Aktive Radaufhängung

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Aktive Radaufhängung ist ein Begriff, der überwiegend im Motorsport verwendet wird. In der Automobilindustrie wird dies genauer als aktive Federung bezeichnet. Ein Aktor liefert dabei ganz oder teilweise die Kräfte, die sonst passiv durch Federn bzw. Dämpfer erzeugt werden. Ziel ist es, die sonst unvermeidlichen Wank- und Nickbewegungen des Aufbaus bei Kurvenfahrt bzw. beim Bremsen oder Beschleunigen zu verringern. Zusätzlich wird der Abstand des Fahrzeugs über der Fahrbahn geregelt. Diese Funktionen verbrauchen Energie, die meist hydraulisch, teilweise auch elektrisch zur Verfügung gestellt werden muss. Davon zu unterscheiden sind semi-aktive Federungen, bei denen zwischen verschiedenen Kennlinien der Feder- oder Dämpferelemente umgeschaltet werden kann (vgl. Hydroaktive Federung, Magnetic-Selective-Ride-Control).

Einen ersten Einsatz fand die aktive Federung in der Formel 1, wo eine computergesteuerte Elektronik im Bereich der Radaufhängung zur Verbesserung der Aerodynamik des Fahrzeuges im Zeitraum der Saisons 1987 bis 1993 beitrug. Ende 1993 wurde sie von der FIA verboten.

Geschichte[Bearbeiten]

Die Entwicklung der aktiven Radaufhängung wurde von Lotus-Chefingenieur Colin Chapman bereits 1981/1982 begonnen. Zum ersten Mal renntauglich wurde die aktive Radaufhängung 1987 bei Lotus im Modell 99T eingesetzt. Parallel dazu entwickelte Williams im FW11B ebenfalls eine aktive Radaufhängung. Jedoch war die aktive Radaufhängung noch unausgereift und die Software konnte das Potenzial dieser Erfindung nicht optimal ausnutzen, da sie die Informationen noch nicht vollständig verarbeiten konnte. Dennoch gewann der Lotus 99T mit dem brasilianischen Rennfahrer Ayrton Senna die Rennen in Monaco und den USA (Detroit). Der Brasilianer Nelson Piquet gewann im Williams-Honda das Rennen in Italien.[1] 1988 ging die Entwicklung vor allem bei Williams und Lotus unvermindert weiter; die Technik erwies sich jedoch als zu komplex und wurde bis auf weiteres eingestellt, bis sie dann zu Ende der Saison 1991 von Williams wieder aufgenommen wurde. In der Formel-1-Saison 1992 gelang der Durchbruch; Nigel Mansell wurde im Williams überlegen Fahrerweltmeister, das Williams-Team sicherte sich den Konstrukteurstitel. Die Technik, die dem Williams-Team einen enormen Vorteil verschaffte, wurde zu Beginn der Saison 1993 auch von anderen Teams übernommen und weiterentwickelt. Alain Prost errang in diesem Jahr den 2. Titel für einen Williams mit aktiver Radaufhängung.

Wirkungsweise[Bearbeiten]

Alle für die Funktion des Systems wichtigen Informationen, (z. B. Fahrgeschwindigkeit, Beschleunigungen, Federwege, ...) werden über Sensoren erfasst. Der Bordcomputer errechnet daraus die erforderliche Kraft an jedem Rad. Abhängig von Anwendungsfall, Energieverbrauch und anderen Kriterien werden unterschiedliche Aktoren verwendet.[2] Bei Feder-Fußpunktverstellung z. B. wird die Kraft hydraulisch mit einem Zylinder in Reihe mit einer Feder aufgebracht. Dies ist erforderlich, da jedes Stellsystem nur über eine begrenzte Leistung verfügt. Höherfrequente Anregungen, die nicht mehr aktiv ausgeregelt werden können, werden so vom Aufbau ferngehalten. Die Wirkungsweise hängt neben den mechanischen Komponenten stark von der Software ab, so dass hier Know-how und Phantasie der Ingenieure gefragt sind.

Aktive Radaufhängung im Motorsport[Bearbeiten]

Da die Aerodynamik von Rennwagen sehr empfindlich auf Änderungen des Nickwinkels und der Bodenfreiheit reagiert, wird die Lage des Fahrzeugs unabhängig von den äußeren Bedingungen (Fahrgeschwindigkeit, Tankinhalt, ...) so eingestellt, dass die aerodynamischen Anbauteile günstig angeströmt werden und die Bodenfreiheit möglichst konstant ist. Durch die Verteilung der Radlastdifferenzen auf Vorderachse und Hinterachse kann außerdem das Unter/Übersteuern in Kurven, sowie die Traktion beim Beschleunigen aus Kurven verbessert werden.

Aktive Radaufhängung im Straßenverkehr[Bearbeiten]

Citroën führte 1995 im Citroën Xantia eine aktive Fahrwerksstabilisierung (AFS) ein. Der Xantia Activa war das (technische) Topmodell der Xantia-Baureihe von Citroën. Die Vorstellung war Ende 1994, gebaut wurden zwischen Frühjahr 1995 und Herbst 2001 etwas mehr als 18.000 Stück.

Neben Hydractive II hatte der Activa noch die sogenannte Aktive Fahrwerksstabilisierung (AFS), im französischen SC.CAR = Systeme Citroën de Contrôle Actif du Roulis, welches der erste serienmäßig angebotene aktive Querstabilisator im Automobilbau war. Mit diesem System wird die Seitenneigung durch mechanische Regelung mit Hydraulikzylindern, die auf die Querstabilisatorstangen einwirken, auf ein Minimum (−0,2° bis 1°) reduziert. Diese Technik ermöglicht (laut Werksangabe) bei optimal griffiger Fahrbahn Querbeschleunigungen von bis zu 1,2g und bietet dabei trotzdem noch einen überdurchschnittlich hohen Federungskomfort und damit sichere Straßenlage. Gegenüber den Standardmodellen hat der Activa Sitze mit verstärkten Seitenwangen, welche zudem bei der ersten Serie (X1) pneumatisch verstellbar sind. Dadurch ist mehr Seitenhalt gewährleistet.

Funktionsweise von AFS/SC.CAR: Beide (relativ dicken) Querstabilisatoren (vorne 28 mm, hinten 25 mm Durchmesser) sind diagonal gegenüberliegend (vorne-links und hinten-rechts) über einen Differential-Hydraulikzylinder mit den Radlenkern verbunden.

Diese Zylinder sind an ein Reglerventil angeschlossen, welches von den vorderen Querlenkern mittels Schubstangen über eine Feder-Hebel-Mechanik direkt betätigt wird. Auftretendes Rollmoment (Seitenneigung) wirkt auf die Querlenker entgegengesetzt – ein Rad federt ein, das andere federt aus. Dadurch wird das Reglerventil – der Neigungskorrektor – durch die Schubstangen in eine Richtung hin aus seiner Ruhelage (Geradeausstellung) gezogen/geschoben, wodurch es einen dem Rollmoment proportionalen Druck in den Hydraulikzylindern einstellt.

Die Hydraulikzylinder verändern dadurch ihre Länge und wirken so der Verspannung des Querstabilisator entgegen. Sie „drücken“ die Karosserie über die Querstabilisatorstangen gegen das einwirkende Rollmoment wieder in die Horizontale, womit Kurvenfahren bis zu 0,6g Querbeschleunigung mit −0,2 bis 0,5° Seitenneigung ermöglicht wird. Ab 0,6g Querbeschleunigung kommen die Stellzylinder an ihren Anschlag, ab hier neigt sich der Xantia Activa bis zum Erreichen des Kurvengrenzbereiches bis zu 1° in die Kurve, was dem Wert eines guten Sportwagens mit entsprechend straffer Abstimmung entspricht.

Da dieser aktive Rollstabilisator unabhängig vom Hydractive-II-Fahrwerk arbeitet, bleibt deren Federweg auch bei extremer Kurvenfahrt fast ganz erhalten und sorgt so für eine deutlich bessere Straßenlage in diesen Situationen als das konventionelle Radaufhängungen können. Bei Geradeausfahrt wird über das Steuergerät der Hydractive-Federung zudem ein Magnetventil betätigt, das eine zusätzliche Federkugel in den hydraulischen Regelkreis der Stellzylinder schaltet. Dadurch wird zum einen die Steifigkeit der hart abgestimmten Stabilisatorstangen „virtuell“ durch die Gasfüllung der Federkugel abgemildert, um Kopierbewegungen zu reduzieren und so den Komfort zu erhöhen. Zudem wirkt sie durch ihre Speicherwirkung dämpfend auf den Regelkreis, damit bei Geradeausfahrt keine unerwünschten Regelschwingungen durch federungsbedingte kurzzeitige Betätigung des Neigungskorrektors auftreten.

Mercedes-Benz führte 1999 im CL ein aktives Federungssystem unter der Bezeichnung Active Body Control ein, bei der die Aufbaufreiheitsgrade Huben, Nicken, Wanken aktiv beeinflusst wurden. Durch hydraulische Zusatzkräfte an jedem Rad werden Wank- und Nickbewegungen bei Kurvenfahrt oder Längsbeschleunigung weitgehend vermieden, ohne dass der Fahrkomfort bei unebener Fahrbahn leidet. Damit wird sowohl ein sehr gutes Fahrverhalten als auch ein hoher Fahrkomfort ermöglicht.

Andere Modelle von Mercedes-Benz, Porsche, Audi, BMW, Opel und Renault verfügen über Techniken, bei der nicht alle Aufbaufreiheitsgrade geregelt werden. Weiterentwicklungen setzen auf elektronische Steuergeräte, die den Fahrzustand über Sensoren erfassen und Aktoren entsprechend ansteuern.

Die Firma Bose entwickelt eine aktive Federung auf Basis eines Linearmotors.[3] Die statische Radlast wird hier durch eine passive Feder getragen.

Einzelnachweise[Bearbeiten]

  1. Christopher Hilton: Nigel Mansell. Der Kämpfer und sein Triumph (1992) - ISBN 978-3908007494, S. 187
  2. Kraftfahrtechnisches Taschenbuch. Bosch 2003, S. 758-759 ( eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche)
  3. Aktives Bose-Fahrwerk: Spiegel Online

Weblinks[Bearbeiten]

You Tube Video zur Funktion im Lotus 99T F1 (englisch)