Technik für die Sicherheit: Fortschritte in der Crashtest-Technologie.

Ein modernes Auto sollte sowohl dem Fahrer als auch den Insassen ein hohes Maß an Schutz bei einem möglichen Zusammenstoß oder Unfall bieten. Crashtests dienen dazu, in der Praxis zu prüfen, wie sich ein Automodell in Bezug auf Sicherheit und Haltbarkeit in solchen Situationen verhält. Wie wichtig diese Art von Unternehmen ist, zeigt die Tatsache, dass sie bereits seit den 1950er Jahren durchgeführt werden. Mit jedem Jahrzehnt hat sich der Stand der Technik verbessert, was zu einer erhöhten Sicherheit sowohl für die Insassen des betreffenden Fahrzeugs als auch für andere Verkehrsteilnehmer geführt hat.

Derzeit werden Crashtests von Autos nicht nur von den Herstellern selbst, sondern auch von unabhängigen Organisationen wie dem European New Car Assessment Programme (Euro NCAP) durchgeführt. Je nach der Einrichtung, die die Crashtests durchführt, können die Liste der Crashtests und die geprüften Parameter variieren, obwohl das Ziel darin besteht, die Fahrzeuge einer möglichst umfassenden Prüfung und Bewertung hinsichtlich der Robustheit und Sicherheit für Fahrer und Insassen sowohl bei Kollisionen als auch im normalen Gebrauch zu unterziehen. Im Laufe der Jahre hat sich die Technologie der Crashtests weiterentwickelt – mit dem Ergebnis, dass die Qualität und Zuverlässigkeit dieser Tests gestiegen ist und die Automobilhersteller sich verstärkt um die Verbesserung der Sicherheit ihrer Fahrzeuge und die Suche nach neuen und besseren Materialien bemühen, die einen wirksameren Schutz für die Fahrzeugnutzer bieten.

Im Folgenden wird unter anderem erläutert, was Crashtests genau sind, welche Grundtypen von Crashtests unterschieden werden können, wie sie durchgeführt werden und welche Neuerungen in der Crashtesttechnik und bei den Materialien zur Erhöhung der Fahrzeugsicherheit es in den letzten Jahren gegeben hat.

Was sind Auto-Crashtests?

Fast jeden Tag hören wir von Autounfällen auf polnischen oder ausländischen Straßen. Der erste tödliche Unfall dieser Art ereignete sich bereits 1889 in Großbritannien, und bereits im 20. Jahrhundert wurden tödliche Unfälle zu einem tragischen Teil der uns umgebenden Realität. Mit der Zunahme des Autoverkehrs wurde das Thema Fahrzeugsicherheit immer stärker in den Vordergrund gerückt und ist heute eine absolute Priorität für den gesamten Automobilsektor. Zu den natürlichen Folgen dieser Entwicklung gehören:

• die Entwicklung der Crashtest-Technologie und der Vorschriften in diesem Bereich,
• verstärkte Bemühungen der Automobilhersteller um neue Materialien und Technologien, die die Sicherheit und Haltbarkeit der von ihnen produzierten Fahrzeuge verbessern können,
• eine stärkere Sensibilisierung der Autofahrer selbst, die sich bei der Wahl eines neuen Autos nicht nur vom Sicherheitsaspekt leiten lassen, sondern auch an Lösungen wie Crashtest-Simulatoren interessiert sind, um das Bewusstsein für die mit Zusammenstößen und Autounfällen verbundenen Risiken zu schärfen und das Verantwortungsbewusstsein „hinter dem Steuer“ zu fördern.

Bei der Erhöhung des Sicherheitsniveaus von Autos spielen Crashtests eine große Rolle. Vereinfacht ausgedrückt handelt es sich dabei um speziell konzipierte Tests, die unter streng definierten Bedingungen durchgeführt werden und bestimmte Verkehrssituationen wie Kollisionen oder Unfälle möglichst genau nachbilden sollen. Bei diesen Tests kann nicht nur das Verhalten des Fahrzeugs selbst bei bestimmten Kräften untersucht werden, sondern auch die Auswirkungen dieser Kräfte auf Fahrer, Passagiere oder Fußgänger. Es sei darauf hingewiesen, dass sich die Methoden, die für bestimmte Tests verwendet werden, nicht nur nach der Art der simulierten Straßensituation oder dem Testanbieter unterscheiden, sondern unter anderem auch nach der Art des Fahrzeugs. So unterscheiden sich beispielsweise Crashtests für Lastkraftwagen von denen für Personenkraftwagen, ebenso wie sich Tests für Fahrzeuge mit Verbrennungsmotor von denen für Elektroautos unterscheiden können.

Wozu gibt es Crashtests für Autos?

Es gibt verschiedene Gründe, warum neue Autos einem Crashtest unterzogen werden. Der Hauptgrund ist, die Sicherheit und Robustheit der hergestellten Fahrzeuge zu überprüfen, bevor sie auf den Markt kommen. Durch die Feststellung von Mängeln können notwendige Änderungen am Design oder an der Produktionstechnologie vorgenommen werden, um die Robustheit des Fahrzeugs und den Schutz von Fahrer und Insassen zu verbessern.

Ein weiterer Grund für den hohen Stellenwert von Crashtests sind gesetzliche Vorschriften. Diese verpflichten die Automobilhersteller, ihre Fahrzeuge auf die Einhaltung bestimmter Crash-Standards zu testen. Werden diese Normen nicht erfüllt, darf das getestete Fahrzeug in dem Land, in dem die Vorschriften gelten, nicht zugelassen werden.

Eine wichtige Motivation für unabhängige Crashtester ist es, potenzielle Nutzer bestimmter Modelle auf deren Sicherheitsleistung aufmerksam zu machen. Dank der von Euro NCAP vergebenen Sterne kann ein Kaufinteressent beispielsweise überprüfen, ob das Auto, das er in Erwägung zieht, ihm und seiner Familie im Straßenverkehr ein angemessenes Schutzniveau bietet.

Wie werden Auto-Crashtests durchgeführt?

Für die Durchführung von Crashtests sind in der Regel unabhängige Stellen zuständig. Eine der wichtigsten Einrichtungen auf diesem Gebiet ist Euro NCAP – das Europäische Programm zur Bewertung von Neuwagen, das Autos vieler bekannter Marken testet. Wenn Sie sich mit den Merkmalen der grundlegenden Crashtests vertraut machen, die von dieser Einrichtung durchgeführt werden, können Sie besser verstehen, worum es bei Crashtests überhaupt geht.

Einer der wichtigsten Tests, denen Euro NCAP die getesteten Fahrzeuge unterzieht, ist der Offset-Frontalaufprall. Er umfasst zwei separate Tests.

• Der erste Test besteht aus einem vollständigen Frontalaufprall gegen eine feste Wand mit einer Geschwindigkeit von 50 km/h.
• Bei der zweiten Prüfung kollidiert ein Fahrzeug mit einem beweglichen Hindernis von 1.400 kg. Mit der Wahl der Hindernisparameter soll ein durchschnittliches Auto nachgeahmt werden, das in eine Kollision auf der Straße verwickelt sein könnte. Zwei Details sind in diesem Fall wichtig: Die Bewegungsgeschwindigkeit des Fahrzeugs und des Hindernisses ist gleich und beträgt 50 km/h, und die Aufprallfläche beträgt 50 % der Frontfläche des Fahrzeugs.

Ein weiterer von Euro NCAP durchgeführter Test ist der Seitenaufpralltest. In diesem Fall besteht der Test darin, eine 900 kg schwere Barriere gegen die Seite eines stehenden Fahrzeugs in Höhe der mittleren Karosseriesäule zu schlagen. Die Barriere bewegt sich bei diesem Test mit einer Geschwindigkeit von 50 km/h.

Ein wichtiger Teil des Euro NCAP-Prüfprogramms ist der Poltest. Worin besteht er? Bei diesem Test wird das Auto mit einer Geschwindigkeit von 29 km/h seitwärts gefahren und prallt dann auf ein senkrechtes Hindernis in Höhe der mittleren Karosseriesäule.

Ein Fußgängeraufpralltest war ebenfalls Teil der Euro NCAP-Tests. Bei diesem Test wird simuliert, dass ein Fußgänger bei einer Aufprallgeschwindigkeit von 40 km/h von der Front eines Autos getroffen wird. Die Rolle des Fußgängers wird in diesem Fall von einem speziell konstruierten Dummy übernommen, der einen Erwachsenen oder ein Kind simuliert.

Es ist zu betonen, dass die oben genannten vier Tests nicht alle Prüfungen abdecken, denen neue Fahrzeuge unterzogen werden können. In Crashtests können auch viele andere Situationen simuliert werden, wie z. B. Überschläge, das Auffahren auf einen Baum oder das Auffahren auf ein anderes Auto. Darüber hinaus unterziehen Institutionen wie Euro NCAP Autos auch anderen Tests, die eine zuverlässige Bewertung ihrer Sicherheit ermöglichen. Beispiele für solche Tests sind:

• Prüfung von Kindersicherheitssystemen,
• Prüfung von Geschwindigkeitsassistenten und Sicherheitsgurt-Warnsystemen,
• Prüfung von automatischen Bremssystemen,
• Prüfung der Stabilitätskontrollsysteme von Fahrzeugen,
• Test von Systemen zur Untersuchung von Müdigkeit und Ablenkung des Fahrers.

Um jedoch auf die grundlegenden Crashtests von Euro NCAP zurückzukommen, werden die untersuchten Fahrzeuge mit der entsprechenden Anzahl von Sternen bewertet (Skala von 1 bis 5). Es sei darauf hingewiesen, dass Euro NCAP sich der ständigen Weiterentwicklung der Crashtests bewusst ist – es ist selbst aktiv daran beteiligt – und daher sind die Bewertungen, die es für die einzelnen Fahrzeugmodelle vergibt, nicht „ewig“ – nach sechs Jahren verjähren sie. Unter welchen Gesichtspunkten werden die Fahrzeuge, die an den Euro NCAP-Tests teilnehmen, bewertet? Es werden eine Reihe von Bereichen bewertet, darunter:

• Schutz für erwachsene Fahrgäste,
• Kinderschutz,
• Schutz der anderen Verkehrsteilnehmer,
• Assistenzsysteme.

Aus den Teilbewertungen ergibt sich später eine Gesamtzahl von Sternen für das getestete Fahrzeugmodell.

Innovationen bei Crash-Tests

Das rasante Wachstum des Automobilsektors und die damit verbundene Erhöhung der Fahrzeugsicherheit und -haltbarkeit bedeutet, dass sich auch die Crashtests weiterentwickeln und die Messlatte für die getesteten Fahrzeuge immer höher legen müssen. Dies wird auch von den aufeinanderfolgenden Vorschriften diktiert, die darauf abzielen, die Sicherheit des Straßenverkehrs und seiner Teilnehmer zu erhöhen. Die auf diese Art von Tests spezialisierten Einrichtungen arbeiten ständig an der Entwicklung von Testtechnologien, indem sie sowohl die Methoden und die Art der Tests selbst ändern als auch weitere Faktoren hinzufügen, die überprüft und bewertet werden müssen. Welche Beispiele für Innovationen im Bereich der Auto-Crashtests sind besonders erwähnenswert?

Numerische Modelle, die den menschlichen Körper darstellen

Menschliche Körpersurrogate, d.h. Crash-Dummies zur Simulation von Fahrzeuginsassen, spielen bei Crashtests eine wichtige Rolle. Hier wird ein besonderes Entwicklungspotenzial gesehen, um Crashtests zu verbessern und ihre Nutzbarkeit zu erhöhen. Die Entwicklungen in diesem Bereich beziehen sich nicht nur auf das Design der Dummys selbst, sondern z.B. auch auf numerische Modelle, die die Geometrie und die Eigenschaften einzelner Teile des menschlichen Körpers nachbilden. Hervorzuheben ist das von der Europäischen Union finanzierte THOMO-Projekt zur Entwicklung eines numerischen Modells des menschlichen Brustkorbs, d. h. des gesamten Bereichs zwischen Kopf und Bauch. Die Ergebnisse der im Rahmen dieses Projekts durchgeführten Forschungen haben zu einer besseren Kenntnis und einem besseren Verständnis der Reaktion menschlicher Körper mit unterschiedlichen physikalischen Parametern auf die bei einem Aufprall auf sie einwirkenden Kräfte geführt, was wiederum die Entwicklung von Crash-Dummys mit besserer biologischer Genauigkeit begünstigt hat.

Schaufensterpuppen, die die weibliche Figur simulieren

Ein interessantes Beispiel für eine Innovation bei Crashtests, die einen jahrelang unterschätzten Faktor berücksichtigt, sind Dummys, die die weibliche Figur simulieren. Lange Zeit basierten solche Modelle des menschlichen Körpers in der Regel auf den Parametern und der Körperstruktur eines durchschnittlichen Mannes. Inzwischen schätzt man, dass etwa die Hälfte der Fahrer Frauen sind, die nicht nur im Durchschnitt kleiner und leichter sind als Männer, sondern auch eine andere Muskelkraft oder eine andere Form von Rumpf, Becken und Hüfte haben. All dies führt dazu, dass ihr Körper anders auf die Belastungen reagiert, denen sie bei gefährlichen Verkehrsunfällen ausgesetzt sind.

Dies zeigt sich besonders deutlich bei Auffahrunfällen mit geringer Wucht, einer der häufigsten Kollisionsarten im Straßenverkehr. Die Forschung zeigt, dass bei solchen Zusammenstößen ein signifikanter Unterschied zu Ungunsten der Frauen besteht, was das Risiko von Verletzungen der Halswirbelsäule angeht. Die schwedische Expertengruppe unter der Leitung von Astrid Linder hat eine spezielle Puppe entwickelt, die den Körper einer durchschnittlichen Frau nachbildet. Dieser wird bei Crashtests eingesetzt und könnte in naher Zukunft dazu beitragen, dass die Autohersteller ihre Fahrzeuge verstärkt auf die Sicherheit von Frauen testen. Gegenwärtig verwenden einige Autofirmen, wie z. B. Mercedes-Benz, bereits seit Jahren Dummys, die den Körper einer Frau simulieren, bei den Crashtests der von ihnen produzierten Fahrzeuge, aber aufgrund des Fehlens einschlägiger gesetzlicher Vorschriften ist dies in der Automobilbranche bisher noch nicht ganz üblich.

Klassische Lösungen anstelle von Touchscreens

In den letzten Jahren waren die Automobilhersteller bestrebt, die Palette der Funktionen in ihren Fahrzeugen zu erweitern, die über Touchscreens und Oberflächen aktiviert werden können. Damit wollten sie nicht nur das Design des Fahrzeuginnenraums modernisieren, sondern auch den Komfort für den Fahrer erhöhen und die Produktionskosten senken. Der Trend weg von traditionellen Knöpfen und Schaltern hin zu berührungsempfindlichen Lösungen hat jedoch nach Ansicht der Euro NCAP-Experten in der Praxis zu einer größeren Ablenkung der Fahrer und damit zu einem erhöhten Unfallrisiko beigetragen. Aus diesem Grund wird bereits im Jahr 2026 die Verwendung von manuellen Schaltern, Hebeln oder Tasten für mindestens fünf wichtige Funktionen, wie z. B. die Bedienung, eine zwingende Voraussetzung dafür sein, dass ein neues Automodell bei den Euro NCAP-Crashtests die maximale Anzahl von Sternen erhält:

• Blinker,
• Warnblinkanlage,
• Windschutzscheibenwischer,
• Horn,
• SOS-Notruf-Funktion.

Virtuelle Sicherheitstests für Autos

Es lässt sich nicht leugnen, dass immer mehr Bereiche unseres Lebens in irgendeiner Weise in die virtuelle Welt eintreten. Das Gleiche gilt für den Automobilsektor – das industrielle Design von Autos basiert zum Beispiel auf CAE-Analysen oder parametrischer CAD-Modellierung, und tatsächliche Crashtests werden durch fortschrittliche Simulationen unterstützt. Virtuelle Sicherheitstests für Autos bringen viele Vorteile mit sich, zum Beispiel:

• Kostensenkungen – virtuelle Sicherheitstests reduzieren die Anzahl der tatsächlichen Crashtests und verringern so u. a. die mit beschädigten Fahrzeugen verbundenen Verluste,
• die Möglichkeit, verschiedene Faktoren im Detail zu analysieren – mit Hilfe von Simulationen kann geprüft werden, wie sich die Bauteile unter bestimmten Parametern und unter dem Einfluss von bestimmten Kräften oder anderen Faktoren, die auf sie einwirken, verhalten werden,
• Ökologie – eine Verringerung der Zahl der tatsächlichen Crashtests ist auch mit einer geringeren Abfallproduktion in Form von Teilen beschädigter Autos verbunden,
• die Sicherheit des Tests – jeder reale Fahrzeugaufprall, selbst unter kontrollierten Bedingungen, birgt ein gewisses Risiko für die Umgebung, einschließlich der Messgeräte, das bei virtuellen Sicherheitstests nicht gegeben ist.

Die Toyota-Ingenieure, die das System THUMS (Total Human Model for Safety) entwickelt haben, beteiligen sich aktiv an der dynamischen Entwicklung von virtuellen Sicherheitstests für Autos. Dabei handelt es sich um ein ständig verbessertes virtuelles Crash-System, das gemeinhin als digitale oder virtuelle Schaufensterpuppe bezeichnet wird und die Erstellung verschiedener digitaler Modelle des menschlichen Körpers ermöglicht, die sich durch eine sehr hohe biologische Genauigkeit auszeichnen. Das mit seiner Hilfe entwickelte Modell kann nicht nur die angenommene Größe oder Form des menschlichen Körpers wiedergeben, sondern unter anderem auch die Position, Dichte und Empfindlichkeit von Muskeln, Knochen und Organen. Es ist erwähnenswert, dass es mit THUMS möglich ist, z. B. ein Modell eines Kindes, einer schwangeren Frau oder eines älteren Menschen zu erstellen und dann die Daten von etwa 20 Millionen Punkten auf dem Körper und im Inneren des Körpers eines solchen virtuellen „Passagiers“ zu verfolgen und zu analysieren. Anhand eines solchen Modells können die Ingenieure die Auswirkungen verschiedener Arten von Kollisionen und Unfällen auf bestimmte Organe des „Passagiers“ analysieren und dabei berücksichtigen, wie angespannt die Muskeln sind. Anhand von – auch sehr modernen – konventionellen Crash-Dummys können wir solche detaillierten Studien nicht durchführen.

Welche modernen Materialien werden verwendet, um sichere Autos zu bauen?

In dem Bemühen, das Schutzniveau ihrer Fahrzeuge für Fahrer und Insassen zu erhöhen, arbeiten die Automobilhersteller ständig an der Erforschung neuer und der Verbesserung bereits bekannter Materialien, die für die Herstellung verschiedener Automobilkomponenten verwendet werden. Auf welche Materialien sollte man im Hinblick auf die Sicherheit und Haltbarkeit von Fahrzeugen besonders achten?

Hoch- oder sehr hochfester Stahl

Eine der am häufigsten verwendeten Werkstoffgruppen in der Automobilindustrie sind Stähle. Das liegt an den vielen Vorteilen dieser Werkstoffe, zu denen eine hohe Festigkeit und eine hervorragende Energieeffizienz gehören. Natürlich ist Stahl nicht gleich Stahl. Deshalb werden vor allem Automobilteile verwendet, die für die Sicherheit der Insassen verantwortlich sind und besonders gute Festigkeitseigenschaften aufweisen müssen:

• hochfeste Stähle wie BH oder HSLA, die z. B. für Schweller, Böden, Seitensäulen und andere Teile verwendet werden, die zu kontrollierten Knautschzonen beitragen,
• ultrahochfeste Stähle wie AHSS – wie BH oder HSLA werden sie für sicherheitskritische Fahrzeugteile verwendet und haben den zusätzlichen Vorteil, dass sie zur Gewichtsreduzierung beitragen können (die höhere Festigkeit ermöglicht die Verwendung dünnerer Bleche).

Kunststoffe

Starke, haltbare und leichte Kunststoffe sind aus der heutigen Automobilwelt nicht mehr wegzudenken. Sie werden sowohl bei der Herstellung von Außenbauteilen wie Spoilern und Stoßfängern als auch bei der Produktion von Innenausstattungen wie Dachhimmeln, Teppichen und Kopfstützen verwendet. Welche Kunststoffe sind besonders beliebt für Bauteile, die eine wichtige Rolle für die Sicherheit im Auto spielen? Dazu gehören unter anderem:

• Polyphenylensulfid (PPS), das z. B. bei der Herstellung von Pumpen, Ventilen und verschiedenen Komponenten des Kraftstoffsystems verwendet wird, die für den sicheren Betrieb eines Autos entscheidend sind,
• Polypropylen mit EPDM-Zusatz, z. B. für die Herstellung von robusten Stoßfängern,
• geschäumtes Polypropylen (EPP), das zur Herstellung von Bauteilen verwendet wird, die Energie absorbieren, z. B. in Autotüren.

Es ist erwähnenswert, dass Bauteile aus Kunststoffen häufig durch eine so genannte Verstärkung mit verschiedenen Arten von Metall- oder Keramikfasern verstärkt werden, was ihre mechanischen Eigenschaften weiter verbessert.

Verbundwerkstoffe

Eine weitere wichtige Gruppe von Werkstoffen, die bei der Konstruktion von Autos berücksichtigt werden, sind Verbundwerkstoffe. Ein hervorragendes Beispiel für einen innovativen Verbundwerkstoff, der z. B. für Karosserieteile oder Antriebswellen verwendet wird, ist Kohlefaser. Sie zeichnet sich nicht nur durch ihre hohe Festigkeit aus, sondern auch durch ihre geringe Korrosionsanfälligkeit, ihr sehr geringes Gewicht und ihre einzigartige Ästhetik. Ein weiterer im Automobilsektor weit verbreiteter Verbundwerkstoff ist Kevlar, eine Aramidfaser mit noch höheren Festigkeitseigenschaften, hoher Wärme- und Reibungsbeständigkeit und extrem geringem Gewicht. Aufgrund seiner Eigenschaften wird Kevlar zur Verstärkung von Zahnriemen und anderen wichtigen Komponenten der Fahrzeugstruktur verwendet.

Sicherheit und Fahrzeugdesign

Immer anspruchsvollere Crashtests sowie das Bestreben, den Kunden qualitativ hochwertige und sichere Fahrzeuge zu liefern und gleichzeitig kosteneffizient zu produzieren, beeinflussen den mehrstufigen Prozess der Fahrzeugentwicklung. Dabei spielen unter anderem Computeranalysen und -simulationen eine große Rolle, die sowohl bei der Konstruktion einzelner Fahrzeugkomponenten als auch des Gesamtfahrzeugs eingesetzt werden. Die Konzentration auf die Optimierung einzelner Fahrzeugkomponenten und die korrekte Umsetzung der besten Version bei der Konstruktion des Fahrzeugs ist sehr wichtig, damit das Fahrzeug seinen Insassen einen hohen Sicherheitsstandard bieten kann.

Der Entwurf und die anschließende Umsetzung in die Produktion einer sicheren Automobilkomponente mit den gewünschten Eigenschaften erfordert einen umfassenden Ansatz und die Einbindung eines qualifizierten Teams von Ingenieuren in ein bestimmtes Technologieprojekt. Als Endego können wir professionelle Unterstützung durch Experten mit langjähriger Erfahrung in der Leitung und Umsetzung von Technologieprojekten für den Automobilsektor bieten. Wir bieten umfassende Ingenieurdienstleistungen an, bei denen wir in allen Phasen eines Projekts aktiv mitwirken – von der Erstellung des ersten Konzepts bis zum Start der Serienproduktion.

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