Magazin für Mobilität und Gesellschaft
Viermalvier.
Steile Serpentinen, extreme Steigungen und Schotterpisten - im besten Fall alles zusammen. Das ideale Terrain für 4MATIC, das Allradsystem von Mercedes-Benz. Auf dem Prüf- und Testgelände in Immendingen lässt sich erfahren, wie 4MATIC in der Praxis funktioniert.
vonEinfach Technik / Easy Tech,Autor
erschienen am 25. Februar 2021
Inhalt
- Wie funktioniert der Allradantrieb 4MATIC?
- 1. Torque-on-Demand: Variabler Allrad in der Kompaktwagen-Familie
- 2. Permanenter Allradantrieb in C-/E-/S-/V-Klasse und GLC
- 3. Torque-on-Demand oder permanenter Allradantrieb in GLE und GLS
- 4. Die G-Klasse: Grip im G-elände
- 5. Traktion am physikalischen Limit: AMG Performance Allradantrieb 4MATIC+
06.30 Uhr, Abfahrt in Stuttgart. Auf dem Weg ins 135 Kilometer entfernte Immendingen bleibt viel Zeit für Theorie. „Bei Mercedes-Benz hatte der Allradantrieb mit der Bezeichnung 4MATIC seine Erstanwendung 1985 in der Baureihe 124, in der wir als Alleinstellungsmerkmal für diese Fahrzeugklasse das erste Mal ein permanentes Allradsystem zum Einsatz gebracht haben“, erzählt Ralf Koesling. Bei Mercedes-Benz Cars ist er mit seinem Team für die Entwicklung der Allradsysteme für alle Mercedes-Benz Modelle mit 4MATIC zuständig. „Das System wurde seither konsequent weiterentwickelt und heute bieten wir eines der innovativsten Allradsysteme im Markt an.“ Aber wie funktioniert ein Allradantrieb? Was genau unterscheidet ein Viermalvier von einem Viermalzwei?
Wie funktioniert der Allradantrieb 4MATIC?
Autofahren ist reine Physik. Die Traktion, also die Haftung der Räder auf dem Untergrund, entscheidet über kontrolliertes Abrollen oder chaotisches Durchdrehen. Soll für eine starke Längsbeschleunigung eine hohe Antriebskraft auf die Räder übertragen werden, kommt die Traktion schnell an ihre Grenzen. Verliert ein Rad den Kontakt zum Untergrund – Experten bezeichnen das als „Schlupf“ – kommt das Fahrzeug nicht mehr voran oder gerät schlimmstenfalls ins Schleudern. Beim Allradantrieb ist das anders: Hier verteilt ein sogenanntes Verteilergetriebe die Antriebskraft auf beide Achsen und auf alle vier statt nur zwei Räder.
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Im Zusammenspiel mit den Fahrdynamikregelsystemen ESP® (Elektronisches Stabilitätsprogramm), ASR (Antriebs-Schlupf-Regelung) und dem elektronischen Traktionssystem 4ETS sorgt der Allradantrieb für souveränes und berechenbares Fahrverhalten. Denn gemeinsames Merkmal dieser Systeme ist es, den Radschlupf durch Vorsteuerung des Systems zu vermeiden, beziehungsweise mithilfe von Sensor-Informationen (zum Beispiel über die Drehzahl an den Rädern) zu erkennen und zu begrenzen. Wenn also ein oder mehrere Räder durchdrehen, weil sie die Fahrbahnhaftung verlieren, werden sie automatisch abgebremst und die Antriebskraft stattdessen auf die Räder mit ausreichender Traktion geleitet.
Auf diese Weise gewährleistet der Allradantrieb 4MATIC quer durch alle Mercedes-Benz Baureihen
08:00 Uhr, Treffpunkt in Immendingen auf dem Prüf- und Testgelände. Endlich Praxis!
Für die geplanten Fahrmanöver steht Ralfs Team mit unterschiedlichen Mercedes-Benz Modellen bereit, darunter ein GLA 4MATIC, eine E-Klasse All-Terrain und ein GLE 4MATIC mit Offroad-Paket. Denn: 4MATIC ist nicht gleich 4MATIC. Das Viermalvier bei Mercedes-Benz unterscheidet zwischen fünf unterschiedlichen Verteilergetriebesystemen. Warum? Weil 4MATIC den Anforderungen und technischen Voraussetzungen aller Fahrzeugklassen gerecht werden muss: einer A-Klasse auf nasser Fahrbahn in der Stadt ebenso wie einem GLE bei Schnee und Eis im Skiurlaub. Und einer G-Klasse im Gelände ebenso wie einem Mercedes-AMG E 63 S 4MATIC+ (Kraftstoffverbrauch kombiniert: 11,6 l/100 km; CO₂-Emissionen kombiniert: 267 g/km¹) auf der Rennstrecke.
1. Torque-on-Demand: Variabler Allrad in der Kompaktwagen-Familie
Wir starten unser erstes Fahrmanöver mit dem GLA 4MATIC. In der Kompaktwagen-Familie – also bei A-Klasse, B-Klasse, CLA, GLA und GLB – kommt ein sogenanntes Torque-on-Demand System zum Einsatz. Dabei wird überschüssiges Drehmoment an den Vorderrädern, je nach Schlupf, bedarfsgerecht an die Hinterräder weitergeleitet. „Bedarfsgerecht bedeutet, dass das Allradsystem das Drehmoment nicht in einem bestimmten Verhältnis von der Vorderachse auf die Hinterachse verteilt, sondern variabel“ erklärt Robert Nitsch, der im Team 4MATIC für die Kompakten zuständig ist. „Das Drehmoment wird also je nach Bedarf und dem ausgewählten Fahrprogramm optimal verteilt. Damit ist selbst das Anfahren auf glatten Bergpassagen kein Problem.“
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Gesagt, getan. Auf dem Testgelände simuliert Robert mit einem µ-Sprung Fahrmanöver eine Anfahrt am Berg, bei der die Vorderachse auf rutschigem Untergrund wie Matsch, Schnee oder Eis keine Traktion aufbauen kann. Dafür stehen die Vorderräder des GLA 4MATIC auf einer Rollenfläche. Beim Anfahren mit 20 Prozent Steigung drehen die Vorderräder auf den Rollen sofort durch, wobei die Hinterräder auf festem Untergrund stehen und über Traktion verfügen. „Um das Schlupfereignis an der Vorderachse auszugleichen, stellt 4MATIC der Hinterachse mehr Drehmoment zur Verfügung“, erklärt Robert. Auf diese Weise schieben die Hinterräder den GLA an und ermöglichen ein komfortables Anfahren am Berg.
2. Permanenter Allradantrieb in C-/E-/S-/V-Klasse und GLC
Im Gegensatz zur Kompaktwagen-Familie kommt in den aktuellen Modellen der C-, E-, S- und V-Klasse sowie im GLC ein permanentes Allradsystem zum Einsatz. Das bedeutet, dass die Verteilung des Drehmoments nicht variabel, sondern grundsätzlich im Verhältnis 45 zu 55 erfolgt: 45 Prozent des Drehmoments werden auf die Vorderachse und 55 Prozent an die Hinterachse verteilt. „Diese feste Kraftverteilung zeichnet sich dadurch aus, dass wir zu jeder Zeit eine hervorragende Fahrstabilität und Traktion haben“, erklärt Ralf am Steuer der E-Klasse All-Terrain, die er auf dem Serpentinen-Parcour in Immendingen den Berg hochjagt.
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„Man sieht, wie Spur-stabil das Fahrzeug selbst in engen Kurven bei hoher Geschwindigkeit bleibt. Gerade dann, wenn das kurveninnere Rad an der Vorderachse nicht in der Lage ist, Drehmoment abzusetzen, gewährleistet die Hinterachse sofort Fahrstabilität- und Sicherheit.“ Und das bei Trockenheit, Nässe, Schnee oder Eis. „Man kann sich vorstellen, welche Vorteile das gegenüber einem 4x2-System hat, bei dem nur eine Achse angetrieben wird.“ Besonders stolz ist er auf das modulare Verteilergetriebe, das für den flexiblen Einsatz in diesen Baureihen entwickelt wurde: „Das ist ein Alleinstellungsmerkmal, um das uns viele beneiden.“
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3. Torque-on-Demand oder permanenter Allradantrieb in GLE und GLS
Wir lassen die Serpentinen hinter uns und brechen (endlich!) mit dem GLE Richtung Offroad-Parcour auf. Bei den Mercedes-Benz SUVs GLE und GLS stehen, je nach Bedarf, drei unterschiedliche 4MATIC-Systeme zur Verfügung: In den Vierzylinder-Motoren ein permanentes Allradsystem mit einer Festverteilung von 50 Prozent an der Vorderachse und 50 Prozent an der Hinterachse. Ab dem Sechszylindermotor sowie bei der Plug-in-Hybrid Version des GLE ein voll variables Torque-on-Demand System, wobei das Drehmoment von null bis 100 Prozent bedarfsgerecht zwischen Vorder- und Hinterachse verteilt wird.
Ingo Müller betreut im Team 4MATIC die Verteilergetriebe für SUVs und erklärt den Unterschied: „Beide 4MATIC-Systeme steigern jederzeit die Fahrsicherheit und –stabilität. Der Vorteil von Torque-on-Demand macht sich zum Beispiel bei dynamischen Fahrmanövern wie Kurvenfahrten bemerkbar. Während mir bei der Festverteilung in einer Kurve maximal 50 Prozent des Antriebmoments an der Hinterachse zur Verfügung stehen, können das bei Torque-on-Demand je nach Gaspedalanforderung des Fahrers und dem gewählten Fahrprogramm bis zu 100 Prozent sein. In dem Fall entsteht natürlich ein kraftvoller Vortrieb, der eine hohe Agilität des Fahrzeugs gewährleistet.“
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Wer noch mehr Traktion für Abenteuer abseits der Straße sucht, dem empfiehlt Ingo das optional verfügbare Offroad-Paket. „Dafür haben wir ein Verteilergetriebe speziell für den Offroad-Betrieb entwickelt: ein vollvariables Torque-on-Demand System in Kombination mit einer Geländeuntersetzung und einer Differentialsperren-Funktion“, erklärt Ingo. Im Modus LOW RANGE kann durch eine Geländeuntersetzung (in GLE und GLS von 1,00 auf 2,93) die Geschwindigkeit verringert und ein höheres Drehmoment an die Räder übertragen werden, um im Gelände besonders steile Passagen oder Hindernisse langsam, aber dennoch kraftvoll und präzise zu meistern. Außerdem steht im Fahrprogramm Offroad+ eine automatische Differentialsperre zwischen Vorder-und Hinterachse zur Verfügung, die das Drehmoment bedarfsgerecht zwischen den Achsen verteilt und ein Vorankommen im Extremfall erst ermöglicht. „So habe ich selbst in schwerem und extrem steilen Gelände, zum Beispiel auf Fels und Stein, eine hervorragende Traktion. Stichwort Rock-Crawling!“, meint Ingo und blickt dabei Richtung Steilhang im Offroad-Parcour.
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4. Die G-Klasse: Grip im G-elände
Die G-Klasse ist nicht nur unbestrittene Legende im Gelände, sondern markiert den technischen Ursprung von 4MATIC. 1979 als Geländewagen der Baureihe 460 vorgestellt, verfügt schon die erste G-Klasse serienmäßig über ein Allradsystem. „Dieses Allradsystem war für die folgenden 4MATIC-Systeme der SUV-Baureihen bei Mercedes-Benz wegweisend“, erklärt Ralf. „Die heutige G-Klasse verfügt über einen permanenten Allradantrieb mit einer Festverteilung von 40:60. In Kombination mit dem Drei-Sperren-System und einer Geländeuntersetzung.“
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Unter Drei-Sperren System versteht man die drei einzeln zuschaltbaren mechanischen Differentialsperren: 1. zwischen den Achsen, 2. an der Hinterachse und 3. an der Vorderachse (wobei 1. die Voraussetzung für 2. und 3. ist). Mit einer Sperrwirkung von 100 Prozent wird beispielsweise bei der Sperre zwischen Vorder- und Hinterachse die Drehzahl der Achsen angeglichen, womit die Antriebsenergie jener Achse mit Traktion zugeleitet und so das Vorankommen des Fahrzeugs verbessert wird. Sperrt man zusätzlich die Hinterachse, wird die Drehzahl des rechten und linken Hinterrads angeglichen und das an der Hinterachse zur Verfügung stehende Drehmoment an jenem Rad mit Traktion abgesetzt. Das gleiche Prinzip gilt für die zusätzliche Sperrung der Vorderachse. Damit bezwingt die G-Klasse selbst schwierigste Passagen im Gelände und kommt auch dann vorwärts, wenn nur noch ein einziges Rad Traktion aufbaut. Zusätzliche Stabilität, insbesondere beim Anfahren an extremen Steigungen, bietet die Geländeuntersetzung. Im Modus LOW RANGE, fahrbar bis zu einer Geschwindigkeit von 70 km/h, ermöglicht diese ebenso wie im GLE und GLS eine feindosierbare Kraftverteilung im Gelände.
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5. Traktion am physikalischen Limit: AMG Performance Allradantrieb 4MATIC+
Neben dem bewährten Allradsystem 4MATIC (beispielsweise für AMG 35er und 43er) sorgt bei Mercedes-AMG
Bei den Kompaktsportlern von Mercedes-AMG (AMG 45er) steht außerdem mit AMG TORQUE CONTROL das sogenannte Torque-Vectoring zur Verfügung. Dabei kann die Antriebskraft nicht nur zwischen Vorder- und Hinterrädern verteilt werden, sondern zusätzlich auch radselektiv zwischen dem linken und rechten Hinterrad. Das sorgt nicht nur bei widrigen Straßenverhältnissen, sondern auch bei extremer Kurvenfahrt auf Serpentinen- oder Rennstrecken für optimale Traktion. Denn in einer Kurve benötigt das Kurveninnere Rad weniger Antriebskraft, das Kurvenäußere Rad dafür umso mehr. Mit Torque Vectoring wird in Kurven also das jeweils Kurvenäußere Rad an der Hinterachse mit mehr Antriebskraft versorgt, was wiederum zu einer erhöhten (und sehr sportlichen) Spurstabilität führt.
18:00 Uhr, Feierabend. Nach einem Adrenalin-geladenen Tag brechen wir Richtung Stuttgart auf. Der Kopf raucht. Sehr viel gelernt und bei so viel Fahrspaß und Abenteuer im Gelände auch eines: In der Entwicklung geben Ralf und sein Team alles, um ein bestmögliches Fahrverhalten unter allen Bedingungen zu gewährleisten. Die Gesetze der Fahrphysik können sie allerdings nicht ausschalten. Und darum gilt: Am Ende bestimmt nicht der Allradantrieb 4MATIC, wie sicher man in einem Fahrzeug auf den Straßen unterwegs ist, sondern die Person am Steuer. Die Fahrweise sollte darum immer den Straßenverhältnissen angepasst werden und das Fahrzeug entsprechend ausgerüstet sein (zum Beispiel im Winter mit Winterreifen oder im Gelände
¹Die angegebenen Werte wurden nach dem vorgeschriebenen Messverfahren ermittelt. Es handelt sich um die „NEFZ-CO₂-Werte“ i.S.v. Art. 2 Nr. 1 Durchführungsverordnung (EU) 2017/1153. Die Kraftstoffverbrauchswerte wurden auf Basis dieser Werte errechnet. Der Stromverbrauch wurde auf der Grundlage der VO 692/2008/EG ermittelt.*
Einfach Technik / Easy Tech
Für viele von uns sind sie mittlerweile eine automobile Selbstverständlichkeit: Kameras, Sensoren und andere technische Helfer erkennen und bewerten Situationen und machen unsere Fahrt dadurch komfortabler und sicherer. Doch wie spielen die ganzen Sicherheits-, Assistenz- und Komfortsysteme zusammen, wie funktionieren sie genau? In unserer Rubrik Einfach Technik möchten wir gemeinsam mit Experten aus dem Unternehmen solche und ähnliche Fragen klären. Darüber hinaus beschäftigen wir uns mit der Technologie neuer Antriebsysteme.
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