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Profiwissen Fahrdynamik

Die Grenzen der Physik

Gute Sicherheitstechnik, gewartete Reifen, trockene Straße – dennoch verunglücken Fahrzeuge. Das Missachten physikalischer Gesetze spielt dabei oft eine Rolle.

Wie sicher ein Nutzfahrzeug ist, hängt von seiner Konzeption und Ausrüstung ab. Wer ein Fahrzeug bewegt, ist aber auch zwangsläufig den Gesetzen der Physik und Kinetik unterworfen. Die Abstimmung darauf ist komplex, das optimale Austarieren der entsprechenden Parameter innerhalb aller physikalischen Grenzen eine Kunst.

Doch auch die ausgefeilteste ­Sicherheitstechnik und große Fahrpraxis können eines nicht: die Gesetze der Physik überlisten. Schließlich wirkt die Physik immer und überall, vor ihren Gesetzen sind alle gleich. Wer zu schnell in die Kurve fährt, fliegt raus, wer bei verschneiter Fahrbahn mit unpassenden Reifen unterwegs ist, kommt nicht rechtzeitig zum Stehen. Beim Tempo entscheiden oft nur wenige Kilometer pro Stunde, ob ein Fahrzeug noch seine Spur hält, diese Erfahrung lässt sich leicht bei einem Fahrsicherheitstraining ­gewinnen.

Bodenkontakt pro Rad wie ein Din-A4-Blatt

Zentraler Punkt der Fahrdynamik ist die Reibung zwischen der Reifenaufstandsfläche – beim Lkw entspricht sie pro Reifen etwa der Fläche ­eines Din-A4-Blatts – und der Fahrbahn. So müssen Fahrzeug und Reifen bei ihrer Entwicklung nicht nur die lastabhängigen Reibkräfte während des Beschleunigen oder Bremsen richtig wiedergeben, sondern auch hinsichtlich der Querkräfte bei Kurvenfahrt oder beim Schleudern verlässliche Ergebnisse liefern.

Was sich beim Fahren durch eine Kurve abspielt, lässt sich mit dem Modell des Kamm‘schen Kreises beschreiben. Es geht davon aus, dass die sich aus Seiten- und Umfangskraft ergebende Gesamtkraft einen Maximalwert nicht überschreiten darf. Die Maximalkraft ist durch den Kraftschlussbeiwert zwischen Reifen und Straße und der Radlast bestimmt. Er hängt mitunter von der Fahrbahnoberfläche ab, ob sie feucht oder trocken ist, ob mit Schnee oder Eis bedeckt.

Sicher bewegt sich ein Fahrzeug, wenn der Kraftschluss aller Räder innerhalb des Kammschen Kreises liegt. Das kann sich in dem Moment ändern, in dem ein Rad durch Bremsen verzögert und seine Seitenführungskraft abnimmt.

Auch das Eigenlenkverhalten spielt ­eine Rolle. Schiebt ein Fahrzeug in ­einer Kurve über seine Vorderachse nach außen, ist die Rede von Untersteuern. Wenn das Fahrzeug mit dem Heck ausbricht und der Fahrer den Lenkeinschlag zurücknehmen muss, spricht man von Übersteuern.

Untersteuern unkritischer

Da das Schieben über die Vorderachse leichter zu beherrschen ist, sind die meisten Fahr­zeuge untersteuernd ausgelegt. Das elektronische Stabilitätsprogramm schwächt die beiden Effekte ab. So bremst ESP beispielsweise beim Untersteuern das kurveninnere Hinterrad ab und nimmt gleichzeitig die Motorleistung zurück.

Ein weit verbreiteter Irrtum: je schwerer ein Fahrzeug, desto länger sein Bremsweg. Angenommen, ein leerer Sattelzug fährt bei ebener, trockener Fahrbahn auf gleicher Höhe neben einem identischen Zug, der auf 40 Tonnen ausgeladen ist. Wird nun zum selben Zeitpunkt eine Vollbremsung ausgelöst, ist der Bremsweg nahezu derselbe. Vorausgesetzt, das Drehmoment der Bremse ist so groß, dass es das Rad bis zum Stillstand bremst, besitzt die Masse so gut wie keinen Einfluss auf den Bremsweg. Der Grund: Die Masse erhöht zwar die Trägheit, aber in gleichem Maß steigt auch die Reibung zwischen Reifen und Fahrbahn. Bei der Berechnung des Bremswegs spielt die Masse daher keine Rolle, sie kürzt sich vielmehr weg. Zwar treten wegen Veränderungen im Bereich der Verzahn­effekte zwischen Reifen und Straße und in Folge der Abhängigkeit des Haftreibkoeffizienten von der Flächenpressung sogenannte nichtlineare Haftreibungsverläufe auf, die dazu führen, dass der leichtere Lkw bei sonst gleichen Bedingungen einen minimal kürzeren Bremsweg aufweist.

Auch vermischen sich die Kräfte teilweise, während das ABS eingreift. Schließlich kommt bei einer Vollbremsung das Rad kurzzeitig zum Stehen, um nach wenigen Milli­sekunden wieder gelöst zu werden. Doch sind solche eher theoretisch relevanten Feinheiten der ABS-Regelung in der Wirklichkeit zu vernachlässigen.

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Dieser Artikel stammt aus Heft lastauto omnibus 12/2015.
Hier finden Sie alle Artikel dieser Ausgabe im Überblick.
Andreas Wolf lastauto omnibus

Autor

Datum

25. Dezember 2015
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