artikel

4WD-techniek met twee motoren – 2CV versus Model S

Techniek

Vierwielaangedreven auto’s maken gebruik van complexe mechanische verbindingen om de kracht van een enkele motor over alle vier de wielen te verdelen. Twee automerken kwamen tot een geweldig belachelijk en krankzinnig alternatief: gebruik twee motoren! Lees hoe werkt.

4WD-techniek met twee motoren – 2CV versus Model S
Sahara’s staan hun mannetje in het terrein. Ze zijn peperduur en herkenbaar aan het reservewiel op de (voorste) motorkap, de door de voordeuren stekende vulhals van de benzinetank, de uitgesneden achterspatborden en de luchtroosters in de C-stijl.

In de meeste vierwielaangedreven systemen drijft de motor een centraal differentieel aan. Van daaruit gaan er weer allerlei assen naar de wielen. De vierwielaangedreven Citroën 2CV Sahara (1958-1970) heeft die complexiteit helemaal niet nodig. De Sahara heeft namelijk alles dubbel: twee motoren, twee startmotoren, twee versnellingsbakken, twee koppelingsplaten en twee chokes. Het is even simpel als schitterend bedacht. Links van het stuur zitten twee contactsleuteltjes, twee startknoppen en twee controlelampjes. Met het rechter setje start je de voorste motor. Je geeft wat gas, de motor slaat aan en het lampje gaat uit. Vervolgens start je met de linker sleutel de achterste motor en terwijl de startmotor draait, geef je wat gas. Daar reageert ook de voorste motor op, want het gaspedaal bedient beide Solex-carburateurs. Of de achterste motor aanslaat (er zijn geen toerentellers) zie je aan het uitgaan van het controlelampje, je merkt het aan de prestaties en je hoort het zeker.

Een pook, twee bakken; een pedaal, twee platen

Met één pook schakel je beide versnellingsbakken. Aangezien de achterste motor achterstevoren is gemonteerd, is het differentieel in het bell house omgedraaid, zodat ook deze bak vier versnellingen vooruit en eentje achteruit heeft. Naast de versnellingspook zit de 2WD/4WD-selector: vanaf deze selector gaan drie stangen door een tunnel naar de voorste versnellingsbak en drie naar de achterste bak. Duw je de selector naar voren, dan schakel je de achterste versnellingsbak in en beschik je over vierwielaandrijving. Duw je de selector naar achteren, dan inactiveer je de achterste versnellingsbak en blijft voorwielaandrijving over. Het hydraulische koppelingspedaal (‘gewone’ Eendjes hadden dat niet!) bedient beide koppelingsplaten, ook als de achterste motor en bak niet ingeschakeld zijn. Je kunt de achterste motor tijdens het rijden uitzetten: zet de versnellingspook in de neutraal, duw de selector naar achteren, zet het linker contactsleuteltje uit en schakel met de versnellingspook een versnelling in. Je kunt al rijdend de achterste motor ook weer inschakelen: pook neutraal, selector naar voren, linker sleuteltje op contact en dan heb je twee keuzes: je start met de startmotor of (nog beter) je schakelt een versnelling in en laat de koppeling opkomen.

Naast de versnellingspook zit de selector, waarmee je de achterste versnellingsbak aan- of afkoppelt. Onder de voorstoelen zitten twee dubbelwandige brandstoftanks van vijftien liter. Er is geen overloop tussen beide tanks, dus je moet twee keer tanken. Naast de versnellingspook zit de selector, waarmee je de achterste versnellingsbak aan- of afkoppelt. Onder de voorstoelen zitten twee dubbelwandige brandstoftanks van vijftien liter. Er is geen overloop tussen beide tanks, dus je moet twee keer tanken.

Geen last van opstroping

Als de carburateurs (die aangepaste vlotterkamers hebben voor brandstoftoevoer in bergachtig gebied) en het stangenstelsel niet perfect synchroon zijn afgesteld of als één van beide motoren koud is, ontstaat ‘opstroping’. De achterste motor duwt dan de voorste motor op of remt ‘m juist af. Door het geringe totaalvermogen heeft de Sahara er weinig last van. De twee motoren van 425 cc leveren elk 12 pk bij 3.500 tpm (latere versies twee keer 14 pk en daarna twee keer 18 pk). De eerste motor helpt de Sahara naar maximaal 70 km/u, de tweede naar een topsnelheid van 100 km/u. Het brandstofverbruik van de voorste motor schommelt rond 1 op 16, maar als ook de achterste motor draait, verbruiken beide motoren ongeveer 1 op 20 (dus samen 1 op 10). In het terrein stelt de Sahara niet teleur, dankzij de zeer gunstige gewichtsverdeling en het lage gewicht van 715 kg (220 kg meer dan een éénmotorige Eend). Citroën bouwde bijna zevenhonderd Sahara’s en de overgebleven exemplaren zijn nu hun gewicht in goud waard.

Analoge Citroën 2CV Sahara en digitale Tesla Model S P90DL

Geen mechanische verbindingen

Lees nog even mee: “Conventionele vierwielaangedreven auto’s maken gebruik van complexe mechanische verbindingen om de kracht van een enkele motor over alle vier de wielen te verdelen. Hierbij wordt efficiëntie ingeleverd ten gunste van tractie onder alle weersomstandigheden.” Deze tekst komt niet uit de Sahara-folder, maar is van Tesla. Op de D-uitvoering (Dual Motor) van de Model S levert Tesla een ‘all-wheel drive’-systeem. Net als bij de Sahara heeft de Tesla twee motoren, die alleen de wielen op de eigen as aandrijven. Er zijn diverse tweemotorige vierwielaangedreven experimenten geweest (Alfa Romeo, DKW, John Cooper/Mini en de DAF TurboTwin uit Parijs-Dakar), maar de Sahara en Model S ‘D’ zijn daadwerkelijke productieauto’s en ze zijn geweldig. De twee motoren van de Tesla hebben elk een eigen omvormer, die de gelijkstroom van Tesla’s lithium-ion cellen omzet in wisselstroom voor de motor. Krachtige magnetische velden creëren in de motor koppel en zetten elektrische energie om in mechanische energie. Vervolgens worden de wielen van de Tesla via twee vertragingsbakken aangedreven. Elke motor heeft één bak met vier tandwielen en één vaste overbrenging.

Motorvermogen ≠ batterijvermogen

Het motorvermogen van een elektrische auto is vergelijkbaar, maar niet hetzelfde, als het vermogen van de batterij. Het vermogen dat het accupakket kan leveren is afhankelijk van bijvoorbeeld laadtoestand, temperatuur en leeftijd van de accu. Bij lage laadtoestand of temperatuur zal het accuvermogen beperkt zijn, maar wanneer het accupakket warm en vol is, kan het tot op hoge snelheden meer vermogen leveren dan de beide motoren gecombineerd aankunnen en dat geeft zeer goede acceleratieprestaties. Tesla heeft in de high performance P90D en P100D (‘90’ en ‘100’ staan voor 90 dan wel 100 kWh) de gecombineerde motorvermogens verhoogd naar 510 pk (achter) en 262 pk (voor). Daardoor neemt het aantal keren toe waarbij het piekvermogen van het accupakket lager is dan het gecombineerde motorvermogen, ten opzichte van de 60D, 75D en 90D. Die Tesla’s hebben allemaal 262 pk voor en 262 pk achter. Tesla levert Model S ook als P90DL. De L staat voor Ludicrous Speed (Belachelijke Snelheid) en het is een upgrade (standaard op de P100D), die voorheen bekend stond als Insane Mode (Krankzinnige Modus). In deze uitvoering wordt de batterij opgewarmd, waardoor het batterijvermogen toeneemt met als gevolg een krankzinnig-belachelijke acceleratie van 0 tot 60 mph (96,6 km per uur) in drie seconden. En dat terwijl de elektromotor fysiek precies hetzelfde is gebleven en het motorvermogen dus ook!

 

De twee Tesla-motoren drijven (net als bij de Sahara) alleen de wielen op de eigen as aan. Maar in tegenstelling tot de Sahara kan de Tesla het batterijvermogen digitaal en onafhankelijk naar de voor- of achterwielen sturen. De bodem bestaat uit batterijen. De twee Tesla-motoren drijven (net als bij de Sahara) alleen de wielen op de eigen as aan. Maar in tegenstelling tot de Sahara kan de Tesla het batterijvermogen digitaal en onafhankelijk naar de voor- of achterwielen sturen. De bodem bestaat uit batterijen.

Dynamisch verplaatsen van vermogen

Het enige dat de Tesla niet en de Sahara wel kan, is het handmatig kiezen tussen voorwiel- of vierwielaandrijving. Tesla doet dat automatisch. Tijdens een snelle acceleratie verplaatst het gewicht van een auto zich naar de achterzijde. Om wielspin van de voorwielen te voorkomen, verdeelt Tesla het beschikbare elektrische vermogen tussen beide motoren (in dit geval iets meer naar de achterste motor). Tesla doet dit als reactie op grip (wegcondities), gewichtsverplaatsing (acceleratie/remmen) en efficiëntie, want op deze manier haalt Tesla de maximaal haalbare range uit de opgeslagen energie. Bovendien ontstaat door het actief regelen van het koppel naar beide aandrijflijnen een geweldig bochtengedrag. Dit dynamisch verplaatsen duurt milliseconden. Gebruikmakend van andere techniek en gescheiden door een halve eeuw technische ontwikkeling, is de Tesla Dual Motor het digitale antwoord op de analoge Citroën Sahara. Het is misschien belachelijk en krankzinnig, maar ‘t werkt geweldig!

Met dank aan Wout van Haaster en zijn Citroën 2CV Sahara