- Motogp Technik - Fa3slp- Daniel Rank

Hochschule München

Fakultät 03

Praxisseminar Seminarleiter: Prof. Dr. Peter Ernst Pfeffer

MotoGP Technik

Daniel Rank Mat.Nr.: 12227407 FA 3SLP Seminargruppe: 5

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Inhalt:

Seite

1. Steigende Popularität der MotoGP-Klasse

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2. Aufbau von MotoGP-Motorrädern

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2.1. Motoren 2.1.1. Ducati 2.1.2. Honda 2.1.3. Yamaha 2.1.4. Kawasaki 2.1.5. Suzuki

4-7 5 6 7 7 7

2.2. Elektronik/Traktionskotrolle

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3. Ausblick

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4. Zusammenfassung

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5. Literaturverzeichnis

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1. Steigende Popularität der MotoGP-Klasse Die MotoGP-Klasse, welche die Königsklasse der Motorradweltmeisterschaft darstellt, gewinnt seit einigen Jahren immer mehr an Beliebtheit. So hatte die Formel 1 beim großen Preis von Europa am Hockenheimring 2008 am Renntag nur 70 000 Zuschauer, die MotoGPKlasse hingegen zählt jährlich am Renntag über 100 000 Besucher. Noch beeindruckender wirken diese Zahlen wenn man bedenkt, dass in der Königsklasse der MotoGP im Vergleich zur Formel keine deutschen Piloten am Start stehen. In den Südeuropäischen Ländern wie z.B. Italien oder Spanien werden die Fahrer der Motorradweltmeisterschaft regelrecht vergöttert. Der Grund hierfür ist das stark spanisch, italienisch besetzte Fahrerfeld. Weitere große Motorradnationen sind Australien und Amerika. Dass die Motorrad-WM auch Hierzulande, bzw. in anderen Ländern ohne herausragende Rennpiloten einen großen Zuspruch findet hat mehrerlei Ursachen. Einer der Gründe ist, dass es 2002 eine Änderung im Reglement gab. Statt den schon fast antiken 500ccm 2-Takt Motoren waren ab 2002 4-Takt Motoren bis 1000ccm erlaubt. Damit war das Schicksal der 2Takter besiegelt. Da die Technik damit Seriennäher wurde und sich somit besser vermarkten lässt, wurde eine Reihe an Motorradherstellern (Kawasaki, Ducati und Aprilia) angelockt. Ein weiterer Grund für die zunehmende

Popularität

dieses

Sports

ist

die

gewaltige Spannung und das Spektakel. So ist im Vergleich zur Formel 1 nicht schon nach dem Qualifying Abbildung 1: Valentino Rossi Quelle: motogp.com

der

Sieger

ausgemacht,

stattdessen

kämpfen die Fahrer bis zur Zielgeraden um den Sieg. Der wohl größte Faktor der für das Hoch der Szene

verantwortlich ist, dürfte wohl Motorradpilot Valentino Rossi (Abb. 1) sein. Der erst 29 Jährige Italiener wurde bereits 8-mal Weltmeister, 3-mal Vizeweltmeister und 1-mal WM-Dritter. Beim Gehalt von 21 Mio. Dollar ist er verglichen mit den derzeitigen Topverdienern der Formel 1, Fernando Alonso 28 Mio. Dollar und Kimi Raikonen 22 Mio. Dollar in guter Gesellschaft. Wenn man jedoch die Werbeinnahmen, welche die Beliebtheit widerspiegelt, von Valentino Rossi, Alonso und Raikonen betrachtet, verdient er genauso viel wie Alonso und Raikonen zusammen. Rossis jährlichen Werbeeinnahmen betragen 40 Mio. Dollar. Bedenkt man nun, dass er 2006 ein Formel1 Angebot über 100 Mio. Dollar von Ferrari hatte, sieht man die enorme Beliebtheit und den Markwert von Valentino Rossi. -3-

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2. Aufbau von MotoGP-Motorrädern Die wichtigsten Elemente an einem MotoGP Motorrad sind wie in Abb.2 zu sehen der Motor, der Rahmen, die Elektronik, das Fahrwerk, die Reifen, die Verleidung und das Chassis. Auf die Funktion einiger dieser Bauteile wird im Folgetext eingegangen, dabei werden die Konzepte der unterschiedlichen Hersteller gegenübergestellt. Verkleidung

Fahrwerk

Reifen

Chassis/Rahmen

Motor

Elektronik

Bremsen

Abbildung 2: Honda RC211V Quelle: Crash.net

2.1. Motoren Der Motor ist das Herzstück des Motorrads an ihn werden sämtliche Anforderungen gestellt. Die Einbaulage ist bei allen Herstellern senkrecht zur Fahrtrichtung. Der Motor muss ein Maximum an Leistung beim erlaubten Hubraum von 800ccm erreichen. Dabei spielt nicht nur die schiere Leistung, sondern gleichermaßen die Fahrbarkeit eine Rolle. Das bedeutet eine gleichmäßigen Drehmomentverlauf und keine Leistungssprünge wie bei einem „Turboloch“, das hätte Rutscher und unkontrolliertes Beschleunigen am Kurvenausgang zur Folge. Bei der Konstruktion des Motors muss auch noch beachtet werden, dass während des Rennens regelementbedingt nur 21 Liter Kraftstoff verbraucht werden dürfen. Eine weitere Schwierigkeit ist die Realisierung des Ventiltriebs bei Motordrehzahlen von bis zu 19000 U/min, da die Trägheit der Ventilfedern in diesen Drehzahlregionen ein großes Problem darstellt. Alle Motoren verfügen über eine Direkteinspritzung. Die Höchstleistung des vermeintlich stärksten Motorrads, der Ducati, wird auf ca. 240 PS geschätzt.

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2.1.1. Ducati: Ducati verwendet einen 90° V4 Motor mit Screamer Zündfolge, d.h. eine gleichmäßige Zündfolge. Die Ventilsteuerung ist desmodromisch. Mit dieser besonderen Bauweise, der sog. Zwangssteuerung der Ventile, werden Drehzahlen bis zu 19000 U/min erreicht und damit mehr Leistung. Des Weiteren muss der Spagat, bedingt durch das Reglement, zwischen Leistung und Verbrauch vollbracht werden. Auch hier ist die Desmodromik ganz klar im Vorteil. Der Grund: Die zwangsgesteuerten Ventile schließen im Vergleich zu federbelasteten Ventilen extrem schnell und lassen dadurch beim Überschneiden von Ein- und Auslassventil verhältnismäßig wenig Frischgas ungenutzt in den Auspuff entweichen. Somit hat Ducati bislang den Stärksten Motor in der MotoGP- Klasse bezüglich der 21 Liter Verbrauchsgrenze. Die desmodromische Ventilsteuerung, welche diese hervorragende Performance ermöglicht, funktioniert folgendermaßen: Es sind auf der Nockenwelle pro Ventil 2 Nocken, dabei ist eine Nocke für die Öffnung, und die anderer Nocke für die Schließung des

Ventils

Vorgang

wird

zuständig. durch

Dieser Abb.

verdeutlicht.

Abbildung 3: Funktionsweise Desmodromik Quelle: http://www.carbibles.com

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2.1.2. Honda Honda verwendet seit dem im Jahr 2007 geänderten Reglement, das den Hubraum von 990ccm auf 800ccm beschränkt, einen V4 Motor mit einem Winkel zwischen 70° und 75°. Honda verwendet ebenfalls eine Screamer Zündfolge (1, 3, 2, 4). Die Jahre davor (2002-2006) dominierte Honda mit einem V5-Motor die MotoGP-Klasse. Doch die Rechnung, den erfolgreichen V5 um einen Zylinder zu reduzieren, ging nicht auf. Honda hatte Problem mit dem Verbrauch, um dieses Ziel einzuhalten musste man bei der Leistung Kompromisse eingehen. Damit war man jedoch mangels Leistung nicht konkurrenzfähig. Um bessere Sparsamkeit, damit mehr Leistung, zu erreichen musste Honda von den klassischen Ventilfedern abkehren. Deshalb arbeitete Honda mit Hochdruck an einem Motor mit pneumatischen Ventilfedern, welcher nach zahlreichen Problemen Mitte der Saison 2008 zum Einsatz kam. Die theoretische Funktionsweise ist denkbar einfach, ein pneumatischer Zylinder

ersetzt

die

Ventilfeder.

Die

Regulierung erfolgt über Überdruck- und Druckminderventil. Entgegen dem Schema in Abb.4 wird das Ventil angeblich nicht über Tassenstößeln sondern über Schlepphebel gesteuert.

dir

Pneumatische

Ventilfedern

lassen den Motor „leichter laufen“ und erlauben

höhere

Drehzahlen,

durch

die

Einsparung oszillierender Massen ist ein sehr schnelles und vor allem präzises Schließen der Ventile

möglich.

Die

Progressivität

der

Gasfeder hilft dabei. Der Gasdruck kann je nach

Drehzahl

variiert

werden.

Die

Gasversorgung erfolgt über einen externen Vorratsbehälter. Der Vordruck in den Feder beträgt 9-14 bar und steigt bei maximaler Abbildung 4: Schema pneumatische Ventilfeder Quelle: wikipedia.de

Kompression auf 30 bar an. Druckverluste durch

Undichtheiten

werden

vom

Vorratsbehälter ausgeglichen. Die Nachteile gegenüber konventionellen Federn liegen darin, dass sich die Ventile bei einer pneumatischen Feder nicht drehen können und es somit Probleme bei Dichtheit, Last- und Temperaturspitzen zwischen Teller und Sitzring gibt. Bei einem Druckabfall, fallen die Ventile in den Brennraum, ein Motorschaden ist die Folge. -6-

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2.1.3. Yamaha Yamaha setzt bei seinen Motorrädern auf einen Reihen 4 Zylinder (siehe Abb.5) mit pneumatischer Ventilsteuerung. Wie Honda benutzte Yamaha zu Beginn der 800ccm Ära Ventile mit Schraubenfedern. Nachdem sie die gleichen Probleme mit Verbrauch, Leistung und Drehzahl hatten, wechselten sie ebenfalls 2008 auf pneumatische Ventilfedern. Nach der Hubraumreduzierung 2007 wechselten Honda und Ducati vom BigBang zurück zum Screamer. Yamaha hält weiterhin an der BigBang Zündfolge fest. Bei der BigBangZündfolge zünden 2 Zylinder sehr zeitnahe, innerhalb Umdrehung

der

gleichen

zünden

die

Kurbelwellen beiden

anderen

Zylinder, ebenfalls sehr zeitnahe. Der Vorteil des BigBang Konzeptes ist die Fahrbarkeit. Durch die doppelt so große Zündpause wie beim Screamer kann der Reifen eine statische Traktion aufbauen, welche größer ist als die Kinetische (durchdrehendes Rad). Somit hat man eine bessere Traktion, bzw. ein besseres Beschleunigungsvermögen. Abbildung 5: Yamaha Reihe 4 Quelle: Crash.net

gegenüber

dem

Der

Screamer:

Nachteil Weniger

Höchstleistung und Zuverlässigkeit.

2.1.4. Kawasaki Kawasaki baut ebenfalls wie Yamaha einen Reihen 4 Zylinder mit pneumatischer Ventilfeder. Der japanische Motorradhersteller tat es Ducati und Honda gleich und änderte die Zündfolge von BigBang auf Screamer.

2.1.5. Suzuki Suzuki verwendet das gleiche Motorenkonzept wie Honda. Einen V4-Motor mit einem Winkel zwischen 70° und 75°. Die Ventile verfügen über pneumatische Ventilfedern. Die Suzuki Motoren verfügen über eine BigBang-Zündfolge. Suzuki setzt im Gegensatz zu Honda bereits seit Einführung der 800ccm Motoren auf pneumatische Ventilfedern.

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2.2. Elektronik/Traktionskontrolle Etwa seit 2004 werden in der MotoGP-Klasse der Motorradweltmeisterschaft, elektronische Traktionskontrollen (traction control system = TCS) eingesetzt um für eine besser Traktion beim Beschleunigen zu sorgen und um noch näher an den Grenzbereich zu kommen. Zielsetzung ist beim beschleunigen genau an der Grenze zwischen Haft- und Gleitreibung zu sein. Die maximale Kraftübertragung erhält man wenn man geringen Schlupf des Hinterrades zulässt, d.h. die Geschwindigkeit des Hinterrades ist etwas höher als die tatsächliche Geschwindigkeit des Motorrads, ca. 10%. Man bezeichnet es auch als „wheel spin“. Das Problem bei einem Motorrad ist jedoch, dass es schwierig ist eine Referenzgeschwindigkeit zu ermitteln, da sich der Vorderreifen beim Beschleunigen meistens nicht auf dem Asphalt befindet und daher keine Referenz bietet. Diese benötigt man jedoch unbedingt um die reale Geschwindigkeit mit der Geschwindigkeit des Hinderrades abzugleichen. Um dennoch eine Referenzgeschwindigkeit zu bekommen behilft man sich mehrer Sensoren. Man benötigt einen 3D-Beschleunigungssensor, Neigungssensor, GPS-Geschwindigkeitssensor und einen Vorderradgeschwindigkeitssensor (siehe Abb.6 und 7).

Abbildung 6: Kawasaki, Sensoren für TCS Quelle: www.eetimes.com

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Mit diesen Sensoren erhält man eine fülle an Werten, womit unter Beachtung von Schräglage, aufgestiegenem Vorderrad und durchdrehendem Hinerreifen eine brauchbare Referenzgeschwindigkeit in Echtzeit errechnet werden kann. Die Referenz ermöglicht es nun das TCS Ideal auf jede Rennstrecke, jeden Belag und jedes Wetter abzustimmen. Zur besseren Regulierung ist der Fahrer neuerdings nicht direkt über ein Gasseil mit den Drosselklappen verbunden, stattdessen geschieht die Drosselklappensteuerung elektronisch über „ride by wire“. Um dem Fahrer kein allzu synthetisches Fahrgefühl zu vermitteln, setzt Kawasaki auf einen Hybrid aus „ride by wire“ und konventionellem Gasseil. Dabei sind bei 2 Zylindern Gashahn und Drosselklappen über ein Gasseil verbunden. Das Versagen oder ein fehlerhaftes Verhalten der Traktionskontrolle kann zu sog. „Highsidern“ führen, wobei der Fahrer über das Motorrad geschleudert wird. Neben dem TCS werden auch Sensoren zur Digitalisierung des Fahrwerks verwendet (siehe Abb.7). Dabei werden der Federweg und die Einfedergeschwindigkeit über dem Weg aufgezeichnet. Somit kann man das Fahrwerk analysieren und individuell anpassen.

Abbildung 7: Kawasaki, Sensoren für TCS Quelle: www.eetimes.com

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3. Ausblick Die MotoGP-Klasse entwickelte sich in den vergangen Jahren dahingehend, dass es für kleinere Teams und Hersteller schwierig ist, bedingt durch die Kostenexplosion bei der Entwicklung, dort weiterhin zu bestehen. So verabschiedeten sich in den vergangen Jahren das Aprilia-Team, das Ilmor-SuterTeam, Proton-KR-Team (Abb.8) und KTM stellte das MotoGP Engagement kurz vor dem Eintritt ein. Um dieses Teamsterben zu verhindern wurde für die 2009er Saison

eine

durchgesetzt.

Einheitsreifenregel Diese

Maßnahme

macht die Rennen spannender und bringt kleine Teams nicht in die Abbildung 8: Proton-KR musste der Kostenexplosion bereits weichen Quelle: teamkr.com

Not kostenbedingt nur mit B-Reifen anzutreten. Eine weitere Maßnahme

um die MotoGP-Klasse etwas zu enttechnifizieren und wieder das fahrerische Talent hervorzuheben ist ein Verbot der Traktionskontrolle. Die gleiche Regelung hat beispielsweise die Formel 1 wieder spannender gemacht. In der MotoGP ist Schritt auch im Gespräch.

4. Zusammenfassung Die Motorradweltmeisterschaft erfreut sich seit der Einführung der 4-Takt Motoren immer größerer Beliebtheit. Durch diese Maßnahme wurde die bis dahin von Honda und Yamaha dominierte Klasse wieder für andere Hersteller Attraktiv. Somit begann eine neue Ära mit verschiedensten Motorenkonzepte. Bauformen von V5 (Honda) bis Reihe3 (Aprilia) bereicherten die Motorradweltmeisterschaft. Seit der Hubraumreduzierung 2007 von 1000ccm auf 800ccm setzten

jedoch

alle

Hersteller

auf

4

Zylinder.

Reifentechnik

und

elektronische

Traktionskontrollen treiben den technischen Fortschritt der Klasse auf die Spitze, besonders aus finanzieller Hinsicht. Das damit verbundene Teamsterben veranlasste den Organisator dazu für die 2009er Saison eine Einheitsreifenregelung einzuführen. Weitere Maßnahmen, wie das Verbot der Traktionskontrolle sind in Planung.

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5. Literaturverzeichnis

[1]

Stoffregen, Jürgen: Motorradtechnik. Grundlagen und Konzepte von Motor, Antrieb und Fahrwerk. In: Vieweg und Sohn Verlag, Wiesbaden 2006

[2]

Koch, Werner: Stoners MotoGP-Ducati Desmosedici GP7, 12/2007, http://www.ps-online.de/tracktest--stoners-motogp-ducati-desmosedici-gp7.276238.htm

[3]

Pneumatik, aus Motorrad, Ausgabe 2008/03 http://www.motorradonline.de/archiv/sport/pneumatik.273566.htm

[4]

Zündversatz.Big Bang oder Screamer, aus Motorrad, Ausgabe 2007/05 http://www.motorradonline.de/archiv/sport/zuendversatz---big-bang-oder-screamer.252916.htm

[5]

Carey David: Under the Hood: MotoGP elektronics is where the rubber meets the road, 03/2008 http://www.eetimes.com/news/latest/showArticle.jhtml;jsessionid=XMHSOYAXBY1 ZEQSNDLPSKHSCJUNN2JVN?articleID=211601082&pgno=1

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