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Modellbasierter Systementwurf eines reversiblen mechatronischen Gurtstraffers
Dr. Carsten Haß Universität Duisburg-Essen Betreuer: Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. Dr. h.c. Manfred Hiller, Univ.-Prof. Dr.-Ing. Prof. h.c. Torsten Bertram Zusamenfassung der Dissertation Ein Fahrzeug ist Nachts mit hoher Geschwindigkeit auf einer nassen Landstraße unterwegs. Plötzlich erscheint im Lichtkegel ein Hindernis. Der Fahrer lenkt stark, um eine Kollision zu vermeiden. Das Fahrzeug schleudert und droht von der Fahrbahn abzukommen. Ein Gegenlenken soll das Fahrzeug auf der Straße halten, es kommt zu einem erneuten Schleudern, das Fahrzeug kommt seitlich von der Straße ab und überschlägt sich im unwegsamen Gelände. Dieses Szenario beschreibt nur eine aus vielen Fahrsituationen, bei der die aktiven und passiven Sicherheitssysteme des Fahrzeugs mit dem Ziel der Unfallvermeidung und -folgenminderung miteinander koordiniert agieren müssen. Das Beispielszenario zeigt zwei Problematiken auf: Der Insasse kann als Folge der Fahrzeugbewegung während des Schleudervorgangs in eine ungünstige Position für sicherheitsrelevante Systeme wie Airbags gelangen – sogenannte Fehlpositionierung oder Out-Of-Position (OOP) – und weiterhin besteht für den Insassen während eines Fahrzeugüberschlags nachweislich ein hohes Verletzungspotenzial. Inhalt der vorliegenden Arbeit ist der modellbasierte Systementwurf eines reversiblen mechatronischen Gurtstraffers (RMG) mit einer Regelung der fahrsituationsadaptiven Gurtkraft für kritische Fahrmanöver mit und ohne Fahrzeugüberschlag. Ziel ist es, eine modulare rechnergestützte Entwicklungsplattform zur Verfügung zu stellen, um durch die virtuelle modellbasierte Systementwicklung und -auslegung die Gefahr von Fehlpositionierungen der Insassen (Out-Of-Position, oder OOP) in kritischen Fahrsituationen zu reduzieren, den Insassenschutz bei Fahrzeugüberschlägen zu erhöhen, den Fahrer in seiner Position zu stabilisieren und die taktile Rückmeldung bei unkritischen Fahrmanövern zu ermöglichen. Die hierfür benötigten Simulationsmodelle wie zum Beispiel Fahrzeug, Insasse und reversibler mechatronischer Gurtstraffer werden in der vorliegenden Arbeit detailliert vorgestellt. Die so erhaltene modulare Entwicklungsumgebung erlaubt dem Entwickler nun, einzelne Systemkomponenten, wie zum Beispiel den Aktor, gegen andere Modelle im Rahmen einer Systemauslegung auszutauschen, sowie Parametersätze zu ändern oder zusätzliche Komponenten hinzuzufügen. Das Potenzial des entwickelten mechatronischen Gesamtsystems wird anhand von unterschiedlich kritischen Fahrmanövern mit und ohne Fahrzeugüberschlag in der Simulation diskutiert und bewertet. Es wird gezeigt, dass durch den Einsatz des RMG die OOP-Gefahr reduziert und das Verletzungspotenzial bei Fahrzeugüberschlägen gesenkt werden kann. Weiterhin wird aufgezeigt, dass bei Fahrmanövern wie zum Beispiel dem Sinuslenken der RMG den Insassen in seiner Sitzposition stabilisieren und somit ein sichereres Handling des Fahrzeugs gewährleisten kann. Eine weitere Möglichkeit des multifunktionalen Einsatzes des RMG wird durch die taktile Rückmeldung an den Fahrer in unkritischen Situationen (durchfahren einer langgezogenen Kurve) aufgezeigt. So wird über leichte Gurtstraffung eine dynamische Rückmeldung über den momentanen Fahrzustand gegeben, und der Insasse weiterhin in seiner Sitzposition unterstützt. < zurück |
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