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Wenn du dir die vielen anderen Artikel in der Genius Community anschaust, fällt dir bestimmt auf: Ständig entwickeln die Daimler-Ingenieure neue und innovative Fahrzeuge und Fahrzeug-Systeme. Alle neuen Fahrzeugmodelle müssen natürlich vorher geprüft werden, um zu gewährleisten, dass alles, was sich die Entwickler im Vorfeld überlegt haben, auch in der Praxis einwandfrei funktioniert.

Dafür werden Simulationen durchgeführt. Was da genau simuliert wird, erfährst du gleich. Auf jeden Fall helfen Simulationen dabei, abzusichern, dass die Konstruktionen wirklich funktionieren. Außerdem werden sie angewendet, um einzelne Bauteile oder das ganze Fahrzeug immer weiter zu verbessern. Nahezu jedes Bauteil eines Fahrzeugs und jede Funktion wird heute mit Hilfe von Simulationen entwickelt.

Virtuelle Prototypen als Versuchskaninchen

Als Erfinder des Automobils begann Daimler auch als erster damit, zu untersuchen, wie ein Auto konstruiert werden muss, damit die Insassen bei einem Unfall bestmöglich geschützt werden. Heute werden Crash-Versuche nicht nur von Automobilherstellern sondern auch von zahlreichen unabhängigen Instituten, wie z.B. dem ADAC durchgeführt. Dabei wird das Verhalten von Fahrzeugen bei einem Unfall analysiert und bewertet. Moderne Fahrzeuge müssen strenge Anforderungen erfüllen, um wettbewerbsfähig zu sein oder überhaupt zugelassen zu werden.

Bei der Entwicklung eines neuen Fahrzeuges wird deshalb von Anfang an darauf geachtet, dass die neue Konstruktion im Crash so gut wie möglich funktioniert. Dabei werden zwar auch reale Crash-Versuche durchgeführt, jedoch müssen hierfür Prototypen zerstört werden, die unheimlich teuer sind. Mit Hilfe der Simulation kann man heute nicht nur auf so manchen Versuch verzichten, sondern viel mehr Informationen gewinnen, als ein realer Crash-Test liefern kann.

Wie in der Realität muss auch für eine Simulation das Fahrzeug erst einmal gebaut werden. Hierzu wird am Computer für jedes einzelne Bauteil ein 3D-Modell erstellt. Zusammengesetzt ergeben sie ein virtuelles Fahrzeug – das sogenannte Simulationsmodell.

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Das Fahrzeug steht nun fix und fertig in der virtuellen Crash-Anlage. Nun wird festgelegt, wie der Crash-Versuch genau ablaufen soll: Mit welcher Geschwindigkeit prallt das Fahrzeug auf die Barriere auf? Welche Masse hat das Fahrzeug und welche Barriere wird verwendet? Das ist wichtig, denn in der Fahrzeugentwicklung werden für eine bestimmte Aufgabe oft mehrere unterschiedliche Lösungen erarbeitet. Diese kann man natürlich nur miteinander vergleichen, wenn die virtuellen Versuchsbedingungen genau eingehalten werden. Das Ziel ist es dann, die beste Lösung herauszufinden und weiter zu verbessern.

Jede Simulation ist nur dann nützlich, wenn die Realität so gut wie möglich vorhergesagt wird. Crash-Simulationen sind deshalb besonders kompliziert: Einerseits spielt sich das gesamte Geschehen in Bruchteilen einer Sekunde ab und andererseits wird die Fahrzeugstruktur in diesem Augenblick sehr stark beschädigt.

So wie ein gesamtes Fahrzeug aus unzähligen Einzelteilen besteht, muss auch für jedes Bauteil bekannt sein, wie es sich unter derart extremen Belastungen verhält und wann es eventuell reisst oder bricht. Solche Eigenschaften werden zum Beispiel ermittelt, in dem einzelne Bauteile oder Bauteilproben vergleichbaren Beanspruchungen ausgesetzt werden. Die dabei ermittelten Daten müssen anschließend in das Simulationsmodell übertragen werden.

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Das fertige Simulationsmodell beinhaltet alle Daten, die benötigt werden, um die Simulation von einem Supercomputer berechnen zu lassen. Der braucht 1-2 Tage reine Rechenzeit und spuckt anschließend die Ergebnisse aus. Diese werden als Animation oder Video aufbereitet. Dabei kann man sich am Bildschirm durch das Fahrzeug bewegen, einzelne Bauteile oder Baugruppen ein- und ausblenden oder auch nur bestimmte Bereiche vergrößert darstellen.

Das klingt alles sehr kompliziert – und das ist es auch. Bis zur Fertigstellung eines Simulationsmodells vergehen mehrere Wochen. Anders als in der Realität kann das virtuelle Fahrzeug nach dem Crash-Test jedoch wieder in den Ausgangszustand zurückversetzt werden – es wird ja nicht wirklich zerstört. Somit können mit einem Simulationsmodell beliebig viele verschiedenartige Crash-Versuche durchgeführt werden. Oder es wird das virtuelle Fahrzeug verändert, um die Konstruktion zu verbessern. Anschließend wird simuliert, wie sich die Veränderung auf das Crashverhalten auswirkt.

Crash für Cash

Eine typische Crash-Simulation ist der so genannte Reparatur-Crash. Dieser Test wird durchgeführt, um das Verformungsverhalten eines Fahrzeugs bei einem vergleichsweise leichten Unfall zu analysieren. Bei der Fahrzeugentwicklung ist dies entscheidend, weil man hier schon daran denkt, die späteren Reparaturkosten so gering wie möglich zu halten. Deshalb wird darauf geachtet, dass im Reparatur-Crash keine teuren Komponenten, wie z.B. der Kühler, beschädigt werden und die beschädigten Teile schnell und kostengünstig wieder repariert werden können. Das Interesse des Kunden steht also stets im Vordergrund und natürlich wirkt sich das auch auf die Lebensdauer des Fahrzeugs aus.

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Auf Basis der Crash-Ergebnisse und der daraus resultierenden Reparaturkosten werden die Typklassen für die Kfz-Versicherung festgelegt. Abhängig von den Typklassen wird die Versicherungsprämie durch das Versicherungsunternehmen festgelegt. Die aktuellen Typklassen für das eigene Fahrzeug kann man unter http://www.gdv-dl.de/typklassenverzeichnis.html abfragen. Schau doch zum Beispiel mal nach, zu welcher Typklasse das Auto deiner Eltern gehört. Je besser das Fahrzeug in der Entwicklung optimiert wurde, umso geringer ist der spätere Versicherungsbeitrag für den Fahrer.

Eine zündende Idee

In den USA starben Mitte der Sechzigerjahre rund 51.000 Menschen im Straßenverkehr, in Europa über 66.000 und in Deutschland knapp 16.000. Diese Zahlen bewegten die Sicherheitsexperten von Mercedes-Benz zum Ausbau der Sicherheitssysteme in Fahrzeugen und zur Entwicklung des Airbags.

Rate mal, was ihnen dabei als Inspiration diente? Nein, kein Luftballon, sondern eine Weltraumrakete. Bei dieser wird nämlich Gas ausgestoßen, wodurch die Rakete einen Schub bekommt und abhebt. Das gleiche Prinzip kommt beim Airbag zum Tragen, nur dass das Gas in einem Luftsack aufgefangen wird, der sich dadurch aufbläst. Im Detail sieht das so aus:

Prallt ein Fahrzeug im beschleunigten Zustand auf einen Gegenstand auf, wird von mehreren kleinen Sensoren ein Signal an das zentrale Airbagsteuergerät gesendet. Dieses analysiert den Aufprall und entscheidet, ob die Auslösung von Gurtstraffern oder von Airbags notwendig ist. Bei Letzterem sendet es ein Signal an einen Gasgenerator, in dem durch einen Feststofftreibsatz oder Hybridgenerator eine kontrollierte Verbrennung mit hoher Geschwindigkeit erzeugt wird. Das dabei freigesetzte Gas bläst den Airbag auf. Das Ganze dauert nicht einmal eine Sekunde. Je nach dem, wo der Aufprall passiert, werden die entsprechenden Airbags bedarfsgerecht aufgeblasen. Neben den Frontairbags im Lenkrad und Armaturenbrett des Beifahrers gibt es „Sidebags“ in den Sitzlehnen, „Headbags“ in den Türen und „Windowbags“ in den seitlichen Dachrahmen.

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Airbags im SL
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Seitenaufprallschutz durch Airbag in der Lehne
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Crash im Computer - Funktionsweise des Airbag
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Luftpolster im Lenkrad: Als Ergänzung zum Sicherheitsgurt fängt der Airbag beim Frontal-Crash Kopf und Oberkörper auf und schützt vor schweren Verletzungen.
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Innenraumansicht bei ausgelösten Airbags
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Crash-Test: Airbag löst aus

Nur heiße Luft?

Das Sicherheitspotenzial von Airbags wurde allerdings lange Zeit angezweifelt. Die Mercedes-Benz-Entwickler hielten aber an dem Projekt fest und stellen 1980 den weltweit ersten Fahrer-Airbag in einem Serienfahrzeug der Öffentlichkeit vor. Einstige Zweifler konnten die Entwickler beruhigen. Der Festtreibstoff hinterlässt nach der Auslösung nur ungefährliche Gase und geringe Mengen Wasser –und Sauerstoff. Zusätzlich führten sie einen sehr viele Test durch. Dder erste Airbag wurde nach mehr als 250 Crashtests und über 7 Millionen Testkilometern in einem Serien-PKW eingesetzt.

Der Airbag als Lebensretter

Die Mercedes-Benz-Sicherheitsexperten wollten aber das Airbag-Konzept noch weiter ausbauen und so wurde 1988 der Beifahrer-Airbag eingeführt. 1992 wurden alle Mercedes-Benz-Modelle serienmäßig mit Fahrer-Airbag und zwei Jahre später auch mit Beifahrer-Airbag ausgestattet.

Mittlerweile wurden in Deutschland seit 1990 über 2.500 Autoinsassen durch Airbags vor tödlichen Verletzungen geschützt. In den USA hat der Airbag seit 1987 sogar schon über 14.200 Menschen das Leben gerettet. Gut also, dass die Mercedes-Benz-Entwickler trotz aller Zweifel der Behörden weiter gemacht haben.

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