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Crash per Klick - Virtueller Dummy bildet biometrische Eigenschaften ab

Im indischen Bangalore forschen Biomechanikexperten und Ingenieure bei Mercedes-Benz Research and Delevopment India am virtuellen Crash-Test. "Human Body Modelling" nennt sich der neue Forschungszweig, der deutliche Fortschritte für die Sicherheitstechnologie gerade im Automobilbau verspricht. "Wir bilden den gesamten menschlichen Körper im Computer nach", erklärt Girish Sharma, Technischer Leiter im Forschungszentrum Bangalore, Indien. So kann der Experte für Biomechanik schrittweise sehen was während des Unfalls im und mit dem Körper des virtuellen Passagiers passiert: Er kann die Schädeldecke öffnen, die Haut entfernen sowie Sehnen und die Muskulatur freilegen.

Im Gegensatz zu einem herkömmlichen Dummy, der über Sensoren Kräfte messen aber nicht deren Auswirkungen wiedergeben kann, enthält das Human Body Model (HBM) medizinisches Wissen über die Belastbarkeit des Körpers. Die biomechanischen Daten, beispielsweise ab welcher Krafteinwirkung ein Knochen bricht und wie reißfest die Kniebänder sind, erhalten Girish Sharma und Naveen Kumar, der zweite Mann im HBM-Team von Bangalore, aus Unfallstatistiken und Publikationen von Universitätsinstituten weltweit. Allerdings seien die Erkenntnisse noch lückenhaft, was die Qualität der Simulation einschränkt. "Wie gut die Simulation die reale Belastung von Insassen widerspiegelt, hängt entscheidend von der Qualität der biomechanischen Daten ab", erklärt Sharma.

Entscheidend für die Qualität des HBM - also letztlich für die Realitätsnähe, mit der die Simulation die mögliche Verletzungsschwere widerspiegelt - ist zum einen, wie stimmig die verwendeten Durchschnittsdaten für die Geometrie der Körperteile sind. Zum anderen entscheidet über die Güte, wie realitätsgetreu die entwickelten Algorithmen die Biomechanik einzelner Körperregionen und Gewebearten bezüglich der Zug- und Druckbelastbarkeit sowie Elastizität und Bruchfestigkeit abbilden.

Als eine besondere Herausforderung stellt sich zudem die hohe Komplexität der digitalen Modelle für das Fahrzeug und den virtuellen Verkehrsteilnehmer dar. Mathematische Basis der Simulationsrechnung ist ein Finite-Elemente-Modell des menschlichen Körpers, dessen Elementanzahl die Entwickler erheblich erhöhen mussten. So besteht derzeit der virtuelle Körper aus 80.000 Elementen. Jedes Element ist über Knotenpunkte mit seinen Nachbarn verbunden. Über diese Knotenpunkte muss für die Simulation jeder Kraftimpuls rechnerisch weitergegeben werden. Das summiert sich nach Angaben der Entwickler auf circa 400.000 Rechenvorgänge pro Zeiteinheit. Der Algorithmus müsse dabei für jeden Zeitschritt ein immenses Gleichungssystem lösen, das die sechs Freiheitsgrade beschreibt, da jeder Knoten rotieren und/oder sich verschieben kann.

Welche Crashs simuliert werden, folgt zum guten Teil den Regelwerken für die Zulassung neuer Modellreihen. Getestet werden müssen Frontal- und Seitenaufprall bei verschiedenen Geschwindigkeiten und der Frontalzusammenstoß mit einem Impaktor - ein Test, der einen Fußgängerunfall simuliert. In den USA ist zudem ein Crash-Test schräg von der Seite vorgeschrieben. Für die E-Klasse bedeutetet dies 39 offizielle Tests, deren Bestehen die Entwickler durch interne Crash-Tests absichern. "Mit den Crash-Simulationen und den Human Body Models bietet sich ein Ansatz, auf einige dieser Entwicklungsversuche in Zukunft verzichten zu können", sagt Kumar. Somit hilft das HBM nicht nur den Insassenschutz zu verbessern, sondern auch Kosten zu sparen und während der Fahrzeugentwicklung den Reifegrad schneller zu erhöhen

Mit diesem Projekt beschreitet die Daimler-Forschung nach eigenen Angaben strukturell neue Wege: Denn mit diesem Projektansatz entwickelt Mercedes-Benz Research and Delevopment India in Bangalore erstmals ein eigenständiges Forschungsfeld. Das Zentrum im indischen Bangalore ist Daimlers größter Standort für Forschung und Entwicklung außerhalb Deutschlands. Die Arbeit umfasst Softwareentwicklung, die Entwicklung von Fahrzeugkomponenten mit CAE- und CAD-Werkzeugen und die strukturmechanische Simulation. Informationstechnologie bildet ein weiteres Standbein des Portfolios.
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