Fahrphysik (Auto)

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Die Fahrphysik befasst sich bei Kraftfahrzeugen mit Kräften, die beim Fahren statisch und dynamisch auf alle wichtigen Komponenten des Fahrzeugs einwirken.

Während die Fahrphysik in der Breitenausbildung zur Fahrerlaubnis eine eher untergeordnete Rolle spielt, ist sie im Motorsport von großer Bedeutung.

[Bearbeiten] Kräfte

Kräfte, die auf Fahrzeug, Reifen und Straße einwirken, sind:

Gewichtskraft aus der Masse des Autos, verteilt nach der Schwerpunktlage
- statisch auf Vorderräder und Hinterräder (ungleiche Lasten vorn und hinten, jedoch weitenteils symmetrisch zwischen rechts und links)
- dynamisch zwischen
  - vorn und hinten (Bremsen, Beschleunigen ändert die Verteilung)
  - rechts und links (Kurvenfahrt ändert die Verteilung)
Beschleunigungskraft am Reifenaufstandspunkt
Bremskraft am Reifenaufstandspunkt, beide wirken in Fahrzeug-Längsrichung
Querkraft am Reifenaufstandspunkt, bedingt durch Kurvenfahrt, Seitenwind, etc.

Die Längs- und die Querkraft am Reifenaufstandspunkt werden in der Regel als Vektor betrachtet, also als eine gemeinsame, gerichtete Kraftgröße, da sie richtungsgebunden sind und eine addierbare Gesamtkraft in der Ebene der Straße ergeben. Diese Kraft hat eine Grenze im Verhältnis zur vertikalen Kraft, die durch das statische und dynamische Gewicht den Reifen in Bodenrichtung drücken.

Dieses Verhältnis ist durch die Reibung bzw. durch den Reibungskoeffizienten bestimmt. Die Haftreibung zwischen Reifen und Straße hat einen Maximalwert, der von den Reifen, dem Profil, seiner Erwärmung und anderen Eigenschaften abhängt, sowie vom Straßenbelag abhängt. Asphalt haftet besser als z. B. Sand oder Schotter.

Neben der Haftreibung gibt es auch Gleitreibung. Diese ist von Bedeutung, wenn das Fahrzeug rutscht. In diesem Fall haften die Reifen nicht mehr am Boden, sondern gleiten darüber. Dieser Fall tritt ein, wenn die Haftreibungskraft überschritten wird. Die Gleitreibungskraft ist im allgemeinen niedriger, als die Haftreibungskraft. Mit Beginn des Rutschens wird daher die Reibung plötzlich verringert, so dass sich eine stärkere Gesamtkraft ergibt, die das Fahrzeug plötzlich stark auslenken kann.

Weiterhin wird Rollreibung und Gleitreibung unterschieden. Ein Rad soll sich in Fahrtrichtung leicht drehen, dieses sichern Lagerungssysteme ab. Die Rollreibungskraft soll also gering sein. Es soll sich hingegen quer zur Rollrichtung möglichst nicht bewegen; dieses sichert die Hafreibungskraft am Reifen. Wird sie seitlich überschritten, gerät das Rad ins Rutschen (Gleitreibung mit niedrigerer Seitenführungskraft).

[Bearbeiten] Fahrzeug-Komponenten

Für die Fahrphysik wesentliche Fahrzeug-Komponenten sind:

Reifen
Räder
Radaufhängung
- Radlager
- Felgen
- Führungsgeometrie der Räder
  - Starrachse
  - Pendelachse
  - Querlenker
  - Längslenker
  - Schräglenker
  - Kombinationen für "obere" und "untere" Radführung
- Federung
- Dämpfung
Karosserie (-Steifigkeit)

Bremsen
- Betriebsbremse (Fußbremse)
- Handbremse
- Knautschzone, wenn ein Aufprall nicht mehr zu verhindern ist

Antrieb
- Motor
- Leistungs- und Drehmomentverhalten
- Getriebe
- Anzahl und Abstufung der Gänge
- Einzelachs-Antrieb
  - Vorderrad-Antrieb
    - Verteilung links-rechts
  - Hinterrad-Antrieb
  - Allrad-Antrieb
    - Verteilung links-rechts
    - permanent
    - variabel zu disponieren
Aerodynamik
- Abtrieb über Flügel
- Saugwirkung am Diffusor