Vorhersage der Wirkungsweise nachgiebiger Schutzeinrichtungen für den Straßenverkehr

Fahrzeugrückhaltesysteme (FRS) sind ein wesentliches Element der Straßenverkehrssicherheit. Die Hauptaufgabe der in der Vergangenheit als passive Schutzeinrichtungen bezeichneten Fahrzeugrückhaltesysteme ist es, von der Fahrbahn abkommende Fahrzeuge abzuweisen, aufzuhalten und die Unfallfolgen zu minimieren. Typische FRS sind Stahlschutzplanken oder Betonschutzwände, die vor allem in Mittelstreifen von Autobahnen als Trennung der Richtungsfahrbahnen für Verkehrsteilnehmer ein gewohntes Bild sind und seit den 60er Jahren dazu beitragen, die Zahl der Unfälle im Gegenverkehr zu reduzieren. Am Fahrbahnrand schützen sie Fahrzeuge vor Abstürzen und Kollisionen mit Gegenständen neben der Fahrbahn.

Sowohl für die Entwicklung neuer als auch die Optimierung bestehender FRS ist die Kenntnis der Wirkungsweise im Anprallfall unerlässlich. Diese Wirkungsweise kann auf experimentellem Weg ermittelt werden, indem mit herkömmlichen straßenverkehrstauglichen Fahrzeugen Anprallversuche durchgeführt werden, die einen erheblichen finanziellen Aufwand erfordern. Eine zuverlässige rechnerische Vorhersage der Wirkungsweise – insbesondere auch die Versagensindikation – durch numerische Simulation bietet hier ein erhebliches Potential, da die Eignung eines FRS vorab bestimmt und Parameter systematisch untersucht und optimiert werden können. Bei nachgiebigen FRS aus Stahl ist die zuverlässige rechnerische Vorhersage der Wirkungsweise eine besondere Herausforderung, da eine Vielzahl von kinematischen, dynamischen, energetischen und plastomechanischen Parametern von Bedeutung ist, sowohl die Fahrzeugeigenschaften betreffend als auch die der FRS selbst.

Bisherige Forschungsarbeiten auf diesem Gebiet konnten nur Teilerfolge liefern, z.B. die rechnerische Vorhersage der Anprallfolgen beim Anprall von Pkw und leichten Lkw, jedoch zumeist an ausreichend dimensionierten, nicht versagensgefährdeten FRS und mit oftmals mäßiger quality of prediction Vorhersagegenauigkeit.

Hier setzt das Ziel der Arbeit an: Durch Nutzbarmachung von Simulationen im Zeitbereich auf Basis der Mehrkörperdynamik gelingt die zuverlässige Vorhersage der Wirkungsweise von Schutzeinrichtungen im Anprallfall, auch für nicht bestandene und nur knapp bestandene Anprallprüfungen, bei denen die Schutzeinrichtungen für den Versagensgrenzzustand dimensioniert sind. Durch Parametervariationen besteht die Möglichkeit einer einfachen Abschätzung der Auswirkungen des Austausches einzelner Konstruktionselemente und Systemkomponenten auf die Aufhaltefähigkeit und die Insassenbelastung. Schwachstellen von Schutzeinrichtungssystemen können identifiziert, analysiert und Weiterentwicklungsstrategien entwickelt werden.