Fahrzeugtechnik und -sicherheit am FSI der TU Graz#

Von

Univ.-Prof. Dipl.-Ing. Dr.techn. Wolfgang Hirschberg
Institut für Fahrzeugtechnik

Dipl.-Ing. Dr.techn. Jürgen Gugler
Institut für Fahrzeugsicherheit

Wolfgang Hirschberg

Jürgen Gugler

© Forschungsjournal WS 07/08

Bei den Forschungsaktivitäten der Institute für Fahrzeugtechnik (FTG) und Fahrzeugsicherheit (VSI) stehen Aspekte des Gesamtfahrzeugs und der Fahrzeugsicherheit im Vordergrund.

Dabei geht es einerseits um die Zusammenführung der zahlreichen fahrzeugrelevanten Forschungen an der TU Graz, andererseits um das Integrationspotenzial, welches sich aus den einschlägig befassten Partnerinstituten für

Werkzeugtechnik & spanlose Produktion (T&F) und
Production Science and Management (PSM) des Frank Stronach Institute (FSI) ergeben.

Weitere vitale Schnittstellen gibt es zu den Instituten für

Regelungstechnik (IRT),
Elektrische Antriebe und Maschinen (EAM),
Verbrennungskraftmaschinen und Thermodynamik (VKM&ThD),
Elektrische Messtechnik und Messsignalverarbeitung (EMT)

u.a.m.

Ein starke Achse besteht weiterhin zum Kompetenzzentrum "Das virtuelle Fahrzeug" der TU Graz, welches sich gerade zum genehmigten K2-Großkompetenzzentrum Mobility aufschwingt.

Da die Fahrzeugtechnik und -sicherheit durch eine ungewöhnlich breite Beteiligung von Wissenschaftsbereichen einerseits und Anwendungsbereichen andererseits gekennzeichnet ist, bedarf es einer funktionalen Integration der an der Entstehung und Planung von Fahrzeugen beteiligten Disziplinen, wie dies auch in Transportation Science als einem der sieben Fields of Excellence der TU Graz zum Ausdruck kommt. Der Beitrag der Wissenschaften zeigt sich hier nicht nur in der Entwicklung neuer, leistungsfähiger Fahrzeugkomponenten und Subsysteme, sondern vor allem in deren theoretischer Durchdringung, sodass diese mit den Methoden der Simulation in einem frühen Entwicklungsstadium optimal ausgelegt werden können. So ist es kein Zufall, dass die Institute für Fahrzeugtechnik und -sicherheit in enger Verbindung zum Kompetenzzentrum "Das virtuelle Fahrzeug" stehen.

Die Forschungsaktivitäten der Institute für Fahrzeugtechnik und -sicherheit werden durch die steigenden Anforderungen an das heutige, aber besonders an das zukünftige Automobil als ein Teil eines umfassenden Verkehrs- und Transportsystems bestimmt. Dabei stehen die Fragen nach Sicherheit, Fahrkomfort, Beanspruchbarkeit, Wirtschaftlichkeit und Umweltverträglichkeit der Fahrzeuge im Vordergrund. Um Fahrzeuge nach diesen Kriterien untersuchen und optimieren zu können, bedarf es neben der Behandlung des Fahrzeugs selbst auch der Erfassung der Fahreraktivitäten, der Insassen sowie der Abbildung der Umgebung, insbesondere der Fahrbahn und des Verkehrsgeschehens. Dies bildet zusammen ein komplexes und anspruchsvolles Gesamtsystem, dessen methodische Zusammenführung weiterhin großen Forschungsbedarf erfordert. Eine besondere Herausforderung bildet in diesem Zusammenhang der Ansatz der integrierten Fahrzeugsicherheit, welcher durch Überwindung der Grenzen der bisher weitgehend getrennt operierenden Disziplinen aktive und passive Fahrzeugsicherheit eine besondere Steigerung der Wirksamkeit zugeschrieben wird.

Forschung am Institut für Fahrzeugtechnik

Die aktuellen Forschungsthemen des Instituts für Fahrzeugtechnik sind:

virtuelle Entwicklung von Fahrzeugen und Fahrzeugkomponenten einschließlich innovativer Antriebsstränge und Bremssysteme,
Fahrerassistenzsysteme für Personen- und Nutzkraftwagen,
objektive Bewertung der Fahrdynamik durch Simulation und Experimente,
integrierte Fahrzeugsicherheit,
parametergesteuerte Geometrieerzeugung in der Fahrzeugtechnik.

Neben anderen, bereits weit entwickelten Disziplinen trägt die Behandlung der folgenden Problemstellungen dem aktuellen Forschungsbedarf Rechnung:

Reifenmodellierung und -forschung,
Modellbildung und Co-Simulation von Fahrzeugbremsen,
Modellierung und Optimierung von Gesamtfahrzeugen,
Untersuchung von mechanisch-elektrischen (hybriden) Antriebssträngen,
Erfassung von Prozessen und Algorithmen zur rechnergestützten Entwicklung.

Mit diesen Forschungsschwerpunkten befassen sich derzeit u.a. acht interne und sieben externe Doktoranden sowie zwei Habilitanden.

Abb. 1: Dynamischer Bremsen- und Radaufhängungsprüfstand BRP
© Forschungsjournal SS 07 / Foto: TU GRaz/Inst.f.Fahrzeugtechnik

Als Ergänzung zu den theoretischen Methoden steht ein modernausgestattetes Fahrzeuglabor zur Verfügung, in welchem Forschungsfahrzeuge mit Sensoren ausgestattet, Fahrzeugparameter identifiziert, Simulationsresultate verifiziert oder spezielle Prüfreihen durchgeführt werden können:

Fahrzeug-Laborhalle mit Pkw- und Lkw-tauglicher Ausstattung,
neuartiger, dynamischer Bremsen- und Radaufhängungsprüfstand,
mobiles Messdatenerfassungssystem für die On-Board-Datenerfassung und -auswertung,
Sensoren für fahrzeugtechnische Feinmessungen.

Den Mittelpunkt dieser Forschungseinrichtungen bildet der klimatisierbare Bremsen- und Radaufhängungsprüfstand BRP, welcher neben Nachweisen von gesetzlich erforderlichen Bremsleistungen auch die Identifikation von Bremsenparametern sowie die Untersuchung von Schwingungsphänomenen unter reproduzierbaren Bedingungen ermöglicht. Eine neuartige Besonderheit bildet das Prüfstandsmodul Radaufhängungsprüfung, der die Simulation von realen Straßenfahrten im Labor ermöglicht – und dies prinzipiell rund um die Uhr. Zu diesem Zweck läuft das bereifte Rad auf einer angetriebenen Prüfstandstrommel, mit deren Drehgeschwindigkeit und Schwenkung um die Hochachse bestimmte Verläufe von Reifenlängs- und Seitenkräften eingestellt werden können.

Forschung am Institut für Fahrzeugsicherheit

Straßenverkehrsunfallforschung – Das VSI hat hierzu eine Verkehrsunfalldatenbank entwickelt, in welcher tödliche Verkehrsunfälle analysiert werden. In einer ersten Phase wurden die Daten retrospektive erhoben und ausgewertet. Zurzeit werden aktuelle tödliche Unfälle in Zusammenarbeit mit der Landesregierung Oberösterreich und den Polizeidienststellen erhoben. Um Reaktionszeitpunkte und Fahrlinien der Unfallbeteiligten genau zu betrachten, werden die Unfälle rekonstruiert. Die Analysen realer Unfallgeschehen erlauben es, Maßnahmen zu erarbeiten, die der Verbesserung der Verkehrssicherheit dienen.

Sicherheitsrelvante Phasen eines Unfallverlaufs

Integrierte Sicherheit – Im Zusammenhang mit der Milderung von Unfallfolgen (passive Sicherheit) werden aktuell verschiedene Systeme im Bereich Pkw- und Lkw-Unfälle erforscht. Dabei sollen Schutzsysteme für den seitlichen Zusammenstoß von Pkw mit Lkw aber auch Methoden zum Schutz von Fußgängern und Radfahrern – den sogenannten ungeschützten Verkehrsteilnehmern – untersucht werden. Um nicht erst die Folgen eines Unfalls mildern zu müssen, werden mit der aktiven Sicherheit Systeme zur Vermeidung von Unfällen analysiert. Am VSI wird dabei an einer Entwicklungsumgebung zur Erprobung der Funktion von aktiven Sicherheitssystemen gearbeitet (Bremsassistent, Fußgängerschutz, Ausweichassistent u.a.m.). Damit soll es möglich sein, Fahrzeuge definierten Verkehrssituationen, die sich aus der Unfallforschung ergeben, auszusetzen und die Wirksamkeit der Systeme zu evaluieren. Die integrierte Sicherheit weitet die Betrachtungen von Fahrzeugen auf das gesamteStraßenumfeld aus. Dies umfasst sowohl die Straßeninfrastruktur als auch die Versorgung nach einem Unfall. Ein Forschungsthema widmet sich dabei Straßenleiteinrichtungen wie Leitplanken als motorradfreundliche Leiteinrichtung.

Regulative und Standardisierung – Zur Verbesserung der Sicherheit von Verkehrsteilnehmern ist es erforderlich, die aktuellen Forschungsergebnisse in Regulative und Standards zu integrieren, damit sie breit Fuß fassen. Die Forschungsaktivitäten beziehen sich hier auf die Entwicklung von Sicherheitsstandards und die Mitwirkung bei der nationalen und internationalen Integration. Biomechanik – Da beim Verkehrsunfall eine Krafteinwirkung auf den menschlichen Körper die Verletzungen verursacht, liegt hier der Forschungsschwerpunkt in der Analyse der Verletzungsmechanismen. In der Fahrzeugentwicklung dienen sogenannte anthropometrische Testkörper (Dummies) zur Ermittlung der während des Versuches auf die Insassen wirkenden Belastungen. Für die aussagekräftige Abbildung des humanen Körpers ist also die Entwicklung und Verbesserung der Biofidelität dieser Dummies von großer Bedeutung. Im Rahmen von europäischen Forschungsprojekten werden hier vor allem die häufig tödlichen Verletzungen im Bauchbereich von Pkw-Insassen untersucht und Belastungsgrenzenentwickelt. Zudem wird auch zunehmend das Verhalten der Insassen und deren Einfluss auf Sicherheitseinrichtungen in unfallnahen Situationenerforscht.

Prüf- und Versuchstechnik in der Verkehrsicherheit – Entwicklungen von Sicherheitsmaßnahmen im Straßenverkehr sind durch Versuche zu evaluieren. Ebenso gilt es, Vorgaben aus Regulativen in Versuchen zu überprüfen. Der Schwerpunkt liegt hier auf der Entwicklung von innovativen Ansätzen für zuverlässige und kostengünstige Prüf- und Versuchstechniken. Dies umfasst neben experimentellen Validierungsmethoden auch die Untersuchung der Anwendung von Simulationstechniken in der Fahrzeugsicherheit.