Das Thema Lastverlagerung beim Fahren ist immer heikel: Es ist ein weites Feld, das solide Mathematikkenntnisse verlangt. Wir klären hier die Dinge mit einem einfachen technischen Ansatz, aber Sie werden (wieder einmal) ein bisschen rechnen müssen, um zu verstehen, was beim Beschleunigen und Verzögern auf unseren Lieblingsstrecken passiert.
Es ist wichtig, gleich eine große Verwechslung der Begriffe "Masse" und "Last" auszuräumen. Wenn ein professioneller Instruktor Ihnen bei einem Briefing irgendwann von Massenverlagerung erzählt, haben Sie damit ein sehr einfaches Mittel, ihn aufs Glatteis zu führen! Massenverlagerung gibt es tatsächlich: Sie bedeutet wörtlich, dass sich eine Masse von einem Punkt A zu einem Punkt B bewegt. Sie ist beim Fahren ständig vorhanden und entspricht der Verschiebung des Fahrzeugschwerpunkts durch die Bewegung der bewegten Teile. Die dabei entstehenden Kräfte sind aber viel kleiner als die der Lastverlagerungen, die physikalische Kräfte darstellen, welche direkt mit den Aufbaubewegungen zusammenhängen: Aufbäumen, Eintauchen, Wanken... Wenn bei einem Fahrertraining von Massenverlagerung die Rede ist, dann sind Sie entweder gerade mit Ihren Renningenieuren auf der Jagd nach den letzten Tausendstelsekunden, oder der Instruktor weiß nicht, wovon er spricht!
Lastverteilung
Das Erste, was man sich merken muss: Beim Fahren ist das, was Sie mit den Pedalen tun, mindestens so wichtig wie das, was Sie mit dem Lenkrad tun. Die Dosierung des Drucks auf Gas- oder Bremspedal beeinflusst das Verhalten des Autos unmittelbar. Beim Beschleunigen bäumt es sich auf und "belastet" die Hinterachse. Beim Bremsen taucht es ein und "belastet die Vorderachse". Diese Aufbaubewegungen sind bei einem hohen Fahrzeug mit "weichem" Fahrwerk sehr leicht zu erkennen (die Besitzer eines Dacia Duster sind in den Zeugenstand gerufen...), bei einem Wettbewerbsfahrzeug wie einem Monoposto oder einem Prototyp dagegen weniger. Dennoch sind Lastverlagerungen, auch wenn sie bei einem Rennwagen von außen kaum wahrnehmbar sind, nicht weniger wichtig: Die Fahrwerksingenieure behalten sie genau im Auge, um zu wissen, wie sich das Auto in den Phasen verhält, in denen es sich in die Kurve stützt.
Beim Fahren befindet sich das Auto nie in derselben Lage: Die Last verteilt sich je nach Anforderung auf die vier Räder. Wenn Sie beim Beschleunigen nach links lenken, bekommt das rechte Hinterrad die meiste Last ab. Da die meisten Rennstrecken im Uhrzeigersinn befahren werden, biegt man öfter nach rechts ab und verschleißt manchmal die Reifen auf der linken Seite schneller! Deshalb können im absoluten Spitzenrennsport die Fahrwerkseinstellungen links und rechts unterschiedlich sein, um sie an die jeweilige Strecke anzupassen. Man könnte sich die Haare raufen, so viele Möglichkeiten gibt es...
Untersteuern, Übersteuern
Der beste Weg, den Einfluss der Lastverlagerungen auf das Verhalten des Autos zu verstehen, ist, sich eine ebene Fläche zu suchen und im Kreis zu fahren. Ich habe "im Kreis fahren" gesagt und nicht Donuts mit Vollgas und bis zum Anschlag eingeschlagenem Gegenlenken (BMW-Freunde, ich grüße euch!). Sie können einen Kreisverkehr nehmen, aber wenn unsere "Freunde" von der Polizei uns lesen, werden sie einen Skandal wittern und behaupten, Racer's stifte die Leser zu allem möglichen Unfug auf der Straße an...
Halten Sie für Ihre Kreise eine konstante Geschwindigkeit, sagen wir 50 km/h. Beschleunigen Sie, ohne den Lenkwinkel (die Stellung des Lenkrads) zu ändern... Was passiert? Ihr Auto bäumt sich nach hinten auf, die Vorderräder werden "entlastet" und das Auto verlässt die ursprüngliche Linie und beschreibt größere Kreise: Man spricht von Lastverlagerung nach hinten. Das hat zwei wichtige Folgen.
Erstens versteht man leicht, dass es besser ist, die Leistung eines Autos mit angetriebenen Hinterrädern auf die Straße zu bringen, denn beim Beschleunigen sind es die Hinterräder, die in den Boden gedrückt werden. Ich habe nichts gegen frontgetriebene Sportwagen, die sehr schnell sein können, aber es ist nicht die effizienteste Lösung (im Übrigen wären Formel-1-Wagen, wenn es so wäre, ganz sicher frontgetrieben...). In Wirklichkeit wäre die effizienteste Lösung wahrscheinlich ein Allradantrieb: Wenn man beim Beschleunigen lenkt, wird auch das kurvenäußere Vorderrad belastet, sodass man es nutzen kann, um die Leistung auf den Boden zu bringen. Deshalb wurde der Allradantrieb, wenn man die Geschichte des Motorsports betrachtet, schnell verboten. Audi hatte Anfang der 90er-Jahre mit seinem Quattro-System auf dem Audi 80 in der Supertourenwagen-Meisterschaft den Versuch gewagt und die Konkurrenz buchstäblich zerquetscht, dann wurde das Reglement geändert. Heute kommt der Allradantrieb, wieder mit Audi, im Langstreckensport bei den Hybriden E-Tron Quattro zurück, eine geschickte Umgehung des Reglements, um elektrische Leistung auf die... Vorderräder umzuverteilen!
Zweiter wichtiger Punkt: Beim Beschleunigen werden die Vorderräder entlastet. Auf der Rennstrecke kann man sich deshalb am Kurvenausgang nicht erlauben, mit eingeschlagenen Rädern zu stark wieder zu beschleunigen, sonst "untersteuert" das Auto. Die Vorderräder, denen es an Last fehlt, können unseren Lenkbefehlen nicht mehr folgen: Wir verlangen von ihnen, dass sie lenken, während wir sie vom Boden abheben. Kein Wunder, dass die Vorderreifen in dieser Situation um Hilfe schreien!
Ich nutze die Gelegenheit für eine Empfehlung an die Amateurfahrer, die im Club unterwegs sind: Bevor Sie einen Skandal wittern, weil Ihr Auto untersteuert, und Tausende Euro in neue Fahrwerke, neue Reifen oder neue Einstellungen investieren, denken Sie daran, eine Fahrstunde bei einem Instruktor zu nehmen, der als Beifahrer mitfährt: Das kostet Sie viel weniger. Oft untersteuert ein Auto übertrieben stark, weil man von ihm verlangt, dass es untersteuert! Ich sage nicht, dass der Einbau von "Performance"-Teilen nichts bringt, im Gegenteil, und in den nächsten Ausgaben von Racer's finden Sie viele Informationen zu Material für die Rennstrecke. Aber dieses "Racing"-Material, mit dem wir auf der Strecke immer schneller fahren können, verdeckt als Anfänger gewisse Schwächen Ihres Fahrens, weil es die Belastungen besser wegsteckt. Wer auf der Rennstrecke fährt, muss ständig an der eigenen Fahrtechnik arbeiten, bevor er mehr Tempo will...
Untersteuern tritt nicht nur auf, wenn man die Last auf der Vorderachse verliert. Wenn die Räder durch zu starkes Bremsen blockieren, kann man die Vorderachse belasten, so viel man will: Das Auto will nicht lenken und untersteuert, denn unsere Reifen haben eine Haftgrenze, die man nicht überschreiten kann.
Kehren wir zu unserer ebenen Fläche zurück, auf der Sie mit konstanter Geschwindigkeit Kreise fahren. Gehen Sie jetzt, wieder ohne den Lenkwinkel zu ändern, abrupt vom Gas. Die Front des Autos taucht ein und es nähert sich der Kurveninnenseite. Indem wir abrupt vom Gas gegangen sind, haben wir eine Lastverlagerung nach vorn erzeugt, die den Rädern mehr Lenkvermögen gibt, weil sie auf den Boden "gedrückt" werden. Deshalb ist es in schnellen Kurven wie der Dunlop-Kurve in Le Mans oder Blanchimont in Spa-Francorchamps wichtig, mitten in der Kurve nicht vom Gas zu gehen, sonst ist das Heck völlig entlastet und will nach vorn überholen!
Man spricht hier von "Lastwechsel-Übersteuern". Es unterscheidet sich vom "Leistungs"-Übersteuern, bei dem es bei einem Hinterradantrieb genügt, aufs Gas zu treten, damit die Hinterräder durchdrehen und das Auto ausbricht. Dieses Übersteuern ist für Nicht-Eingeweihte gefährlich und wird bei Serienfahrzeugen von den Herstellern durch "sichere" Fahrwerksabstimmungen und allgegenwärtige elektronische Hilfen beseitigt. Aber wenn man das ESP abschaltet, Vorsicht beim Gaswegnehmen in schnellen Kurven!
Angebremst einlenken
Diese Lastverlagerung nach vorn ist einer der wichtigsten Punkte beim Fahren auf der Rennstrecke. Sie zu beherrschen bringt kostbare Sekunden, aber sie ist auch das Schwierigste beim Lernen. Vergleicht man zwei Fahrer, die mit derselben Geschwindigkeit in dieselbe Kurve kommen, der eine mit dem Fuß auf dem Gas und der andere mit dem Fuß auf der Bremse, sind die Linien völlig verschieden. Die ganze Kunst des Fahrens besteht darin, den Bremsdruck so zu dosieren, dass man mit der Lastverlagerung auf die Vorderachse am Kurveneingang "spielt". Das erhöht das Lenkvermögen (und hilft dem Auto so beim Einlenken) bei gleichzeitig höherer Kurvengeschwindigkeit. Man spricht hier vom Einlenken in die Kurve. Wenn Ihnen ein Fahrlehrer einmal beigebracht hat, dass man beim Abbiegen wieder aufs Gas gehen muss, müssen Sie sich das für das Fahren auf der Rennstrecke aus dem Kopf schlagen...
Mathe... immer und immer wieder
Würde ich mich an die mathematische Erklärung der Längs- (von vorn nach hinten und umgekehrt) und Querlastverlagerungen (von links nach rechts und umgekehrt) machen, würde eine einzige Ausgabe des Magazins nicht ausreichen, und ich bezweifle, dass Sie vor einem Trackday Lust auf einen Mathe-Leistungskurs haben! Ich gebe Ihnen daher nur eine einzige Formel, um einen Überblick über die Größen zu bekommen, die die Lastverlagerungen beeinflussen. Die Längslastverlagerung wird so ausgedrückt:
Lastverlagerung = M × γ × h / E
- M: die Masse;
- γ: die Beschleunigung oder Verzögerung (in g);
- h: die Höhe des Schwerpunkts;
- E: der Radstand.
Man versteht leicht, dass ein Formel-1-Wagen, auch wenn er eine geringe Masse und einen sehr tiefen Schwerpunkt hat, wegen seiner sehr starken Beschleunigungs- und Verzögerungswerte eine große Lastverlagerung erfährt! Ein Serienfahrzeug, zum Beispiel ein Scénic, erfährt bei einer Notbremsung mit Serienreifen eine maximale Verzögerung von etwa 1 g. Bei einem Formel-1-Wagen mit Slicks und aerodynamischem Abtrieb können es bis zu 4 g sein. Sie können sich also vorstellen, wie bedeutend die Lastverlagerungen sind, auch wenn man sie von außen kaum wahrnimmt.
Diese Lastverlagerungen wollen wir in unserem Fahren nutzen. Sie werden sagen: ganz einfach, ich bremse später als alle anderen, bleibe beim Anbremsen voll auf der Bremse, bekomme eine riesige Lastverlagerung und fahre mit viel Geschwindigkeit perfekt in meine Kurve ein. Aber nicht umsonst ist die Beherrschung der Lastverlagerungen das Schwierigste, was man im Autorennsport lernen muss...
Der Kammsche Kreis des Reifens
Bevor wir die Lastverlagerungen nutzen können, müssen wir unser Umfeld berücksichtigen: Reifen, Zustand der Strecke, Wetter... Es ist ziemlich leicht zu verstehen, dass man den Kontakt zum Boden bei schönem Wetter mit Slicks auf einem perfekt glatten Belag nicht genauso beanspruchen kann wie bei Regen mit abgefahrenen Straßenreifen. Bei viel Haftung kann man sich erlauben, die Vorderachse stärker zu belasten (kräftiger Druck auf die Bremse), während man bei weniger Grip wachsamer sein muss. Wetter und Belag sind Größen, auf die wir keinen Einfluss haben (es sei denn, Sie sind unverschämt reich!): Es ist an uns Fahrern, uns anzupassen. Begrenzt werden wir vor allem durch unsere Reifen, die ab einem gewissen Punkt die Belastung nicht mehr verkraften und rutschen. Diese Grenze lässt sich zum Beispiel durch bessere Reifen oder zusätzlichen aerodynamischen Abtrieb nach hinten schieben, aber es wird immer einen Moment geben, in dem der Reifen an seine Sättigung kommt.
Nehmen wir das Beispiel eines Formel-1-Wagens auf Slicks auf einer perfekt trockenen Strecke, dessen Fahrer das Lenkrad eingeschlagen hat und dessen Räder blockiert sind. Die Kombination aus Lenkwinkel und Bremsdruck liegt über dem, was der Reifen verkraften kann: Die Räder blockieren und das Auto fährt geradeaus. Selbst auf höchstem Niveau macht das Material nicht alles, und bestimmte Regeln müssen eingehalten werden.
Man kann sich die Situation sehr gut anhand eines Diagramms vorstellen, das man Kammschen Kreis des Reifens nennt (oder Reibungskreis), der in Wirklichkeit kein Kreis, sondern eher eine Ellipse ist. Er erlaubt es, die Kraft zu modellieren, die man von einem Reifen in Abhängigkeit von Beschleunigung und Lenkwinkel verlangen kann. Er stellt die Haftgrenze dar: Innerhalb haftet es, außerhalb rutscht es. Man sieht deutlich, dass der Reifen Längskräfte besser aufnimmt als Querkräfte. Je nach Reifentyp ändert sich dieser "Kreis": mehr oder weniger hoch, mehr oder weniger breit.
Die Arbeit des ABS
Wenn man auf gerader Strecke bremst, versucht man, sich am Punkt A zu befinden: Man bremst stark, bis an die Haftgrenze des Reifens, ohne sie zu überschreiten, sonst blockieren die Räder. Schlägt man die Räder ein, muss man den Bremsdruck verringern, um den Kreis nicht zu verlassen und Haftung zu behalten.
Genau das ist die Aufgabe des ABS bei einer Notbremsung: Es nimmt den Druck von den Bremsen, damit Sie im Kammschen Kreis bleiben und so Lenkvermögen behalten. Ohne ABS passiert, wenn die Räder blockiert sind, trotz Lenkeinschlag nicht viel, und Sie fahren geradeaus!
Fahren
Beschäftigen wir uns nun mit unserem Fahren bei der Annäherung an eine Kurve. Ich bin am Punkt A (auf dem Kammschen Kreis), die Räder stehen gerade, und ich habe gerade die beste Bremsung meines Lebens hingelegt: spät, hart und ohne die Räder zu blockieren! Ich muss meine Räder jetzt bis zum Punkt B einschlagen (in diesem Beispiel biege ich nach rechts ab). Ich muss der Linie des Kreises von A nach B folgen. In der Praxis bedeutet das, den Druck auf das Bremspedal in dem Maß zu lösen, wie ich das Lenkrad einschlage. Diese Art des Bremsens nennt man degressives Bremsen (Trailbraking), und es folgt dieser Regel: Je mehr ich einschlage, desto weniger bremse ich. Es besteht eine ständige Verbindung zwischen dem, was Sie am Lenkrad tun, und dem, was Sie an den Pedalen tun.
Sie werden mich fragen: "Schön und gut, aber wann höre ich auf zu bremsen?" Ich verweise Sie auf den Artikel über die Linien in Heft 1 von Racer's, der sagt, dass man in einer Kurve nur dann wieder beschleunigen kann, wenn das Auto zum Ausgang hin ausgerichtet ist. Es gibt keine allgemeingültige Wahrheit über den Punkt, an dem das Bremsen endet. In einer engen Kurve mit veränderlichem Radius liegt er oft in der Nähe des Scheitelpunkts, aber jede Kurve hat ihre eigenen Merkmale. Um ihn zu bestimmen, müssen Sie Ihr Umfeld berücksichtigen: das verwendete Auto, den Belag, die Reifen, das Wetter... Merken Sie sich aber immer, dass es darauf ankommt, den Kurvenausgang vorzubereiten.
Und das Wiederbeschleunigen?
Sobald das Auto zum Kurvenausgang hin ausgerichtet ist, kann ich ans Wiederbeschleunigen denken. Aber wenn ich bei eingeschlagenen Rädern zu stark beschleunige, verlasse ich den Kreis... Der Druck auf das Gaspedal muss also genau das Gegenteil dessen sein, was beim degressiven Bremsen ausgeübt wurde. Man spricht von progressivem Beschleunigen: Je mehr ich das Lenkrad aufmache, desto stärker kann ich beschleunigen...
Dieser Artikel stammt aus Heft 2 von Racer's, dem Magazin von Marc Peraldi. Danke, Marc!
