Passive Sicherheit von Kraftfahrzeugen

Bei der Verwendung des Begriffes „Sicherheit“ sieht man sich unmittelbar der Frage ausgesetzt, ob es für den Straßenverkehr überhaupt eine absolute Sicherheit, also das „Freisein von Gefahr“ [1] geben kann. Angesichts der alljährlich zu beklagenden Unfallfolgen muss diese Frage wohl eher verneint werden. Was bedeutet also „Sicherheit“?

Im vorliegenden Kapitel wird der Frage nachgegangen, in welchem Umfang und auf welche Art und Weise Straßenverkehrsunfälle stattfinden und unter welchen Umständen Verkehrsteilnehmer dabei zu Schaden kommen. Vorher jedoch soll die Bedeutung der Verkehrsunfallopfer in der Todesursachen-Statistik aufgezeigt werden.

Während sich die Biomechanik in der aktiven Fahrzeugsicherheit wie auch in der Arbeitswissenschaft auf ergometrische (zu verrichtende Arbeit) und dynamometrische (aufzubringende Betätigungskraft) Aspekte und ihre Einflussfaktoren konzentriert, behandelt die Biomechanik im Zusammenhang mit der passiver Sicherheit die mechanische Belastbarkeit des lebenden Körpers oder von Körperteilen mit dem Ziel, die Verletzungsmechanik bei Unfallopfern zu analysieren und objektive Kriterien zur Unterscheidung von reversiblen und irreversiblen Verletzungen bereitzustellen. Unter Biomechanik versteht man also die Beschäftigung mit dem mechanischen Verhalten des lebenden Körpers bzw. seiner Bestandteile, d. h., es werden hier statische und dynamische Zustände und Prozesse analytisch beschrieben [1].

Unter Sicherheitsmaßnahmen lassen sich grundsätzlich all diejenigen Maßnahmen subsumieren, die geeignet sind, Unfälle zu vermeiden und Unfallfolgen zu minimieren. Die Maßnahmen zur Verbesserung der aktiven Fahrzeugsicherheit lassen sich zeitlich der so genannten PreCrash-Phase, d. h. der Zeitspanne vor der Kollision, zuordnen. Die in dieser Zeitspanne generierten Informationen zum Erkennen der Wahrscheinlichkeit und der Schwere einer Kollision werden allerdings auch oder ausschließlich in der Kollisionsphase, d. h. in der InCrash-Phase, zur Aktivierung geeigneter Schutzmaßnahmen verwendet. Daher ist die zeitlich enge Abgrenzung zwischen der aktiven und der passiven Sicherheit in PreCrash- und InCrash-Phase nicht mehr zutreffend. Im Folgenden jedoch soll lediglich der Ausschnitt des Maßnahmenkatalogs abgehandelt werden, der auf die Unfallfolgenminderung abzielt (Abbildung 4.1). Die hierauf ausgerichteten Maßnahmen zur Verbesserung der passiven Sicherheit greifen in der InCrash-Phase und in der PostCrash-Phase, wobei die Maßnahmen im Zeitbereich nach der Kollision wie Sicherung der Unfallstelle, Rettungswesen, Versicherungsschutz u. a. hier im Wesentlichen unberücksichtigt bleiben.

Seit den 1980er Jahren gehört die passive Sicherheit zur Standardausrüstung der meisten Automobile; neben der Sicherheitsfahrgastzelle gehören dazu auch Gurt- und Airbag-Systeme. Diese Insassenschutz-Systeme sind heute ohne die notwendige Elektronik für Sensierung und Diagnose sowie für die zeitgerechte Ansteuerung undenkbar. Die Entscheidung, ob die Insassenschutz-Systeme wie Straffer und Kraftbegrenzer des Gurtsystems sowie Fahrer-, Beifahrer-, Kopf- und Thorax-Airbags beim Unfall aktiviert werden sollen, hängt von den Signalen ab, die von den eingesetzten Sensoren detektiert werden. Sowohl in den Airbag-Steuergeräten als auch in den unterstützenden Front- und Seiten-Sensoren werden heute in der Regel mikromechanische Beschleunigungssensoren verwendet. Bei Seitenkollisionen kommen aber auch Druck-Sensoren zum Einsatz, die in den Fahrzeugtüren installiert sind.

Mit der Zunahme des Straßenverkehrs aufgrund der wachsenden Anzahl zugelassener Kraftfahrzeuge wuchs auch die Anzahl der Unfälle. Entsprechend frühzeitig setzten die Bemühungen der Legislative ein, zur Verbesserung der Verkehrssicherheit Vorschriften für Fahrzeuge zu erlassen ohne die Mobilität und das Verkehrsgeschehen zu beeinträchtigen. Zur Überprüfung der Sicherheitsmaßnahmen werden einerseits Funktionsuntersuchungen durchgeführt, andererseits stellt die Sicherheitsgesetzgebung für einzelne Sicherheitskomponenten oder für die Gesamtheit aller Sicherheitseinrichtungen eine Wirkvorschrift dar, bei der nach Erfüllung oder Nicht-Erfüllung der gesetzlichen Anforderung unterschieden wird. Die Bewertung hingegen hat zum Ziel, die passive Sicherheit nicht nur nach Ja/nein-Kriterien zu unterscheiden, sondern auch den unter- und überkritischen Bereich wertemäßig zu erfassen, so dass die Belastungswerte selbst das Gütekriterium darstellen und die Höhe des Wertes mit der Wahrscheinlichkeit der körperteilspezifischen Verletzung korreliert. Damit werden dem Verbraucher Informationen bereitgestellt, nach denen er das Unfallverhalten eines bestimmten Fahrzeuges vergleichend mit einem anderen, innerhalb einer Fahrzeugklasse oder auch innerhalb der Fahrzeugpopulation beurteilen kann.

Die Zielsetzung der experimentellen Simulation im Rahmen der passiven Sicherheit ist darin zu sehen, Sicherheitsmaßnahmen unter möglichst realistischen Bedingungen nachzubilden und deren Verhalten zu ermitteln. Die Realität ist dabei die Gesamtheit des Verkehrsunfallgeschehens, weil die unter Laborbedingungen ermittelten Versuchsergebnisse eine Aussage über die Wirksamkeit von Sicherheitsmaßnahmen im Unfall ermöglichen sollen. Dazu werden auftretende Deformationen an der Fahrzeugkarosserie und Beschädigungen an den Insassenschutzsystemen untersucht; die auf verwendete Testpuppen einwirkende Kräfte, Beschleunigungen und andere Belastungsgrößeen dienen als Kriterium für die Schwere der zu erwartenden Verletzungen. Da jedoch aufgrund der Vielzahl möglicher Unfallkonstellationen nicht jeder einzelne Unfall nachgefahren werden kann, werden Unfallsituationen in der Regel nach international festgelegten Vereinbarungen nachgebildet, die eine bestimmte Unfallgruppe repräsentieren und sich hinsichtlich der Unfall- und Verletzungsmechanik ähnlich verhalten, so z. B. bei Frontal-, bei Seiten- und bei Heckkollisionen. Je nach Fragestellung und Anforderung lassen sich jedoch auch Teilsysteme ableiten, deren überprüfung ausreicht, um die Funktionalität und Wirksamkeit von Sicherheitskomponenten zu untersuchen und nachzuweisen; hierbei spielen zudem Verfügbarkeit und Kosten, insbesondere in der Entwicklungsphase von Kraftfahrzeugen, eine entscheidende Rolle.

Für eine Zulassung im Straßenverkehr sind Fahrzeugversuche international vereinbart und gesetzlich vorgeschrieben. Mit der experimentellen Simulation werden nicht selten unerwartete Schwachstellen aufgedeckt. Nachteilig ist allerdings der Umstand, dass Testobjekte erst als Prototypen oder Muster vorliegen müssen, um experimentell überprüft werden zu können. Dies bedeutet nicht nur hohe Erstellungskosten, sondern auch einen hohen Zeitaufwand, der mit den immer kürzer werdenden Entwicklungszyklen neuer Fahrzeugtypen und -plattformen unvereinbar ist. Daher entwickelte sich die rechnerische Simulation hin zum entscheidenden und anerkannten Entwicklungswerkzeug. Die Anwendung reicht von der Konzeptphase bis hin zur Serienentwicklung und zeichnet sich durch ein hohes Maß an Zuverlässigkeit und Genauigkeit aus. Dies gilt für die statische und dynamische Berechnung des Fahrzeugverhaltens und der Komponenten des Insassenschutz-Systems als auch für die Simulation des Bewegungs- und Belastungsverhaltens von Insassen.

Der Fahrzeugentwicklungsprozess hat sich aufgrund äußerer Einflüsse, des Wettbewerbsdruckes und der zeit- und kundennahen Produktplatzierung in den vergangenen Jahrzehnten zunehmend verändert. Entwickelte man früher Fahrzeuge noch in einem Zeitraum von sieben bis neun Jahren, so wird heute die Entwicklungszeit auf drei bis vier Jahre reduziert. Dieses kennzeichnet einen Trend, der sich noch weiter fortsetzen wird, um markt- und kundenspezifischen Anforderungen gerecht werden zu können (Abbildung 9.1).