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Ford entwickelt weltweit erste digitale Simulation eines Kinderkörpers für virtuelle Crashtest-Studien

Als einer der weltweit ersten Automobilhersteller überhaupt arbeitet Ford mit Hochdruck an der digitalen Simulation eines Kinderkörpers. Sie soll schon in naher Zukunft im Rahmen elektronischer Crashtest-Szenarien eingesetzt werden und wesentliche Erkenntnisse liefern, wie die Rückhaltesysteme des Autos gerade die kleinsten Mitfahrer noch effektiver vor Verletzungen schützen können.

Diese digitalen Rechenmodelle dienen nicht als Ersatz für Dummies bei realen Crashtests, mit denen die tatsächlichen Verzögerungskräfte und Auswirkungen ermittelt werden. Vielmehr kommen sie vornehmlich in der Forschung sowie in einer sehr frühen Phase der Fahrzeugentwicklung zum Einsatz und liefern Erkenntnisse, wie Verletzungen zustande kommen.

„Wir analysieren die Verletzungsmuster, wie sie bei realen Verkehrsunfällen auftreten“, so Dr. Stephen Rouhana, Leiter Sicherheit innerhalb der Forschung und Entwicklung von Ford. „Aus diesem Grunde wollen wir unbedingt unser Verständnis dafür schärfen, ob Verletzungen bei jungen Autoinsassen anders entstehen als bei Erwachsenen und wie. Für die vorne Sitzenden haben wir bereits hochmoderne Rückhaltesysteme, die Leben retten und sehr effizient helfen, Unfallfolgen zu minimieren. Je mehr wir über den menschlichen Körper wissen, desto effektiver können wir unsere Airbag- und Gurtsysteme auch für die hinten Sitzenden verbessern.“

Die Erstellung eines digitalen Modells des menschlichen Körpers ist eine überaus komplexe Aufgabe. Allein in die Arbeit an der Simulation eines erwachsenen Autofahrers hat Ford elf Jahre investiert. Für die Simulation eines Autoinsassen im Kindesalter setzen die Entwickler und Programmierer von Ford das digitale Modell Stück für Stück zusammen – vom Gehirn über den Schädel und den Nacken bis hin zum Brustkorb und die oberen und unteren Extremitäten. „Auch wenn es sich im ersten Moment etwas bizarr anhören mag: Die digitale Simulation eines Menschen entsteht auf eine ähnliche Art und Weise wie ein Fahrzeugmodell“, erklärt Rouhana. „Wir beginnen mit der Oberflächen-Geometrie jeder einzelnen Komponente und der in ihr enthaltenen Subkomponenten – im Falle des Menschen also des Körpers und der Organe.“

Allen Details werden spezielle Eigenschaften zugeordnet, die Ford aus der medizinischen Forschung und der Anatomie übernimmt. Das Gehirn des Erwachsenenmodells zum Beispiel besteht auch in der digitalen Umsetzung aus einzelnen Elementen wie dem Gehirnstamm, den Gehirnzellen und den verschiedenen Gehirnschichten inklusive der dazugehörigen Gehirnflüssigkeit. Alle Einzelkomponenten werden anschließend am Rechner zu einem Gesamtmodell zusammengeführt und virtuell in einen menschlichen Körper integriert. Um dessen Übereinstimmung mit der Wirklichkeit fortlaufend zu verbessern, verfeinern die Experten von Ford das elektronische Modell je nach neuen Erkenntnissen immer weiter – ein kontinuierlicher Vorgang.

Erfolg dieses aufwändigen Prozesses: Jetzt können die Entwickler von Ford anhand mathematischer und analytischer EDV-Werkzeuge die Funktion von Rückhaltesystemen und ihre Auswirkungen auf den Menschen umfassend simulieren – und bereits in der Vorausentwicklung Lösungen finden, um Verletzungen zu vermeiden. Dank des digitalen Modells eines kindlichen Körpers ist dies demnächst auch ganz speziell für die schutzbedürftigsten Mitfahrer an Bord möglich.

Dr. Steve Rouhana erhielt für seine Forschungsarbeiten auf dem Feld „Welche Folgen haben Verkehrsunfälle auf den menschlichen Körper?“ kürzlich in Paris den prestigeträchtigen „Award of Merit“ der in den USA ansässigen „Association for the Advancement of Automotive Medicine“ (AAAM) verliehen. Dies ist die höchste Auszeichung, die eine Einzelperson auf diesem Forschungsgebiet erreichen kann.

Kurze Geschichte der Crashtest-Dummys

Der weltweit erste Crashtest-Dummy wurde 1949 von der U.S. Air Force in Dienst gestellt. Sein Codename lautete „Sierra Sam“ und mit ihm wurde seinerzeit die Wirksamkeit von Schleudersitzen getestet. Mitte der 1950er Jahre entwickelten amerikanische Forschungsabteilungen von Ford zwei eigene lebensnahe Dummys mit den Namen FERD I und FERD II. Diese Dummys verfügten über elektronische Gehirne und besaßen stählerne Skelette sowie unterschiedlich weiche Kunststoffe für Haut und Muskulatur.

1971 führte Ford den weltweit ersten Standard-Dummy für Crashtests im Automobilbereich ein, den so genannten Hybrid I, dann das Nachfolgemodell Hybrid II. Der aktuell verwendete Hybrid III hat eine Wirbelsäule aus Metallscheiben, einen beweglichen Nacken, Rippen aus Stahl, eine Haut aus Vinyl und Kniegelenke, die bei einem Unfall wie die eines echten Menschen reagieren. Ein Hybrid III-Dummy kostet ab 34.000 Euro und in Vollausstattung sogar 50.000 Euro. Bei Ford kommen außerdem speziell entwickelte Dummys für Seitenaufprall-Tests und Heckaufprall-Versuche zum Einsatz. Für diese Crashs nutzt Ford verschiedene Dummy-Versionen für Erwachsene und Kinder, um die Rückhaltesysteme im Hinblick auf Unterschiede bei Körpergröße und Gewicht zu optimieren.

Das Unternehmen Ford ist weltweit führend im Bereich der Sicherheitsforschung. Ingenieure in Deutschland und in den USA unterzogen zum Beispiel den neuen Ford Focus mehr als 12.000 virtuellen Simulationen, um neue Technologien für den Insassenschutz zu testen. Die virtuellen Crashtests sind mittlerweile so effizient, dass die Zahl der realen Crashtests signifikant reduziert werden konnte.

28.11.2011 / Ford

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