F400 Carving

Diskutiere F400 Carving im Mercedes-Benz Studien und Concept Cars Forum im Bereich Mercedes-Benz; Fahrzeug-Steckbrief - Mercedes-Benz F400 Carving Vision: Ein neues, bisher nicht besetztes Segment eines offenen, innovativen Roadsters...

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    Fahrzeug-Steckbrief - Mercedes-Benz F400 Carving

    Vision:
    • Ein neues, bisher nicht besetztes Segment eines offenen, innovativen Roadsters
    • Fahrsicherheit in einer neuen Dimension
    • Innovativer Forschungs-Technologieträger
    Technologischer Ansatz:
    • Aktive Sturzwinkelverstellung Active Tire Tilt Control (ATTC)
    • Völlig neuartige Reifen mit asymmetrischem Profil und neuer Gummimischungsverteilung
    • Active Body Control (ABC) mit hochdynamischen AHP-Federbeinen
    • Elektrohydraulisches Bremssystem SBC™ mit Keramikbremsscheiben
    • Elektronisches Lenksystem "Steer-by-wire"
    • 42V-Bordnetz mit triebstranggekoppeltem Generator
    • "Shift-by-wire" mit lenkradfesten Schaltpaddels
    • Automatisiertes Sechsgang-Getriebe mit Heckantrieb
    • "Drive-by-wire" mit ESP III+x
    • V6 3,2Liter-Motor mit Trockensumpfschmierung
    • Spaceframe mit CFK-Karosserie
    • Beleuchtungsfunktion mit Glasfaser-Lichtleiter und Xenon
    • Eigenständiges Design
    Technische Daten:
    • Maximalleistung (kW/Umin­-1): 165/5.600
    • Maximales Drehmoment (Nm/Umin-1): 315/3.000 – 4.800
    • Beschleunigung 0-100km/h (sek): 6,9
    • Höchstgeschwindigkeit (km/h): 241
    • Maximale Querbeschleunigung (g): 1,28
     
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    F400 Carving - Technik

    Barcelona, 13.07.2002 - DC Pressetext
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    Das neueste Forschungsfahrzeug verkörpert ein Stück Zukunft: Der F 400 Carving fährt in den Spuren anderer Fahrzeugstudien wie F 200 Imagination oder F 300 Life-Jet, die sich bereits 1996 und 1997 durch neuartige Lenk- und Fahrwerkskonzepte auszeichneten: Drive-by-Wire oder aktive Wanksteuerung waren zwei der wichtigsten Themen dieser automobilen Forschungsprojekte. Im F 400 Carving haben die Ingenieure und Wissenschaftler der DaimlerChrysler-Forschung diese Ideen perfektioniert und präsentieren ein völlig neuartiges System, das Fahrsicherheit, Fahrdynamik und Fahrerlebnis nochmals deutlich steigert.

    Mit 20 Grad Radsturz sicher durch die Kurve

    Der Beiname "Carving" deutet an, was sich hinter der Fahrwerkstechnik dieses Forschungswagens verbirgt: Zwei seiner Räder verhalten sich in Kurven stets so wie die "Carver" auf den Skipisten, um ein Höchstmaß an Tempo und Dynamik zu erzielen: Sie neigen sich zur Seite und fahren auf einem speziell für Kurven optimierten Laufstreifen des Reifens, der sich durch besonders hohen Reibwert auszeichnet und somit für optimale Fahrstabilität sorgt.

    Maximal 20 Grad beträgt der variable Sturzwinkel, den das computergesteuerte System des F 400 Carving jeweils nur bei den kurvenäußeren Rädern einstellt. Die Reifen an der Kurveninnenseite bleiben - ebenso wie die Karosserie - in Normalposition.

    Die aktive Sturzverstellung ist das Ergebnis eines langjährigen Forschungsprojekts, das mit Computersimulationen und Prüfstandsversuchen begann. Jetzt ist es reif für die Praxisforschung.

    Der F 400 Carving dient den Stuttgarter Automobilingenieuren als rollendes Forschungslabor. Mit dem offenen Zweisitzer wollen sie die Potenziale der neuartigen Fahrwerkstechnologie weiter erforschen und neue Wege für die Fahrwerkstechnik künftiger Personenwagen aufzeigen. Bereits die Ergebnisse der ersten Testfahrten und Messungen sind vielversprechend:

    Im Vergleich zu heutigen Pkw-Fahrwerken lassen sich durch die aktive Sturzverstellung des F 400 Carving bei Kurvenfahrt bis zu 30 Prozent höhere Seitenführungskräfte und bis zu 15 Prozent höhere Längskräfte erzielen. In Zahlen: Beträgt die maximale Seitenkraft am Rad bei einem Sturz von Null Grad normalerweise rund 6200 Newton, so steigt dieser Wert bei –10 Grad Sturz auf etwa 6900 Newton und bei –20 Grad sogar auf rund 7800 Newton.

    Aufgrund der hohen Seitenkräfte an den kurvenäußeren Rädern ist die Querbeschleunigung des F 400 Carving um bis zu 28 Prozent größer als bei Sportwagen mit konventioneller Fahrwerkstechnik. Die Grafik zeigt die maximale Querbeschleunigung des Forschungswagens (gemessen in g bei stationärer Kreisfahrt) im Vergleich zu einem Roadster der SLK-Klasse. Neigen sich die kurvenäußeren Räder des F 400 Carving um 20 Grad, so erreicht der Zweisitzer eine maximale Querbeschleunigung von 1,28 g.

    Dieser beachtliche Wert ist nicht nur ein Indiz für höhere Kurvendynamik und sportliche Agilität, er bedeutet ebenfalls einen beachtlichen Zugewinn an Fahrsicherheit - vor allem in Notsituationen wie (zu) schnell angefahrenen Kurven oder plötzlichen Ausweichmanövern. Der Forschungswagen bleibt über längere Zeit und bei höherer Geschwindigkeit spurstabiler als ein Auto mit konventioneller Fahrwerkstechnik.

    Reifen - Asymmetrie als Konzept

    An diesen Resultaten haben die Reifen maßgeblichen Anteil: Die aktive Sturzverstellung ermöglicht ein völlig neuartiges Konzept, das erstmals kompromisslos die Vorteile eines Pkw-Reifens mit denen eines Motorradreifens verbindet. Asymmetrie ist das Prinzip dieser Reifentechnologie, die Ingenieure von DaimlerChrysler und Pirelli gemeinsam entwickelt haben: Asymmetrisch sind Profil, Laufflächenmischung und Kontur.

    An seiner Innenseite zeichnet sich der Reifen durch eine abgerundete Lauffläche für perfektes Kurven-Handling aus, während die äußere Reifenschulter ein bewährtes Pkw-Profil mit guten Geradeauslaufeigenschaften und hohem Geräuschkomfort zeigt. Dabei nutzen die Fachleute erstmals den physikalischen Effekt, wonach ein Reifen mit gekrümmter Lauffläche bei großen Sturzwinkeln höhere Seitenkräfte übertragen kann als ein herkömmlicher Reifen. Die asymmetrische Lauffläche ist möglich, weil die Innenseiten der Reifen nur dann mit der Fahrbahn in Kontakt kommen, wenn die aktive Sturzverstellung die kurvenäußeren Räder zur Seite neigt. So können die Ingenieure die Innenschultern der Reifen gezielt nur auf eine Aufgabe abstimmen und optimieren: perfekte Kurvensicherheit.

    Gummimischung: Reifenlauffläche mit unterschiedlichem Reibwert

    Die Gummirezeptur der F 400-Reifen spielt dabei eine ebenso wichtige Rolle. Denn durch innenliegende Zonen mit weicherer Laufflächenmischung lässt sich die Kraftübertragung - sprich: Fahrbahnhaftung - in Kurven nochmals deutlich steigern. Ein solches "Hochreibwert-Compound" war für Personenwagen bisher nicht geeignet, da der Abrieb dieser weichen Mixtur höher ist als bei herkömmlichen Pkw-Gummimischungen. Der Reifen würde deshalb nicht die heute übliche Laufleistung erreichen.

    Die aktive Sturzverstellung des F 400 Carving macht dieses Manko wett: Dank dieser innovativen Technik kommen die weicheren Innenseiten der Reifen nur bei Kurvenfahrt mit dem Asphalt in Berührung und nutzen sich deshalb nicht so schnell ab. Demgegenüber haben die Fachleute für den äußeren Bereich der Lauffläche eine härtere Gummimischung entwickelt und sie vor allem hinsichtlich Langlebigkeit, Geradeauslauf und Geräuschkomfort optimiert.

    Mit anderen Worten: Dank seiner asymmetrischen Kontur und seiner speziellen Gummirezeptur löst der neu entwickelte Reifen den bisherigen Zielkonflikt zwischen maximaler Kurvensicherheit und hoher Fahrdynamik einerseits und hoher Laufleistung sowie guten Geradeauslaufeigenschaften andererseits. Dank aktiver Sturzverstellung lassen sich also erstmals in einem Reifen zwei unterschiedliche Konzepte verwirklichen.

    Reifengröße: Zwei Durchmesser auf einer Felge

    Um bei Kurvenfahrt hohe Seitenführungskräfte zu übertragen, ist jedoch auch eine ausreichend große Aufstandsfläche der Reifen erforderlich. Nur: Je größer der Radsturz, desto kleiner ist bei einem serienmäßigen Fahrzeug die aktive Aufstandsfläche. Insofern böte die Fahrwerkstechnologie des F 400 Carving prinzipbedingte Nachteile, hätten die DaimlerChrysler-Ingenieure nicht eine neuartige Felge entwickelt. Sie hat zwei verschieden große Durchmesser: 17 Zoll an der kurvenaktiven Innenseite und 19 Zoll an der Außenseite. So ist einerseits gewährleistet, dass der Forschungswagen bei Geradeausfahrt nur auf dem nicht gekrümmten Laufstreifenanteil rollt, und dass andererseits dank des kleineren Innendurchmessers in Kurven eine möglichst große Aufstandsfläche zur Verfügung steht.

    In Zahlen: Die Reifengröße beträgt 255/35 R 19 für die Außenschultern und 255/45 R 17 für die Innenseiten.
     
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    Vielversprechende Forschungsarbeit

    Mit der aktiven, computergesteuerten Sturzverstellung und dem asymmetrischen Reifenkonzept sind die Ingenieure von DaimlerChrysler ihrem Ziel ein großes Stück nähergekommen, die vorbildliche Fahrsicherheit und Fahrdynamik künftiger Modelle noch weiter zu verbessern. Doch dabei stehen sie erst am Anfang eines vielversprechenden Forschungsprojekts, denn die innovative Technologie bietet neben größerer Querbeschleunigung und vorbildlicher Kurvenstabilität auch in anderen Fahrsituationen beachtliche Vorteile:

    Bei Schleudergefahr durch Unter- oder Übersteuern bringt das System kurzzeitig eines oder mehrere Räder in eine genau berechnete Schrägneigung, erhöht dadurch die Seitenführungskräfte und stabilisiert das Auto. Damit bietet die aktive Sturzverstellung das Potenzial einer noch wirksameren ESP®-Funktion. In Kombination mit der elektronisch gesteuerten Lenkung reduziert ein automatischer Lenkeingiff die Schleudergefahr.

    Bei einer Notbremsung lassen sich blitzschnell alle vier Räder des Forschungswagens stürzen, sodass nur die Innenseiten der Reifen mit ihrer reibwertoptimierten Laufflächenmischung Fahrbahnkontakt haben. So verkürzt sich der Bremsweg aus 100 km/h um gut fünf Meter.

    Bei Aquaplaning-Gefahr kann das System die Aufstandsfläche der Reifen gezielt verändern. Schon ein Radsturz von etwa fünf Grad bringt den gewünschten Effekt und reduziert das Risiko des Aufschwimmens deutlich. Eine neuartige Sensorik, die DaimlerChrysler gegenwärtig entwickelt, erkennt den Nässefilm auf der Fahrbahn und leitet die Messdaten an das elektronische Steuergerät der aktiven Sturzverstellung weiter. So passt das System die Schrägneigung der Räder automatisch an die Fahrsituation an.

    Im Winter ist der Einsatz asymmetrischer Reifen denkbar, deren Laufstreifen sich dank spezieller Gummimischung und Profilgestaltung durch besonders hohe Traktion, kurze Bremswege und perfekte Spurtreue auszeichnen. Um auf Schnee oder Eis sicher voranzukommen, bringt der Autofahrer die Räder mittels Knopfdruck in Schräglage, so dass sein Wagen vorübergehend nur auf den besonders haftfähigen Innenseiten der Reifen fährt.

    Schwenkbare Radträger mit Hydraulikzylindern

    Zweigeteilte Radträger und ein leistungsfähiges Hydrauliksystem machen die aktive, computergesteuerte Sturzverstellung möglich. Die Radträger bestehen jeweils aus einer schwenkbaren und einer unbeweglichen Hälfte: An den inneren, feststehenden Systemträgern sind die Radführungselemente einer Doppelquerlenkerachse befestigt, während die äußeren Schwenkträger die Radlagerung und die Anbindung der Bremszangen übernehmen. Bei Kurvenfahrt drücken die Kolbenstangen hydraulischer Doppelzylinder gegen die Schwenkträger an der Kurvenaußenseite und neigen sie im unteren Bereich nach außen. So lässt sich der Radsturz je nach Fahrsituation um bis zu 20 Grad variieren.

    Die Konstruktion der angetriebenen Hinterachse des F 400 Carving unterscheidet sich prinzipiell nicht von der Vorderachse. Einziger Unterschied sind hier die in ihrer Länge variierbaren Antriebswellen.

    Das Kernstück der Hydraulik ist eine Axialkolbenpumpe mit einem Arbeitsdruck von bis zu 200 bar. Servoventile an den Doppelzylindern der Räder regeln den Ölstrom und steuern somit die Ein- und Ausfahrbewegungen der Zylinder. Sind bei dynamischer Fahrweise sehr schnelle Zylinderbewegungen erforderlich, wird die Pumpe von einem Hydrospeicher unterstützt. Auch eine Notlauffunktion ist vorgesehen: Spezielle Abschaltventile unterbrechen den Ölfluss zu den Hydraulikzylindern und nutzen den Druck im System, um einen Radsturzwinkel von null Grad einzustellen.

    Lenken und bremsen per Kabel

    Allein mit seiner aktiven Sturzverstellung gibt der F 400 Carving wichtige Impulse für die Fahrwerksentwicklung künftiger Fahrzeugmodelle. Doch die Stuttgarter Ingenieure gehen noch einen Schritt weiter und kombinieren diese Technologie mit einer Reihe anderer, ebenso wegweisender Systeme: Drive-by-Wire. Mechanische Verbindungselemente wie die Lenksäule mit ihren Spindeln und Gelenken oder das Gestänge zwischen Bremspedal und Bremskraftverstärker gibt es im F 400 Carving nicht. An ihre Stelle treten Kabel. Die Lenk- oder Bremsbefehle des Autofahrers werden ausschließlich auf elektronischem Weg übertragen:


    Lenkung: Das elektronische Lenkrad ist mit zwei induktiven Winkelsensoren ausgestattet, die jede Lenkradbewegung erfassen, in elektrische Impulse umwandeln und per Datenleitung an die Mikrocomputer des Forschungswagens übertragen. Die Rechner werten diese und andere aktuelle Sensorsignale aus und ermitteln daraus die Sollwerte für die Lenkbewegungen an der Vorderachse. In kritischen Situationen greift das Drive-by-Wire-System auch aktiv in die Lenkung ein, um den Wagen sicher auf Kurs zu halten. Zwei Elektromotoren, die direkt mit der Zahnstangenlenkung verbunden sind, bewegen die Räder des F 400 Carving. Die Automobilforscher sprechen deshalb von einer "elektrischen Zahnstange" - ein Novum, das sie gemeinsam mit dem Fachleuten der Mercedes-Benz Lenkungen GmbH verwirklicht haben. Beide Elektromotoren sind jeweils zur Hälfte an der Erzeugung des Lenkmoments beteiligt. Bei einer Störung kann auch nur einer der Motoren die Lenkfunktionen übernehmen, so dass dieses redundante System ein Maximum an Funktionssicherheit garantiert. Sogar die Stromversorgung des Forschungswagens basiert auf einem Doppelkonzept: Neben dem Standard-Bordnetz (zwölf Volt) ist der F 400 Carving mit zwei 42-Volt-Systemen ausgestattet, die vor allem für die elektronische Lenkung zuständig sind.

    Bremse: Das Bremsen per Kabel (Brake-by-Wire) ist bei Mercedes-Benz heute schon Realität. Die Hochdruckbremse Sensotonic Brake Control (SBC) arbeitet nach folgendem Prinzip: Der Tritt aufs Bremspedal wird als elektrisches Signal an einen Mikrocomputer weitergeleitet, der dank aufwändiger Sensorik bestens über die jeweilige fahrdynamische Situation des Autos informiert ist. Deshalb kann die Elektronik den Bremsdruck für jedes Rad situationsgerecht berechnen und dosieren. Das Ergebnis ist eine deutlich bessere Bremssicherheit in Kurven.
    Neben der Sensotronic Brake Control unterscheidet sich die Bremsanlage des F 400 Carving durch ein weiteres technisches Highlight: Die Bremsscheiben (330 Millimeter Durchmesser) bestehen aus kohlenstofffaserverstärkter Keramik - ein Hightech-Material, das extremen Temperaturbelastungen von 1400 bis 1600° Grad Celsius standhält und das überdies rund ein Drittel leichter ist als Grauguss.

    Federung und Dämpfung - ABC der nächsten Generation

    Mit einer aktiven Hydropneumatik (AHP) betreten die Forschungsingenieure ebenfalls technisches Neuland und erproben im F 400 Carving eine Alternative für künftige Generationen des aktiven Fahrwerks, das bei den Mercedes-Modellen der S-, CL- und SL-Klasse im Serieneinsatz ist.

    Im Gegensatz zum heutigen Active Body Control (ABC), bei dem die aktiven Kräfte zwischen Karosserie und Rad nur durch Einwirkung auf die Federn erzeugt werden, beeinflusst die aktive Hydropneumatik sowohl die Federung als auch die Dämpfung des Fahrzeugs und passt beide Systeme blitzschnell an die jeweilige Situation an. Das macht sich durch noch höhere Fahrsicherheit und noch besseren Fahrkomfort bemerkbar.

    Motor und Getriebe: Mercedes-Technik mit neuen Detaillösungen

    Unter der Motorhaube des F 400 Carving arbeitet das moderne V6-Triebwerk mit 3,2 Liter Hubraum, das sich in verschiedenen Mercedes-Modellreihen bewährt. Vom Serienmotor unterscheidet sich der Sechszylinder nur in einem Punkt: Die Forschungsingenieure spendierten ihm eine Trockensumpfschmierung, die auch bei hoher Querbeschleu-nigung die Ölversorgung des Triebwerks sicherstellt.

    Das sequenzielle Getriebe des Forschungswagens stammt ebenfalls aus der Serienproduktion von Mercedes-Benz. Anders ist nur die Bedienung der SEQUENTRONIC: Im F 400 Carving wechselt der Autofahrer die sechs Gänge rennwagentypisch - per Tastendruck am Lenkrad.
     
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    Xenon-Licht aus Glasfasern

    Neu ist ebenfalls das Scheinwerfersystem des F 400 Carving: Erstmals setzt DaimlerChrysler hochmoderne Glasfasertechnik ein, um das Licht der Xenon-Lampen zu übertragen. Diese Lichtleiter, die aus mehreren tausend einzelner Glasfasern bestehen, ermöglichen die räumliche Trennung von der Lichtquelle und dem eigentlichen Scheinwerfer - ein Vorteil, der vor allem dem Frontdesign des Sportwagens zugute kommt, denn die Scheinwerfer beanspruchen so nur sehr wenig Platz und ermöglichen deshalb die Gestaltung einer extrem flachen Frontpartie.

    Fern- und Abblendlicht werden in zwei zylinderförmigen Gehäusen unter der Motorhaube erzeugt. In ihrem Inneren befinden sich jeweils eine Xenonlampe, deren Licht von einem elliptischen Reflektor gebündelt wird. Vom Brennpunkt der Reflektoren strahlt das Licht in die Glasfaserleitungen, die es verlustfrei in die Scheinwerfer übertragen. Hier übernehmen spezielle Optiken die Lichtverteilung auf die Fahrbahn. Für Kurvenfahrten ist der F 400 Carving zusätzlich mit zwei seitlich platzierten Kurvenlichtern ausgestattet. Sie schalten sich je nach Lenkeinschlag der Räder ein. Auf Knopfdruck zugeschaltet, übernehmen diese stationären Halogenlampen auch die Aufgabe von Nebelscheinwerfern.

    Auch die Blinker machen durch platzsparende Technik auf sich aufmerksam: Hochleistungs-Leuchtdioden erzeugen das Licht, das mit so genannten Prismenstäben verteilt wird.

    Karosserie: Leichtgewicht aus Kohlefaser

    Die Karosserie des offenen Zweisitzers besteht aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK). Das bereits im Formel-1- Rennsport erprobte Material zeichnet sich bei einem Minimum an Gewicht durch ein Maximum an Festigkeit aus. Es ist rund 60 Prozent leichter als Stahl, sodass die Karosserie des Forschungswagens weniger als 100 Kilogramm auf die Waage bringt. Beim Chassis des F 400 Carving setzen die DaimlerChrysler-Ingenieure auf einen intelligenten Verbund drei verschiedener Werkstoffe: Stahl, Aluminium und Kohlefaser (CFK).
     
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