Ob in der Entwicklung neuer Fahrzeuge, im Rennsport oder bei autonomen Systemen – wer verstehen will, wie sich ein Fahrzeug auf der Straße bewegt, muss die Bewegungsrichtung exakt bestimmen. Zwei Winkel spielen dabei eine entscheidende Rolle: der Schwimmwinkel und der Schräglaufwinkel. Sie liefern tiefere Einblicke in die Fahrdynamik und helfen, Fahrverhalten, Sicherheit und Performance signifikant zu verbessern.
Was ist der Schwimmwinkel?
Schwimmwinkel β
Der Schwimmwinkel (engl. „slip angle“) beschreibt den Winkel zwischen der Bewegungsrichtung des Fahrzeugschwerpunkts und dessen Längsachse. Kurz gesagt: Er zeigt an, wie stark das Fahrzeug „schwimmt“, also quer zur Längsachse driftet. Besonders relevant ist dieser Winkel bei dynamischen Manövern, wie plötzlichen Ausweichbewegungen oder dem Fahren auf rutschigem Untergrund.
Da eine direkte Messung am Schwerpunkt häufig nicht möglich ist, kann der Schwimmwinkel auch an anderen Stellen am Fahrzeug erfasst und anschließend über bekannte Bewegungsgrößen wie Drehrate und Geschwindigkeit auf den Schwerpunkt zurückgerechnet werden.
Was ist der Schräglaufwinkel?
Der Schräglaufwinkel ist der Winkel zwischen Einschlag und Bewegungsrichtung des Rades
Der Schräglaufwinkel tritt an den Reifen auf – und zwar immer dann, wenn das Fahrzeug eine Kurve fährt. Er beschreibt den Winkel zwischen der tatsächlichen Bewegungsrichtung des Rads und dessen Ausrichtung (Lenkeinschlag). Diese Abweichung entsteht durch die elastische Verformung der Reifenaufstandsfläche und ist eng mit der Seitenführungskraft verbunden, die ein Reifen aufbauen kann.
Wird der Sensor direkt am Rad montiert, lässt sich dieser Winkel präzise messen. In der Praxis ist der Schräglaufwinkel essenziell für die Entwicklung von Fahrdynamiksystemen, etwa für:
- ESP / ABS / TCS
- Spurverlassens-Warner und Spurhalteassistenten
- Autonome Fahrzeuge
- Rennsport-Optimierung
Wie werden Schwimm- und Schräglaufwinkel gemessen?
Indirekte Messung mit Inertialsystemen
Eine weit verbreitete Methode ist der Einsatz von Inertialsystemen, die Beschleunigungs- und Drehratensensoren mit GPS kombinieren. Diese Systeme erfassen die Fahrzeugbewegung auf Basis integrierter Sensorsignale. Dabei wird der Schwimmwinkel nicht direkt gemessen, sondern aus den Bewegungsdaten errechnet. Vorteile sind die Vielzahl erfasster Messgrößen, die die Systeme liefern. Jedoch bringen sie auch klare Einschränkungen mit sich:
- Nur bei dynamischer Fahrt zuverlässig: Die Berechnung des Schwimmwinkels setzt ausreichende Beschleunigungen voraus – bei langsamer Fahrt ist die Messung unzuverlässig oder nicht möglich.
- Hohe Leistungsaufnahme: Systeme benötigen typischerweise bis zu 30 W, was die Energieeffizienz beeinträchtigt.
- Hohe Masse: Plattformen wiegen bis zu 3,5 kg, was die Integration in bestimmte Anwendungen erschwert.
- Radmontage oft nicht praktikabel: Die Systeme werden typischerweise im Fahrzeuginneren verbaut – eine Montage am Rad zur Erfassung des Schräglaufwinkels ist nur schwer umsetzbar.
Direkte Messung mit optischem Sensor – Optical Flow
Im Gegensatz dazu basiert die optische Messung auf direkter Erfassung der Fahrbahnbewegung mittels Bildverarbeitung oder Ortsfrequenzverfahren. Die Fahrbahnoberfläche wird dabei visuell erfasst und Bild für Bild analysiert. Die Veränderung von Strukturpunkten ermöglicht die präzise Berechnung von Geschwindigkeit und Bewegungsrichtung – und damit von Schwimm- und Schräglaufwinkel. Diese Methode ist berührungslos, schlupffrei und liefert exakte Ergebnisse, unabhängig von der Fahrzeuggeschwindigkeit.
Und: Nur das optische Verfahren misst den Schwimmwinkel direkt. Der OMS 7 von Sensoric Solutions erreicht dabei eine außergewöhnliche Genauigkeit von besser als 0,1° – ganz ohne Umwege über Modellrechnungen oder externe Stützsignale.
Warum der OMS 7 von Sensoric Solutions der ideale Sensor ist
Der optische Sensor OMS 7 von Sensoric Solutions wurde speziell für die Messung der Fahrzeugbewegung auf Basis des bewährten Ortsfrequenzverfahrens entwickelt. Sein Aufbau und seine Eigenschaften machen ihn zur idealen Wahl für anspruchsvolle Messaufgaben:
- Direkte, berührungslose Messung mit bis zu 1 kHz Update-Rate – ideal für hochdynamische Fahrmanöver
- Hohe Genauigkeit: Geschwindigkeit besser als 0,2 %, Schwimmwinkel mit einer Präzision von bis zu 0,1°
- Universelle Montage am Fahrzeug oder direkt am Rad (z. B. mit Spannzangen, Magnet- oder Saughalter)
- Zuverlässigkeit auch in Tunneln, urbanen Gebieten oder bei schlechtem GPS-Empfang
- Schnelle Einsatzbereitschaft: Keine Initialisierung notwendig
- Robust und kompakt: Ideal für den Rennsport und Feldversuche
- Energieeffizient: Leistungsaufnahme unter 25 W, integrierte USV schützt vor Unterspannung
Besonders spannend: Der OMS 7 funktioniert auf allen Straßenbelägen – von Asphalt über Beton bis hin zu Schotter – und liefert auch dort präzise Werte, wo andere Systeme längst an ihre Grenzen stoßen.
Fazit:
Wenn es um die präzise und zuverlässige Erfassung von Schwimm- und Schräglaufwinkeln geht, ist der OMS 7 von Sensoric Solutions die klare Wahl. Mit seinem direkten Messprinzip, seiner hohen Dynamik und seinem einfachen Handling bietet er die perfekte Kombination aus Praxistauglichkeit und technischer Präzision – für alle, die bei der Fahrdynamik keine Kompromisse machen.