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Alt 22.10.2008, 10:37     #6
Martin   Martin ist offline
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BL-
Im Fall des Falles: Schutz durch passive Sicherheit.

Die passive Sicherheit kommt dann zum Tragen, wenn die Möglichkeiten der Unfallvermeidung erschöpft sind. Sie stellt das Sicherheitsinstrumentarium bereit, das die Folgen eines Unfalls für die Fahrzeuginsassen möglichst gering hält.

Nur zahlreiche aufeinander abgestimmte Maßnahmen führen zu einem optimalen Sicherheitskonzept, das den Ansprüchen der BMW Group genügt. Und dieser Anspruch der BMWGroup geht über die Zielvorgaben weltweit immer strenger gefasster Vorschriften und Gesetze und die Anforderungen der Verbraucherschutztests hinaus - sie sind aus dem realen Unfallgeschehen entstanden. Letztere sind wesentlich vielfältiger und erfordern eine sehr differenzierte Auslegung des Fahrzeugs.

Um die Insassenbelastung zu minimieren und den Überlebensraum zu maximieren vereinen sich in einem BMW Group Fahrzeug hochbelastbare Trägerstrukturen, optimal genutzte Deformationslängen, eine extrem steife Fahrgastzelle und eine kompatible Auslegung der Frontend-Struktur zu einem effektiven Sicherheitskonzept. Dazu kommt ein hochwirksames Rückhaltesystem: Airbags, Sitze, Kopfstützen, Gurte, Gurtstrammer, Gurtkraftbegrenzer, sowie Lenkrad und Lenksäule. Zusätzlich ist das Interieur des Autos darauf ausgelegt, dass es eine maximale Vorverlagerung der Insassen erlaubt.

Passive Sicherheit ist jedoch mehr als die Summe dieser aufgeführten Details. Erst die perfekte Abstimmung aller der Einzelsysteme aufeinander bringt den entscheidenden Mehrwert, um innerhalb von Sekundenbruchteilen den besten Schutz für die Insassen zu bieten.


Praxis bestätigt Theorie: Crashversuche und Simulation.

Um den hohen Anforderungen an die Fahrzeugsicherheit zu genügen sind die Versuchsanlagen der BMW Group in den letzten Jahren aus- und umgebaut worden. Mit diesen Crashanlagen verfügt die BMW Group über eine einzigartige Kapazität und Qualität an Testanlagen für die passive Sicherheit.

Allerdings: Bevor der erste Prototyp eines neuen BMW an einen 90 Tonnen schweren Betonblock prallt, crashen Bits und Bytes zusammen: im Computer wird ein virtueller Gesamtfahrzeugcrash simuliert. Die Auslegung der hochfesten Fahrgastzelle und die Abstimmung mit nachgiebigen

Deformationszonen entsteht zu allererst in der Simulation. Ebenso werden die Eigenschaften des Airbag- und Gurtsystems virtuell abgestimmt und die nterieuranforderungen ermittelt.

Erst wenn in der Simulation der virtuelle Prototyp den Ansprüchen von Gesetzen und Verbrauchertests aus aller Welt und den Höchstbelastungen realer Unfälle gerecht wird, folgen Versuche mit realen Prototypen.

Die BMW Group Experten nutzen dabei das Simulationsprogramm Abaqus/ Explizit. Für die Simulationen wird die Methode der Finiten Elemente eingesetzt, die eine realitätsnahe Abbildung der physikalischen Wirklichkeit ermöglicht. So werden verschiedene Materialien mit ihren Elastizitätseigenschaften, ihrer Festigkeit und vielen weiteren Kenngrößen einzeln berücksichtigt. Das numerische Näherungsverfahren berechnet zeitgenau die komplexen Abläufe während eines Crashs. Eine Vielzahl von Elementen stellt die konstruktive Gestaltung der Karosseriestruktur und des Innenraums dar.

Ein Gesamtfahrzeugmodell umfasst aktuell bis zu zwei Millionen Elemente, eine Berechnung auf acht CPUs eines Hochleistungsrechner-Clusters dauert deshalb 40 Stunden. Die für die Auswertung und Detailanalyse nötigen Ergebnisdaten umfassen mehr als 4 Gigabyte.

Vom Start der Konzeptentwicklung bis zum Produktionsbeginn eines Fahrzeugs werden Hunderte solcher Rechnungen zur Abstimmung der Systeme durchgeführt. Viele unterschiedliche Anforderungen, vielfältige festzulegende Eigenschaften sind der Grund dafür, zum Beispiel der Innendruck der Airbags, die unterschiedlichen Zündzeitpunkte für Gurt und Airbag, adaptive Elemente im Rückhaltesystem, Interieurdesign und -steifigkeit. Nur eine optimale Auslegung und Abstimmung dieser Facetten führen zum Ziel.

In der virtuellen Auslegung kommt den Versuchsergebnissen eine besondere Bedeutung zu, denn selbst mit modernsten Simulationsverfahren und aufwändigsten Modellen ist die Aussagefähigkeit in der Simulation noch immer eingeschränkt und erfordert den Abgleich mit Versuchsdaten. Mit Hilfe von Versuchen kann eine Validierung der Berechnungsmodelle erfolgen, womit die Simulation abgesichert wird und noch realitätsnähere Aussagen erzeugen werden können.

Auch in den nächsten Jahren wird für eine optimale Auslegung der Passiven Sicherheit eines Fahrzeugs eine intensive Verzahnung von Versuch und Simulation ein wichtiger Erfolgsfaktor sein.



Prüfung für den Ernstfall: Crashversuche.

Die Entwicklung eines den höchsten Ansprüchen genügenden passiven Sicherheitskonzepts zählt zur Kernkompetenz der BMW Group. Deshalb verfügt das Unternehmen über ein Netzwerk von drei eigenen Crashanlagen, in welchen nicht nur alle gesetzlich vorgeschriebenen Versuche durchgeführt werden, sondern darüber hinaus auch die Erfüllung der anspruchsvollen eigenen Sicherheitsvorgaben realitätsnah geprüft werden.

Dazu wurde in den letzten Jahren die Versuchstechnologie erweitert. In Aschheim bei München wurde mit einem Aufwand von fünf Millionen Euro die intern als C2 bezeichnete Crashanlage umgebaut. Sie ermöglicht neben den klassischen Heck- und Seitenaufpralltests Versuchsszenarien, die weder von Zulassungsbehörden gefordert, noch von Verbraucherorganisationen getestet werden. So zählt zu den Testeinrichtungen eine Böschung, über die Fahrzeuge mit genau definierten Geschwindigkeiten fahren und zum seitlichen Überschlag gebracht werden. Mit dem einseitigen Befahren einer Rampe simulieren die Ingenieure das Hochfahren seitlicher Böschungen oder das Auffahren auf Leitplanken. Die Experten untersuchen die Sensorik für die Erkennung von Überschlägen und können den Auslösealgorithmus weiter verfeinern. Davon profitieren sowohl die Insassen von offenen Sportwagen und Cabriolets mit automatisch ausfahrenden Überrollbügeln, als auch Passagiere von geschlossenen Fahrzeugen: Die Rückhaltesysteme können vorkonditioniert werden und die Zündung der Airbags vor allem für Kopf und Thorax werden so auf den Unfallverlauf abgestimmt, dasssie ihre optimale Schutzwirkung entfalten.

Konsequent orientiert am realen Unfallgeschehen untersuchen die BMW Group Experten mit dieser Testeinrichtung auch weitere Szenarien. So lassen sie Versuchsfahrzeuge seitlich in ein rund 40 Zentimeter tiefes Sandbett bis zum Stillstand gleiten und bringen es dort zum Kippen, um die Belastungen der Insassen zu messen und die Schutzeinrichtungen der Fahrzeuge auch auf diesen Fall anzupassen. Auch diese Unfallart ist weltweit in keinem normierten Testzyklus vorgesehen.

Damit nicht genug: Auch für die Weiterentwicklung der aktiven Sicherheit sind die dort genutzten Vorrichtungen überaus nützliche Werkzeuge. Mit ihrer Hilfe ermitteln die Ingenieure unter welchen Voraussetzungen Fahrzeuge zum Überschlag tendieren - und analysieren diese. Mit Hilfe eines auf den jeweiligen Fahrzeugtyp exakt zugeschnittenen Algorithmus des Stabilitätssystems DSC oder der Fahrwerkregelung Dynamic Drive lässt sich bereits in einer sehr frühen Phase eine Instabilität verhindern oder soweit verringern, dass das Fahrzeug das kritische Kippmoment gar nicht erreicht.

Tests wie der Sandbettüberschlag benötigen lange Vorbereitungszeiten. Deshalb werden in der C2-Anlage mit rund 100 Versuchen pro Jahr relativ wenige der aufwändigen Crashs durchgeführt. Den Hauptteil tragen die beiden Anlagen im BMW Group Entwicklungszentrum FIZ. Das als C1 bezeichnete kleinere Labor ist auf Versuche mit geringen Geschwindigkeiten spezialisiert. Rund 50 Mal im Jahr untersuchen die Experten hier beispielsweise Frontalkollisionen mit niedrigen Geschwindigkeiten und Stoßfängertests bis 27 km/h Aufprallgeschwindigkeit.

Der größte Anteil der Versuche findet in der Crashanlage 3, kurz C3, statt. Die Geschwindigkeiten des realen Unfallgeschehens werden mit den Testgeschwindigkeiten bei Frontalaufprall (bis 64 km/h), Heckaufpral (bis 80 km/h) und Seitenaufpralltests (bis 62 km/h) zu weit über 90 Prozent abgedeckt. Neue Zulassungsbestimmungen, neue Märkte und weitere BMW und MINI Modelle lassen erwarten, dass die Zahl der Crashversuche pro Jahr noch zunehmen wird. Die BMW Group ist dafür gerüstet und hat 2005 allein in den Neubau der C3 Anlage rund 25 Millionen Euro investiert.


Es müssen dabei nicht immer komplette Karosserien sein, mit denen Sicherheitssysteme überprüft werden - und sie müssen auch nicht zwangsläufig dabei Schäden davon tragen. Dazu nutzt die BMW Group eine innovative Katapultanlage, auf der ganze Fahrzeuge und auch Komponenten den Beschleunigungsbelastungen einer Kollision ausgesetzt werden können, ohne einen Kratzer davon zu tragen. Mit dem Katapult werden Verzögerungsverläufe simuliert, wie sie im realen Frontal-, Heck- oder Seitencrash auftreten beziehungsweise vom Gesetzgeber oder Verbraucherschutz vorgegeben sind. Durchgeführt werden sowohl Versuche mit Einzelsystemen wie Sitzen, als auch mit teilausgestatteten Karosserien oder Karosserieabschnitten. Das ermöglicht es den Ingenieuren, innerhalb kürzester Zeit mit ein- und demselben Prüfaufbau ganze Testreihen mit verschiedenen Parametern zu fahren. Beispielsweise mit unterschiedlichen Auslösezeiten, Aufblasverhalten und -geschwindigkeiten von Airbagsystemen.

Ein spezieller Prüfstand für Fußgängerschutz vervollständigt das Netzwerk der BMW Group Crashlabore. Auf dieser Anlage wird der Anprall eines Fußgängers auf die Fahrzeugfront simuliert. Dazu werden Bein, Hüfte und Kopf durch spezielle Prüfkörper nachgebildet. Durch einen Hydropulszylinder beschleunigt treffen diese nach einer Freiflugphase mit einer definierten Geschwindigkeit auf. Anhand der ermittelten Verzögerungswerte kann das Verletzungsrisiko ermittelt werden. Zum Fußgängerschutz tragen Freiräume unter der Fronthaube sowie hinter Kühlermaske und Stoßfänger bei, die den Abbau von Aufprallenergie ermöglichen und so die Folgen mindern. Aktuell entwickelt die BMW Group mit Hilfe dieses Crashlabors auch die Sensorik für eine aktive Frontklappe, die bei einer Kollision durch das Anheben längere Deformationswege schaffe und dadurch die Belastung des Fußgängers reduziert.

Leider können diese Systeme erst im Falle einer Kollision wirken und Folgen mindern. Deshalb liegt das größte Augenmerk im präventiven Fußgängerschutz, dem Verhindern eines Zusammenstoßes. Aktuelle Beispiele sind BMW Night Vision oder auch Side View. Für die Zukunft arbeiten die Forscher und Entwickler intensiv auch an Systemen die in Gefahrensituationen aktiv für Fußgänger bremsen. Schon 2007 konnte in einem fahraktiven Prototyp der BMW Group Forschung und Technik der Öffentlichkeit diese Funktion der Gefahrenbremsung zum Schutz von Fußgängern vorgestellt werden.

Die Anforderungen durch die gesetzlichen Grenzwerte im Bereich der passiven Sicherheit werden auch in Zukunft weiter steigen. Damit verbunden st nicht nur die Entwicklung neuer technischer Lösungen im Fahrzeug, sondern auch neuer Dummies mit noch sensiblerer und umfangreicher Messsensorik, vor allem im Beinbereich. Bereits heute verfügen die BMW Group Crashexperten über mehr als 60 der zwischen 100.000 und 250.000 Euro teuren Messpuppen mit bis zu 200 Sensoren für Beschleunigung, Temperatur und Eindrücktiefe. Sie spiegeln praktisch alle Insassengrößen wider, vom Baby im Mutterleib bis zum großgewachsenen Mann. Als hochsensible und genormte Messmittel, die innerhalb einer Sekunde rund 10.000 Werte präzise erfassen können, werden sie je nach Einsatzgebiet nach drei bis fünf Crashversuchen neu zertifziert.


Konsequent sicher gebaut: BMW Group Fahrzeugkonzepte.

Alle Fahrzeuge der BMW Group haben einen Front- und Heckbereich mit progressiver Energieaufnahme, der sich bei einer Kollision zusammen mit den aktiven Rückhalteeinrichtungen positiv auf die Belastung der Insassen auswirkt. Dank ihrer hohen Formstabilität bildet die Fahrgastzelle bei allen Crasharten einen sicheren Überlebensraum für die Insassen. Die hohe Zellen-steifigkeit ist das Resultat verschiedener, gezielt aufeinander abgestimmter Maßnahmen. Das Fundament dafür legt die extrem steife Bodengruppe. Neben der Gestaltung der Trägerstrukturen kommt auch der Verbindungstechnik der einzelnen Karosserieteile zueinander eine wesentliche Bedeutung zu, ist doch eine Kette nur so stark wie ihr schwächstes Glied.

Doch es ist nicht damit getan, hier besonders fest und da besonders nachgiebig zu sein. An vielen Stellen muss ein sicheres Auto beiden Ansprüchen genügen. Der Vorderachsbereich eines BMW ist ein Beispiel dafür: Einerseits ist der Vorderachsträger mit den Motorträgern fest verbunden, um Motorkräfte (Drehmomentabstützung) und eingeleitete Radkräfte auf die Karosserie übertragen zu können. Andererseits jedoch kann er an berechneten Deformationsstellen definiert nachgeben und so Energie abbauen.

Auch die Lenksäule ist so konstruiert, dass sie beim Frontalaufprall vom Lenkgetriebe durch ein abgestimmtes Deformationselement entkoppelt wird. Das verhindert, dass sich die Rückverlagerung des Lenkgetriebes auf das Lenkrad überträgt. Zudem ist die Säule schiebeverzahnt und an einer Quertraverse zwischen den A-Säulen so stabil verankert, dass die Rückverlagerung auch im Ernstfall - etwa im Offset-Crash - sehr gering bleibt. Und dabei orientiert sich die BMW Group nicht nur an den internationa anspruchsvollsten Verbrauchertestkriterien, nach denen die Fahrzeuge mit einer Aufprallgeschwindigkeit von 64 km/h geprüft werden, sondern in jedem Fall auch an den Erkenntnissen aus der Realität - zusammengetragen von den Kollegen der Unfallforschung.



Auch offen sicher: Die Herausforderung Cabrio.

Ein offenes Fahrzeug stellt den auf Sicherheit bedachten Autokonstrukteur vor eine besonders schwierige Aufgabe: B- und C-Säule sowie das Dach als wesentliche Bestandteile der Fahrzeugstruktur fehlen. Ohne Gegenmaßnahmen könnte sich die Karosserie wie eine offene Schuhschachtel verwinden lassen. Doch die sind sowohl in den offenen BMW 1er und 3er als auch im 6er Cabrio oder Z4 äußerst wirkungsvoll: Die robust ausgelegten Quer- und Seitenträger ergeben mit speziellen Verstärkungen eine tadellos steife Karosserie. In den oberen A-Säulenabschnitten im Einbaubereich der Frontscheibe, bilden hochfeste Stahlbleche einen Rahmen, derSteifigkeit und Überrollschutz in Einem gewährt.

Je nach Fahrzeuggattung ergänzen weitere Schutzsysteme die Insassensicherheit bei einem Überschlag - einem mit ca. 3 % Anteil am gesamten Unfallgeschehen verhältnismäßig seltenen Ereignis. Hinter Fahrer und Beifahrer eines BMW Z4 oder MINI Cabrios sorgen feststehende Überrollbügel aus hochfestem Stahl für Schutz. Für das BMW 1er und 3er Cabrio sowie den BMW 6er gibt es ein aktives Überrollschutzsystem, das aus zwei Bügeln hinter den Fondsitzen besteht und von einem Sensorsystem bei akuter Überschlaggefahr automatisch ausgelöst wird. Die Anlage kann auch bei geschlossenem Verdeck ohne Beschädigung der Heckscheibe aktiv werden. Damit alle Risiken ausgeschlossen bleiben, hat das System eine niedrige Auslöseschwelle. Mit wenigen Handgriffen lässt es sich jedoch einfach wieder in die Ausgangslage zurückversetzen.



Seitenschutz der Türen.

Eine empfindliche Stelle des Autos ist die Flanke. Nicht nur dass hier gerade mal eine Armlänge zum Abbremsen des Eindringlings zur Verfügung steht, zudem verbieten die vier großen Türöffnungen jede untrennbare Versteifung. Alle BMW Limousinen bieten deshalb einen kompromisslos aufwändigen Seitenschutz: Diagonal verlegte hochfeste Traversen in allen Türen bieten in Verbindung mit der stabilen Fahrgastzelle optimalen Schutz bei einem seitlichen Crash. Ihr Auffangbereich deckt einen größeren Raum ab als jede andere Lösung. Bei schweren Seitenkollisionen stützen sich die Enden der Traversen im Türrahmen ab und bilden einen Verbund gegen die seitliche Intrusion.

Um im Notfall möglichst schnelle Hilfe von außen zu gewährleisten verfügen alle Fahrzeuge darüber hinaus auch über eine Logik, die im Crashfal automatisch die Zentralverriegelung entriegelt, Innenlicht und die Warnblinkanlage aktiviert.


Basis des Insassenschutzes: Sicherheitsgurte und Airbags.

Die Deformationszonen der Karosserie sollen Energie aufnehmen
und die Auswirkungen des Unfalls weitgehend von den Insassen fernhalten. Dennoch wirken bei einer Kollision natürlich teils erhebliche Beschleunigungskräfte auf die Insassen. Hier sorgen die Rückhaltesysteme für Schutz. Die serienmäßige Ausstattung aller BMW Group Automobile umfasst Dreipunkt-Automatikgurte für jeden Sitzplatz.

Optimiert wird die Wirkung der Gurte in Verbindung mit Gurtstrammer und Gurtkraftbegrenzer. Bei relativ geringer Aufprallschwere, für welche die Rückhaltefunktion des Sicherheitsgurts völlig ausreicht, werden nur die Gurtstrammer, aber noch keine Airbags aktiviert. Im neuen BMW 7er Komfortsitz erfolgt zusätzlich eine Vorstraffung der Gurte durch den elektromotorischen Aufroller bereits bei äußerst dynamischen Fahrzuständen.

Bei einem schweren Unfall reicht die Rückhaltewirkung des Gurts allein nicht mehr aus. Um eine optimale Rückhaltewirkung zu erzielen, verfügt jedes Fahrzeug der BMW Group über Airbags für Fahrer und Beifahrer im Lenkrad bzw. in der Instrumententafel über dem Handschuhfach. Gurt- und Airbagsystem sind genau aufeinander abgestimmt. Innerhalb von wenigen Millisekunden entfaltet sich ein Luftsack im Falle des Falles und schützt vor allem den Kopf und Oberkörper vor gefährlichen Aufprallverletzungen - im Zeitraum eines Wimpernschlags laufen alle notwendigen Sicherheitsmaßnahmen ab. Die Ergebnisse der BMW Unfallforschung beweisen eindrucksvoll, wie nachhaltig Airbags die Wirkung des Gurtes ergänzen.

Der Vergleich der Frontalkollisionen, bei denen die Frontinsassen nur mit Gurt, respektive mit Gurt und Airbag gesichert waren, zeigt dies deutlich. Farblich erkennbar ist, dass schwerste bis tödliche Verletzungen (rot) und leichte bis mittelschwere Verletzungen (braun) auf dem Diagramm gültig für mit Gurt und Airbag gesicherte Frontinsassen (Diagramm 2) erheblich weniger vorkommen oder sogar ganz fehlen. AIS ist dabei die Abkürzung für „Abbreviated Injury Scale" und kennzeichnet die Verletzungsschwere. Dahinter verbirgt sich eine von Ärzten und Biomechanikern erarbeitete internationale Verletzungsskala von Null bis Sechs, die die Lebensbedrohlichkeit von Verletzungen anzeigt. Die Geschwindigkeitsangaben im Diagramm reichen bis zur „Energy Equivalent Speed" (EES) von 65 km/h und decken damit über 99 Prozent der frontalen Unfallschwere ab.

Die EES (km/h) wird aus der Deformationsenergie am Fahrzeug errechnet, die die Fahrzeugstruktur bei einer Kollision aufgenommen hat. Dass in BMW Group Fahrzeugen sogar bis in diese Unfallschwere noch viele Insassen die Kollision ohne schwerere Verletzungen an Kopf und Oberkörper überstehen, zeugt für die hohe passive Sicherheit der Fahrzeuge.

Für die Sicherheit der Frontinsassen bei Seitenkollisionen sorgen zwei ebenfalls serienmäßig verbaute Airbags: Kopf- und Thoraxairbag. Ihre Aufgabe ist es, Kopf und Oberkörper (Thorax) vor dem direkten Aufprall auf die introdierende Seitenstruktur des Fahrzeugs bzw. den Kopf gegebenenfalls gegen den Direktkontakt mit eindringenden Objekten wie einem Baum zu schützen. Die Seitenairbags schaffen es in wenigen Millisekunden für den nsassen ein schützendes Polster, auch für einen schräg seitlichen Aufprall, aufzubauen. Da Kopf und Oberkörper seitlich durch die Bags abgestützt werden, wird die Kopfrotation und damit die Halswirbelsäulenbelastung zusätzlich erheblich reduziert.

Die schützende, oft lebensrettende Wirkung des Airbagsystems be Seitenkollisionen zeigt ein ähnliches Bild wie bei Frontalunfällen. Erst ab einem extrem schweren Seitenaufprall mit EES = 40 km/h erscheint die rote Farbe für die schweren Kopfverletzungen bei mit Airbag geschützten nsassen (Diagramm 4). Dagegen sind ohne Kopfairbag (Diagramm 3) bereits mittelschwere Verletzungen (braun) ab EES = 15 km/h und schwere Verletzungen (rot) ab EES = 30 km/h vorhanden.

Zum Herbst 2007 wurde der Insassenschutz in BMW Fahrzeugen durch die Einführung von crashaktiven Kopfstützen weiter optimiert. Das von der Sicherheitselektronik des Fahrzeugs gesteuerte System sorgt im Fall einer Heckkollision dafür, dass innerhalb kürzester Zeit das Vordertei der Kopfstütze um bis zu 60 Millimeter nach vorn und bis zu 40 Millimeter nach oben bewegt wird. Damit verringert sich der Abstand zum Kopf, noch bevor dieser durch die auf das Fahrzeug einwirkenden Kräfte nach hinten geschleudert wird. Auf diese Weise wird die stabilisierende und sichernde Funktion der Kopfstütze erhöht und das Risiko einer Verletzung oder Überdehnung im Halswirbelsäulenbereich der Fahrzeuginsassen gemindert.

Alle diese Rückhaltesysteme können vor allem dann optimal wirken, wenn die nsassen angegurtet sind und richtig sitzen. Die beste Sitzposition ist übrigens der Ausgangspunkt jedes BMW und MINI Fahrertrainings.

Geändert von Martin (22.10.2008 um 11:47 Uhr)
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