Dass bei Kurvenfahrt je nach Fahrgeschwindigkeit mehr oder weniger Seitenkraft auf das Auto und seine Insassen wirkt, hat jeder sicherlich schon selbst erfahren. Diese Seitenkraft, auch Zentripetalkraft genannt, greift am Schwerpunkt des Autos an und hat umso leichteres Spiel, ein Fahrzeug in Schieflage zu versetzen, je höher der Schwerpunkt von der Fahrbahn entfernt liegt.
Grundsätzlich findet sich bei entsprechender Bereifung nichts Verwerfliches daran, wenn ein Auto wie der 2CV mit deutlicher Neigung zur Außenseite eine Kurve durchfährt.
Doch das ist weder sportlich noch besonders sicher und für die Passagiere schon gar nicht komfortabel. Auch auf eine optimale Kraftübertragung durch den Reifen wirkt eine solche Schräglage nachteilig. Kaum ein moderner Breit-Pneu könnte, derart auf die Kante gestellt, noch vernünftig Kurvenkräfte übertragen.
Die Wankneigung von Fahrzeugen lässt sich etwa durch Absenken des Schwerpunkts vermindern. Für Formel-Renner mit ihrer straffen Fahrwerksabstimmung und geringen Federwegen ist Seitenneigung quasi ein Fremdwort.
Allerdings können Alltagsautos nicht so tief gebaut werden wie Rennwagen. Um hier das Wanken, so nennt sich die Seitenneigung um die Fahrzeuglängsachse, zu begrenzen, werden heute verbreitet passiv oder sogar aktiv arbeitende Stabilisatoren eingesetzt.
Passive Stabilisatoren bestehen im Grunde aus einem karosseriefest in Gummilagern gehaltenen Torsionsstab, der an jedem Ende über Hebel und Koppelstangen mit dem jeweils linken und rechten Radträger einer Achse verbunden ist.
Beim Einfedern eines Rads sorgt die Verdrehung des Torsionsstabs des Stabilisators dafür, dass das andere Rad auch angehoben wird und beim Senken ebenso abgesenkt wird. So wird bei Kurvenfahrten eine übermäßige Seitenneigung der Karosserie verhindert. Federn beide Räder gleichzeitig ein, ist der Stabilisator nicht aktiv. Allerdings wirkt der passive Stabilisator bei jeder Geschwindigkeit und auch beim einseitigen Überfahren von Fahrbahnunebenheiten. Das dadurch entstehende Kippmoment um die Fahrzeuglängsachse wird besonders bei höher aufbauenden Fahrzeugen (SUV) als Komfortbeeinträchtigung empfunden.
Weniger Wanken durch aktive Stabilisatorsysteme: Ein passiver Stabilisator ist, wie bereits erwähnt, heute meist als Drehstabfeder ausgeführt. Diese Feder soll den Zielkonflikt zwischen ausreichender Steifigkeit zur Reduzierung der Seitenneigung (Wankbewegung/-winkel) bei Kurvenfahrt und ausreichender Nachgiebigkeit bei einseitiger Störanregung – beispielsweise beim einseitigen Überfahren einer Schwelle (hier zur Verringerung der Vertikalbewegung der Karosse) – lösen. Diese einfache Technik wurde durch einen geteilten Drehstab mit hydraulischem Aktor verfeinert.
Dieser aktive Aktor ist in der Lage, sich während der Kurvenfahrt in Abhängigkeit von der Querbeschleunigung so zu verdrehen, dass die Karosserieneigung deutlich abnimmt. Bei Geradeausfahrt und einseitiger Störanregung muss der Stabilisator "offen" wirken, was einen Komfortgewinn gegenüber einem passiven Stabilisator darstellt. Die Karosserieneigung kann ebenso durch radselektiv verstellbare Federbeine verhindert werden, die neben der Wank- auch die Nickbewegung beim Bremsen und Beschleunigen reduzieren können. Ebenso sind mit einem Drehstab verbundene Stellmotoren an jedem Rad in Anwendung. Techniken, die heute bereits in der automobilen Oberklasse zu finden sind.
Der Wunsch, den Aktor nur bedarfsgerecht anzusteuern, führte zu einem elektrischen Wankstabilisator, bestehend aus Elektromotor mit ECU (Electronic Control Unit = Steuergerät) und einem (Verdreh-)Getriebe mit hoher Übersetzung.
Der Automobil-Zulieferer Schaeffler entwickelte zur Entlastung des Zwölf-Volt-Bordnetzes ein Kompensationsmodul. Bei Kurvenfahrt wälzt sich eine mit einer Kompensationsfeder vorgespannte Rolle an einem Kurvenprofil ab. Mithilfe der gezeigten Mechanik wird der Stabilisator vorgespannt und so die Seitenneigung des Fahrzeugs verringert. Bei Geradeausfahrt wird (Annahme reibungsfrei) die Energie aus der linken und rechten Druckfederseite wieder in der Kompensationsfeder gespeichert.
Hier das vereinfachte Kompensationsmodul, bestehend aus einer Innenhülse (blau), der Außenhülse (gelb), der Kompensationsfeder und der Rolle. Fügt man das Kompensationsmodul in den geteilten Drehstab ein, so ist die Rolle mit der Kompensationsfeder in der Innenhülse vorgespannt, die wiederum (ihrerseits) mit der oberen Stabilisatorhälfte verbunden ist.
Die Außenhülse, sie ist formschlüssig mit der unteren Stabilisatorhälfte verbunden, bildet eine Einheit mit der v-förmigen Kulisse. Die Innenhülse ist drehbar in der Außenhülse gelagert. Wird nun die Kompensationsfeder entspannt, dann wälzt sich die Rolle an der V-Kulisse ab und erzeugt eine Drehbewegung (Rotativbewegung) und eine Umfangskraft, die mit dem Hebelarm, der sich aus dem Abstand der V-Kulisse zur Mittellinie ergibt, ein (Verspann)-Moment im Aktor auslöst.
Im obigen Bild ist das Verspannmoment des Stabilisators über dem Drehwinkel aufgetragen (grüne Linie). Die darunterliegende Fläche ist die Energie, die der Aktor aufbringen muss. Die von der Kompensationsfeder bereitgestellte Energie ist der rote Teil. Der parallel geschaltete Elektromotor muss nur die grün dargestellte Energie bereitstellen. So kann die Energiebilanz des Aktors verbessert werden.
Den Aufbau des elektromechanischen Wankstabilisators von Schaeffler mit folgenden Bauteilen: E-Motor (bürstenlos) mit Steuergerät (ECU), vom E-Motor angetriebenes Umlaufgetriebe und das parallel zum Motor mit Umlaufgetriebe geschaltete Kompensationsmodul. Als Ergänzung zu einem reinen rotatorischen Aktuator und zur Steigerung des Komforts verfügt diese Lösung über ein Entkopplungselement.
Damit können einseitig auftretende Störungen in der Fahrbahn absorbiert werden. Die Übertragung von Impulsen auf die Karosserie wird dadurch ebenso verringert wie eine zu starke Vertikalbewegung infolge einseitiger Störanregungen. Größere Störanregungen können durch den Störgrößenregler ausgeregelt werden. Als Eingangsgrößen benötigt dieser Regler unter anderem das Moment im Stabilisator und die vertikale Auslenkung der Räder.
