Technik-Report Antiblockiersystem (Archivversion) 20 Jahre ABS

1988 präsentierte BMW das erste Serienmotorrad mit ABS. Seitdem hat sich die Technik zwar weiterentwickelt, aber immer noch müssen viele Modelle ohne den Blockierverhinderer auskommen.

Drohend schwingt der baden-württembergische Staatssekretär im Innenministerium, Rudolf Köberle, die Keule: "Motorräder ohne ABS sollten nicht mehr zugelassen werden." Seine Begründung: Nur so ließen sich die Hersteller zum Handeln bewegen. MOTORRAD trat bereits vor Jahren vehement für ein breit gefächertes Angebot an ABS-Maschinen ein. Und in der Zwischenzeit ist Fakt, dass bei den Neuzulassungen in Deutschland rund die Hälfte der Motorräder mit einem ABS ausgerüstet ist (siehe Seite 9). Warum aber ist gerade bei Motorrädern ein Antiblockiersystem so wichtig?


Die fahrphysikalischen Grundlagen

Machen wir uns zunächst noch einmal klar, weshalb ein blockiertes Rad so gefährlich und unbeherrschbar ist. Denn ganz hemdsärmelig betrachtet ist es doch völlig wurscht, ob ein Reifen blockiert über den Asphalt rubbelt oder ob die Räder an der Rutschgrenze entlangrollen. Auf den ersten Blick verspricht das voll blockierte Rad sogar eine bessere Verzögerung, weil es sich mit dem scheinbar größten Widerstand gegen die Fahrgeschwindigkeit stemmt.

Aber genau hier liegt der wunde Punkt einer Blockierbremsung: Sobald die Paarung Reifengummi/Asphalt von der Haftreibung in eine Gleitreibung übergeht, sinkt der Reibungskoeffizient. Diesen Effekt kennt jeder, der eine schwere Last über den Boden schleifen will: Rutscht das Teil erst einmal, geht es plötzlich viel leichter. Am meisten Kraft kann ein Reifen dann übertragen, wenn der Schlupf recht gering ist. Ein gebremster Reifen mit beispielsweise fünf Prozent Schlupf legt an seinem Umfang bei einem Meter Fahrstrecke nur 95 Zentimeter zurück. Durch dieses permanente Reiben gräbt sich der Gummi regelrecht in die Oberflächenrauigkeiten der Straße ein, erst dadurch ist eine optimale Haftung möglich.

Das größte Problem bei dieser Gratwanderung ist der Mensch, der diesen schmalen Grenzbereich zwischen möglichst effizienter Verzögerung und blockierendem Vorderrad per Hand- und Fußkraft ohne jegliche objektive Sensorik beherrschen muss. Besonders kniffelig wird das in Notsituationen, in denen der Schreck eine fein kontrollierte Bremsung fast unmöglich macht. Blockiert das Rad tatsächlich, kann es praktisch keinerlei Seitenkräfte, also Lenkbewegungen übertragen. Was dazu führt, dass das Motorrad seine Stabilität verliert, zumal die stabilisierenden Kreiselkräfte des sich drehenden Vorderrads fehlen.


Historie des ABS

Aufgrund oben genannter physikalischer Gesetzmäßigkeiten wurden schon in den 1930er Jahren Patente für blockierfreie Bremsen eingereicht. Mitte der 70er hielt der Blockierverhinderer im Automobilsektor Einzug, allen voran das Bosch-ABS in Mercedes-Modellen. 1983 testete Motor-radlegende Helmut Dähne das halbmechanische Motorrad-ABS vom englischen Hersteller Girling – und war begeistert: "Bei Nässe ist das System selbst erfahrenen Profis überlegen." Fünf Jahre später preschte BMW mit einer dramatisch inszenierten Kampagne (siehe Foto Seite 30/31) vor und bereitete den Weg, dem sich die Japaner nur zögerlich anschlossen. Obwohl damals noch zehn Kilogramm schwer und fast 2000 Mark teuer, orderte der Großteil der Kundschaft die K-Modelle mit ABS. Erst 1991 rüstete Honda den Tourendampfer ST 1100 mit ABS aus. Leichter, billiger sowie mit hohen Rechnerkapazitäten ausgestattet, profitieren inzwischen auch viele Mittelklassemodelle von der aktiven Bremshilfe.

Nur zwei Motorradgattungen sind bislang von diesem Sicherheitsfortschritt weitgehend ausgenommen: Supersportmaschinen und Chopper/Cruiser. Wobei gerade bei diesen beiden Gattungen konstruktive Eigenheiten den Bremsvorgang zum diffizilen Balanceakt machen. Allein deshalb stellt sich die Frage, warum die Industrie ausgerechnet bei diesen Motorrädern auf ABS bislang verzichtet hat.


Chopper und Supersportler im Praxistest

Um das Problem beider Motorradtypen transparent zu machen, testete MOTORRAD das Bremsverhalten an drei unterschiedlichen Maschinen. Als Vertreter der Cruiser-Fraktion rollt die Suzuki M 1800 R an den Start, mit den gewaltigen Bremsen eines Supersportlers, aber ohne ABS, 348 Kilogramm schwer und mit tiefem Schwerpunkt. Als zweite Testmaschine tritt die BMW HP2, der erste Supersportler mit ABS, in den Ring. Supergriffige Metzeler K3-Rennsportreifen auf den Felgen, kaum 200 Kilogramm schwer und von 320er-Bremsscheiben gestoppt, bringt der Sport-Boxer alles mit, was auf den ersten Blick für einen rekordverdächtig kurzen Bremsweg notwendig ist. Als Referenz in Sachen Gutmütigkeit und verlässliche ABS-Funktion ist Hondas CBF 1000 mit von der Partie. Bei allen ABS-Tests von MOTORRAD mit Lob überhäuft, ist der Bestseller die Messlatte, wenn es um sicheres Bremsen in der beliebten Allroundklasse geht.

Die erste Standardprüfung: Vollbremsung aus 100 km/h auf trockenem, griffigem Asphalt. Eine Herausforderung, die für die routinierten Piloten eher harmloser Natur ist, weil solche Messungen tagtäglich anstehen. Allerdings nicht mit der Suzuki M 1800 R. Der im Lauf der Jahre verinnerlichte Prozess, ein Motorrad mit sanft steigendem Druck überwiegend über die Vorderradbremse zu stoppen, schlägt bei ihr fehl. Das Vorderrad zieht sofort meterlange schwarze Streifen, keilt, schräg eingeschlagen, aus der Spur und bringt die Massen in Wallung. Erst nach einem Dutzend Messfahrten findet der Testfahrer die richtige Balance zwischen Vorder- und Hinterradbremse, denn Letzterer kommt bei hecklastigen, niedrigen Choppern/Cruisern eine viel bedeutendere Rolle als bei anderen Motorradgattungen zu. Hat man diese Eigenart verinnerlicht, lassen sich auch mit dem Cruiser erstaunlich gute Bremswege von rund 41,5 Metern (9,3 m/s²) realisieren. Wohlgemerkt: nachdem sich Profis auf abgesperrtem Testgelände allmählich an die Grenzen herantasteten.

Wie soll das der Freizeit-Pilot in einer Schrecksituation managen? Es bleibt die latente Gefahr, das Vorderrad blitzartig zu überbremsen und somit in akute Sturzgefahr zu geraten. Der Grund: Durch die Kombination von langem Radstand und extrem tiefem, hecklastigem Schwerpunkt (siehe Skizze unten) wird das Vorderrad auch bei maximaler Verzögerung nur mit etwa 85 Prozent des Gesamtgewichts auf den Asphalt gepresst. Dementsprechend kann vorn auch nur 85 Prozent der Bremskraft übertragen werden. Ein Stoppie ist unmöglich, bei höherer Bremskraft rutscht zwangsläufig das Vorderrad weg. Somit muss das Hinterrad die restlichen 15 Prozent der Achslast und damit der Bremskraft übertragen. Zudem ist bei Choppern/Cruisern das Jonglieren entlang der Rutschgrenze schwierig, weil der inaktiv sitzende Fahrer wenig Gefühl für das Vorderrad hat.

Unabhängig von der Motorradgattung ist in Notsituationen der schnelle Aufbau der Bremskraft eine schwierige, aber entscheidende Phase des Bremsvorgangs. Denn die dynamische Radlastveränderung hinkt der Bremskraft zunächst ein wenig hinterher. Wenn man in einer Paniksituation aus voller Fahrt brutal die Bremse reinhaut, blockiert das Vorderrad augenblicklich. Erst wenn die Gabel als Folge der veränderten dynamischen Radlastverteilung eintaucht, ist die maximale Bremskraft übertragbar. (Manche Rennprofis tippen daher zunächst leicht auf die Hinterradbremse, um das Vorderrad zu belasten. Auch aus diesem Grund ist in Schrecksituationen ein ABS besonders hilfreich.)

Eine weitere Stärke der Blockierverhinderer ist ihr Verhalten bei Reibwertsprüngen, also dem abrupten Wechsel der Oberflächenbeschaffenheit der Fahrbahn. Das simulieren beim Test mit der dicken Suzi mehrere ein Meter breite Sandstreifen. Solche Versuche dienen dazu, die Regelqualität des ABS oder, im Fall der ABS-losen Suzuki, des Fahrers zu überprüfen. Wobei selbst die Profitester bei solchen Aufgaben klein beigegeben und hinten voll bremsen, vorn dagegen nur halbherzig, ohne tatsächlich die griffigen zehn Meter Asphalt zwischen den glatten Sandstreifen mit der Vorderradbremse optimal zu nutzen. Was dem Menschen nur mit viel Übung und einer gesunden Portion Mut gelingt, kann ein gutes ABS mit Lässigkeit und perfekter Bremsbalance erledigen. Insbesondere deshalb, weil sich das Problem eines Überschlags bei einer Vollbremsung mit Choppern/Cruisern nicht stellt und das ABS ausschließlich den optimalen Schlupf der Reifen steuern muss.

Wobei wir schon beim nächsten Durchgang wären: der Vollbremsung mit der Sport-BMW. Auf der Anlaufstrecke zackig beschleunigt, einen Gang nach dem anderen durchgetreten, beim markierten Messpunkt voll in die Eisen – und den Salto nach vorn im letzten Moment durch Lösen der Vorderradbremse verhindert. Uff – bleiche Gesichter beim Mess-Personal, ein kurzes, ungläubiges Kopfschütteln beim Testfahrer. ABS hin oder her, solche Kapriolen sind es, die den Einsatz bei Supersportmaschinen weiterhin in Frage stellen. Obwohl die BMW HP2 Sport eine sogenannte "Überschlagserkennung" im elektronischen Rechenzentrum hinterlegt hat, lässt sich das weit abgehobene Hinterrad nahezu beliebig reproduzieren. Was nichts daran ändert, dass der Boxer mit aktiviertem ABS nach nur 39,4 Metern (9,8 m/s²) zum Stehen kommt – solange das Hinterrad am Boden bleibt. Ein Umstand, der bei Sportmotorrädern, bedingt durch den kurzen Radstand und einen relativ hoch angesiedelten Schwerpunkt, zwangsläufig die Grenzen der Bremsverzögerung bei trockener Strecke steckt.

Die Überschlagsproblematik verschärft sich beim Bremsversuch mit Reibwertsprung noch. Kaum hat das ABS auf den Sand reagiert und ein blockierendes Vorderrad verhindert, packen die Bremsbeläge nach Durchfahren der Sandpassage dermaßen zu, dass es das Hinterrad regelrecht vom Boden reißt. Bei einem Sport-ABS ist also noch längst kein befriedigender Entwicklungsstand erreicht, und man darf sehr gespannt sein auf Hondas ABS-gebremste CBR 600 RR, die die Japaner gegen Ende dieses Jahres in die freie Wildbahn, sprich Rennstrecke, entlassen.

Als letzten Punkt der Messfahrten lotete MOTORRAD aus, wie weit das fein regelnde und nicht zu aggressiv abgestimmte ABS der Honda CBF 1000 Bremsungen in Schräglage wegsteckt. Obwohl die Antiblockiersysteme von allen Herstellern als nur bedingt schräglagentauglich deklariert werden, griff der Testfahrer in der Kreisbahn mit 46 Meter Durchmesser bei einer Schräglage von zirka 35 Grad abrupt in die Vorderradbremse. Mit dem Ergebnis, dass das Rad laut Datarecording in einen maximalen Schlupf von etwa 20 Prozent geriet, damit meilenweit von einer Blockade entfernt einen Sturz wirkungsvoll verhinderte.

Umso heftiger kämpfte der Fahrer gegen eine harte Lenkreaktion, die die Gabel um fast zehn Grad zur Kurveninnenseite verdrehte, wodurch sich die Honda massiv aus der Schräglage aufstellte (siehe Fotos und Diagramm links). Was jedoch nicht dem ABS, sondern der konstruktiven Auslegung von Lenkkopfwinkel, Nachlauf und Reifenbreite zuzuschreiben ist, die jedes Motorrad in ähnlicher Form aufweist. Abhilfe kann nur ein ABS schaffen, das abhängig von der jeweiligen Schräglage entsprechend sanft den Bremsdruck aufbaut. Damit solch eine intelligente Regelung gelingt, müssen in Zukunft mehrere Sensoren die Parameter erfassen, die das ABS nicht nur kurventauglich, sondern insgesamt feinfühliger und sicherer machen.


Die Weiterentwicklung der ABS-Technik

Das Problem bei der Erkennung kritischer Fahrzustände liegt darin, dass der erfasste Ist-Zustand trotz schnellster Rechner nicht mehr rechtzeitig die notwendige Steuerung des Bremsdrucks zulässt. Als Beispiel dafür steht der mögliche Überschlag nach vorn. Das Problem beginnt hier bei der Erkennung eines Überschlags bereits im Ansatz. Um in jeder Situation sämtliche Roll- und Nickbewegungen zu erfassen, bräuchte der Bordcomputer einen Kreisel (Gyro). Hubschrauber besitzen so ein Teil, selbst Modellhubschrauber. Derzeit arbeitet die "Überschlagserkennung" der ABS-Rechner mit einer simplen Plausibilitätsabfrage: Aus aktueller Verzögerung und dem Schlupfabgleich der beiden Räder wird errechnet, ob das Hinterrad gerade abhebt. Dabei "verrechnen" sich die Bordcomputer häufig, was dazu führt, dass das ABS bereits weit vor der Schlupfgrenze regelt, zum Beispiel bergab auf Bodenwellen. Andere Systeme lösen das Problem noch einfacher, indem die Maximalverzögerung begrenzt wird.

Ohnehin bleibt im Fall eines drohenden Überschlags wenig Zeit, den Bremsdruck abzubauen. Der Grund: Die starke Nickbewegung der Maschine und die entsprechende Massenkraft sind in diesem Moment nicht mehr zu stoppen. Als Lösung dafür geht man den Weg, dass bereits während des Aufbaus des Bremsdrucks am Vorderrad eine Kennlinie hinterlegt ist, deren Überschreitung signalisiert, dass sich das Fahrzeug nach vorn überschlagen kann. Dazu könnten sich Infrarot-Sensoren gesellen, die an Vorder- und Hinterrad die jeweiligen Gummitemperaturen erfassen und dem System vor jeder Bremsung wichtige Informationen liefern. Schließlich hat die Haftfähigkeit eines Reifens, die immens von der Temperatur abhängt, grundlegenden Einfluss auf den Bremsweg und damit auf den maximal möglichen Bremsdruck im System.

Ein großes Problem beim Zweirad ist die dynamische Radlastverteilung, welche sich nicht durch das ABS selbst, sondern nur durch clevere, blitzschnell durchgeführte Geometrieänderungen beeinflussen lässt. Eine Möglichkeit, den Gesamtschwerpunkt vor der Bremsung abzusenken und damit mehr Last aufs Hinterrad zu bekommen, wäre eine hydraulisch oder elektronisch angesteuerte Niveauregulierung am Heck. Honda geht beim Sport-ABS der neuen CBR 600 RR einen raffinierten Weg: Dort wird über eine Verbundsteuerung zunächst kurz die Hinterradbremse betätigt und so die Federung vorgespannt, um die Überschlagsneigung zu mindern. Eines ist klar: Die Motorradtechnik wird sich in Zukunft neben der eisernen Energieeinsparung auch immer mehr der aktiven Sicherheit zuwenden müssen. Ob mit oder ohne politische Repressalien.

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