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E-Book

Passive Sicherheit von Kraftfahrzeugen

Biomechanik - Simulation - Sicherheit im Entwicklungsprozess

AutorFlorian Kramer
VerlagVieweg+Teubner (GWV)
Erscheinungsjahr2009
Seitenanzahl410 Seiten
ISBN9783834892546
FormatPDF
KopierschutzDRM
GerätePC/MAC/eReader/Tablet
Preis42,99 EUR
Die passive Sicherheit von Kraftfahrzeugen nimmt bei der Auslegung von Kraftfahrzeugen, bei Umfrageergebnissen von Fahrzeugbenutzern und bei der Berichterstattung in Fachzeitschriften und Automagazinen einen hohen Stellenwert ein. Ihrer ständig wachsenden Bedeutung sowie der hohen Innovationsrate wird durch die Aufnahme neuer Kapitel Rechung getragen, und zwar zur Sensorik für die Unfalldetektierung und zur sicherheitstechnischen Auslegung im Entwicklungsprozess von Kraftfahrzeugen. Außerdem wurden umfassende Überarbeitungen bei Simulation, Aktualisierungen bei Bewertung und Gesetzen sowie Erweiterungen bei Sicherheitsmaßnahmen eingebracht, die in der 3. Auflage nochmals verbessert wurden.


Prof. Hon.-Prof. Dr.-Ing. Florian Kramer lehrt an der Hochschule für Technik und
Wirtschaft Dresden (FH) das Fachgebiet Kraftfahrzeugsicherheit und Unfallanalytik
und betreibt das Ingenieurdienstleistungsbüro SAFE in Dresden.

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Leseprobe
8 Rechnerische Simulation (S. 357-358)

Für eine Zulassung im Straßenverkehr sind Fahrzeugversuche international vereinbart und gesetzlich vorgeschrieben. Mit der experimentellen Simulation werden nicht selten unerwartete Schwachstellen aufgedeckt. Nachteilig ist allerdings der Umstand, dass Testobjekte erst als Prototypen oder Muster vorliegen müssen, um experimentell überprüft werden zu können. Dies bedeutet nicht nur hohe Erstellungskosten, sondern auch einen hohen Zeitaufwand, der mit den immer kürzer werdenden Entwicklungszyklen neuer Fahrzeugtypen und -plattformen unvereinbar ist. Daher entwickelte sich die rechnerische Simulation hin zum entscheidenden und anerkannten Entwicklungswerkzeug.

Die Anwendung reicht von der Konzeptphase bis hin zur Serienentwicklung und zeichnet sich durch ein hohes Maß an Zuverlässigkeit und Genauigkeit aus. Dies gilt für die statische und dynamische Berechnung des Fahrzeugverhaltens und der Komponenten des Insassenschutz-Systems als auch für die Simulation des Bewegungs- und Belastungsverhaltens von Insassen. Innerhalb dieser Crash-Mechanik-Simulation werden Rechenverfahren eingesetzt, bei denen die zu untersuchende Komponente als deformierbar oder als gekoppelte Starrkörper angenommen werden. Entsprechend nutzt man Programme aus dem Bereich der Finite-Elemente-Methode (FEM) bzw. Programme für Mehr-Körper-Systeme (MKS).

Nach einer Zusammenfassung der geschichtlichen Entwicklung der Berechnungsverfahren werden die einzelnen mathematischen Methoden kurz umrissen. Daran schließt sich die Beschreibung von verwendeten Modellarten in den unterschiedlichen Berechnungsdisziplinen an. Abschließend werden erforderliche Kriterien zur Bewertung einer Berechnung diskutiert und die Möglichkeiten der Optimierung von Systemen mittels Simulation erläutert.

8.1 Die Geschichte der rechnerischen Simulation

Verwendet man MKS-Formulierungen, führt dies zu Systemen von gewöhnlichen Differentialgleichungen. Eine noch heute aktuelle Gruppe von Algorithmen zur Lösung von Anfangswert-Problemen von gewöhnlichen Differentialgleichungen wurde Anfang des 20. Jahrhunderts, also vor der Entwicklung und Verbreitung von Computern, veröffentlicht. Die Methoden sind nach den Entwicklern, dem deutschen Mathematiker und Physiker Carl David Tolmé RUNGE (1856-1927), der Professor in Göttingen war, und dem deutschen Mathematiker Martin Wilhelm KUTTA (1867-1944), der in Stuttgart lehrte, benannt. Die RUNGE-KUTTA-Verfahren sind aber noch nicht in der Lage, die in der Insassensicherheit auftretenden Gleichungen effektiv zu lösen.

Dazu wurden Mitte des 20. Jahrhunderts in Arbeiten von Charles CURTISS und Joseph HIRSCHFELDER Untersuchungen zu so genannten steifen Systemen gemacht. Verfahren zum Lösen des steifen Systems wie RUNGE-KUTTA-ROSENBROCK oder RUNGE-KUTTA-NYSTRÖM erlauben die Aufgaben numerisch zu lösen. Eines der ersten zweidimensionalen Insassen-Simulationsmodelle wurde 1963 in den USA durch CALSPAN von McHENRY unter der Bezeichnung CAL-2D aufgestellt und laufend weiterentwickelt, so entstanden z. B. das Programm ROS (Revised Occupant Simulation) von SEGAL im Jahre 1971, das Programm MODROS (Modified Revised Occupant Simulation) von DANFORTH und RANDALL 1972 und das Programm PSOS (Programm zur Simulation und Optimierung von Sicherheitsgurten) von NIEDERER 1977.

Parallel zum CALSPAN-Modell entwickelte ROBBINS das als MVMA-2D bezeichnete Modell, das von ihm und anderen Co-Autoren 1970 veröffentlicht wurde. Das Anfang der 1980-er Jahre an der Technischen Universität Berlin entwickelte Insassen-Crashmechanik-Rechenmodell ICMF wurde zwar in Forschungsprojekten intensiv angewandt, jedoch nie kommerziell vertrieben, es geht ursprünglich zurück auf ein von ANSELM 1975 aufgestelltes Programm. TNO in den Niederlanden entwickelte das Programm MADYMO-2D, dessen Beschreibung BACCHETTI und MALTHA im Jahr 1978 erstmals veröffentlicht haben.
Blick ins Buch
Inhaltsverzeichnis
Vorwort zur dritten Auflage6
Danksagung7
Inhaltsverzeichnis9
1 Die passive Sicherheit13
1.1 Sicherheitswissenschaftliche Grundbegriffe13
1.2 Die passive Fahrzeug-Sicherheit als Teilgebiet der Straßenverkehrssicherheit15
Literaturnachweis zu Kapitel 120
2 Unfallforschung21
2.1 Unfalldatenerhebung und -statistik23
2.2 Unfallmechanik und -rekonstruktion27
2.3 Unfallanalyse31
2.4 Strukturierung des Unfallgeschehens35
Literaturnachweis zu Kapitel 259
3 Biomechanik61
3.1 Anatomie des menschlichen Körpers und Verletzungsmechanismen61
3.2 Verletzungsschwere und deren Monetarisierung106
3.3 Verletzungs- und Schutzkriterien113
Literaturnachweis zu Kapitel 3148
4 Sicherheitsmaßnahmen155
4.1 Zielsetzung und Definitionen155
4.2 Schutzprinzipien157
4.3 Maßnahmen zum Selbstschutz175
4.4 Maßnahmen zum Kontrahentenschutz233
4.5 Nachkollisionäre und sonstige Sicherheitsmaßnahmen243
Literaturnachweis zu Kapitel 4249
5 Sensorik zur Unfalldetektierung252
5.1 Entwicklung der Sensorik253
5.2 Seiten-Sensoren267
5.4 Systeme zur Insassen-Erkennung269
5.5 PreCrash-Sensorik274
5.6 Airbag-Elektronik276
5.7 Sicherheitsanforderungen an die Airbag-Elektronik279
5.8 Datenübertragung286
5.9 Systemintegration hinsichtlich aktiver und passiver Sicherheit291
Literaturnachweis zu Kapitel 5293
6 Überprüfung und Bewertung der Sicherheit294
6.1 Quantifizierung der Straßenverkehrssicherheit294
6.2 Gesetzgebung298
6.3 Bewertung auf der Basis der Unfallstatistik314
6.4 Bewertung auf der Basis von experimentellen Untersuchungen316
6.5 Verletzungsfolgekosten und Sachschäden330
Literaturnachweis zu Kapitel 6334
7 Experimentelle Simulation336
7.1 Versuchsarten337
7.2 Versuchseinrichtungen und -anlagen348
7.3 Anthropometrische Testpuppen (Dummies)349
7.4 Messtechnik357
7.5 Film- und Beleuchtungstechnik364
Literaturnachweis zu Kapitel 7365
8 Rechnerische Simulation367
8.1 Die Geschichte der rechnerischen Simulation367
8.2 Berechnungsverfahren369
8.3 Berechnungsmodelle379
8.4 Berechnungsbewertung394
8.5 Rechnerische Optimierung im Bereich der passiven Sicherheit395
Literaturnachweis zu Kapitel 8397
9 Passive Sicherheit im Fahrzeugentwicklungsprozess401
9.1 Prozessziele und Entwicklungsorganisation402
9.2 Der Entwicklungsprozess402
9.3 Qualität und deren Absicherung404
9.4 Herausforderungen innerhalb der Projektarbeit406
9.5 Rechnerische Simulation und experimentelle Absicherung im Entwicklungsablauf409
9.6 Integration der Unfallforschung in den Entwicklungsablauf am Beispiel Mercedes-Benz417
Literaturnachweis zu Kapitel 9420
Sachwortverzeichnis421

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