Hinterrad-,
Front- oder Allradantrieb?
Auch wenn moderne Fahrwerksabstimmungen
die Charakteristika der verschiedenen
Antriebskonzepte reduzieren, so macht die Art des Antriebs doch
einen Unterschied. Entsprechend sollen die verschiedenen Varianten kurz dargestellt werden.
Übersicht:
1. Hinterradantrieb
2. Sportliche Varianten des
Hinterradantriebes
3. Frontantrieb
4. Allradantrieb
5. Richtiges Kurvenfahren
Lange Zeit stellte diese Variante den
technisch nahe liegenden „Standardantrieb“
dar. Hier wird der Motor im Vorderteil des Fahrzeuges längs eingebaut.
Daran anschließend folgt das Getriebe, das die Kraft über die Kardanwelle
an das Differential der Hinterachse leitet, das die Hinterräder antreibt.
Aufbau einer klassischen Limousine mit
Hinterradantrieb (Mercedes-Benz 380 SE, 1979)
Dieses Konzept führt dazu, dass die vorderen
Räder für die Richtungsänderungen (Lenkung) zuständig sind und
die hinteren für den Vortrieb
(Antrieb). Dadurch ist eine angenehme und von Antriebseinflüssen
unabhängige Lenkung möglich. Grundsätzlich ist bei diesem Konzept auch
eine recht ausgewogene Gewichtsverteilung
des Wagens zwischen vorne und hinten möglich, da zumindest Teile
des (recht schweren) Motors hinter der Vorderachse liegen, das Getriebe
noch mehr gegen Mitte des Fahrzeuges liegt und der hintere Teil des
Fahrzeuges das Differential und die angetriebenen Achsen des Fahrzeuges
beinhaltet. Auch erlaubt das Konzept einen recht großen Radstand
(Abstand zwischen Vorder- und Hinterachse), der dem Fahrkomfort
zugute kommt (Federverhalten, Geradeauslauf). An sich ist eine ausgewogene
bis leicht hecklastige Gewichtsverteilung wünschenswert, damit das Auto
ausgewogen fährt und sowohl beim Gasgeben als auch beim Bremsen
hinreichend Gewicht auf der Hinterachse ist. Bei hinreichender
Motorisierung bzw. hinreichend schmalen Reifen (oder rutschigem
Straßenbelag) führen derartige Fahrzeuge in Grenzsituationen
typischerweise zum „Übersteuern“:
Gibt man in Kurven bei mäßiger Bodenhaftung zu viel „Gas“, kann das Heck
„wegdriften“ und „ausbrechen“. Diese Eigenschaft kann sowohl spaßfördernd
als auch gefährlich sein. Elektronische Stabilitätsprogramme können durch
gezieltes Abbremsen einzelner Räder auch derartige Situationen vermeiden
bzw. entschärfen.
Heutzutage findet man dieses Konzept typischerweise nur mehr in „Premium“-Limousinen
wie BMW, Infinity, Jaguar, Lexus oder Mercedes-Benz sowie in US-Limousinen
von Cadillac, Chrysler oder Ford. Gründe sind gegenüber Frontantrieb etwas
schlechtere Platzausnützung und offenbar geringfügig höhere Baukosten
(wohl vorwiegend mangels Teileaustauschbarkeit zu kleineren
Frontantriebsmodellen, wobei bei letzteren die Kardanwelle entfällt und
damit auch der Mitteltunnel kleiner ausfallen kann). Vom Fahrkomfort und
vom Lenkverhalten her ist der Hinterradantrieb dem Frontantrieb
grundsätzlich überlegen.
Entsprechend bauen auch Sportwägen
grundsätzlich auf dem Hinterradantriebskonzept auf (wobei man eher von
natürlichem oder angenehmen Fahrverhalten als von „Sport“ sprechen sollte,
da die zentrale Leistung regelmäßig eher von der Maschine als vom Fahrer
erbracht wird). Um das Fahrverhalten weiter zu optimieren, wird hier
typischerweise besonders intensiv versucht, sämtliche schwere Teile des
Autos möglichst weit unten und in der Mitte des Fahrzeuges zu
konzentrieren. Liegt der Schwerpunkt
nahe dem Boden und der Mitte des Fahrzeuges, reagiert das
Fahrzeug rasch und unmittelbar auf Richtungsänderungswünsche und fährt
auch besser durch Kurven.
Daher haben Formel 1-Autos einen Mittelmotor
– den Motor also zwischen der Vorderachse und der Hinterachse.
Gleiches trifft auf exotische Sportwägen zu, die den Platz der Rücksitze
dem Fahrverhalten zuliebe dem Motor widmen (der Einstieg beginnt derzeit
bei Porsche Boxster oder Lotus Elise, nachdem Toyota seinen MR2 im Jahr
2007 auslaufen hat lassen (immerhin kam 2012 stattdessen der maßgeblich
von Subaru beeinflusste GT 86 hinzu), das Konzept ist seit den 70er Jahren
bei sportlichen Ferraris üblich).
Mittelmotor beim Porsche Boxster (2005,
Typ 987)
Daneben gibt es noch zwei Wege, bei „konventionelleren“ Fahrzeugkonzepten
mit Motor vorne eine ausgeglichene bis leicht hecklastige
Gewichtsverteilung zu erreichen. Einerseits kann das Getriebe nicht direkt
mit dem Motor verbunden werden, sondern hinter der Welle zur Hinterachse
am dortigen Differential montiert werden, damit mehr Gewicht in die
hintere Wagenhälfte wandert („Transaxle“).
Dieses Konzept wurde beispielsweise beim Porsche 924/944
und 928
angewendet. Heute wird es neben klassischen GT-Ferraris wie F12 Berlinetta
nach dem Mercedes SLS auch im etwas „günstigeren“ AMG GT angewendet und
schlussendlich auch in der aktuellen Corvette eingesetzt; sämtliche dieser
Autos haben den Motor hinter der Vorderachse, sodass man von einem Front-Mittelmotor spricht. Dieses
Konzept führt zu einer ähnlich ausgeglichenen bzw. leicht hecklastigen
Gewichtsverteilung wie ein Mittelmotor nahe der Hinterachse. Die Masse ist
jedoch weniger stark in der Mitte des Fahrzeuges konzentriert, sondern in
ähnlichem Verhältnis auf vorne und hinten verteilt, sodass spontane
Lenkbefehle etwas träger umgesetzt werden. Dafür ist das Fahrverhalten
tendenziell "gutmütiger" und im Grenzbereich etwas besser berechenbar.
Transaxle-Bauweise mit Getriebe an der
Hinterachse beim Ferrari 599 GTB (2006-2012)
Andererseits kann man auch durch bloßes Zurückversetzen des Motors hinter
die Vorderachse eine ziemlich ausgewogene Gewichtsverteilung erzielen,
ohne noch das Getriebe an die Hinterachse zu verschieben. So ist es z.B.
beim Mazda MX-5 und bei vielen „normalen“ BMWs mit (leichterem)
Benzinmotor der Fall. Hierbei wird im Vergleich zu anderen Konzepten
dieses Abschnitts am wenigsten Fahrzeuglänge nur dem Fahrverhalten
geopfert und hält sich der konstruktive Mehraufwand in Grenzen.
Front-Mittelmotor beim Mazda MX 5 (2015)
Porsche baut bei seinem 911er
traditionellerweise den Motor hinter der angetriebenen Hinterachse als Heckmotor ein (man spricht dann von
Heckantrieb). An sich ist dieses Konzept dem Mittelmotor leicht
unterlegen, wobei der Heckmotor beim „Driften“ hilfreich sein kann. Echte
Rücksitze gehen sich auch hier nicht aus. Auch der Smart oder der mit ihm
verwandte neue Renault Twingo haben diese Motoranordnung im Sinne der
Platzoptimierung gewählt, wobei das Fahrwerk nicht für Übersteuern
ausgelegt wurde.
Heckantrieb beim Porsche 356 (1963)
Allgemein ist eine Fahrwerksabstimmung wünschenswert,
die in Grenzsituationen leicht untersteuert und somit „über die Vorderräder schiebt“.
Damit bekommt der Fahrer einen Hinweis auf die erreichte Haftgrenze der
Reifen. Er kann dann entweder durch Bremsen Gewicht auf die Vorderachse
verlagern, um mehr Adhäsion zu erreichen und zur gewünschten Spur
zurückzukehren, oder durch gezieltes „Gasgeben“
das Heck zum leichten „Ausbrechen“
bzw. leichten „Drift“
bringen, um so das Auto etwas schneller durch die Kurve zu bringen.
In der Kompakt-
bis Mittelklasse sind heutzutage fast ausschließlich Vertreter
mit Frontantrieb zu finden. Vorreiter war hier der Citroën mit dem Traction
Avant (1934 – 1957) und dem 2CV,
der "Ente" (1948
– 1990), während sich die Dominanz in der Kompaktklasse erst in
den 60er Jahren durchgesetzt hat (z.B. Mini
oder Renault
R4; VW folgte erst 1974 mit dem Golf).
Citroën SM (1970-1975): Versuch eines
frontgetriebenen Sportwagens
Beim Frontantrieb ist der Motor meist quer zur Fahrtrichtung eingebaut und
praktisch die gesamte Technik in der
Nähe der Vorderachse (meist davor, siehe das Bild unten; das
obige Bild mit längs eingebautem Motor hinter der Vorderachse ist eine
seltene Ausnahme zwecks besserer Gewichtsverteilung). Beim typischen
Frontantrieb ist eine ausgeglichene Gewichtsverteilung unmöglich (vielfach
Größenordnung von 60 % vorne zu 40 % hinten oder – gerade bei schweren
Dieselmotoren – noch schlechter), dafür kann die Platzausnützung
optimiert werden.
Perfekte Raumausnützung beim Honda N-One
(2012)
Das Fahrverhalten ist typischerweise unspektakulär und zu schnell
gefahrene Kurven führen zu Untersteuern:
Die Vorderräder schaffen es nicht, sowohl für die Richtungsänderung als
auch für den Vortrieb zu sorgen, sodass das Auto geradeaus weiterfährt,
anstatt sich einzudrehen wie ein Wagen mit Hinterradantrieb. Diese
Situation wird vielfach für weniger gefährlich erachtet, und man kann
durch einfaches Wegnehmen von Gas oder kurzes Bremsen meist einigermaßen
wieder die gewünschte Kurvenfahrt erreichen. Auch bei Schnee
und Glätte hat der Frontantrieb Vorteile. Umgekehrt tendiert er
dazu, dass man bei Kurven auf der Lenkung Einflüsse von Gasgeben und
-wegnehmen spüren kann („torque steer“)
und dass die Vorderreifen mit den hohen Leistungen
moderner Motoren vielfach überfordert sind. Bei entsprechenden
Bodenverhältnissen wird ein vergleichbares Auto mit Hinterradantrieb
regelmäßig besser beschleunigen und durch Kurven fahren können.
Man landet damit vielfach beim
Allradantrieb; mitunter einfach, weil mehr besser ist bzw. weil man sicher
in den Winterurlaub gelangen möchte. Freilich: Durch Verteilung des
Antriebs auf alle vier Räder lassen sich grundsätzlich höhere
Kurvengeschwindigkeiten als auch bessere Traktion auf rutschigem
Untergrund erreichen.
Zwei Nachteile hat Allradantrieb immer: Er führt zu mehr
Gewicht – regelmäßig 50 bis eher 100 kg – und damit auch zu etwas
schlechterem Bremsverhalten. Die Umlenkung der Motorkraft auf vier Räder
führt außerdem zu mehr Reibung und
Trägheitsmomenten und damit schlussendlich zu mehr
Treibstoffverbrauch und gefühlter Minderleistung.
Vom Konzept her gibt es unzählige Varianten: Bei klassischen Geländewägen
werden in der Geländeübersetzung Verzerrungen im Antriebsstrang zwecks
besseren Vortriebs auf rutschigem Untergrund akzeptiert. Bei Fahrzeugen,
die auf Hinterradantrieb aufbauen,
wird meist die Vorderachse „zugeschaltet“, wenn es erforderlich ist. Damit
„spürt“ man den Allradantrieb im Regelfall nicht, hat ihn aber, wenn man
ihn braucht. Bei Subarus mit Schaltgetriebe wird die Kraft grundsätzlich
mechanisch auf alle vier Räder verteilt. Erwähnenswert ist auch das
Allradantriebssystem des Porsche
959 oder das des Ferrari
FF.
Allradantrieb bei Subaru mit kurzem
Boxermotor vor der Vorderachse
Den Allradantrieb hat in erster Linie Audi
„benötigt“, um die auf den NSU mit leichtem Wankelmotor der
1960er Jahre zurückgehende Konstruktion bei „normalem“ Audimotor
langfristig fortführen zu können: Der schwere Motor war samt Getriebe
derart ungünstig vor der angetriebenen Vorderachse platziert, dass das
Fahrverhalten, die Sicherheit und auch die Möglichkeit, höhere Leistung
über die Vorderräder auf die Straße zu bringen, deutlich eingeschränkt
waren. Anstatt auf ein oberklassetaugliches Konzept zu setzen, wurden
einfach auch die hinteren Räder mit angetrieben und heftig für das neue
„quattro“-Konzept geworben. Erst 2007 mit dem A5 wurde immerhin das
Getriebe hinter das Differential versetzt, um die frontlastige
Gewichtsverteilung etwas zu verbessern. Auch gibt es mittlerweile
elektronische Helferlein, die durch gezielte Kraftzufuhr auf die vier
Räder ein besseres Lenkverhalten ermöglichen. Trotz aller optischer
Anstrengungen sieht man auch aktuellen Audis noch an, dass sie mehr
Gewicht vor der Vorderachse tragen als ein typischer BMW oder Mercedes
(vergleiche auch einen Audi TT mit einem Mazda MX-5 oder einen Golf mit
einem 1er-BMW, der vorerst noch Hinterradantrieb hat).
Auch in kompakteren Fahrzeugen
wird immer mehr „Allradantrieb“ verkauft. Hier läuft der Wagen
grundsätzlich regelmäßig praktisch im Vorderradantrieb und schaltet bei
Bedarf die Hinterräder mehr oder weniger hinzu. Er hilft damit vorwiegend
in Extremsituation bzw. ermöglicht es, auch beim Frontantriebslayout die
heute verfügbaren hohen Motorleistungen einigermaßen auf die Straße zu
bringen.
Insbesondere bei den beiden letzten frontantriebsabgeleiteten Varianten
sind Lenkeinflüsse beim Beschleunigen aus Kurven nicht ganz vermeidbar
(außer durch gefühllose Lenkungen). Außerdem führen sie typischerweise
wieder zu untersteuerndem Fahrverhalten. Selbst
hinterradantriebsabgeleitete Allradantriebe leiden in gewissem Maße unter
diesem Problem, da das Mehrgewicht im vorderen Bereich des Fahrzeuges
anfällt. Somit führt die zusätzliche Massenträgheit
dazu, dass das Auto nicht so „gerne“ zur Richtungsänderung bewegt
werden kann. Obwohl der Allradantrieb bei einer Oberklasselimousine außer
bei rutschigem Untergrund regelmäßig eher den Nachteil weiteren Gewichts
mit sich bringt, scheint die Tendenz bei höherpreisigen Autos in Richtung
Allradantrieb zu gehen (interessanterweise gibt es hingegen zunehmend
„SUVs“ mit „bloßem“ Frontantrieb).
Entsprechend der unterschiedlichen
Fahrzeugcharakteristika gibt es unterschiedliche Ansätze, wie eine Kurve
schnell durchfahren werden kann. Grundsätzlich kann ein leichteres Auto
bei ähnlicher Bereifung schneller durch eine Kurve fahren als ein
schwereres Auto, da weniger trägheitsbedingte
Fliehkräfte des Fahrzeuges von den Reifen bewältigt werden
müssen. Ein schweres Auto wird vor der Kurve stärker abbremsen müssen,
wobei ihm ein stärkerer Motor helfen kann, nach der Kurve schneller wieder
zu beschleunigen (was freilich mit mehr „Energieverlust“ verbunden ist).
Aufgrund besserer Gewichtsverteilung und
der Tatsache, dass die vorderen Räder nur die Richtungsänderung und die
hinteren nur den Vortrieb bewerkstelligen müssen, wird ein an
den Hinterrädern angetriebenes Auto eine Kurve schneller
durchfahren können als ein vergleichbares Auto mit Frontantrieb. Dort
werden die Vorderreifen eher durch den gleichzeitigen Wunsch nach Vortrieb
(Beschleunigung) und Richtungsänderung (Überwindung der Fliehkräfte)
überfordert; außerdem führt die zusätzliche Masse vor der Vorderachse auch
zu zusätzlicher Trägheit bei Richtungsänderungen. Darüber hinaus
verkraftet der Hinterradantrieb bereits vor dem Scheitelpunkt der Kurve
dosiertes Gasgeben besser bzw. kann das Auto gegebenenfalls mit einem
„Gasschub“ und damit einhergehendem, geringem Übersteuern
auch jenseits des Lenkeinschlages „um die Ecke“ gebracht werden.
Beim Frontantrieb wird man im Grenzbereich hingegen erst deutlich nach dem
Scheitelpunkt der Kurve wieder stärker „Gas“ geben können, um nicht durch
Untersteuern aus der Kurve zu „fliegen“. Gleichzeitig kann hier konstantes
Bremsen in der Kurve helfen, Gewicht auf die Vorderachse zu bringen, damit
die Reifen bessere Traktion für die Kurvenfahrt aufbauen können.
Auch wenn der Allradantrieb von
den Tendenzen her dem Frontantrieb ähnlich ist, so kann hier das Abbremsen
vor der Kurve (um Untersteuern zu vermeiden) vielfach mit „mehr Gas“ nach dem Scheitelpunkt der
Kurve kompensiert werden. Die Traktion ist bei vier angetriebenen Rädern
nämlich höher, und der Wagen wird auf den gelenkten und
mitangetriebenen Vorderrädern gleichsam aus der Kurve „gezogen“ (teilweise
kann beim Allradauto auch konstantes, moderates „Gasgeben“ bei der Kurvenfahrt nützlich
sein, um gewichtsverlagerungsbedingte Lastwechselreaktionen zu vermeiden).
Freilich mag der Spaß geringer und der Energieverlust höher als bei bloßem
Hinterradantrieb sein und kann ein Ausbrechen bei Überschreiten der
Haftgrenze der Reifen besonders unberechenbar sein.
In Fachzeitschriften werden am ehesten Vergleichstests
zwischen Porsche 911 mit und ohne Allradantrieb gemacht. Während
der Hinterradantrieb stets beim Lenkgefühl gewinnt, gewinnt der
Allradantrieb regelmäßig bei schlechten Witterungsverhältnissen. Bei gutem
Straßenbelag erreicht meiner Erinnerung nach bei professionellen Fahrern
vielfach das leichtere und eher kontrolliert driftbare
Hinterradantriebsmodell minimal bessere Rundenzeiten, wobei die
Unterschiede relativ gering sind. Bei „normalen“ Autos mit Frontmotor ist freilich
von Haus aus grundsätzlich mehr Gewicht auf der Vorderachse als bei einem
Porsche mit Heckmotor und wird diese Tendenz durch Allradtechnik meist
weiter verstärkt. Insoweit wird die Gewichtsverteilung beim Porsche 911 im
Verhältnis zu anderen Autos kaum negativ durch das Mehrgewicht der
Allradtechnik verschlechtert.
Für weitere Informationen und allfällige Abbildungen siehe auch:
Autozine
Technical School
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Philipp Lust,
2014
www.lust.wien