus der Entwicklung elektronischer Regelsysteme. Der BMW 525ix des Jahrgangs 1991 verfügte über einen Allradantrieb, dessen elektronische Steuerung sowohl die vom Antiblockiersystem gelieferten Angaben über die Raddrehzahlen als auch die Drosselklappenstellung des Motors und den Bremsenstatus berücksichtigte, um den aktuellen Fahrzustand zu ermitteln. Eine stufenlos regelbare Lamellenkupplung im Verteilergetriebe bot die Möglichkeit, die bei normaler Fahrt bestehende Kraftverteilung von 36 : 64 Prozent zwischen den Vorder- und den Hinterrädern bei Bedarf entsprechend anzupassen. Eine hydraulisch geregelte Lamellenkupplung steuerte den Kraftfluss im Hinterachsgetriebe, um das Durchdrehen eines einzelnen Rades zu verhindern.

Die Verbindung zu den Vorderrädern wurde wie schon beim BMW 325iX über einen Nebenantrieb mittels Zahnkette und eine zum Differenzial führende Welle erzeugt. Das Hinterachsdifferenzial war direkt über eine Kardanwelle angebunden. Die Sperrfunktion des Verteilergetriebes wurde elektromagnetisch aktiviert, die Lamellenkupplung des Hinterachsgetriebes verfügte über eine elektrohydraulische Sperrfunktion. In beiden Systemen konnten Sperrmomente zwischen null und 100 Prozent erzielt werden, die Anpassung erfolgte innerhalb von Bruchteilen einer Sekunde. Dadurch wurde vollautomatisch auch unter schwierigen Bedingungen höchste Fahrstabilität erzeugt. Beim Anfahren auf glattem sowie auf uneinheitlichem Untergrund stand dank der präzise regulierten Sperren stets genügend Traktion zur Verfügung, zugunsten des Komforts beim Rangieren war jedoch auch ein vollständiger Drehzahlausgleich gewährleistet.

BMW X5 der ersten Modellgeneration E53 im Jahr 2000

Auch das 1999 im BMW X5 eingeführte Allradsystem führte zu einer Weiterentwicklung bei der elektronischen Steuerung der Kraftverteilung. Im weltweit ersten Sports Activity Vehicle wurde das Antriebsmoment bei normaler Fahrt im Verhältnis von 38 : 62 Prozent zwischen den Vorder- und den Hinterrädern verteilt. Ein offenes Zentraldifferenzial in Planetenbauweise regelte den Kraftfluss zwischen den Achsen. Die Sperrwirkung zur Optimierung von Traktion und Fahrstabilität wurde über radindividuelle Bremseneingriffe erzeugt. Der BMW X5 war dazu mit der automatischen Differenzialbremse ADB-X (Automatic Differential Brake) ausgestattet. In Kombination mit der Fahrstabilitätsregelung DSC (Dynamische Stabilitäts Control) und der Bergabfahrkontrolle HDC (Hill Descent Control) war der BMW X5 somit sowohl für sportliches Fahren als auch für die Herausforderungen abseits fester Straßen gerüstet.

Schnell, präzise, vorausschauend:
Der intelligente Allradantrieb BMW xDrive.

Im 2003 präsentierten BMW X3 und parallel dazu auch im BMW X5 kam erstmals eine neue Generation des BMW Allradsystems zum Einsatz. Der Allradantrieb BMW xDrive kombinierte die variable Momentenverteilung zwischen der Vorder- und der Hinterachse über eine elektronisch gesteuerte Lamellenkupplung mit einer Quersperrenfunktion, die über Bremseneingriffe der Fahrstabilitätsregelung DSC erzeugt wurde. Damit setzte xDrive neue Maßstäbe hinsichtlich Schnelligkeit und Präzision bei der situationsgerechten Kraftverteilung. Darüber hinaus ermöglichte die Vernetzung zwischen xDrive und DSC erstmals eine vorausschauende Analyse der Fahrsituation. Die Möglichkeit, bereits frühzeitig die Gefahr von Antriebsschlupf zu erkennen und dem Durchdrehen eines oder mehrerer Räder durch eine Änderung der Kraftverteilung entgegenzuwirken, verhilft xDrive zu seinem Status als intelligenter Allradantrieb. Kontinuierlich weiterentwickelt bietet xDrive bis heute einzigartige Möglichkeiten, sowohl die Traktion und die Fahrstabilität bei widrigen Fahrbahnverhältnissen als auch die Fahrdynamik in Kurven zu optimieren.

BMW 5er (Modell E60) - auch mit xDrive lieferbar gewesen BMW 5er (Modell E60) - auch mit xDrive lieferbar gewesen

Das Allradsystem xDrive wird mittlerweile nicht nur in den BMW X Modellen eingesetzt, sondern optional auch für Modelle der BMW 3er, BMW 5er und BMW 7er Reihe angeboten. Die Abstimmung des Systems erfolgt jeweils modellspezifisch, die grundlegende Charakteristik folgt jedoch stets dem bewährten Prinzip, die Qualitäten des BMW typischen Hinterradantriebs und die Vorzüge der Kraftverteilung auf vier Räder harmonisch miteinander in Einklang zu bringen. Im Normalbetrieb werden daher bei jedem allradgetriebenen BMW Modell 60 Prozent des Antriebsmoments an die Hinterachse und 40 Prozent an die Vorderachse übertragen. Bei Bedarf kann die Verteilungsquote innerhalb kürzester Zeit an veränderte Bedingungen angepasst werden. Die Lammellenkupplung des zentralen Verteilergetriebes wird dazu von einem elektrischen Stellmotor reguliert. Bei erhöhtem Druck
auf die Lamellen fließt zusätzliche Kraft über eine kettengetriebene Gelenkwelle beziehungsweise ein Zahnradgetriebe bei den allradgetriebenen Modellen der BMW 3er, BMW 5er und BMW 7er Reihe zur Vorderachse, bei vollständig geöffneter Kupplung wird das Fahrzeug dagegen ausschließlich über die Hinterräder angetrieben. Aufgrund der elektronischen Regelung erfolgt die Veränderung der Momentenverteilung in Rekordzeit. Innerhalb von nur 100 Millisekunden kann die Kupplung entweder vollständig geöffnet oder geschlossen werden.

Zusätzlich ermöglicht die Vernetzung zwischen xDrive und DSC die Funktion einer Quersperre. Dreht ein Rad durch, ohne Kraft zu übertragen, wird es von der DSC Steuerung elektronisch abgebremst. Dadurch leitet das Differenzial im Achsgetriebe mehr Kraft an das gegenüberliegende Rad.

BMW 3er Limousine (Modell E90) - mit Allradantrieb lieferbar BMW 3er Limousine (Modell E90) - mit Allradantrieb lieferbar

Neben der schnellen Anpassung der Momentenverteilung ist vor allem die Präzision bei der Analyse der Fahrsituation ein charakteristisches Merkmal des intelligenten Allradantriebs. Um zu ermitteln, welche Momentenverteilung hinsichtlich Traktion, Fahrstabilität und Dynamik ideal wäre, nutzt das Steuergerät des xDrive eine besonders große Zahl von Daten, die Auskunft über den Fahrzustand geben. Dank der Vernetzung mit der Fahrstabilitätsregelung DSC im Integrated Chassis Management (ICM) können zusätzlich zu den Daten der Motorsteuerung auch die Gaspedalstellung, der Lenkwinkel, die Raddrehzahlen und die Querbeschleunigung des Fahrzeugs berücksichtigt werden.

Dank dieser Fülle an Informationen kann xDrive die Kraftverteilung zwischen Vorder- und Hinterachse stets so exakt dosieren, dass die Motorleistung vollständig genutzt und kein Kilowatt aufgrund von durchdrehenden Rädern verschwendet wird. Außerdem verhilft die Vernetzung dem System zu jener vorausschauenden Wirkung, die ihm den einzigartigen Status des intelligenten Allradantriebs verleiht. Im Gegensatz zu herkömmlichen Allradantrieben, die immer erst dann reagieren, wenn mindestens ein Rad bereits durchdreht, registriert xDrive jede Tendenz zu fehlendem Kraftschluss bereits im Vorfeld. Durch die schnelle Auswertung zahlreicher Fahrdynamikgrößen erkennt xDrive beispielsweise jederzeit, ob in einer schnell durchfahrenen Kurve die Gefahr eines Über- oder Untersteuerns besteht. Droht das Fahrzeug beispielsweise über die Vorderräder nach außen zu schieben, wird sofort ein höherer Anteil der Antriebskraft an die Hinterräder gelenkt. In der Folge lenkt das Fahrzeug präziser ein – xDrive hat die Fahrstabilität optimiert, noch bevor der Fahrer den Bedarf dazu überhaupt bemerkt hat. Ebenso vorausschauend kann auch dem Ausbrechen der Hinterräder entgegengewirkt werden, indem überschüssige Kraft an die Vorderachse gelenkt wird. So steht Allrad-Performance bereit, noch bevor Schlupf entstehen kann.

Auch der Fahrkomfort wird durch die intelligent gesteuerte Verteilung des Antriebsmoments gefördert. Die stabilisierende Wirkung des xDrive macht Eingriffe der DSC nur noch in extremen Situationen nötig. Erst wenn die optimale Kraftverteilung allein nicht mehr ausreicht, um das Fahrzeug auf dem gewünschten Kurs zu halten, reagiert die DSC Steuerung mit einer Reduzierung der Motorleistung und dem Abbremsen einzelner Räder.

BMW 5er Touring (Modell E61) - mit xDrive Allrad lieferbar gewesen BMW 5er Touring (Modell E61) - mit xDrive Allrad lieferbar gewesen

Intelligente Vernetzung durch Integrated Chassis Management
(ICM).

Für das harmonische Zusammenwirken von xDrive, DSC sowie zahlreicher weiterer Antriebs- und Fahrwerkssysteme sorgt die intelligente Vernetzung im Integrated Chassis Management (ICM). Die leistungsfähige elektronische Steuerung ermöglicht es, die Antriebs- und Fahrwerksfunktionen innerhalb von Sekundenbruchteilen so aufeinander abzustimmen, dass in jeder Fahrsituation maximale Stabilität und höchste Performance gewährleistet sind. Als übergeordnete Steuerungsinstanz stellt das ICM sicher, dass sich die einzelnen Systeme nicht gegenseitig behindern, sondern stets in einer harmonischen Kooperation für ein optimales Fahrverhalten sorgen. Dabei werden auch Wechselwirkungen verschiedener Eingriffe berücksichtigt. Verlagert beispielsweise das Allradsystem xDrive einen Teil des Antriebsmoments von der Hinter- auf die Vorderachse, so wirkt sich dies unmittelbar auf das Eigenlenkverhalten des Fahrzeugs aus. In diesem Fall prüft das ICM, welche Regelungssysteme mit welchen Aktivitäten und in welchem Umfang darauf reagieren sollten und ob die Anweisungen dazu parallel oder sequenziell erfolgen müssen. So wird der Tendenz zum Überoder Untersteuern in Kurven zunächst vom xDrive entgegen gewirkt, erst danach greift DSC ein.

Gezielte Koordinierung optimiert auch das harmonische Zusammenwirken weiterer Fahrwerkssysteme. So ist die Fahrstabilitätsregelung DSC über das ICM zum Beispiel auch mit der Aktivlenkung vernetzt. Beim Bremsen auf unterschiedlichen Reibwerten (μ-Split-Bremsung) wird ein aktiver Lenkeingriff zur Fahrzeugstabilisierung eingesetzt. Die Aktivlenkung wertet dazu die von der DSC gelieferten Daten über die Fahrstabilität aus und kompensiert die Fahrzeugreaktion, die von unterschiedlichen Bremsdrücken auf Hoch- und
Niederreibwertseite verursacht wird.

Neue xDrive Abstimmung zur Steigerung der Wendigkeit und
Performance Control für optimierte Dynamik in Kurven.

Bei den aktuellen mit xDrive ausgestatteten Modellen verfügt das Allradsystem über eine dynamikoptimierte Abstimmung. Sie macht sich vor allem in Kurven positiv bemerkbar. Bei Kurvenfahrten wird das Antriebsmoment schon im stabilen Fahrzustand zu einem höheren Anteil an die Hinterachse geleitet, um die Wendigkeit des Fahrzeugs zu steigern und Untersteuern zu unterbinden. Zugunsten eines optimalen Vortriebs wird am Kurvenausgang unverzüglich die Grundeinstellung von 40 zu 60 Prozent zwischen Vorder- und Hinterachse wieder hergestellt.

BMW 5er Gran Turismo (GT), Modell F07 - mit xDrive lieferbar BMW 5er Gran Turismo (GT), Modell F07 - mit xDrive lieferbar

Einen zusätzlichen Beitrag zur Fahrdynamik leistet die Performance Control. Dieses elektronisch gesteuerte System sorgt für einen dosierten Bremseneingriff einschließlich Drehmomentausgleich über die vernetzte xDrive Regelelektronik, mit dem auf glattem Untergrund sowie bei besonders dynamischer Kurvenfahrt einer Tendenz zum Untersteuern bereits im Ansatz wirkungsvoll entgegengewirkt und eine höhere Wendigkeit erzielt wird. Sobald die Vorderräder übermäßig stark nach außen drängen, wird das kurveninnere Hinterrad gezielt über die vernetzte Regelelektronik von xDrive und DSC abgebremst. Der dabei bewirkte Vortriebsverlust wird zugleich durch eine Erhöhung der Antriebsleistung kompensiert.

Maximale Präzision bei der Kraftverteilung:
Dynamic Performance Control.

Die Möglichkeiten, mithilfe des BMW xDrive den Vortrieb sowohl im Sinne der Stabilität als auch der Dynamik zu optimieren, werden durch die Kombination mit der Dynamic Performance Control, die im BMW X6 sowie in den Modellen BMW X5 M und BMW X6 M zur Serienaussattung gehört, nochmals erweitert, da auch zwischen dem rechten und dem linken Hinterrad eine differenzierte Kraftverteilung erfolgt. Durch die variable Verteilung der Antriebskraft zwischen den Hinterrädern werden die Lenkpräzision und die Spurstabilität in allen Geschwindigkeitsbereichen spürbar optimiert. Deutet sich Übersteuern an, reduziert xDrive die Kraftübertragung an die nach außen drängenden Hinterräder. Zusätzlich zieht nun die Dynamic Performance Control Antriebsmoment von dem durch die Fliehkraft besonders stark belasteten kurvenäußeren Hinterrad ab und lenkt diese an das kurveninnere Hinterrad um. In umgekehrter Weise wird eine Tendenz zum Untersteuern unterbunden: xDrive verringert die Kraftübertragung an die nach außen drängenden Vorderräder, gleichzeitig sorgt die Dynamic Performance Control mit einer Verlagerung des Antriebsmoments zum kurvenäußeren Hinterrad hin für optimierte Stabilisierung.

Die Dynamic Performance Control entfaltet ihre stabilisierende Wirkung auch dann, wenn der Fahrer während der Kurvenfahrt vom Gas geht. Innerhalb des Hinterachsgetriebes sorgen zwei zusätzliche Überlagerungseinheiten, bestehend aus je einem Planetentrieb mit drei Planeten, einer elektromotorisch betätigten Lamellenbremse sowie einer Kugelrampe, dafür, dass die variable Momentenverteilung auch bei plötzlichem Lastwechsel und im Schubbetrieb gewährleistet ist. Die von der Dynamic Performance Control bewirkte Differenz der Antriebsmomente zwischen den beiden Hinterrädern kann bis zu 1 800 Newtonmeter betragen. Für den Fahrer äußert sich der Eingriff in einer spürbaren Erhöhung der Agilität, der Traktion und der Fahrstabilität. Darüber hinaus erkennt er die Wirksamkeit der Dynamic Performance Control auch daran, dass Eingriffe der Fahrstabilitätsregelung DSC sehr viel seltener notwendig werden

Quelle: BMW Presse-Mappe vom 21.10.2010


 

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