Fahrzeugsicherheit

Fahrzeugsicherheit

Der Wunsch nach mehr Sicherheit im Straßenverkehr für alle Teilnehmer treibt die Gesetzgebung und Verbraucherschutzorganisationen auf der ganzen Welt an. Mit jeder Fahrzeuggeneration wird der Sicherheitsstandard nach oben geschraubt, dabei ersetzen neue Anforderungen nicht die bestehenden, sondern erweitern diese. Die Simulationsspezialisten der CDH AG entwickeln dabei die sicherheitsrelevanten Funktionen des Fahrzeuges lange bevor der erste Prototyp in Hardwareversuchen getestet wird.


Crash-Simulation

Dem Fahrzeuginsassen muss unter allen denkbaren Unfallszenarien genügend Überlebensraum zur Verfügung gestellt werden. Dies resultiert in den verschiedensten Crashlastfällen:

Frontcrash

  • gem. gesetzlicher Vorgaben, wie z. B. FMVSS208 oder ECE R96
  • gem. Verbraucherschutz, wie z. B. IIHS Small Overlap oder EuroNCAP

Seitencrash

  • gem. gesetzlicher Vorgaben, wie z. B. FMVSS214 oder ECE R95
  • gem. Verbraucherschutz, wie z. B. IIHS Seitencrash oder EuroNCAP Pfahlaufprall

Heckcrash

  • gem. gesetzlicher Vorgaben, wie z. B. FMVSS301
  • gem. Verbraucherschutz, wie z. B. EuroNCAP

Überschlag

  • gem. gesetzlicher Vorgaben, wie z. B. Dacheindrückung

Die Berücksichtigung von Low Speed Lastfällen gewährleistet, dass das Fahrzeug leichte Parkrempler ohne Schaden und leichte Auffahrunfälle nur mit geringen Reparaturkosten übersteht. Mit Hilfe der Crashsimulation finden die CDH Spezialisten die richtigen Bauteileigenschaften, wie Geometrie, Material und Verbindungstechnik, sowie für die Fahrzeugstruktur als Ganzem. Dies stellt für alle Crashdisziplinen und sonstige Anforderungen eine multidisziplinäre Optimierung dar. Abhängig von der Projektphase kommen unterschiedlich Simulationsmethoden zum Einsatz u. a.:

  • Vereinfachte Konzeptmodelle
  • Topologieoptimierung
  • Wandstärkenoptimierung
  • Stochastische Simulation

Insassenschutz

Im Rahmen der Insassensimulation werden alle Teile des Fahrzeuges optimiert, die während eines Unfalls potentiell Kontakt mit dem Insassen haben. Eine besondere Bedeutung haben dabei die primären Komponenten des Rückhaltesystems, Airbag und Gurt. Aber auch Bauteile, wie Sitz und Instrumententafel werden gezielt auf die Interaktion mit dem Insassen ausgelegt. Der Einsatz moderner Sensoren erlaubt u.a. die Unterscheidung von verschiedenen Unfallschweren, der Insassengröße und der Sitzposition. Mit Hilfe umfangreicher Parameterstudien werden in der virtuellen Entwicklung die optimalen Eigenschaften für z. B. Airbaggasgeneratoren oder Gurtkraftbegrenzer gesucht. Speziell bei der Entwicklung von Airbagsystemen wird auch das Risikopotential über die Betrachtung s.g. Out-of-Position Lastfälle berücksichtigt. Die realistische Abbildung des physikalischen Verhaltens, sei es das Abbrandverhalten von Gasgeneratoren oder das Entfalten von gefalteten Airbags, in der Simulation sind Voraussetzung für belastbare Simulationsergebnisse.


Frontcrash

  • gem. gesetzlicher und Verbraucherschutzvorgaben, wie z. B. FMVSS208 5%ile HIII Dummy

Seitencrash

  • gem. gesetzlicher und Verbraucherschutzvorgaben, wie z. B. IIHS SiD IIs

Heckcrash

  • gem. Verbraucherschutz, wie z. B. EuroNCAP

Die Vielzahl an Designparametern in Kombination mit der großen Anzahl unterschiedlicher Lastfälle, sowie der Wechselwirkung einzelner Parameter macht den Einsatz von automatischen Optimierungsmethoden notwendig. Abhängig von der konkreten Fragestellung können verschieden Methoden verwendet werden:

  • Design of Experiment (DoE)
  • Gradientenbasierte Optimierungsalgorithmen
  • Evolutionäre Optimierungsalgorithmen
  • Stochastische Optimierungsalgorithmen

Partnerschutz

Neben dem Schutz des Fahrzeuginsassen, hat der Partnerschutz immer mehr Bedeutung gewonnen, voran der Fußgängerschutz. Im Zielkonflikt zwischen Fahrzeugdesign, Bauraum und Sicherheitsanforderungen kann mit Hilfe der Simulation das richtige Konzept definiert werden, dabei werden früh im Entwicklungsprozess Fragen bzgl. der zu verwendeten Materialien genauso beantwortet, wie die Entscheidung über aktive oder passive Systeme getroffen. Zum Leistungsspektrum der CDH AG gehören neben den reinen CAE Tätigkeiten auch die Koordination von Versuchen, von der Bauteil-, Fahrzeug- und Prüfstandsplanung und die Analyse von Versuchen und der Vergleich mit der Simulationsprognose. Die Kommunikation der Fußgängerschutzbelange innerhalb Ihrer Organisation übernehmen wir genauso, wie die Verfolgung der Maßnahmenumsetzung im Rahmen der Projektkoordination. Abgerundet wird das Leistungsspektrum der CDH AG durch Sensorsimulation, wie sie zur Entwicklung aktiver Fußgängerschutzkonzepte notwendig sind.

  • Kopfaufprall
  • Hüftaufprall
  • Beinaufprall

Jeweils für gesetzliche Abforderungen in Europa und Japan, sowie Verbraucherschutztests wie z. B. EuroNCP

Hochvoltsicherheit

Die Bedeutung von elektrifizierten Fahrzeugen nimmt rasch zu, sei es als Hybrid (HEV), Plug-in Hybrid (PHEV), reines Elektrofahrzeug (BEV) oder als Brennstoffzellenfahrzeug (FCEV). Mit der Technologie der Hochvoltsysteme gehen aber auch neue Risiken einher, z.B. die Gefahr eines Kurzschlusses oder eines Brands bzw. das Versagen eines Wasserstofftanks. Für alle möglichen Szenarien des realen Unfallgeschehens müssen Vorkehrungen getroffen werden, die Anforderungen gehen dabei weit über bestehende gesetzliche Crashanforderungen hinaus.

Karosserie

Bereits in der Konzeptphase muss die Rohkarosserie des Fahrzeugs nicht nur für den Schutz der Insassen, sondern auch für den Schutz des HV-Systems ausgelegt werden. CDH Spezialisten finden intelligente Leichtbaulösungen um diese Ziele optimal zu erreichen.

Batteriegehäuse

Das Batteriegehäuse schützt im Falle eines Unfalls die Batteriezellen in seinem Inneren vor äußeren Belastungen. Dazu müssen bereits auf Komponentenebene die Erfüllung gesetzlicher Anforderungen nachgewiesen werden. Mit Hilfe der FEM optimiert CDH die Steifigkeit und Festigkeit des Batteriegehäuses bereits vor den ersten Prototypen.

Die Integration der gesamten Batterie in die Fahrzeugumgebung ist ein weiterer Schwerpunkt der HV-Sicherheit. Aufgrund der hohen Massen wirken bei einem Unfall sehr große Trägheitskräfte auf die Batterie, diese müssen auf vorher definierten Kraftpfaden in die Karosserie eingeleitet werden. CDH ist in der Lage die übertragenen Kräfte präzise zu bestimmen und die zu wählende Verbindungstechnik bzw. die formschlüssige Einbausituation zu dimensionieren.

Batteriezellen

Die Li-Ionen-Zellen stellen den verletzlichen Kern der HV-Technologie dar, ihrem Schutz dienen alle Maßnahmen. Eine realistische Abbildung ihres mechanischen Verhaltens in der Simulation ist dabei die Voraussetzung für prognosesichere Berechnungen.

Elektronikkomponenten

Alle stromführenden Komponenten sind auf ihre Verhalten während eines möglichen Unfalls zu untersuchen. Ladegerät, Leistungselektronik oder PTC-Heizelementen müssen hinsichtlich ihrer Belastung und auch hinsichtlich des Zeitpunkts der Belastung untersucht werden. Mögliche Beschädigungen dürfen erst spät, nach Abschalten der Spannungsversorgung, auftreten.

Leitungen

Die gleichen Anforderungen wie für die Elektronikkomponenten gelten auch für alle HV-Leitungen.

Hochvoltsicherheit

Ulrich Freyberger

Ansprechpartner

Ulrich Freyberger//
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+49-841-97481-16

Aktuelles

15.11.2022 CDH/AMLS V5.2. & FastFRS V2.2 (revision 179)

CDH/AMLS version5.2 und CDH/FastFRS 2.2 (revision 179) steht zum Download zur Verfügung.

29.09.2022 VDI SIMVEC 2022

Besuchen Sie uns auf der VDI SIMVEC 2014 vom 22. – 23. November 2022

28.09.2022 NAFEMS DACH Regionalkonferenz 2022

Besuchen Sie uns auf der NAFEMS DACH Regionalkonferenz 2022 vom 04. – 06. Oktober 2022 in Bamberg

09.09.2022 GNS Generator4 V1.7.3

Release Version steht zum Download bereit.