Adaptierbare Strukturkonzepte für die Verbesserung der passiven Sicherheit

Abstract

Zukünftige Karosseriekonzepte müssen sich widersprechende Anforderungen erfüllen: Zum einen soll das Karosseriegewicht deutlich gesenkt werden, zum anderen werden die Anforderungen an die Crashsicherheit immer höher. Ein Beispiel dafür ist die Einführung des small-overlap-Crashtests in den USA. Viele Fahrzeughersteller bieten außerdem eine große Anzahl an Modellen und Varianten an, die oftmals auf der gleichen Plattform basieren. Dabei ist, je nach Gewicht, eine Anpassung der Karosseriestruktur notwendig, was zusätzliche Entwicklungs- und Werkzeugkosten zur Folge hat. Dieser Trend verstärkt sich besonders durch die zunehmende Hybridisierung bzw. Elektrifizierung der Antriebe. Daher werden am Institut für Fahrzeugkonzepte adaptierbare Strukturen entwickelt, die eine Anpassung des Crashverhaltens, bei stark verringertem Aufwand für Entwicklung und Fertigung, ermöglichen. In vielen Crashlastfällen hat die Vorderwagenstruktur eine wichtige Sicherheits-Funktion. Deshalb wurde ein crashadaptives Vorderwagenkonzept entwickelt, bei dem die Energieabsorptionselemente durch Zerspanung Energie absorbieren. Dadurch ist es möglich unterschiedliche Kraftniveaus, ohne Änderungen an den Bauteilen, einzustellen. Außerdem zeichnen sich diese Absorber durch eine sehr hohe gewichtsspezifische Energieabsorption, sowie durch einen gleichmäßigen Kraftverlauf aus. Zur Verbesserung des Deformationsverhaltens von Karosseriebauteilen bei Biegebelastung, beispielsweise beim Seitencrash oder beim Pfahlaufprall, wurden Metall-Hybrid-Träger entwickelt. Simulations- und Versuchsergebnisse dieser Träger werden vorgestellt, die eine Steigerung der gewichtsspezifischen Energieabsorption um den Faktor 3 aufweisen. Mögliche Anwendungsfälle sind beispielsweise ein Schwellerprofil oder ein Türquerträger. Die Strukturverstärkung kann hierbei, durch Injektion von Schaum in ansonsten unveränderte Bauteile eingebracht werden. Die Verwendung unterschiedlicher Schaumdichten ermöglicht dabei eine einfache Anpassung der Bauteileigenschaften an verschieden Lastniveaus. Der small-overlap-Crashtest stellt eine große Herausforderung bei der Auslegung einer Karosserie dar, da, aufgrund der geringen Überdeckung, die Längsträger in der Regel nicht getroffen werden. Es wurden daher mehrere Konzepte entwickelt um das Crashverhalten in diesem Lastfall, mit möglichst geringem Entwicklungs- und Herstellungsaufwand zu verbessern. Ausgewählte Ergebnisse und das sich ergebende Potenzial werden vorgestellt.