Simulation eines realen Unfalls: Warum und wie wir mit Impaktoren testen

In den Artikeln über die Testanlage für den AUREL Fußgängerschutz haben wir das Umfeld und die Kompetenzen vorgestellt. Werfen wir nun einen Blick auf das Wesentliche dieser Tests – auf die Instrumente, ohne die die moderne Entwicklung der passiven Sicherheit nicht möglich wäre. Wir werden uns auf Impaktoren und ihre konkrete Anwendung bei physischen Tests konzentrieren. Und da es sich um ein umfangreiches Thema handelt, widmen wir ihm eine Serie mehrerer Artikel. 

Warum ist der Fußgängerschutz so wichtig?

Fußgänger gehören zusammen mit Radfahrern zu den am stärksten gefährdeten Teilnehmern des Straßenverkehrs. Und ihr Schutz ist nicht „nur“ ein Punkt in der Sicherheitsbewertung. Es ist die Reaktion auf ein reales globales Problem, das direkte Auswirkungen auf die Gesundheit und die Mobilität der Gesellschaft hat. Laut den neuesten Statistiken der World Health Organization (2023):

• kommt es weltweit jährlich etwa zu 1,19 Millionen Todesfällen im Straßenverkehr,
• mehr als die Hälfte davon entfällt auf gefährdete Verkehrsteilnehmer – Fußgänger, Radfahrer und Motorradfahrer,
• die Zahl der nicht tödlichen Verletzungen wird auf 20 bis 50 Millionen Fälle pro Jahr geschätzt,
• etwa ein Viertel aller Todesfälle entfällt auf Fußgänger.

Im Gegensatz zu Fahrzeuginsassen verfügen Fußgänger bei einer Kollision mit einem Fahrzeug über keinerlei Konstruktionsschutz. Die Energie des Aufpralls wird direkt auf ihren Körper übertragen – zunächst auf die unteren Gliedmaßen, dann auf das Becken und den Rumpf und schließlich auf den Kopf. Daher ist der Fußgängerschutz fester Bestandteil internationaler Zulassungsvorschriften sowie unabhängiger Sicherheitsbewertungen (z. B. Euro NCAP). Sowohl Automobilhersteller als auch ihre Zulieferer müssen strenge Anforderungen zur Verringerung des Verletzungsrisikos bei definierten Crash-Szenarien erfüllen.

Die Entwickler stehen dabei vor einem grundlegenden Dilemma:

• Die Karosserie muss ausreichend steif sein, um die Insassen bei einem frontalen Aufprall zu schützen.
• Gleichzeitig muss sie im Kontaktbereich mit dem Fußgänger „nachgiebig“ sein, um das Risiko schwerer Verletzungen zu minimieren.

Ein Ausgleich dieser gegensätzlichen Anforderungen ist nur dank genau definierter Tests und Instrumente möglich, die die biomechanische Reaktion des menschlichen Körpers realistisch simulieren können. Und gerade hier kommen die sogenannten Impaktoren ins Spiel. AUREL betreibt die einzige Testanlage für den Fußgängerschutz in der Tschechischen Republik, die diese Impaktoren einsetzt und auch maßgeschneiderte Tests für spezifische Fälle ermöglicht.

Was sind Impaktoren und wozu dienen sie?

Der Impaktor ist ein mit Sensoren ausgestattetes Simulationsmodell eines Körperteils, mit dem sich das Verletzungsrisiko bei einem Aufprall auf ein Fahrzeug quantifizieren lässt. Er misst Beschleunigungen, Kräfte und Biegemomente und liefert Daten, die direkt mit den gesetzlichen Grenzwerten vergleichbar sind. 

Der Einsatz von „Live-Tests“ ist aus offensichtlichen Gründen nicht möglich:

• Ethik – Tests an Menschen sind unzulässig.
• Wiederholbarkeit – der menschliche Körper ist ein biologisch variables System, das sich nicht standardisieren lässt.
• Genauigkeit und Vergleichbarkeit – die Entwicklung erfordert genau definierte, wiederholbare Bedingungen.

Im Bereich des Fußgängerschutzes kommen folgende Maßnahmen zum Einsatz:

• Kopf-Impaktoren (für Kinder und Erwachsene).

• Impaktoren der unteren Gliedmaßen (unterer und oberer Teil des Beins).

Jeder hat ein genau definiertes Gewicht, eine genau definierte Geometrie, genau definierte Materialeigenschaften sowie eine genau definierte Messkette. In anderen Bereichen der passiven Sicherheit gibt es zwar noch weitere biomechanische Modelle, für den Fußgängerschutz sind jedoch gerade diese Modelle von entscheidender Bedeutung. In den folgenden Artikeln unserer Serie werden wir uns ihnen genauer widmen.

Die Rolle von AUREL im Bereich der Impaktoren und deren Testen

Das tschechische Prüflabor für den Fußgängerschutz bei AUREL bietet einen kompletten Prozess an –vom Übernahmeprozess des Fahrzeugs über die Vermessung der Testzonen bis hin zu den Tests und der Auswertung der Crashtest-Daten. Neben den eigentlichen Tests beteiligt sich Aurel mit der Konstruktions- und Simulationsabteilung des Kunden auch an der Auswertung der Ergebnisse. Das Prüflabor ist im Besitz der internationalen Akkreditierung gemäß EN ISO/IEC 17025.

AUREL verfügt über die technische Ausrüstung und Technologien für:

• offizielle Zulassungsprüfungen sowie Entwicklungstests (ECE 127, EuroNCAP),
• genaue Vermessung der Prüfbereiche mithilfe von Koordinatensystemen,

• interne Zertifizierung und Instandhaltung der Impaktoren einschließlich der Überprüfung ihres dynamischen Ansprechverhaltens.

Ein wesentlicher Bestandteil der Arbeit ist die regelmäßige Kalibrierung, Überprüfung der mechanischen Eigenschaften und Validierung der Messketten. Neben den eigentlichen Tests ist das Team auch an der Entwicklung und Optimierung von Testszenarien in Zusammenarbeit mit den OEMs beteiligt, damit die Ergebnisse der FEM-Simulationen den realen physischen Tests im Labor so gut wie möglich entsprechen. Gerade die Verknüpfung von Simulationen und physischen Tests im Labor ist entscheidend – beide Methoden ergänzen sich gegenseitig und tragen gemeinsam zu genaueren und zuverlässigeren Ergebnissen bei.

Eine Simulation, die Leben rettet

Impaktoren sind nicht nur Laborgeräte. Sie sind ein Instrument, das es ermöglicht, physikalische Gesetze und die Biomechanik des menschlichen Körpers in messbare Daten umzuwandeln – und diese anschließend in konkrete Konstruktionsentscheidungen einzubinden. Ohne sie wäre es nicht möglich, Fahrzeuge systematisch zu entwickeln, die nicht nur ihre Insassen, sondern auch die Fußgänger schützen. In den nächsten Teilen dieser Serie werden wir uns eingehend mit den einzelnen Impaktortypen, ihrer Konstruktion, dem Messprinzip sowie den Besonderheiten der Datenauswertung befassen.

Möchten Sie wissen, wie Ihr Fahrzeug oder ein Teil davon bei Fußgängerschutztests abschneidet? Kontaktieren Sie die Experten von AUREL und lassen Sie sich über die Möglichkeiten von Zulassungs- und Entwicklungstests beraten, die genau auf Ihr Projekt zugeschnitten sind.