Dynamische Gewichtsverlagerung und Fliehkraft.

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1 Informationen der BMW Group 2006 Fahrphysik. Moderne Technik unterstützt den Fahrer im Straßenverkehr. Aber auch noch so ausgefeilte stabilisierende Regelsysteme nehmen dem Fahrer seine Verantwortung nicht ab, denn Fahrer und Fahrzeug bilden eine Einheit. Physikalische Gesetze, denen das Auto gehorcht, sollte jeder Autofahrer kennen und unter Anleitung selbst erfahren. Das Fahrer-Training der BMW Group bietet hierfür vom Anfänger bis zum Könner geeignete Trainings. 1 BMW Group

2 Fliehkraft Seitenführungskräfte DSC hilft bei Unter- und Übersteuern Vier nur etwa handtellergroße Flächen machen Autofahren erst möglich: die Aufstandsflächen der Reifen auf der Fahrbahn, der so genannte Latsch. Diese Flächen übertragen die fahrdynamischen Kräfte des Automobils auf die Straße. Im Wesentlichen sind diese Kräfte die Umfangskräfte, die beim Bremsen und Beschleunigen in Längsrichtung wirken und die Seitenführungskräfte, die in Querrichtung bei Kurvenfahrten auftreten. Kraftübertragung Fahrzeug Straße. Übertragen werden diese Kräfte durch die Reibung der Reifen auf der Fahrbahn. Im normalen Betrieb findet die Kraftübertragung durch Haftreibung statt, wenn sich Reifen und Straße miteinander verzahnen. Werden jedoch die fahrdynamischen Kräfte zu groß, gerät der Reifen aus der Haftreibung in die Gleitreibung das Fahrzeug beginnt zu rutschen. Wann die Haftreibung in die Gleitreibung übergeht, hängt vom so genannten Reibbeiwert ab. Dieser ist beispielsweise bei trockenem Asphalt zehnmal so groß wie auf Eis. Die Seitenführung auf Eis beträgt folglich nur ein Zehntel derjenigen auf Asphalt, der Bremsweg ist zehnmal länger. Der Reibbeiwert hängt dabei nicht nur von der Straßenoberfläche ab, sondern auch von der Bauart, der Zusammensetzung und dem Zustand des Reifens. Schlupf. In der Realität tritt nie nur zu 100% Haft- oder Gleitreibung auf. Daher spielt das jeweilige Verhältnis zwischen Rad- und Fahrzeuggeschwindigkeit, der so genannte Schlupf, in der Fahrpraxis eine wichtige Rolle. Bei hohem Antriebsschlupf neigen die Räder zum Durchdrehen, bei großem Bremsschlupf hingegen zum Blockieren. Versuche haben gezeigt, dass beim Bremsen in Abhängigkeit von der Fahrbahnoberfläche ein bis zu zwanzigprozentiger Schlupf ideal sein kann, um Bremskräfte optimal umzusetzen. Dieser Idealwert wird auf trockener Fahrbahn beim Bremsen dann erreicht, wenn die Reifen bereits quietschen, aber noch nicht blockieren. Das Anti- Blockier-System (ABS) unterstützt den Fahrer, diesen sonst schwer zu erreichenden Idealzustand für jedes Rad individuell zu erreichen. Untersteuern Übersteuern Dynamische Gewichtsverlagerung und Fliehkraft. Jede bewegte Masse besitzt eine Bewegungsenergie, die an eine Richtung gebunden ist. Beim Bremsen oder Beschleunigen bewirkt die Trägheit der Fahrzeugmasse eine Gewichtsverlagerung beim Bremsen auf die Vorderachse, beim Beschleunigen auf die Hinterachse. Bei der Kurvenfahrt tritt durch die Querbeschleunigung eine Fliehkraft auf, die das Fahrzeug nach außen drängt. Solange das Seitenführungspotenzial der Räder größer ist als die Fliehkraft, ist die Kurvenfahrt problemlos. Wird die Fliehkraft jedoch stärker als die Seitenführung oder der Kurvenradius durch die Lenkvorgabe deutlich verringert, kann das Fahrzeug, und somit die Vorderräder, nicht mehr der Vorgabe des eingestellten Lenkwinkels folgen. Das Fahrzeug fährt einen größeren Radius, folgt also nicht mehr der Lenkvorgabe. Schiebt es dann über die Vorderräder nach außen, spricht man davon, dass es untersteuert. Beim Übersteuern hingegen reißt die Haftung nur an den Hinterrädern ab, das Heck bricht aus, und das Auto gerät ins Schleudern. Gegen Unter- wie Übersteuern hilft, innerhalb der physikalischen Grenzen, die dynamische Stabilitätskontrolle (DSC). Sie stabilisiert durch gezielte Eingriffe in das Motoren- und vor allem das Bremsenmanagement das Fahrzeug. Das Ergebnis ist vergleichbar mit der Steuerungsweise eines Schlittens: Gezielte Bremseingriffe auf nur einer Seite beeinflussen die Fahrtrichtung. Die physikalischen Freiheitsgrade eines Automobils. Wie alle Festkörper kann sich ein Automobil in sechs Freiheitsgraden bewegen. Dabei wird zwischen der so genannten Translation, der Längsbewegung entlang einer Achse, und der Rotation, eine Drehbewegung rund um eine Achse, unterschieden. Translatorische Bewegung (Längsbewegung): vorwärts rückwärts (entlang der Längsachse) rechts links (entlang der Querachse) hoch tief (entlang der Hochachse) Rotatorische Bewegung (Drehbewegung): um die Längsachse (wanken, rollen: das Fahrzeug federt bei Kurvenfahrt auf einer Seite stärker) um die Querachse (nicken: das Fahrzeug federt vorne stark ein, z.b. bei einer Vollbremsung) um die Hochachse (gieren: das Fahrzeug fährt eine Kurve) Stabilisierende Bremseingriffe (DSC) Motormomentenregelung 2

3 in % 100 Pedalkraft Bremswirkung 30 0 Trainierter Fahrer Normalfahrer mit DBC Fahrwerk BMW 3er Reihe Bremsen: BMW war Pionier mit Anti-Blockier- System im Jahr Beim Bremsen spielt die BMW Group einmal mehr eine Vorreiterrolle: Bereits im Jahr 1979 hat das Unternehmen mit dem 745i das erste serienmäßig mit elektronischem Anti-Blockier-System (ABS) ausgestattete Fahrzeug auf den Markt gebracht. Heute ist das Elektronische Bremsenmanagement (EBM) nicht nur für stets höhere Bremsleistungen, sondern im Rahmen der Dynamischen Stabilitätskontrolle (DSC) auch für die Einhaltung der Fahrstabilität zuständig. Dynamische Stabilitätskontrolle (DSC). DSC verhindert durch gezielte Eingriffe an Motor und Bremsen das Über- und Untersteuern. Das Fahrstabilitätssystem DSC besteht aus verschiedenen Modulen, vom bewährten ABS über die Traktionskontrolle DTC bis zur Bremskontrolle in Kurven (CBC). Alle Module greifen bei Bedarf am Motor und an den Bremsen ein. Die wichtigsten Module der DSC sind: Anti-Blockier-System (ABS). Das kontinuierlich weiterentwickelte Anti-Blockier- System (ABS) sorgt für Stabilität und Lenkbarkeit des Fahrzeugs beim Bremsen, indem es das Blockieren der Räder beim Bremsen verhindert. Selbst bei schwierigen und unterschiedlichen Straßenverhältnissen bleibt die Lenkbarkeit des Autos erhalten. Bei richtigem Einsatz (Bremspedal voll treten, nicht nachlassen) ist der Bremsweg optimal kurz. Automatische Stabilitätskontrolle (ASC). Die in das DSC integrierte Automatic Stability Control (ASC) hält den Antriebsschlupf im optimalen Bereich. ASC regelt durch Eingriffe am Motor und an den Bremsen der einzelnen Räder die Beschleunigung so, dass beim Gasgeben kein Rad übermäßig durchdreht. Dynamische Traktionskontrolle (DTC). Eine spezielle Unterfunktion der DSC ist die Dynamische Traktionskontrolle (DTC). Sie kann vom Fahrer aktiviert werden, wenn er auf lockerem Untergrund mit hohem Antriebsschlupfbedarf wie Schotter, Schnee o.ä. unterwegs ist. Sogar auf hohem Reibwert kann für den geübten Fahrer bei sportlicher Fahrweise eine höhere Agilität erzielt werden. Mit DTC erhält der maximale Vortrieb Priorität, die Regelschwellen der DSC werden entsprechend angehoben, so dass die kontrolliert durchdrehenden Räder für den benötigten hohen Antriebsschlupf sorgen. Dynamische Bremskontrolle (DBC). Weniger trainierte Fahrer nutzen meist die maximale ABS-Bremswirkung nicht, weil sie das Pedal nicht stark genug durchtreten oder beim ABS-typischen Pulsieren wieder nachlassen. Hier unterstützt die Dynamische Bremskontrolle DBC, indem sie Notsituationen anhand der dafür typischen schnellen Pedalbetätigungen erkennt und bereits bei einem Pedaldruck von nur 30% die maximal mögliche Bremswirkung erzielt. Bremskontrolle in Kurven (CBC). Die Cornering Brake Control (CBC), eine erweiterte ABS-Funktion, wurde speziell zum Bremsen in Kurven entwickelt. Das System reduziert den Bremsdruck an den kurveninneren Rädern. Die Seitenführung wird damit erhalten, das Fahrzeug gerät im Rahmen der physikalischen Grenzen nicht ins Rutschen. Elektronische Bremskraftverteilung (EBV). Diese Option verkürzt den Bremsweg, indem sie die Bremsleistung an der Hinterachse optimal der jeweiligen Beladung anpasst. Anhänger-Stabilisierungskontrolle. Dieses System erkennt das Pendeln eines Gespanns und bremst das Fahrzeug automatisch ab. Dadurch stabilisiert es das Gespann. Über die Grundfunktionen hinaus umfasst das DSC für die Sechszylinder-Modelle folgende Zusatzfunktionen: Der Anfahrassistent hält an Steigungen das Fahrzeug nach dem Lösen der Fußbremse für ein rückrollfreies Anfahren kurz fest. Die Funktion SoftStop reduziert durch gezielten Bremsdruckabbau das Nicken des Fahrzeugs, kurz bevor das Auto zum Stillstand kommt. Die Fading-Kompensation gleicht das Nachlassen der Bremsleistung durch Erhöhung des Bremsdrucks aus. Bei gleicher Pedalkraft bleibt so die Verzögerung konstant. Die Funktion Bremsbereitschaft verkürzt bei einer Notbremsung die Druckaufbauzeit. Bei schnellem Lösen des Gaspedals legen sich die Bremsbeläge blitzschnell an die Bremsscheiben an, um den maximalen Bremsdruck möglichst schnell zu erreichen. Die Funktion Trockenbremsen optimiert das Ansprechverhalten der Bremsen bei Nässe. Erkennt der Regensensor Nässe oder laufen die Scheibenwischer, dann werden die Bremsbeläge von Zeit zu Zeit leicht an die Bremsscheiben angelegt, um den Wasserfilm auf den Bremsscheiben zu entfernen. 3

4 BMW 5er Touring: Hinterachse mit Niveauregulierung und Luftfederung Fahrwerk und Lenkung: Zielkonflikt Sportlichkeit vs. Komfort. Moderne Fahrwerke bieten nicht nur hohe Sicherheit und einfaches Handling, sondern verbinden auch optimalen Komfort mit großer Agilität. Wesentliche Faktoren für den Charakter eines Fahrwerkes sind die Lenkung und die Federung. Die Fahrwerksauslegung bestimmt dabei, ob das Automobil mehr in Richtung Komfort oder Sportlichkeit abgestimmt ist. Elektronische Dämpferkontrolle. Keine Straße gleicht einer anderen, jede Fahrsituation ist unterschiedlich: Straßenzustand, Fahrzeugbeladung und Fahrweise beeinflussen das Fahrverhalten des Autos. Konventionelle Stoßdämpfer sind heute zwar sehr ausgereift, doch sie können nicht auf sich ändernde Straßenzustände oder eine geänderte Fahrweise reagieren. Die kontinuierliche elektronische Dämpferkontrolle (EDC-K) von BMW ist ein vollautomatisches System, das die Einstellung der Dämpfer an jede Fahrsituation anpasst. Sensoren erfassen Fahrbahnzustand und Fahrweise, ein Mikroprozessor wertet die Daten aus und wählt automatisch die geeignete Dämpfereinstellung im Bereich zwischen komfortabel und sportlich. Zusätzlich kann der Fahrer manuell die sportliche Dämpfereinstellung wählen. Die Dämpferkontrolle EDC-K erhöht den Fahrkomfort ohne Abstriche bei der Sicherheit. Ein allzu komfortables Dämpferverhalten führt bei schlechten Straßenverhältnissen schnell zu Fahrzeugschwingungen, die das Fahrverhalten deutlich verschlechtern. EDC-K bleibt dabei so lange wie möglich in der komfortablen Dämpfereinstellung und wechselt erst dann blitzschnell auf eine härtere Einstellung, wenn die Fahrsituation es erfordert. Hinterachs-Luftfederung. Ein Touring transportiert häufig mehr Gepäck als eine Limousine. Deshalb ist der BMW 5er Touring serienmäßig mit einer Niveauregulierung mittels Luftfederung an der Hinterachse ausgestattet. Je nach Fahrsituation erfasst sie sensorisch den Abstand zwischen der Hinterachse und der Straße. Werden die Hinterrad-Federn stärker belastet, wird mittels eines zweistufigen Kompressors das ausgeglichene Niveau zwischen der Vorder- und der Hinterachse wieder hergestellt. So genießt der Fahrer auch bei schwerer Zuladung eine hohe Fahrsicherheit. Die Wankstabilisierung Dynamic Drive. Eine komfortable Fahrwerksabstimmung hat bei schnellerer Fahrt, vor allem in Kurven, für die Insassen unangenehme Wank- und Rollbewegungen des Fahrzeugs zur Folge. Eine sportlichere Abstimmung führt bei schlechteren Straßenverhältnissen zu deutlichen Komforteinbußen. Den Fahrwerksingenieuren der BMW Group ist es aber gelungen, die gegensätzlichen Ansprüche Agilität, Komfort und Handlichkeit in einem innovativen Fahrwerk ohne Kompromisse zu vereinen. Die Lösung des Zielkonfliktes zwischen Komfort und Sportlichkeit bietet die Wankstabilisierung Dynamic Drive. Zentrales Element dieses innovativen Fahrwerk-Regelsystems sind zwei innerhalb von Millisekunden aktiv reagierende Stabilisatoren, die Wankbewegungen der Karosserie entgegenwirken und sie reduzieren. BMW Fahrzeuge wanken durch Dynamic Drive bei Kurvenfahrten kaum noch; sie lassen sich äußerst präzise lenken und liegen bei Kurvenfahrten sicher auf der Straße. Auch bei Geradeausfahrt verbessert Dynamic Drive den Federungskomfort: Ist z.b. eine Fahrbahnhälfte mit Schlaglöchern versehen, so verhindert Dynamic Drive negative Auswirkungen auf die gegenüberliegenden Seite (reduzierte Kopierneigung). Eine weitere Innovation von Dynamic Drive ist das abhängig von der Geschwindigkeit ebenfalls über die Stabilisatoren unterschiedlich abgestimmte Fahrverhalten. Im niedrigen bis mittleren Geschwindigkeitsbereich sind im Sinne eines neutralen Fahrverhaltens die Stabilisatorkräfte an Vorder- und Hinterachse gleich, das Fahrverhalten somit neutral. Bei höherer Geschwindigkeit wird die Vorderachse stärker stabilisiert, das Fahrverhalten wird untersteuernd und bleibt so leicht beherrschbar. BMW 5er Reihe mit und ohne Dynamic Drive 4

5 Kamm scher Kreis. Summe der Kräfte nicht überschritten: Rad bleibt stabil auf trockener Fahrbahn Negative Beschleunigung Seitenführungskräfte Bei jedem Lenkmanöver während der Fahrt treten Fliehkräfte auf, die durch die Seitenführungskraft der Räder abgebaut werden. Der Kamm sche Kreis ist ein Modell, das die Verteilung der Kräfte am Rad sowie den Zusammenhang zwischen fahrdynamischen Kräften und Reibung veranschaulicht. Der Rand des Kreises stellt die Haftungsgrenze des Reifens dar. Beschleunigung und Seitenführungskraft werden als Pfeile dargestellt. Der aus ihrer Kombination resultierende Kraftvektor ergibt die Gesamtkräfte, die auf den Reifen wirken. Reicht dieser Pfeil über den Kreis hinaus, ist die Kraft größer als die Haftung; das Fahrzeug verliert die Bodenhaftung. Maximale Kräfteausnutzung 1 bei trockener Fahrbahn 2 bei nasser Fahrbahn 3 auf Eis Beschleunigungskraft Gesamtsumme der übertragenden Kräfte Summe der Kräfte überschritten: Rad rutscht auf trockener Fahrbahn Die physikalischen Freiheitsgrade. 5

6 BMW 3er Reihe Aktivlenkung BMW Group Technologiekommunikation Weitere Informationen im Internet: Aktivlenkung mit erweitertem Umfang. Nur ein aktives Lenksystem löst den Zielkonflikt zwischen Agilität, Stabilität und Komfort. BMW hat ein solches System mit der Aktivlenkung 2003 als Weltneuheit präsentiert: ein elektronisch geregeltes Lenksystem mit variabler Lenkübersetzung und zusätzlichen Fahrdynamik-Stabilitätsfunktionen. Im Fahralltag modifiziert die Aktivlenkung den vom Fahrer vorgegebenen Lenkeinschlag der Vorderräder abhängig von der jeweiligen Fahrgeschwindigkeit und ohne Rückwirkung auf das Lenkrad. Wegen der kleinen Lenkwinkel wirkt das Fahrzeug für den Fahrer noch agiler und handlicher. Besonders im unteren und mittleren Geschwindigkeitsbereich bis etwa 100 Stundenkilometer also im besonders fahraktiven Bereich vermittelt die Aktivlenkung mit ihrer direkteren Übersetzung gegenüber der konventionellen Lenkung spürbar mehr Freude am Fahren. Bei höherem Tempo hingegen übersetzt die Aktivlenkung im Hinblick auf einen besseren Geradeauslauf etwas indirekter, ohne an Lenkpräzision zu verlieren. Im Stadtverkehr sowie auf kurvigen Bergstraßen zeigt sich die Aktivlenkung von ihrer komfortablen Seite: Der Lenkaufwand von Anschlag zu Anschlag sinkt z.b. im Stand von über drei auf unter zwei Lenkradumdrehungen. Aktivlenkung und DSC greifen beim Bremsen auf unterschiedlichen Reibwerten ( -Split) aktiv ein, um so das Fahrzeug zu stabilisieren. Bremst der Fahrer zum Beispiel bei einseitiger Niederreibwertfahrbahn (z.b. Eis), werden aufgrund der ABS-Regelung unterschiedliche Bremsdrücke in den Vorderrädern eingestellt, die zu einer um den Schwerpunkt drehenden Fahrzeugreaktion führen. Dieses Giermoment erforderte bisher ein Gegenlenken des Fahrers zur Spurhaltung. In Kombination mit der Aktivlenkung wird nun in einer solchen Situation durch einen aktiven Lenkeingriff schnell und präzise gegengelenkt ohne das der Fahrer aktiv werden muss. Zugleich wird der Bremsweg verkürzt. Mit den weiter optimierten Stabilisierungsfunktionen trägt die Aktivlenkung noch mehr zu Fahrspaß und Sicherheit bei. Beim Übersteuern stabilisiert ein fahrerunabhängiger Lenkeingriff das Fahrzeug. Das intelligente Allradsystem xdrive. Das BMW Allradsystem xdrive ermöglicht über eine elektronisch gesteuerte Lamellenkupplung im Verteilergetriebe die stufenlose und variable Verteilung der Antriebskräfte zwischen Vorder- und Hinterachse in bisher unerreichter Schnelligkeit. Das System erkennt sofort, wenn eine Veränderung der Kraftverteilung notwendig wird und reagiert in kürzester Zeit. Dafür nutzt es nicht nur die Informationen des Schlupfregelsystems ASC, das über die Radsensoren ein Durchdrehen der Räder signalisiert, sondern auch die Daten, die die Sensoren des Stabilitätsregelsystems DSC bereitstellen. So liefern ihm zum Beispiel die Gierrate die Information über die Fahrzeug-Drehbewegung und der Lenkradeinschlag wichtige Daten über den momentanen Fahrzustand. xdrive kann deshalb beispielsweise beim Durchfahren von Kurven zu jedem Zeitpunkt die Antriebskraft optimal zwischen beiden Achsen verteilen und dadurch auch Unter- oder Übersteuern blitzschnell kompensieren. Neben einem spürbaren Gewinn an Agilität und Fahrfreude schafft xdrive ein großes Plus an Sicherheit. BMW Group Fahrerlebnis Fahrer-Training für BMW und MINI. Wer als Fahrzeughersteller seinen Kunden das technische Optimum bietet, sollte auch die hohe Schule des fahrerischen Know-how weitergeben. Bereits seit 1977 bietet BMW deshalb ein Angebot von Fahrsicherheits-Trainings für jedermann an. Seit wenigen Jahren zählt dazu auch das MINI Driver Training. Die erfahrenen Instruktoren der BMW Group lehren den Fahrer, sich verkehrsgerecht zu verhalten, die physikalischen und fahrerischen Grenzen richtig einzuschätzen, potentielle Gefahrensituationen zu erkennen und diese zu bewältigen, vor allem aber sie vorzeitig zu vermeiden. Dabei fängt das Programm bereits dort an, wo die Fahrschule aufhört. Seit 1991 kooperiert die BMW Group mit verschiedenen Medien-Partnern bei einem in dieser Art beispiellosen Sicherheits-Programm für jugendliche Fahranfänger im Alter zwischen 18 und 25 Jahren. Diese mit Abstand am meisten gefährdete Gruppe der Autofahrer lernt in speziellen Trainings zu stark vergünstigten Preisen den richtigen Umgang mit dem Auto; ein Beitrag vieler Tageszeitungen und des Fahrer-Trainings zu mehr Verantwortung und mehr Sicherheit im Straßenverkehr. Angefangen vom jungen Fahranfänger bis hin zum sportlich ambitionierten Fahrer gibt das breite Spektrum der Fahrer-Trainings jedem die Möglichkeit, seine persönlichen Stärken und Schwächen zu erkennen und seine Fahrfähigkeiten zu verbessern. Der Erfolg spricht für sich: Mehr als Interessierte pro Jahr nehmen alleine in Deutschland an einem Fahrer-Training teil. 6 Stand 04/2006