Hoe het werkt: De aandrijflijn

Of u nu een sportwagen met 500 pk of een zuinige hatchback met 96 pk rijdt, al die kracht onder de motorkap van uw auto of truck is nutteloos als het koppel van de motor niet via een ingewikkeld doolhof van versnellingen bij de aandrijfwielen terechtkomt.

In feite is de aandrijflijn misschien wel het minst begrepen onderdeel van een auto. Nieuwe innovaties op het gebied van vierwiel- en vierwielaandrijving hebben die verwarring voor veel bestuurders alleen maar groter gemaakt. Hier volgt een uitleg van het mysterie onder de vloer: wat er echt gebeurt als je het gaspedaal intrapt.

VOORWIELAANDRIJVING

Hoewel voorwielaandrijving te vinden is in klassiekers als de Cord uit 1929, is de overwegend populaire moderne configuratie gebaseerd op de Mini uit 1959. De bedenker van deze Mini, Sir Alec Issigonis, plaatste de kleine motor dwars (zijwaarts) onder de motorkap, monteerde de transmissie en het differentieel in één eenheid, een transaxle genaamd, en installeerde die onder en achter de motor. Hoewel sommige voorwielaandrijvers een in de lengterichting van de auto geplaatste aandrijflijn hebben, bevinden alle onderdelen zich nog steeds aan de voorkant. Omdat de voorwielen zowel moeten sturen als aandrijven, zijn ze verbonden met de ashelften via complexe cardankoppelingen, de zogenaamde constant velocity joints, die soepel vermogen kunnen overbrengen terwijl ze sterk scharnieren.

PRO

– Meer ruimte voor mensen en lading.
– Beter brandstofverbruik door lager gewicht.
– Verbeterde tractie bij nat weer dankzij het gewicht boven de aandrijfwielen.

CON
– Verhoogde slijtage aan de voorbanden en ophanging.
– Krappe motorruimte maakt onderhoud moeilijk.
– Beperkt vermogen dat de voorwielen aankunnen zonder dat het sturen onvoorspelbaar wordt.
– Verminderde tractie in nat weer op upgrades.

Transaxle

De werking van een transaxle is precies hetzelfde als die van een transmissie. Het verschil is dit: In plaats van via een lange aandrijfas met de achteras te zijn verbonden, drijft de uitgaande as van de transmissie een groot tandwiel aan dat direct in het ringwiel van het differentieel grijpt. En het differentieel zelf (dat in een auto met rwd op de achteras zou zijn gemonteerd) bevindt zich in het transaxlehuis, dat parallel aan de transmissie is gemonteerd. Wanneer er vermogen wordt geleverd, verdeelt het differentieel dit via halfassen naar de twee voorwielen.

Continuously Variable Transmission (CVT)

CVT’s winnen aan populariteit en worden gebruikt in diverse nieuwe Fords, Saturns en Audi’s. In plaats van tandwielen gebruikt de CVT een riem tussen twee poelies. De ene wordt aangedreven door een as van de motor, de andere door een as naar het differentieel en de aandrijfassen. Beide riemschijven zijn gesplitst zodat hun helften dichter bij elkaar en verder uit elkaar kunnen schuiven. Naarmate de riem hoger en lager in de riemschijven loopt, veranderen de effectieve overbrengingsverhoudingen tussen de aandrijvende en de aangedreven assen.

RUGWIEL-DRIVE

De achterwielaandrijving, nog steeds de klassieker, was jarenlang in principe het enige aandrijfsysteem. Een in de lengterichting geplaatste motor, met de transmissie er direct aan vastgebout, stuurt het vermogen via een aandrijfas naar een differentieel bij de achteras. Het differentieel draait het vermogen 90° en stuurt het naar de achterwielen. (Sommige sportauto’s zoals Corvettes, Ferrari’s en Porsches hebben een gecombineerde transmissie en differentieel – of transaxle – achterin.)

De aandrijfas is verbonden via cardankoppelingen en een splined expansiestuk om verticale en longitudinale veerbeweging mogelijk te maken.

PRO
– Betere gewichtsverdeling voor/achter resulteert in lichtvoetiger rijgedrag.
– Onderhoudsgemak dankzij gespreide componenten.
– Minder slijtage omdat de voorbanden niet zowel hoeven te sturen als trekken.

CON
– Slechte tractie en stabiliteit op nat wegdek zonder geavanceerde elektronische controles.
– Minder ruimte voor passagiers en vracht.

Handmatige transmissie

De versnellingsbak is gekoppeld aan de motor via een veerbelaste koppelingsplaat die aan beide zijden is bekleed met wrijvingsmateriaal. De koppeling moet ontkoppeld zijn om te kunnen schakelen, en de transmissie moet in Neutraal staan, of de koppeling moet ontkoppeld zijn, om het voertuig tot stilstand te brengen terwijl de motor draait. De transmissie bestaat uit een ingaande as van de motor en een uitgaande as naar de aandrijfwielen. De ingaande tandwielen kunnen heen en weer schuiven om in de uitgaande tandwielen te grijpen. Synchronisatieconussen tussen de schuivende tandwielen en de as zorgen voor soepel schakelen. De achteruitversnelling zit op een eigen as.

Automatische transmissie

Een met olie gevulde koppelomvormer die het motorkoppel in het transmissiehuis vermenigvuldigt, laat enige slip toe zodat het voertuig kan worden gestopt terwijl de motor draait. Een frictiekoppeling in het midden van de koppelomvormer zorgt ervoor dat de ingaande en uitgaande assen dezelfde snelheid hebben om op de snelweg te kunnen rijden. Computergestuurde hydraulische druk selecteert welke combinatie van tandwielen binnen verschillende planetaire sets kan draaien, waardoor de verhoudingen tussen de ingaande en uitgaande assen veranderen.

Open Differentieel

Tijdens het nemen van bochten snijden de buitenwielen een wijdere boog dan de binnenwielen. Het differentieel moet ervoor zorgen dat de buitenste en binnenste wielen met verschillende snelheden kunnen draaien (vandaar de naam), terwijl beide wielen nog steeds van vermogen worden voorzien. De basisbehuizing van het differentieel bevat een groot ringwiel dat ineen grijpt met een klein rondsel dat door de aandrijfas wordt aangedreven. De verhouding tussen ring- en rondselwiel wordt de eindaandrijvingsverhouding of achterasverhouding genoemd. Het ringwiel laat ook een drager draaien met haaks in elkaar grijpende spider tandwielen die ervoor zorgen dat de linker- en rechteras onafhankelijk van elkaar kunnen draaien. Nadeel: Het wiel met de minste tractie beperkt het vermogen dat op de weg wordt overgebracht.

Limited-Slip Differentieel

Het concept om tractie te leveren aan het niet-slippende aandrijfwiel met een sperdifferentieel stamt minstens uit de late jaren 1950. Hoewel er nu veel rimpels aan het oude thema zitten, is de essentie hetzelfde. De spider tandwielen zijn mechanisch verbonden om het koppel te delen ongeacht de omstandigheden. Dit kan eenvoudig worden gedaan door veerbelaste koppelingspakketten toe te voegen die ervoor zorgen dat de spider gear niet ronddraait. Het vermogen stroomt dan naar beide wielen tot de grens van de capaciteit van de koppelingspakketten. De spinnen kunnen ook pneumatisch of elektrisch worden geblokkeerd, maar daarmee wordt de differentieelfunctie tenietgedaan.

FOUR- & ALL-WHEEL DRIVE

Vanuit het oogpunt van tractie is het het beste van alle werelden wanneer zowel de voor- als de achterwielen het voertuig aandrijven. De voor- en achteras draaien echter met verschillende snelheden, behalve wanneer in een perfect rechte lijn wordt gereden. Dus de enige manier waarop beide het voertuig kunnen aandrijven in bochten op droog wegdek is als er een differentieel tussen beide is. (Op glad wegdek compenseert de slip van de banden de verschillen in wielsnelheid.)

Veel AWD-voertuigen delen veel van hun aandrijflijn met vergelijkbare voorwielaangedreven modellen, maar voegen een compact middendifferentieel, aandrijfas en achterdifferentieel toe. Vierwielaangedreven auto’s maken gebruik van een tussenbak na de transmissie die het vermogen naar zowel de voor- als de achteras stuurt wanneer dat nodig is. In ingeschakelde toestand drijft de tussenbak twee afzonderlijke aandrijfassen aan die afzonderlijke differentiëlen bedienen. Bij echte 4wd-voertuigen die off-road gaan in de 4wd-modus wordt geen gebruik gemaakt van het middendifferentieel.

PRO
– Maximale tractie op verschillende ondergronden.

CON
– Toegenomen gewicht, waardoor het brandstofverbruik daalt.
– Meer dingen die kapot kunnen gaan.
– Hogere kosten.

TWEEDE TIEN JAAR LANG

Twee decennia vanaf nu kunt u verwachten dat de aandrijving van uw voertuig elektrisch zal zijn. Het zal waarschijnlijk een relatief kleine elektromotor voor elk wiel hebben, en de concepten van voor-, achter- en vierwielaandrijving zullen achterhaald zijn. De elektronica zal in staat zijn de kracht naar één wiel, naar alle wielen tegelijk of naar elke combinatie te sturen. De elektriciteit wordt geleverd door een waterstofbrandstofcel of door een verbrandingsmotor op waterstof die een generator laat draaien. Aangezien de ontwikkelingskosten van brandstofcellen nog steeds duizelingwekkend zijn, zou een economischer alternatief kunnen zijn om benzinestations te vervangen door waterstoftankstations.

Viscuskoppeling

Dit is een differentieel zonder overbrengingen. De ingaande as van de transaxle (bij de voorwielen) en de uitgaande as naar de achterwielen dragen elk een serie platen die afwisselend in elkaar verstrengeld zijn en dicht bij elkaar liggen. alle platen zwemmen in een speciale vloeistof die het vermogen overbrengt van de ingaande naar de uitgaande platen wanneer dat nodig is. Als de voorwielen beginnen te slippen, draaien hun as en platen sneller dan de andere. Door dit snelheidsverschil in de behuizing wordt de vloeistof gekarnd en verwarmd, waardoor deze dikker wordt en de wisselende platen nauwer aan elkaar bindt. Een deel van het koppel wordt nu naar de meer grip biedende wielen gestuurd, totdat de draaiende wielen weer tractie krijgen.

Torsen-differentieel

Het Torsen-differentieel stamt al uit 1983. Sindsdien is hij door verschillende autofabrikanten gebruikt, waaronder Audi en Hummer. De Torsen vermenigvuldigt het koppel dat beschikbaar is op de as die begint te draaien of tractie verliest, en stuurt dit naar de langzamer draaiende as met betere tractie. De tandwielen maken een koppel-biasverhouding van 4:1 mogelijk, wat betekent dat ze vier keer zoveel vermogen aan de niet slippende as kunnen leveren dan door de slippende as kan worden gedragen. Een groot voordeel van Torsen-systemen is dat ze, omdat ze puur mechanisch zijn, zeer snel reageren op slip.

Transfer Case

Dit is een aparte versnellingsbak die achter de transmissie is gemonteerd. Het vermogen gaat naar de tussenbak om alleen naar de achterwielen of naar zowel voor als achter te worden geleid. Een aparte aandrijfas verbindt de tussenbak met een differentieel in de vooras. De meeste tussenbakken hebben ook twee overbrengingsverhoudingen, een hoog en een laag bereik. Hoewel veel voertuigen nog steeds een handgeschakelde transfer case hebben, bieden verschillende nu elektrisch geactiveerde inschakeling.