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Fahrphysik

Die Fahrphysik gehört wohl zu den schwierigsten Themen, über die man schreiben kann. Es ist eine Gratwanderung zwischen nötigem Wissen und Verwirrung. Damit wir hier einen guten Einstieg finden, werden wir einfach mal ganz von vorne beginnen.
Vieles werdet Ihr bestimmt schon kenn...
Einiges, das Ihr kennt, werden wir in Frage stellen.
Da ein Motorrad ein einspuriges Fahrzeug ist, fällt es im Stand um. Irgendetwas muss also dafür sorgen, dass das Motorrad beim Fahren stabil bleibt.
Wobei stabil nicht gleich stabil ist...
Grundsätzlich wird das Motorrad von den Kreiselkräften der Räder stabilisiert, wobei wir in drei Fahrzustände unterscheiden:

  1. LABIL (0 - 20 km/h)
    Der Fahrer muss sein Fahrzeug im Gleichgewicht balancieren. Dies wird durch Verlagerung des Schwerpunktes (Körper) oder durch Lenkbewegungen gemacht.
  2. STABIL (20 - 40 km/h)
    Hier hat das Motorrad die größte Stabilität. Das Motorrad fährt frei von allen Störeinflüssen.
    Es wird nicht mehr "gelenkt", denn von nun an haben wir es mit dem Lenkimpuls zu tun. Was genau damit gemeint ist, erklären wir etwas später.
  3. QUASISTABIL (40 - max km/h)
    In diesem Bereich ist das Fahrzeug auch noch sehr stabil, wobei diese Stabilität aber durch fremde Einflüsse gestört werden kann.
    Bei den Störkräften handelt es sich unter anderem um das Flattern und das Pendeln.

Flattern
Das Flattern ist eine Drehbewegung um die Lenkachse und macht sich am Lenker bemerkbar. Es wird weitgehend durch die Konstruktion der Maschine bestimmt und kann seine Ursache in einer Unwucht des Vorderrades haben. Das auch als „shimmy" bezeichnete Flattern tritt meistens im Geschwindigkeitsbereich zwischen 40 bis 8o km/h auf.

Das beste Mittel gegen das Flattern ist, den betreffenden Geschwindigkeitsbereich durch Beschleunigen oder Bremsen zu verlassen. Häufig reicht es auch schon aus, mehr Gewicht auf das Vorderrad zu verlagern.
Wenn die Maschine häufiger unter dem Flattern leidet, ist es ratsam einen Lenkungsdämpfer einzubauen.

Pendeln
Beim Pendeln bewegt sich das Motorrad um die Längs- und Lenkachse (ca. 3 mal/Sek.). Die Ursache für das Pendeln liegt meistens in einer falschen Gewichtsverteilung (Urlaubsfahrt). Auch kann es von Packtaschen, mangelhaften Reifen, ein defekten Lenkkopflager oder Bodenunebenheiten ausgelöst werden.
Durch den Anbau von ungeeignetem Zubehör, z.B. großen Lenkerverkleidungen oder schweren Koffern, Topcase weit hinter dem Fahrer kann das Pendeln begünstigt werden.
Dieser kritische Fahrzustand kann ab einer Geschwindigkeit von ca. 130 km/h beginnen.

Das einzige Gegenmittel ist die Geschwindigkeit sofort vorsichtig zu verlangsamen. Gegebenenfalls vorsichtig mit der Hinterradbremse bremsen.

Nach dem wir jetzt wissen wie man geradeaus fährt und warum man dabei nicht umkippt, werden wir uns mal den Kurven widmen.

Kurvenfahrt
Im Gegensatz zum Pkw wird der Kurvenradius nicht durch den Lenkeinschlag bestimmt, sondern einzig und alleine von der Schräglage.
Aber wie bringt man ein stabiles Fahrzeug zum kontrollierten "Umkippen" ?
Einige Motorradfahrer glauben leider noch immer, dass eine Gewichtsverlagerung schon ausreicht.
DIES STIMMT NICHT !!!
Ein Motorrad wird ab etwa 20 km/h nur noch durch den so genannten Lenkimpuls in Schräglage gebracht.

Lenkimpuls

Lenkimpuls
Auch wenn es im ersten Augenblick etwas paradox erscheint, so ist es bei näherer Betrachtung sehr logisch.
Wenn der Lenker während der Fahrt nach rechts bewegt wird, fällt das Motorrad sofort durch die Fliehkräfte, die immer zur Kurvenaußenseite wirken, nach links.
Das Motorrad legt sich also zur linken Seite und nimmt die gewünschte Schräglage ein.

Früher hat man den Motorradfahrern beigebracht bei einer Rechtskurve am linken Lenkerende zu ziehen. Bei einer Linkskurve am rechten Lenkerende.
Heute sagt man, dass bei einer Rechtskurve am rechten Lenkerende gedrückt werden soll und bei einer Linkskurve am linken Lenkerende.

Dies hört sich im ersten Moment zwar gleich an, hat aber sehr große Auswirkungen auf das Motorrad.
In vielen Fahrversuchen wurde festgestellt, dass ein Ziehen am Lenker sehr leicht zu Fahrwerksunruhen führen kann. Beim Drücken am Lenkerende verhält sich das Motorrad dagegen neutral.

Dies ist darauf zurückzuführen, dass man sich eher am Lenker festhält, wenn man ihn zu sich zieht.
Wenn man das Motorrad in Schräglage gebracht hat, ist es wichtig den Lenker locker zu lassen.
Jedes Festhalten führt automatisch zu einer Reaktion des Fahrzeugs, worauf viele Fahrer dann unsicher werden.

DER ELLENBOGENTEST
Ob man sich in der Kurve am Lenker festhält, kann jeder sehr leicht selber testen.
Versucht einfach mal in der nächsten Kurve (bitte NICHT beim Abbiegen in der Stadt) die Ellenbogen nach innen und außen zu bewegen.
Wenn diese dabei nicht locker schwingen, ist es ein sicheres Zeichen, dass Ihr Euch zu stark am Lenker festhaltet.


Schräglage
Die zu fahrende Schräglage hängt vom Kurvenradius und der Geschwindigkeit ab.
Auch hier kennen wir wieder mehrere Variationen:

  1. Legen:
    Der Fahrer und das Motorrad bilden eine Linie.
    Legen
  2. Drücken:
    Das Motorrad hat mehr Schräglage als der Fahrer.
    Diese Technik wird bei schnellen Ausweichmanövern mit großen Schräglagen benötigt.
    Auch in sehr engen Haarnadelkurven und beim Wenden wird das Motorrad zur Kurveninnenseite gedrückt.
    Drücken
  3. Hängen:
    Der Fahrer hat mehr Schräglage als das Motorrad.
    Dies ist ein etwas gewöhnungsbedürftiger aber zugleich auch sehr geschmeidiger Fahrstill. Er ist gut in schnell gefahrenen Kurven zu gebrauchen.
    Hängen
  4. Hanging off:
    Dieser Fahrstill kommt auf Rennstrecken zum Einsatz, wobei das Knie dazu benutzt wird die Größe der Schräglage zu messen.
    Das Knie "tastet" dabei immer nach dem Boden.
    Auf der Straße ist dieser Fahrstil allerdings nicht zu gebrachen, da er keine Reserven zum Ausweichen bietet.
    Hanging Off

Egal mit welcher dieser Varianten man durch die Kurve fährt, der Kopf sollte dabei immer horizontal zur Fahrbahn bleiben. 

DYNAMISCHE RADLASTVERLAGERUNG
Unter dynamischer Radlastverlagerung versteht man die Verlagerung des Schwerpunktes zwischen Vorder- und Hinterrad.
Beim Beschleunigen kann diese Verlagerung bis zu 100% auf das Hinterrad gehen. Das Vorderrad hebt dabei vom Boden ab.
Diesen Fahrzustand nennt man einen Wheelie.

Beim Bremsen ist es genau umgekehrt, das Gewicht kann bis zu 100% auf das Vorderrad verlagert werden. Wenn das Hinterrad dann in der Luft hängt, nennt man dies einen Stoppie.

Zwischen diesen beiden extremen Beispielen ist jede Gewichtsverlagerung möglich.

Im Stand liegt die Gewichtsverteilung bei einem "normalen" Motorrad bei etwa 50:50.
Der Idealfall liegt allerdings bei 40:60. Durch leichtes Beschleunigen am Scheitelpunkt einer Kurve erreicht man also eine bessere Stabilität in der Kurve. 

WheelieStoppie
BREMSEN

Tatsächlich wurde bei mehreren Fahrversuchen festgestellt, dass ein Motorrad unter optimalen Bedingungen und von einem erfahrenen Fahrer gefahren, schneller zum Stehen kommt als ein Pkw.
Leider haben wir es im Straßenverkehr nicht immer so gut wie auf einer Teststrecke !
In einer Gefahrsituation hat der Pkw-Fahrer einen klaren Vorteil.
Während der Motorradfahrer voll damit beschäftigt ist, beide Bremsen optimal zu bedienen, braucht der Pkw-Fahrer nur auf ein Pedal zu treten. Die richtige Verteilung der Bremskräfte wird bei ihm von der Technik übernommen.
Die Rede ist natürlich vom ABS.
Obwohl diese Technik inzwischen auch für Motorräder zu bekommen ist, verzichten noch immer viele Biker beim Kauf darauf. Dabei könnte das ABS etwa 30% aller Motorradunfälle verhindern.
Nach unserer Auffassung sparen diese Motorradfahrer am falschen Ende !
Bei einem herkömmlichen Motorrad muss der Fahrer immer die bereits erwähnte dynamische Radlastverlagerung beachten.
Bei den meisten Motorrädern sind die Bremsen so dimensioniert, dass das Vorderrad nicht blockieren kann, sobald das Gewicht auf das Vorderrad verlagert wurde.
Das Problem des blockierenden Vorderrades kommt also meist zustande, wenn die Vorderradbremse plötzlich durchgerissen wird.
Dabei werden dann schlagartig 100% der Bremskraft auf das Vorderrad gebracht, und zwar BEVOR das Gewicht auf das Rad verlagert wurde. Die Bremskraft ist dann so groß, dass das Vorderrad sofort blockiert.
Ein Sturz ist fast unvermeidlich !!!

BREMSEN ODER AUSWEICHEN ?
Es wird landläufig angenommen, dass die Beweglichkeit Ausweichspureines Motorrades höher wäre als die eines Pkw's.
Diese Auffassung ist nicht richtig. Der Pkw kann einem Hindernis leichter ausweichen.
Die einleitende Gegenlenkbewegung beim Motorrad verzögert das Ausweichmanöver. Nur die geringere Baubreite des Motorrades ermöglicht letztlich die Chancengleichheit am Hindernis. Als einziger Vorteil bleibt also die geringere Baubreite bei Ausnutzung evtl.Vergleich Brems- und Ausweichweg vorhandener Hinderniszwischenräume.
Eine Untersuchung zeigte, dass wider erwartend kaum Unterschiede zwischen leichten, mittleren und schweren Motorrädern zu verzeichnen sind. Hierbei spielen eine Reihe von Faktoren eine Rolle, wobei nicht allein Radstand und Gewicht ausschlaggebend sind.
Während der Ausweichweg etwa linear mit der Ausweichspur (grafisch)Geschwindigkeit wächst, nimmt der Bremsweg mit dem Quadrat der Geschwindigkeit zu. Bei einer durchschnittlichen Bremsverzögerung zwischen 0,5 und 0,8 g wird der Bremsweg schon bei einer Geschwindigkeit zwischen 30 und 40 km/h länger als der Ausweichweg.

Kurvenbremsen / Bremsen in Schräglage
Bremsen in Schräglage ist auf Grund komplizierter fahrphysikalischer Zusammenhänge schwierig. Ein solches Bremsmanöver erfordert eine hoch entwickelte Fahrzeugbeherrschung. Unübersichtliche Kurven sollten mit Geschwindigkeitsreserven angefahren werden, um zu verhindern, dass im Bereich der Kurve gebremst werden muss. Denn bestimmte Motorräder neigen durch ihre Konstruktion dazu, sich beim Bremsen in Schräglage abrupt aufzurichten. Durch breite Reifen wird dieser Brems-Lenkmoment verstärkt. Auch sorgt ein zu niedriger Reifenluftdruck für eine Verstärkung dieses Effektes.

Die Kurvenfahrt wird insgesamt durch folgende grundsätzliche Gesetze charakterisiert:
Die Höhe der Kurvengeschwindigkeit, die Reifenbreite und die Reifenform bestimmen den Neigungswinkel.
Die maximale Schräglage wird bestimmt durch die Seitenführungskraft der Reifen, den Reibbeiwert und der Bodenfreiheit des Motorrads zwischen Fahrbahn und Reifen.
Beim Bremsen in der Kurve kann sich die Maschine durch das bereits erwähnten Brems-Lenkmoment aufrichten und gerät dann kurzzeitig in einen instabilen Fahrzustand, der durch Lenkimpuls korrigiert werden muss.
Mit zunehmender Schräglage bewirkt die aus Fliehkraft und Gewichtskraft resultierende Kraft, dass das Fahrwerk tiefer einfedert und dadurch die Bodenfreiheit des Motorrades geringer wird.

Als Merksatz könnte man es so formulieren:

Wenn man in der Kurve bremsen muss, hat man vor der Kurve schon was falsch gemacht!

Brems-Lenkmoment

 

 

 BREMS-LENKMOMENT
Die Bremskraft, die im Reifenaufstandspunkt angreift, verursacht einen Lenkeinschlag (Lenkmoment) zum Kurveninneren. Darauf reagiert das Vorderrad (Kreisel) mit einer Aufrichtbewegung (Aufrichtmoment). 

Je breiter der Reifen, desto weiter entfernt sich die Aufstandsfläche von der Reifenmitte und das Aufstellmoment erhöht sich.

Reifenbreit im Bezug zur Sitzhöhe

In den letzten Jahren sind die Reifen der Motorräder immer breiter geworden. Auch wenn manche Motorradfahrer so was schön finden, hat es doch mehr Nach- als Vorteile.

Je breiter ein Reifen ist, desto mehr Schräglage wird bei gleicher Kurvengeschwindigkeit benötigt.
Dies bedeutet aber auch, dass die Fußrasten schneller aufsetzen. Um das zu verhindern, hat ein Hersteller nur zwei Möglichkeiten.

  1. Höherlegung der Fußrasten
  2. Höherlegung des Fahrzeughecks

Die Höherlegung der Fußrasten würde aber zu einem schlechteren Kniewinkel führen, der auf längeren Strecken von den meisten Motorradfahrer als unangenehm empfunden würde.

Bleibt also nur die Höherlegung der Fahrzeughecks. Damit einher geht aber auch eine Erhöhung der Sitzposition. Kleine Motorradfahrer sind also die Leidtragenden bei diesem Breitenwahnsinn. Sie kommen im Stand kaum mit den Füßen auf den Boden, was gerade bei Fahranfänger für ein ungutes Gefühl sorgt und häufig mit einem Umfall einher geht.

 

KRAFTSCHLUSSKREIS
Über den Zusammenhang zwischen Bremskraft und Seitenführungskraft gibt der „Kraftschlusskreis" Auskunft. An ihm lässt sich ablesen, ob man in einer Kurve noch bremsen kann oder nicht. Dieser Kreis ist ein Rechenmodell; wie groß der Kreis ist, d. h. welchen Radius er hat, wird vom Reibbeiwert und von der auf das Rad einwirkenden Normalkraft N (,‚Radlast") bestimmt. In der Kurve hat das Rad bereits die Aufgabe der Seitenführung übernommen. Wird eine Bremsung eingeleitet, so muss es zusätzlich auch Bremskraft übertragen.

Kamm'scher Kreis

 

Sollte die Resultierende (schwarzer Pfeil) sich außerhalb des Kreises befinden, rutscht der Reifen weg.