All-wheel drive (AWD)

De kans is groot dat je al van de term all-wheel drive hebt gehoord. Waarschijnlijk was dit in de context van je zoektocht naar een nieuwe SUV of crossover. Of je kent het principe van dure sportwagens. Hoe dan ook denk je waarschijnlijk meteen aan vierwielers. Misschien ben je zelfs geneigd om all-wheel drive gewoon “4x4” te noemen. Je associeert het begrip met tractie, baanvastheid, goede grip en wegligging. De link tussen all-wheel drive en E-bikes daarentegen had je waarschijnlijk nog niet zo snel gelegd. En toch: all-wheel drive komt meer voor bij E-bikes dan je denkt. Doe je het goed, dan is all-wheel drive bovendien net zo voordelig bij E-bikes als bij wagens.

Wat is all-wheel drive?

Al laat de naam weinig aan de interpretatie over, toch willen we graag beginnen met een definitie van de term all-wheel drive. Een voertuig met all-wheel drive heeft, zoals de naam het zegt, aandrijfvermogen op alle wielen van het voertuig. Merk hierbij op dat aandrijfvermogen een breed begrip is en dat dit op heel wat verschillende manieren kan worden verwezenlijkt. In een voertuig met all-wheel drive is het bijvoorbeeld meestal niet zo dat de aangedreven wielen even snel ronddraaien, in tegenstelling tot vierwielaandrijving bij terreinwagens bijvoorbeeld, waar de voor- en achteras wel steeds dezelfde snelheid hebben.


Wat is het voordeel van all-wheel drive?

Kort samengevat, heeft all-wheel drive het voordeel van controle. Waar je in een gewone wagen slechts de controle hebt over twee wielen van de wagen, heb je in een wagen met AWD vier wielen die je kan controleren. De mate waarin de wielen onafhankelijk te controleren zijn, hangt sterk af van de toepassing. Bij een terreinwagen is het vooral belangrijk dat alle wielen van het voertuig meehelpen om het voort te bewegen, omdat de grip van elk wiel beperkt is in modder of op losse rotsen. Bij een terreinwagen is het vermogen dat je kan overdragen meestal beperkt door de tractie van de wielen eerder dan het motorvermogen en dus wil je het motorvermogen over zoveel mogelijk wielen verdelen. Hoe dat precies gebeurt is van minder belang. Je wil er vooral zeker van zijn dat elk wiel een deel van het vermogen krijgt en dat niet 1 wiel alle vermogen kan opslorpen. De eenvoudigste manier om dit te garanderen, is om alle wielen gewoon even snel te laten ronddraaien.

Ook wanneer twee wielen voldoende zijn om de wagen te doen versnellen en grip geen probleem is, kan het zinvol zijn om vier wielen te controleren. Je kan immers de tractie op elk wiel gebruiken om de wagen te sturen in één of andere richting. Het spreekt voor zich dat als je de linker wielen van je wagen meer aandrijfkoppel kan doen overbrengen dan de rechterwielen, dat je wagen een bocht naar rechts zal willen maken en vice versa. Dit principe heet torque vectoring en wordt ook gebruikt bij slimme remalgoritmes zoals ESP. Met all-wheel drive, kan je dus je wagen helpen sturen op voorwaarde dat je het koppel op het linker en rechter wiel afzonderlijk kan regelen.

Torque vectoring in an active powertrain to enhance the vehicle traction 6

Niet alleen de verdeling van het aandrijfkoppel over het linker en het rechter wiel heeft een invloed op het stuur van je wagen, ook de verdeling voor-achter is van belang. Dit is minder intuïtief, maar daarom niet minder belangrijk. Het effect van voor-achter variaties in het aandrijfkoppel is vooral te danken aan de eigenschappen van voertuigbanden. Het gedrag van de banden draagt in grote mate bij aan de wegligging van een wagen. Een band gedraagt zich namelijk heel bijzonder. Eenvoudig gezegd, kan een band slechts 1 taak tegelijk: sturen of aandrijven. Vraag je een band om maximaal aan te drijven tot op het punt dat hij slipt, dan verplaats je hem net zo makkelijk van links naar rechts als van voor naar achter, alsof de band geen rolrichting meer heeft. Dit is wat er gebeurt wanneer een wagen met achterwielaandrijving “drift”.

Photo 1567959279487 57286b01cdf5

Dit effect treedt niet plots op (aan-uit), maar eerder als een continue balans tussen sturen en aandrijven. Hoe meer aandrijfkracht je via de band op de grond wil uitoefenen, hoe minder de band geneigd zal zijn om zijn natuurlijke rolrichting te volgen. Gebruik je dit op een slimme manier, dan kan je dus door het aandrijfkoppel op de voor- en achterwielen te regelen ook het stuurgedrag van de wagen regelen. Meer aandrijfkoppel op de achterwielen en ze zullen geneigd zijn deels zijdelings te beginnen schuiven eerder dan alleen voorwaarts te rollen. De achterkant van het voertuig zal naar buiten bewegen en het voertuig zal meer in de bocht sturen. Op dezelfde manier stuurt meer aandrijfkoppel op de voorwielen het voertuig uit de bocht. Deze fenomenen heten in vakjargon overstuur en onderstuur en ze verklaren waarom voorwielaandrijving als veiliger beschouwd wordt dan achterwielaandrijving. Een wagen met voorwielaandrijving zal immers altijd geneigd zijn zichzelf weer rechtdoor te sturen, terwijl een auto met achterwielaandrijving zichzelf zo sterk in de bocht kan sturen dat je achterstevoren eindigt.

Big1

Met all-wheel drive, kan je gericht over- en onderstuur veroorzaken met de juiste elektronische sturing van je wagen. Je hebt dus volledige controle over het bochtengedrag, wat meteen het grootste voordeel is van all-wheel drive.

All-wheel drive technologieën bij wagens

De meeste wagens rijden nog steeds met verbrandingsmotoren. Zo’n verbrandingsmotor heeft 1 uitgaande aandrijfas, gekenmerkt door een koppel en een toerental. Wil je vanuit deze ene uitgaande as vier wielen onafhankelijk aansturen, dan komen daar heel wat technische hoogstandjes bij kijken. De eenvoudigste en oudste vierwielaandrijvingssystemen deden simpelweg alle wielen even snel draaien. Met behulp van differentiëlen kan de snelheid van de verschillende wielen variëren, maar in dat geval is het koppel op ieder wiel niet te regelen (een differentieel garandeert immers dat het koppel op elk wiel gelijk is). De meest hoogstaande systemen gebruiken een combinatie van elektronisch gestuurde differentiëlen met regelbare slip – die een zekere koppelsturing toelaten – en een intelligente sturing van de remkracht op ieder wiel. Door een vast aandrijfkoppel naar ieder wiel te sturen en dan individuele wielen gericht bij te remmen, kan een all-wheel drive systeem gemaakt worden waarin alle vier de wielen onafhankelijk worden aangestuurd. Het gebruik van de slipdifferentiëlen en remmen maken deze regeling echter zeer energie-inefficiënt en alleen bruikbaar in noodsituaties. In normale omstandigheden rijden nagenoeg alle all-wheel drive wagens met verbrandingsmotor met een gelijk aandrijfkoppel op ieder wiel.

Elektrische wagens met vierwielaandrijving daarentegen hebben bijna altijd één elektromotor per wiel. Door elk van deze elektromotoren onafhankelijk aan te sturen, kan een volledig onafhankelijke all-wheel drive worden gemaakt die niets moet inboeten aan energie-efficiëntie.

2020 tesla model x mmp 1 1579127420

All-wheel drive bij E-bikes: waarom toch die “gevaarlijke” voorwielmotor?

Je had er misschien niet meteen aan gedacht, maar ook bij E-bikes is all-wheel drive al lang ingeburgerd. De E-bike met voorwielmotor is in essentie namelijk ook een all-wheel drive voertuig: de fietser drijft het achterwiel aan en de elektromotor het voorwiel. Zo zijn alle wielen van aandrijfkoppel voorzien. In tegenstelling tot wagens echter, hebben all-wheel drive E-bikes niet bepaald de beste reputatie wat tractie, veiligheid en wegligging betreft. Net als bij wagens, geeft all-wheel drive nochtans ook bij E-bikes meer controle over het weggedrag van de fiets. Op die manier draagt all-wheel drive bij E-bikes net zo goed bij aan een betere rijervaring en een verhoogde veiligheid in de bochten, zou je denken. Dus wat gaat er dan precies mis bij de voorwielaangedreven E-bike?

Het antwoord ligt hem opnieuw in het woord “controle”. All-wheel drive geeft je inderdaad meer controle over je E-bike, maar als je die controle verkeerd gebruikt dan kan het de zaken slechter maken dan als je het wiel gewoon met rust had gelaten. Zoals hoger beschreven, heeft het aandrijfkoppel een belangrijk effect op de stuurbaarheid van een wiel, via de eigenschappen van de band. Stuur je dus domweg een hoog aandrijfkoppel naar het voorwiel, dan verliest dat zijn sturende functie volledig en dat kan leiden tot een val. Je zou het kunnen vergelijken met een moderne wagen die elektrisch aangestuurde remmen heeft, maar dan zo afgesteld dat hij 100% remt op de vier wielen van zodra je het rempedaal aanraakt. Dat zou levensgevaarlijk zijn, maar niemand zal daaruit besluiten dat elektrische remregeling in wagens op zich een slecht idee is. All-wheel drive in E-bikes is dus ook helemaal geen slecht idee, je moet het alleen wel goed gebruiken.

Ellio gaat nog een stapje verder dan de klassieke E-bike met voorwielmotor omdat ook het achterwiel elektrisch aangedreven is. Zo heeft Ellio via zijn software de volledige controle over zowel het voor- als het achterwiel. Omdat bovendien beide motoren ook als rem kunnen functioneren, heeft Ellio in feite ook een elektrisch remsysteem. Geen enkele andere E-bike op de markt vandaag heeft die functionaliteit. In normale omstandigheden gebruikt Ellio zijn beide wielen ongeveer 50%-50%. Op die manier wordt er van elk wiel minder tractie gevraagd en dat helpt als je op grind of een gladde ondergrond wil rijden. Daarnaast maakt Ellio gebruik van de controle over voor- en achterwiel om actief bij te sturen wanneer dat nodig is. Dreigt het voorwiel grip te verliezen, waardoor het niet meer in staat is om te sturen, dan zal de software de voorwielmotor onmiddellijk minder vermogen geven. Bij lage snelheden, wanneer het voorwiel weinig moeite heeft om te sturen, gebruikt Ellio zijn voorwielmotor iets meer. Zo stuurt Ellio zichzelf makkelijker uit de bocht en voelt hij stabieler aan. Bij hogere snelheden, waar het voorwiel grip moet houden om betrouwbaar de bocht door te gaan, vermindert de software het vermogen van de voorwielmotor wat en doet het achterwiel iets meer werk. Ellio optimaliseert dus de wegligging door continu, honderden keren per seconde, het aandrijfkoppel op beide wielen bij te sturen.

Ons ontwikkelteam werkt continu aan verdere verbeteringen van deze aansturingssoftware. Zo wordt Ellio bij elke update beter.