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Dec 11, 2023

Diese Jahrzehnte

Um ein Höchstmaß an Fahrverhalten und Handling zu erzielen, müssen Sie auf Ihre Stabilisatoren verzichten

Für ein optimales Fahrverhalten und Handling müssen Sie Ihre Stabilisatoren gegen etwas Hydraulikflüssigkeit austauschen.

Die Welt des Rallyesports spielte Anfang der 2000er Jahre verrückt. Die technischen Vorschriften waren ziemlich offen, und da es keine Homologationspflicht für Straßenfahrzeuge gab und die Computertechnologie immer besser wurde, waren die Voraussetzungen für wirklich wilde Maschinen geschaffen. Peugeot war mit dem 206 WRC der erste, der die Regeln wirklich ausnutzte, doch 2003 ging sein Firmenkollege Citroën mit einer so cleveren Aufhängungstechnologie noch einen Schritt weiter, dass McLaren sie noch heute verwendet.

Diese Geschichte beginnt jedoch weiter zurück als zur Jahrtausendwende. In den späten Achtzigern hatte der Australier Chris Heyring, damals Kunstprofessor, eine Idee für eine neue Art von Fahrzeugfederung. Sein „Kinetic“-Aufhängungssystem versucht, die Einschränkungen herkömmlicher Stabilisatoren zu überwinden. Ein Stabilisator, bei dem es sich offensichtlich um ein festes Metallstück handelt, das gegenüberliegende Seiten des Fahrzeugs verbindet, hat eine feste Steifigkeit. Einige herkömmliche Einheiten verfügen über eine Reihe von Einstellmöglichkeiten, aber sobald sie festgeschraubt sind, ist die Rollsteifigkeit fixiert. Sie bleiben bei einem festgelegten „Moment (Drehmoment), das der Wankung der Karosserie standhält, pro Grad der Wankung der Karosserie“, da „Race Car Vehicle Dynamics“ die Wanksteifigkeit definiert, die auch als „Rollrate“ bezeichnet wird.

Heyrings Lösung verbindet gegenüberliegende Fahrzeugseiten hydraulisch miteinander. Im Wesentlichen verfügen die Dämpfer in einem Fahrzeug mit kinetischer Federung über separate obere und untere Einheiten. Die Druckstufeneinheiten auf der einen Seite des Wagens sind über Drosselventile und Hydraulikleitungen mit den Zugstufeneinheiten auf der anderen Seite verbunden und umgekehrt. Dadurch entsteht im Wesentlichen ein hydraulischer Stabilisator. Wenn ein Rad einfedert, drückt der Kolben im Dämpfer die Kompressionseinheit nach oben, und die Flüssigkeit in dieser oberen Einheit fließt durch das Auto zur Zugstufeneinheit auf der anderen Seite und drückt das Rad nach oben in Richtung Karosserie. Die Steifigkeit des Überrollbügels wird durch einen Akkumulator bestimmt, eine Metallkugel mit Flüssigkeit und Stickstoff, getrennt durch eine flexible Membran. Sie können ein Gas komprimieren, aber keine Flüssigkeit. Wenn also überschüssige Flüssigkeit im System vorhanden ist, drückt diese gegen die Membran und komprimiert den Stickstoff. (Der Akkumulator funktioniert nach dem gleichen Grundprinzip wie eine Federungskugel in einem hydropneumatischen Citroën, beispielsweise einem DS.) Die Ventile zwischen den Dämpfereinheiten und den Hydraulikleitungen regulieren die Dämpfungskraft.

(Jason Fenske von „Engineering Explained“ hat eine schöne visuelle Erklärung des Systems, wie es von McLaren verwendet wird, falls Sie sich ein besseres Bild davon machen möchten, wie das alles funktioniert.)

Im Wesentlichen entkoppelt die Kinetic-Federung die vertikale Radbewegung (Kompression und Rückprall) von der horizontalen Bewegung (Rollen) und bietet gleichzeitig eine große Bandbreite an Rollsteifigkeit. Heyring hat das System für Offroader entwickelt, bei denen man zur Erhöhung der Radverschränkung eigentlich überhaupt keinen Stabilisator braucht. Aber auf der Straße ist der Verzicht auf einen Stabilisator im besten Fall unangenehm und im schlimmsten Fall gefährlich. Einige Jeep Wrangler verfügen über eine Stabilisator-Abschaltung für den Einsatz im Gelände, für Fahrten auf der Straße muss der Stabilisator jedoch wieder angeschlossen werden.

Kinetic, das von Heyring zur Entwicklung des Systems gegründete Unternehmen, wurde 1999 vom amerikanischen Zulieferer Tenneco übernommen. Citroën trat gegen das dominierende Peugeot-Team an und glaubte, dass das Kinetic-Federungssystem oder zumindest eine Version davon seinem Xsara WRC einen Vorteil gegenüber dem dominierenden 206 WRC verschaffen würde. Der Xsara WRC verfügte über eine Art geteilten Stabilisator aus Metall, der vom Hydrauliksystem unterstützt wurde. Es bot den Rallyefahrern von Citroën ein Auto mit großer Flexibilität – auf unebenem Gelände hatte jedes Rad die Bandbreite, um die vielen Senken, Kuppen, Unebenheiten, Sprünge, Steine ​​und alles andere, was man auf einer Rallye-Etappe sieht, zu bewältigen. Auf schnelleren, glatteren Straßen können Sie die Rollsteifigkeit effektiv erhöhen, um die Geschwindigkeit zu erhöhen.

Dies trug auch dazu bei, die aerodynamische Plattform stabiler zu halten. Es ist schwierig, den Luftstrom in einem Rennwagen zu steuern, der sich ständig bewegt, selbst auf einer vollkommen glatten Strecke – deshalb müssen moderne F1-Autos, insbesondere in der neuen Ära des Bodeneffekts, so steif sein. Auf den vielen abwechslungsreichen Etappen der Rallye-Weltmeisterschaft bewegt sich ein Rallye-Auto deutlich mehr, im Gegensatz zu einem Rundstrecken-Rennwagen braucht man auch Radweg. Wie schafft man eine schön ebene aerodynamische Plattform und hält das Auto gleichzeitig weich genug, um beispielsweise die staubigen Etappen der Akropolis-Rallye zu bewältigen? Für Citroen war das Kinetic-System die Antwort und es war ein wichtiger Teil der Maschine, der das Team zu einem WRC-Kraftpaket machte.

Bei seinem Renndebüt in Monte Carlo belegte Citroen einen Doppelsieg und bewies damit die Stärke des Xsara WRC. Petter Solberg gewann in diesem Jahr die Fahrermeisterschaft mit einem Subaru, aber Citroen sicherte sich den Konstrukteurstitel und gewann 2004 und 2005 beide Titel, was zum großen Teil auch einem Franzosen namens Sébastien Loeb zu verdanken war, der beide Fahrertitel gewann. „Eine der Stärken des Xsara ist seine Fähigkeit, sich schnell an ein Gelände anzupassen“, sagte Loeb in einer Pressemitteilung von Tenneco aus dem Jahr 2003 über das Auto. „Seine Ausgewogenheit ist einfach bemerkenswert.“

Die WRC war sich der steigenden Kosten für die Wettbewerbsfähigkeit der Konstrukteure bewusst und verbot für die Saison 2006 verschiedene High-Tech-Aufhängungssysteme, darunter auch die von Citroën. Doch zu diesem Zeitpunkt fand die Kinetic-Federung neues Leben in Straßenfahrzeugen. Der Lexus GX 470 von 2004 war das erste Serienauto, das diese Technologie lizenzierte, wobei Toyotas Adaption das Hydrauliksystem in Verbindung mit herkömmlichen Stabilisatoren nutzte. Doch es war McLaren, der es als nächstes lizenzierte und mit diesem System lief und so eine neuartige Anwendung für seine Supersportwagen schuf, die eine verrückte Mischung aus Fahrqualität und Handling bieten.

„Eines der Dinge, die Sie tun möchten, ist, Ihre Wanksteifigkeit zwischen einer Art Straßenfahrmodus und etwas zu ändern, das die Streckensteifigkeit darstellt, und das ist mit einem mechanischen Setup äußerst schwierig“, sagt Charles Sanderson, Chief Technical Officer von McLaren . Die Version von McLaren Automotive heißt Proactive Chassis Control (PCC) und debütierte 2011 mit seinem ersten modernen Straßenauto, dem 12C. Sanderson machte sich mit dem System vertraut, während er am Antriebsstrang des P1 arbeitete, und leitete dann die Fahrzeugdynamik für den 720S. 2018 verließ er McLaren und ging nach Rivian, wo er dieses Federungssystem für den Offroad-Pickup und SUV des EV-Startups adaptierte. Er ist erst vor ein paar Monaten zu McLaren zurückgekehrt.

PCC verwendet überhaupt keine Stabilisatoren – die Wankunterstützung wird ausschließlich durch das Hydrauliksystem erzeugt. „Ein Stabilisator hat eine lineare Steifigkeit, d. h. die Steifigkeit nimmt nicht zu, wenn man den Überrollbügel dreht. Aber wenn man mit dem kinetischen System rollt, ist die Form auf einem Diagramm irgendwie gekrümmt, sodass man beim Rollen „Die Steifigkeit nimmt zu und Sie widerstehen dem Rollen sehr gut“, erklärt Sanderson. „Das bedeutet, dass man ein ziemlich nachgiebiges Fahrverhalten und dann einen wirklich schönen absoluten Rollwinkel erhält.“ PCC verwendet außerdem Hydraulikpumpen, die je nach Fahrmodus die Rollsteifigkeit ändern können.

Das System bietet viel Flexibilität. Beim P1 hat McLaren beispielsweise einen hydraulischen Kreislauf hinzugefügt, um das Heben zu steuern, wenn beide Seiten der Fahrzeugaufhängung gleichzeitig ein- oder ausfedern, etwa beim Bremsen. Dies trug dazu bei, die enormen aerodynamischen Belastungen des P1 zu bewältigen. Für den 720S wurde PCC II entwickelt, das neue Steuerungen in das Dämpfungssystem integrierte, basierend auf einem Vorhersagealgorithmus, der von einem Doktoranden in Cambridge entwickelt wurde. Das Auto verwendet Beschleunigungsmesser, um vorherzusagen, was passieren wird, und passt die Dämpfungsraten ständig entsprechend an. Das Ergebnis ist ein Auto, das besser fährt als viele Luxuslimousinen und gleichzeitig eine unglaubliche Leistung auf der Rennstrecke bietet. Für den neuen 750S stellte McLaren den PCC III vor, der über leichtere Feder-Dämpfer-Einheiten, neue in die Dämpferstreben integrierte Akkumulatoren und andere Hardware-Optimierungen verfügt.

Es gibt andere Aufhängungssysteme, die die Rollsteifigkeit verändern können. Viele Luxuslimousinen und SUVs verfügen über in die Stabilisatoren integrierte Motoren, die die Steifigkeit des Stabilisators verändern können. Diese sind sehr effektiv, wirken aber relativ langsam und schwer. Außerdem benötigen sie für ihren Betrieb viel Strom, was ein 48-Volt-System erforderlich macht. Auch wenn leistungsstärkere elektrische Architekturen immer beliebter werden, glaubt Sanderson, dass aktive Stabilisatoren weiterhin unerwünscht bleiben werden, da Autoingenieure überall, wo sie können, um Effizienz kämpfen müssen und ein System mit einer hohen Leistungsaufnahme nicht ideal ist. PCC und andere ähnliche Systeme wie das von Toyota basieren auf einem herkömmlichen 12-Volt-Stromkreis. Abgesehen davon gibt es immer noch einen Stabilisator, der das Auto von einer Seite zur anderen verbindet und so die Möglichkeit einer Radbewegung verringert. Dann gibt es noch die neuen vollaktiven Schieberventildämpfer von Multimatic, die genauso viel, wenn nicht sogar mehr Flexibilität bieten als ein Kinetic-System, aber auch eine 48-Volt-Elektrik und einen eigenen Kühlkreislauf benötigen, was schwer und teuer ist. Aus diesem Grund ist PCC für McLaren von Dauer. Sanderson sieht sogar noch einzigartigere Möglichkeiten, wenn der Abtrieb bei Straßenfahrzeugen im Streben nach Leistung steigt.

Schade, dass WRC-Teams es nicht nutzen können.

Chris Perkins ist seit seiner Kindheit ein Autoliebhaber und der Technik-Nerd und Porsche-Apologet von Road & Track. Er trat 2016 in die Belegschaft ein und niemand hat seitdem einen Weg gefunden, ihn zu entlassen. Er parkt einen Porsche Boxster in Brooklyn, New York, auf der Straße, sehr zum Entsetzen aller, die das Auto sehen, nicht zuletzt des Autors selbst. Er besteht auch darauf, dass er kein Cabrio-Typ ist, obwohl er drei besitzt.

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