Fahrsimulatoren bei Störfällen schützen

Um die Sicherung der Endlagen in zwei der acht Achsen des von Bosch Rexroth gelieferten Bewegungssystems zu gewährleisten, entschieden sich die Konstrukteure für ACE Sicherheitsstoßdämpfer.

Der Achtachser in diesem Einsatzfall ist weder ein LKW-Lastzug noch ein Tieflader, den man z. B. zum Transport großer Krane oder von überlangen Komponenten für Windkraftanlagen verwendet. Hier geht es um einen Fahrsimulator, der aus einem Gemeinschaftsprojekt der Universität Stuttgart und des Forschungsinstituts für Kraftfahrwesen und Fahrzeugmotoren Stuttgart (FKFS) resultiert.

Die mobile, variabel nutzbare Kapsel beherbergt den Simulator. Und die Gesamtkonstruktion ist ausgestattet mit einem Acht-Achsen-Bewegungssystem. Dieses wurde mit dem Ziel realisiert, neue Fahrerassistenzsysteme im Kraftfahrzeug zu erforschen und zu entwickeln. Laut Dr.-Ing. Gerd Baumann vom FKFS liegen die Schwerpunkte der Arbeit bei der Energieeffizienz und Sicherheit von Elektro- und Hybridfahrzeugen wie auch von Fahrzeugen, die konventionell angetrieben werden.

Schon in der Entwicklungsphase des Simulators trafen die Universität Stuttgart, das FKFS und Bosch Rexroth als Industriepartner alle Maßnahmen, um die Gesamtkonstruktion bei Störfällen während des Betriebs, z. B. durch Stromausfälle, bestmöglich zu schützen. Denn im Fall der Fälle sind in der Endlage der am stärksten beanspruchten Achse des Fahrsimulators Massen von 18 Tonnen bei einer maximalen Geschwindigkeit von 2 m/s abzubremsen. Not-Stopper mit immensen Kräften und einer ebenso großen Zuverlässigkeit waren gefragt. Es war klar, dass deren Versagen zu massiven Schäden sowohl an der kompletten Konstruktion wie auch an der Kapsel und damit verbundenen Ausfallzeiten für die Forschung führen würde. Auch Gesundheitsschäden der Probanden waren nicht auszuschließen. Für alle Beteiligten waren diese Faktoren ebenso wie der gute Ruf, den alle drei bei Kunden und Partnern genießen, die Gründe, in Sachen Sicherheit eine Null-Kompromisslinie zu fahren. Die Anforderungen an einen weiteren möglichen Zulieferer waren dementsprechend hoch. Zumal es galt, unterschiedlichsten Masse-Geschwindigkeits-Kombinationen gerecht zu werden. Um auf Nummer sicher zu gehen, wandte sich Eddy van Duivenbode, der System-Ingenieur der niederländischen Tochter des weltweit führenden Spezialisten von Antriebs- und Steuerungstechnologien Bosch Rexroth, an einen der renommiertesten Anbieter industrieller Stoßdämpfungslösungen. In diesem Fall ging die Anfrage an Ralf Küppers, den Vertriebsleiter von ACE Stoßdämpfer für die Benelux-Staaten. Schnell entschied man sich für Sicherheitsstoßdämpfer des Typs SCS50-600EU-F, um die bereits bezifferte Kennzahl von 18 Tonnen effektiv aufzunehmen. Die erste Zahl der Typbezeichnung steht dabei für den Kolbendurchmesser von 50 mm, die zweite für den Hub von 600 mm. Bei einem Eigengewicht von rund 50 kg bietet der Notfalldämpfer eine maximale Energieaufnahme von 84.000 Nm pro Hub.

Für die zweite der acht Achsen, die es ebenfalls zu schützen galt, wurde eine maximal aufzunehmende Masse von 8.700 kg bei einer Verfahrgeschwindigkeit von 3 m/s ermittelt. Dementsprechend ist nun hier eine schmalere Variante der SCS-Serie verbaut. Das Modell SCS38-600EU-F kommt bei einem Eigengewicht von rund 35 kg immerhin noch auf eine Energieaufnahme von 43.200 Nm/Hub. Falls es am Fahrsimulator zu ungewollten Zwischenfällen kommen sollte, waren damit alle Vorkehrungen getroffen, dass die Sicherheitsstoßdämpfer zuverlässig ihren Dienst erfüllen.

Sicherheitsstoßdämpfer

Nach der Fertigstellung Mitte des Jahres 2012 ist der Fahrsimulator die derzeit größte und leistungsfähigste Anlage dieser Art an einer europäischen Forschungseinrichtung. Das Projekt wurde vom Bundesministerium für Bildung und Forschung sowie vom Baden-Württembergischen Ministerium für Wissenschaft, Forschung und Kunst gestützt. Dabei wurde der Fahrsimulator sowohl für die öffentliche Forschung als auch für Entwicklungsaufgaben der Automobilindustrie konzipiert. Wie Gerd Baumann erläutert, wurde die Konstruktion bisher zum einen für Konzeptstudien und die virtuelle Erprobung von Anzeige- und Bedienkonzepten für Kfz genutzt. Zum anderen werden mit Hilfe des Stuttgarter Fahrsimulators Probandenstudien mit Normalfahrern durchgeführt, die der Akzeptanzanalyse neuartiger Fahrerassistenz- und Sicherheitssysteme dienen. Dazu zählt u. a. die Reichweitenassistenzoptimierung für Elektrofahrzeuge. Auch die gefahrlose Erprobung innovativer, sicherheitsrelevanter Regelungssysteme, wie sie z. B. beim automatischen Bremsen und Ausweichen zum Einsatz kommen, gehören dazu.

Zum Angebot der Universität Stuttgart und des FKFS an öffentliche und industrielle Auftraggeber gehört die Durchführung kompletter Fahrsimulatorstudien. Hierbei vermittelt das Forschungsinstitut auf Wunsch auch ganze Fahrerkollektive, deren Zusammensetzung sich nach Alter, Geschlecht und Fahrweise unterschiedlich definieren lässt.

Alternativ dazu können Industriepartner den Fahrsimulator für eigene Untersuchungen nutzen, wobei das FKFS Fachpersonal für die Bedienung der Anlage stellt. Ein Fahrzeugwechselsystem erlaubt dabei sowohl die reale Simulation geringfügig modifizierter Vorserien- oder Serienfahrzeuge als auch die von Prototypen. Eine Schnittstelle ermöglicht die Anbindung der Fahrzeugelektronik, damit Lenkung, Pedale, Schalter, Anzeigen usw. wie gewohnt funktionieren. Die Nachbildung des visuellen, akustischen und haptischen Umfelds in der Kuppel des Simulators ist in allen Details verblüffend. Dies gilt für die Nachbildung des Verhaltens verschiedenster Fahrzeuge als auch die damit verbundene Notfallabsicherung durch die Sicherheitsstoßdämpfer. jg