Im Dienste unserer Sicherheit

In den 1930er-Jahren nahm die Anzahl der Autos auf den Strassen rapide zu – und damit auch die Anzahl der Verkehrsunfälle. Aus diesem Grund begann die Wayne State University in Detroit damals mit einer Verletzungsstudie, um Daten über das Verhalten des menschlichen Körpers bei Zusammenstössen zu sammeln. Die ersten Testpersonen waren Leichen von Menschen, die ihre Körper für die Wissenschaft gespendet hatten. Die Leichen wurden mit Beschleunigungssensoren versehen und in Autos gesetzt, mit denen dann Frontalkollisionen durchgeführt wurden. Die Verwendung toter Körper brachte jedoch fast genauso viele Probleme mit sich wie sie lösten, da sich zu den moralischen und ethischen Bedenken auch technische Probleme gesellten.

So entstand die Idee, lebende Freiwillige bei Tests einzusetzen. In den folgenden Jahren führte Lawrence Patrick, ein Professor an der Wayne State University, etwa 400 Versuche zur abrupten Abbremsung menschlicher Körper durch. Er und seine Studenten setzten ihre Oberkörper schweren Pendeln oder ihr Gesicht sogar pneumatischen Hämmern aus. Obwohl diese Tests nützlich waren, unterlagen sie aufgrund der Verletzlichkeit des menschlichen Körpers physischen Grenzen. So entwickelte ein amerikanischer Forscher namens Samuel W. Alderson Anfang der 1950er-Jahre das allererste «anthropomorphe Testgerät» (Antro­pomorphic Test Device, ATD). Der Crash-Dummy war geboren.

Der Hybrid I

Als Alderson später für General Motors und Ford tätig wurde, führte er seine Arbeiten fort und entwickelte die VIP-50-Serie. Doch keiner der beiden Autohersteller war mit dem von Alderson entwickelten Modell so recht zufrieden. Also setzte er seine Bemühungen fort und schuf 1971 den «Hybrid I 50th Percentile», einen Dummy, dessen Proportionen, Grösse und Gewicht denen eines durchschnittlichen männlichen Erwachsenen entsprachen. Seitdem wurde viel Arbeit in die Entwicklung immer ausgefeilterer und dem biologischen Vorbild entsprechender Modelle gesteckt, die der tatsächlichen Form und den Eigenschaften des menschlichen Körpers besser entsprachen. Heute sind sie für die Entwicklung neuer Fahrzeuge unverzichtbar und ermöglichen es den Ingenieuren, ihre Produkte immer sicherer zu machen.

Heutige Dummys besitzen einen sehr komplexen Aufbau, wie Sandro Caviezel, Leiter des Bereichs passive Sicherheit im Dynamic Test Center (DTC) in Vauffelin BE erklärt: «Das Gewicht der einzelnen Gliedmassen der Puppe muss repräsentativ für die menschlichen Gliedmassen sein, welche sie darstellen», erklärt er. Bei der Montage des Innenlebens verwenden die Konstrukteure eine Vielzahl unterschiedlicher Materialien. Der Kopf besteht zum Beispiel aus Aluminium, während man beim Körper auf Stahl zurückgreift. Manchmal kann das Chassis sogar aus Bronze bestehen. Die Aussenhaut der Dummys besteht dagegen aus Polyurethan- beziehungsweise Urethanschaum, Vinyl, sowie Delrin, einem thermoplastischen Kunststoff auf Polyoxymethylenbasis, der vom US-Hersteller DuPont entwickelt wurde. Um die Dummys möglichst realitätsnah zu gestalten, werden sie in der Regel mit Materialien spezieller Ausstatter eingekleidet. Dasselbe gilt für die Farben und Aufkleber, die für die Fertigung verwendet werden.

Eine ganze Armada von Sensoren

Apropos Aufkleber: Das auffälligste Merkmal der Crash-Dummys sind die gelbschwarzen Markierungspunkte an den Schläfen. Diese dienen der Nachverfolgung des Crashs, wie Caviezel erklärt: «Bei den Tests werden immer Hochgeschwindigkeitskameras eingesetzt. Mit diesen Markierungspunkten können wir die Köpfe verfolgen und viele Daten erheben, beispielsweise die Verzögerung, die auf den Kopf einwirkt, wenn er auf den Airbag trifft.» Neben den verschiedenen Kameras, mit denen das Verhalten des Dummys beobachtet werden kann, verfügen die künstlichen Körper über eine ganze Armada von Messinstrumenten. Dummys für spezielle Zwecke können bis zu 80 solcher Sensoren enthalten, für manche Tests sogar noch mehr. «Dazu gehören Gewichtssensoren zur Messung der Krafteinwirkung, Beschleunigungssensoren sowie Sensoren zur Messung des Drehmoments, denen der Dummy ausgesetzt ist. Alle diese Vorrichtungen messen, ob ein Unfall für den menschlichen Körper kritisch ist oder nicht. Ein Gewichtssensor und ein Beschleunigungsmesser im Nacken eines Dummys können zum Beispiel feststellen, ob der Hals einer Person, die einen vergleichbaren Unfall erleiden würde, verletzt würde oder nicht», erklärt Caviezel. Ausserdem haben die Dummys auch Bewegungssensoren. Diese befinden sich zum Beispiel im Brustbereich und in den Knien. Da die Bewegungssensoren oft zu niedrige Messwerte aus­gaben, sah sich Euro NCAP, die grösste Organisa­tion für Crashtests in Europa, veranlasst, eine völlig neue Serie von Dummys zu bestellen, um den bestehenden Typ abzulösen. So entstand das aktuelle Modell Thor (s. Box unten). «Die neuen Thor-­Modelle entsprechen wesentlich genauer dem biologischen Vorbild. Sie besitzen beispielsweise einen deutlich weiter entwickelten Oberkörper, dessen Brustbereich sich bei einem Aufprall realitäts­getreuer verhält, weil er sich stärker verformt. ­Ältere Dummys haben oftmals zu niedrige Werte für die Brustverformung angezeigt, während Unter­suchungen realer Unfälle weitaus bedroh­lichere Werte für die Passagiere ergaben. Durch die Thor-Modelle wird dieses Problem korrigiert», so Sandro Caviezel.

Voll vernetzte Dummys

Bei einem Crashtest fällt natürlich eine riesige Menge an Daten an. «Bei älteren Modellen hat jeder Sensor einen eigenen Anschluss und ein eigenes Übertragungskabel. Also ragt aus dem Rücken der Dummys ein dickes Kabelbündel heraus. Die Kabel sind dann mit einem Rechner verbunden, der die Daten aufzeichnet. Neuere Dummys besitzen dagegen ein Bus-System, das alle Daten über ein einziges Kabel sammelt. Es gibt auch Dummys, bei denen die Datenaufzeichnung direkt im Sensor stattfindet. Das ist zum Beispiel bei Crashtests mit Motorrädern sehr praktisch», erläutert Caviezel. Die fortschrittlichsten Modelle können Daten von bis zu 10 000 Bits pro Sekunde aufzeichnen.

Der Preis für diese Technologie erreicht unvorstellbare Grössenordnungen. «Ein Standard-Dummy ohne Sensoren kostet etwa 90 000 Franken. Mit Sensoren, die für unsere Arbeit unerlässlich sind, muss man schon mit dem Doppelten davon, also 180 000 Franken rechnen. Die neuste Generation der Thor-Modelle kostet bis zu einer halben Million Franken pro Stück», so Caviezel. Und dabei reicht ein einzelner Dummy natürlich nicht aus: «Man kann nicht mit einem einzigen Dummy arbeiten. Man braucht mindestens zwei», erklärt Caviezel. Angesichts der hohen Kosten besteht das Ziel darin, dass die anthropomorphen Testgeräte nicht gleich bei jedem Einsatz zerstört werden: «Dummys sind für Crashtests vorgesehen. Es geht also nicht darum, sie bei jedem Einsatz zu zerstören oder auch nur einen Teil davon zu beschädigen, sondern darum, zu messen, ob eine Person bei dem Aufprall verletzt worden wäre oder nicht. Und genau dazu dienen die Sensoren.»

Trotzdem kommt es gelegentlich vor, dass Dummys bei einem Crashtest beschädigt werden. Auch müssen sie regelmässig gewartet und nach ­einer bestimmten Nutzungsdauer neu kalibriert werden. Dazu werden sie in regelmässigen Abständen an den Hersteller zurückgesendet. Und diese Hersteller sind alles andere als zahlreich. «Es gibt nur eine Handvoll Firmen weltweit, die ­eine Genehmigung dafür besitzen, Dummys herzustellen. Die amerikanische Firma Humanetics hat das Monopol. Erst recht, nachdem sie die meisten ihrer Konkurrenten aufgekauft hat», so Caviezel.

Die Hersteller unterziehen die Dummys unter anderem Kopfsturztests sowie Aufpralltests im Brustbereich. Darüber hinaus müssen die Sensoren nach jedem Test überprüft werden. Bei einem Test mit höherer Geschwindigkeit ist die Überprüfung entsprechend aufwändiger. «Dann müssen die Strukturelemente des Dummys wie beispielsweise das Metallskelett überprüft werden», fügt Caviezel hinzu. Natürlich besteht das Ziel nie darin, den Dummy zu beschädigen, aber das kommt natürlich manchmal vor. Im DTC sei das selten der Fall, meint Caviezel. Bei den Autoherstellern selber werden sie aber oft in Mitleidenschaft gezogen.

Ja, wir sollten den Carsh-­Dummys eigentlich dankbar sein. Schliesslich leiden sie im Namen unserer Sicherheit.

Thor

Das Modell Thor (Test Device for Human Occupant Restraint, Testgerät für Insassen-Rückhaltesysteme) ist der bislang beste Dummy, den es gibt. Er kostet rund eine halbe Million Schweizer Franken und weist bedeutende Fortschritte bezüglich der Annäherung an das biologische, menschliche Vorbild auf. Er kann Verletzungen am Oberkörper besser messen und verfügt im Vergleich zum Hybrid III über eine deutlich umfangreichere technische Ausstattung. Er ist als Erwachsenenmodell für Männer und Frauen erhältlich und wird nicht nur von der US–amerikanischen National Highway Traffic Safety Administration (NHTSA) eingesetzt, sondern vor allem auch von der europäischen Sicherheitsorganisation Euro NCAP, wo er für Frontal-aufpralltests zertifiziert ist.

Hoher Besuch im Kompetenzzentrum

Im Dynamic Test Center in Vauffelin BE finden nicht nur Crashtests statt (s. Haupttext). Auch die Erforschung und Entwicklung neuer Technologien hat einen hohen Stellenwert. Neben den Projekten der Studenten der Berner Fachhochschule – darunter das Rennteam Bern Formula Student – steht auch das Projekt Driving Next Level (Bild) im Fokus. Das autonom betriebene Fahrzeug, das in Vauffelin weiterentwickelt wird, soll dereinst nicht mehr nur auf dem abgesperrten Testgelände, sondern auch auf der Strasse zum Einsatz kommen. Um einen Einblick in diese Entwicklung zu erhalten, statteten vergangene Woche Regierungsratsdelegationen der Kantone Bern und Glarus dem Kompetenzzentrum im Berner Jura einen Besuch ab. Dabei wurden den Regierungsräten gezeigt, welche Innovationen im Zusammenhang mit automatisierten Fahrzeugen möglich sind und welche schweizweit einzigartige Prüfinfrastruktur zur Verfügung steht.