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Mehr Sicherheit im Seitencrash

Motivation

Nach Angaben des European Transport and Safety Council (ETSC) von 2001 ist der Anteil der Seitenaufpralle (25%) bei Autounfällen auf europäischen Straßen annähernd so hoch wie der Anteil der Frontalzusammenstöße (28%). Beim Seitenaufprall stellen Verletzungen an Kopf und Thorax das Hauptproblem dar. Während Kopfverletzungen durch Airbags deutlich vermindert werden können, ist besonders die Vermeidung von Thoraxverletzungen verbesserungswürdig. Im Gegensatz zum Frontalunfall ist im Falle eines Seitenaufpralls nur eine sehr geringe Knautschzone vorhanden, die Unfallenergie kann daher im Zielfahrzeug nur ungenügend abgebaut werden. Herkömmliche passive Systeme (Seitenaufprallträger) können durch entsprechend steife Auslegung zwar die Intrusionstiefe in den Fahrzeuginnenraum verringern, die biomechanischen Belastungen auf die Fahrzeuginsassen durch den ver-gleichsweise harten Aufprall steigen hierdurch allerdings enorm an. Einen Ansatz zur Verbesserung der beschriebenen Situation stellt die Verwendung eines Pre-Crash Systems in Verbindung mit Aktoren auf Basis von so genannten Wandlerwerkstoffen dar. Hierbei werden mit Hilfe von geeigneten Pre-Crash-Sensoren ständig Daten über das Geschehen in der Umgebung eines Fahrzeugs an ein Kontrollsystem geleitet. Dieses System wertet die Infor-mationen bezüglich eines potentiellen Unfalls aus und entscheidet innerhalb weniger hundert Millisekunden, welche geeigneten Gegenmaßnahmen eingeleitet werden müssen. Vorgenannte Aktoren reagieren entsprechend den Anforderungen und nehmen aktiv Einfluss auf das mechanische Verhalten der Karosseriestruktur. Sie passen beispielsweise Steifigkeit oder Dämpfungseigenschaften an das zu erwartende Unfallgeschehen an. Wie Simulationsergebnisse zeigen, können hierdurch die Beanspruchungen der Fahrzeuginsassen entscheidend verringert, schwerwiegende Verletzungen vermindert werden.

Projektinhalt und Ergebnis

Die zur Beeinflussung der Fahrzeugstruktur eingesetzten Aktoren basieren auf Wandlerwerkstoffen. Dies sind Materialien, die besonders unter Einfluss eines elektrischen, magnetischen oder thermischen Feldes ihre mechanischen Eigenschaften oder die Form ändern. Am Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF greift man zur Entwicklung von Systemen im Bereich der aktiven Crashsicherheit zurzeit vorwiegend auf metallische Formgedächtnislegierungen (FGL) aus NiTi zurück. Ein erstes bisher praktisch umgesetztes Konzept stellt einen Verriegelungsmechanismus mit FGL-Aktoren dar, der im Crash-fall zur gezielten Verbindung der Tür mit den umliegenden Strukturbereichen verwendet wer-den kann. Im Gegensatz zu herkömmlichen pyrotechnischen Lösungen wird hier eine Reversibilität des Verriegelungsvorgangs ermöglicht. Fehlauslösungen können somit, zugunsten einer höheren tolerierbaren Sensorunsicherheit bzw. Crashsicherheit, in beschränktem Umfang akzeptiert werden, so dass schon vor dem eigentlichen Crash Schutzmaßnahmen eingeleitet werden können. Die typische Auslösezeit des beschriebenen Verriegelungsmechanismus liegt deutlich unter 50 ms. Als Energiespeicher zur schlagartigen thermischen Aktivierung der Formgedächtnislegierung dient ein Kondensator. Nach der aktorischen Funktionsvalidierung mittels eines Demonstrationsmodells wurde am Fraunhofer LBF inzwischen bereits eine dritte Generation mit geringeren Abmaßen, niedrigerem Gewicht und verbesserter Rückstellung implementiert. Die Kapazität des notwendigen Kondensators konnte durch Optimierungsmaßnahmen um den Faktor 20 verringert werden. Damit kann dieser kompakter ausgeführt z.B. in den Holmen der Karosserie eingearbeitet werden.

Kundennutzen

Der vorgestellte Prototyp eines Verriegelungsmechanismus zeigt sehr gut das große Potential aktiver Systeme und intelligenter Werkstoffe zur Verbesserung der Fahrzeugcrashsicherheit. Bei einem gleichzeitigen deutlichen Gewinn an Sicherheit lässt sich mit aktiven Systemen zusätzlich gegenüber vergleichbaren passiven Lösungen das Fahrzeuggewicht weiter senken und der Komfort erhöhen.
Neben der beschriebenen Anwendung im Crashbereich ist der Einsatz des Verriegelungsmechanismus in zahlreichen weiteren Bereichen möglich (Sicherheitstechnik, Luft- und Raumfahrt, Schiffbau, etc.).