Stuttgarter Fahrsimulator: Sichere Fahrt in die Endlagen mit ACE
(pressebox) Langenfeld, 30.09.2014 - Die Entwicklung neuer Fahrzeug-Sicherheitssysteme verspricht mehr Schutz und Fahrkomfort für Endkunden sowie eine verbesserte Marktposition für Hersteller. Damit Tests und Optimierungen bis zur Serienreife nicht zu lang und zu kostspielig verlaufen, wurde an der Universität Stuttgart ein neuartiger Fahrsimulator entwickelt und in Betrieb genommen. Um die Sicherung der Endlagen in zwei der acht Achsen des von der Firma Bosch Rexroth B.V. gelieferten Bewegungssystems zu gewährleisten, entschieden sich die Konstrukteure für ACE Sicherheitsstoßdämpfer.
Der Achtachser in diesem Einsatzfall ist weder ein LKW-Lastzug noch ein Tieflader, der z. B. zum Transport großer Krane oder von überlangen Komponenten für Windkraftanlagen verwendet wird. 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.
Fahrsimulator mit schwergewichtigen Dämpfern zuverlässig geschützt
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 Betriebes, z. B. durch Stromausfälle, bestmöglich zu schützen. Denn im Fall der Fälle sind in der Endlage der am stärksten beanspruchten Achse des Fahrsimulators im Extremfall 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 den renommiertesten Anbieter industrieller Stoßdämpfungslösungen. In diesem Fall ging die Anfrage an Ralf Küppers, den Vertriebsleiter der ACE Stoßdämpfer GmbH 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 stolzen 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 von ACE verbaut. Das Modell SCS38-600EU-F kommt bei einem Eigengewicht von rund 35 kg immerhin auch noch auf eine Energieaufnahme von 43.200 Nm/Hub. Falls es am Stuttgarter Fahrsimulator zu ungewollten Zwischenfällen kommen sollte, waren damit alle Vorkehrungen getroffen, dass die Sicherheitsstoßdämpfer zuverlässig ihren Dienst erfüllen, was bis dato der Fall ist.
Komplette Fahrsimulatorstudien möglich
Nach der Fertigstellung Mitte des Jahres 2012 ist der Stuttgarter Fahrsimulator die derzeit größte und leistungsfähigste Anlage dieser Art an einer europäischen Forschungseinrichtung. Das Projekt wurde vom Bundesministerium für Bildung und Forschung ebenso großzügig gefördert wie vom Baden-Württembergischen Ministerium für Wissenschaft, Forschung und Kunst. 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 FKFS 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 Umfeldes 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.
Informationskasten:
Funktionsprinzip der Sicherheitsstoßdämpfer
Die wartungsfreien und einbaufertigen Maschinenelemente von ACE sind für den Notstopp-Einsatz konzipiert. Dies liegt unter anderem daran, dass durch ihren großen Hub nur geringe Brems- und Stützkräfte entstehen. Ein weiterer Vorteil ist ihre Wirkweise. Beim Abbremsvorgang wird die Kolbenstange eingeschoben. Das Hydrauliköl, welches sich vor dem Kolben befindet, wird gleichzeitig durch alle Drosselöffnungen verdrängt. Dabei nimmt die Anzahl der wirksamen Drosselbohrungen proportional zum verfahrenen Hub ab. Dies bewirkt eine Abnahme der Einfahrgeschwindigkeit. Das von der Kolbenstange verdrängte Öl kompensiert ein Gasspeicher. Das komprimierte Gas drückt beim Ausfahren die Kolbenstange in die Ausgangslage zurück. Die Membrane trennt das hydraulische System vom Gasspeicher und sorgt für einen Volumenausgleich. Außerdem bleiben der vor dem Kolben entstehende Staudruck und damit die Gegenkraft während des gesamten Hubes gleich.
Da die Anordnung ihrer Drosselbohrungen für den jeweiligen Einsatzfall speziell berechnet und gefertigt wird, erwirbt man mit ihnen stets maßgeschneiderte Lösungen. Egal, ob für Anwendungen an Regalbediengeräten, Förder- und Krananlagen sowie Schwermaschinen oder wenn sie, wie im vorliegenden Fall, einen Fahrsimulator effektiv schützen, auf die Sicherheitsstoßdämpfer von ACE ist im Fall der Fälle stets Verlass.
Der Achtachser in diesem Einsatzfall ist weder ein LKW-Lastzug noch ein Tieflader, der z. B. zum Transport großer Krane oder von überlangen Komponenten für Windkraftanlagen verwendet wird. 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.
Fahrsimulator mit schwergewichtigen Dämpfern zuverlässig geschützt
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 Betriebes, z. B. durch Stromausfälle, bestmöglich zu schützen. Denn im Fall der Fälle sind in der Endlage der am stärksten beanspruchten Achse des Fahrsimulators im Extremfall 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 den renommiertesten Anbieter industrieller Stoßdämpfungslösungen. In diesem Fall ging die Anfrage an Ralf Küppers, den Vertriebsleiter der ACE Stoßdämpfer GmbH 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 stolzen 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 von ACE verbaut. Das Modell SCS38-600EU-F kommt bei einem Eigengewicht von rund 35 kg immerhin auch noch auf eine Energieaufnahme von 43.200 Nm/Hub. Falls es am Stuttgarter Fahrsimulator zu ungewollten Zwischenfällen kommen sollte, waren damit alle Vorkehrungen getroffen, dass die Sicherheitsstoßdämpfer zuverlässig ihren Dienst erfüllen, was bis dato der Fall ist.
Komplette Fahrsimulatorstudien möglich
Nach der Fertigstellung Mitte des Jahres 2012 ist der Stuttgarter Fahrsimulator die derzeit größte und leistungsfähigste Anlage dieser Art an einer europäischen Forschungseinrichtung. Das Projekt wurde vom Bundesministerium für Bildung und Forschung ebenso großzügig gefördert wie vom Baden-Württembergischen Ministerium für Wissenschaft, Forschung und Kunst. 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 FKFS 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 Umfeldes 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.
Informationskasten:
Funktionsprinzip der Sicherheitsstoßdämpfer
Die wartungsfreien und einbaufertigen Maschinenelemente von ACE sind für den Notstopp-Einsatz konzipiert. Dies liegt unter anderem daran, dass durch ihren großen Hub nur geringe Brems- und Stützkräfte entstehen. Ein weiterer Vorteil ist ihre Wirkweise. Beim Abbremsvorgang wird die Kolbenstange eingeschoben. Das Hydrauliköl, welches sich vor dem Kolben befindet, wird gleichzeitig durch alle Drosselöffnungen verdrängt. Dabei nimmt die Anzahl der wirksamen Drosselbohrungen proportional zum verfahrenen Hub ab. Dies bewirkt eine Abnahme der Einfahrgeschwindigkeit. Das von der Kolbenstange verdrängte Öl kompensiert ein Gasspeicher. Das komprimierte Gas drückt beim Ausfahren die Kolbenstange in die Ausgangslage zurück. Die Membrane trennt das hydraulische System vom Gasspeicher und sorgt für einen Volumenausgleich. Außerdem bleiben der vor dem Kolben entstehende Staudruck und damit die Gegenkraft während des gesamten Hubes gleich.
Da die Anordnung ihrer Drosselbohrungen für den jeweiligen Einsatzfall speziell berechnet und gefertigt wird, erwirbt man mit ihnen stets maßgeschneiderte Lösungen. Egal, ob für Anwendungen an Regalbediengeräten, Förder- und Krananlagen sowie Schwermaschinen oder wenn sie, wie im vorliegenden Fall, einen Fahrsimulator effektiv schützen, auf die Sicherheitsstoßdämpfer von ACE ist im Fall der Fälle stets Verlass.
