Eine Frage des Pulses

Passive Sicherheitssysteme im Audi e-tron

Die aktiven Sicherheitssysteme, zum Beispiel Kameras und
Ultraschallsensorik, sind bei den heutigen Fahrzeugen auf dem höchsten
Standard. Sollte es trotzdem zu einem unvermeidbaren Unfall kommen, geht
es um Sekundenbruchteile: „Wenn die Sicherheitselektronik einen Crash
meldet, müssen die passiven Systeme, also Gurtstraffer und Airbags,
innerhalb von wenigen Millisekunden auslösen“

erklärt Christian Stöcklein, Leiter der PSW-Abteilung Gurte/ Insassenschutz. „Die Systeme müssen perfekt aufeinander abgestimmt sein, um den Insassen den bestmöglichen Schutz zu bieten.

Entwicklung und virtuelle Absicherung

In der praktischen Umsetzung haben hier die Kollegen Kai Jenoch aus der PSW-Abteilung Entwicklung Rückhaltesysteme/Airbags und sein Kollege Valentin Berrueco aus der Berechnung/Simulation den Kunden Audi bei der Entwicklung der passiven Sicherheitssysteme des Audi e-tron unterstützt. Ihre Aufgabe bestand darin, dass sie zusammen mit weiteren PSW-Kollegen aus der Gurt- und Airbagentwicklung in Abstimmung mit den Audi-Fachabteilungen einerseits die entsprechenden Komponenten entwickelt haben. Andererseits lag es in ihrer Verantwortung, das perfekte Zusammenspiel der Komponenten im Gesamtsystem zu gewährleisten. Zudem haben sie gemeinsam die Systeme durch virtuelle Simulationsmethoden abgesichert. Es war das erste Mal für die PSW Experten, dass sie die passiven Sicherheitssysteme eines Elektrofahrzeugs ausgelegt haben. Aber was ist der Unterschied zu einem Fahrzeug mit Verbrennungsmotor?

PSW automotive engineering GmbH: Andreas Fidorra, Geschäftsführer Entwicklung
PSW automotive engineering GmbH: Leistungen - Kompetenzen - Engineering - Bordnetz Integration

Elektrofahrzeug vs. konventioneller Antrieb

„Es ist eine Frage des Pulses“, sagt Kai, der sich während des Gesprächs oftmals ganz in seinem Fachvokabular verliert und damit bei seinem Gegenüber Stirnrunzeln verursacht. Man merkt, dass er mit Leidenschaft dabei ist, wenn er begeistert über sein Thema spricht. Er erklärt geduldig: „Bei einem Fahrzeug mit konventionellen Antrieb bietet der Motor eine Pufferzone. Im Falle eines Frontalcrashs, faltet sich die Front nach und nach zusammen, wobei der Motor einen Widerstand bietet, um Geschwindigkeit abzubauen. Der Puls, also die Verzögerung, ist entsprechend groß. Elektrofahrzeuge haben natürlich keinen vergleichbaren Motor, sodass sich je nach Auslegung des Vorderwagens die Front schneller zusammenfaltet. Dadurch ist der Puls geringer.“ Doch sobald die vom Crash deformierte Struktur auf das Gesamtbatteriegehäuse trifft, steigt die Verzögerung sprunghaft an, weil die Batterie so geschützt ist, dass sie nicht deformieren kann. „Der Wechsel von geringer zu großer Verzögerung stellte uns bei der Auslegung der passiven Sicherheitssysteme vor neue Herausforderungen“, sagt Kai.

Perfektes Zusammenspiel

Die optimale Auslegung der Systeme gelang den Experten, indem sie bestimmte Informationen nutzten, um Gurtstraffer und Airbags intelligent auszulösen. Diese Informationen erhalten sie zum einen durch die kapazitive Sitzerkennung, die Aufschluss darüber gibt, ob der Sitzplatz überhaupt besetzt ist. Zum anderen kann eine Schaltervorrichtung im Sitz abschätzen, wie groß und wie schwer der Insasse ist.
Basierend auf diesen Informationen und unter Berücksichtigung des Deformationsverhaltens eines Elektrofahrzeugs, stimmten Kai und Valentin die Auslösezeiten von Gurtstraffern und Airbags aufeinander ab. „Das Zusammenspiel der beiden Systeme muss perfekt miteinander harmonisieren. In der ersten Zündschwelle lösen zuerst die Gurtstraffer und kurz darauf die erste Airbagstufe aus. Manche Airbags verfügen noch über weitere Stufen“, so Kai. Außerdem müssen die Airbags je nach den Maßen der Insassen entsprechend weicher oder härter sein, um den jeweils bestmöglichen Schutz zu bieten. Der Airbag bei einer kleinen Frau muss zum Beispiel weicher sein, als bei einem großen Mann.

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Eine weitere Herausforderung waren die unterschiedlichen gesetzlichen Rahmenbedingungen. Bei der Auslegung mussten Kai und Valentin sicherstellen, dass ganz spezifische Richtwerte eingehalten werden. Zum Beispiel dürfen auch manche Körperregionen nur begrenzte Kräfte wirken, was in Kilonewton angegeben wird. Diese Richtwerte variieren von Markt zu Markt, was die Ingenieure bei der Entwicklung berücksichtigen mussten.

Die „Abschlussprüfung“: der Euro NCAP

Anfang dieses Jahres haben Kai und Valentin zusammen mit ihrem Kollegen aus der Strukturentwicklung Markus Kemmler mit dem Audi e-tron ihre „Abschlussprüfung“ abgelegt: In Abstimmung mit Audi waren sie drei Tage bei der Bundesanstalt für Straßenwesen, um die Testprozedur des Euro NCAP für den Audi e-tron zu begleiten.

»Der e-tron hat die volle fünf Sterne Wertung erzielt. Die Tests haben auch gezeigt, dass der Beinschutz wirklich herausragend ist. Bei der Auslegung haben wir darauf geachtet, dass der Fußraum über viele gedämpfte Bereiche verfügt, was das Fahrzeug besonders sicher macht «
Kai Jenoch, PSW-Abteilung Entwicklung Rückhaltesysteme/Airbags

Die Erfahrungen, die das PSW-Team beim Audi e-tron gemacht hat, bildet die Basis für die Mitentwicklung von passiven Sicherheitssystemen bei weiteren Elektrofahrzeugen. „Die Mobilität der Zukunft wird elektrisch sein. Es ist wichtig, dass wir mit solchen Projekten unser bereits schon sehr umfangreiches Know-how weiter vertiefen“, sagt Kai.

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PSW automotive engineering GmbH: Leistungen - Kompetenzen - Fahrerlebnisraum - Funktionsintegriertes Interieur