Mercedes ESF 2009: Aufblasbare Metallstrukturen und bremsende Airbags

2009 ist das Jahr der Sicherheitsjubiläen bei Mercedes-Benz: Im August 1939 nahm Sicherheitspionier Béla Barényi seine Arbeit in Sindelfingen auf und erfand unter anderem das Prinzip der Knautschzone, das 1959 bei Mercedes-Benz als bahnbrechende Innovation in Serie ging. Mit Hilfe der firmeneigenen Unfallforschung, die 1969 gegründet wurde, entwickelte Mercedes in den Folgejahren zahlreiche Meilensteine der Pkw-Sicherheit. Zeit für einen Blick hinter die Kulissen: Im Jubiläumsjahr 2009 verrät Mercedes-Benz anhand des Forschungsfahrzeugs ESF 2009, woran die Sicherheitsexperten momentan forschen und konkret arbeiten - mit einem Zeithorizont, der oft viele Jahre in die Zukunft weist.

Das ESF 2009 ist das erste Experimental-Sicherheits-Fahrzeug (ESF) von Mercedes-Benz seit 1974. Wie seine historischen Vorgänger fasst es wegweisende Innovationen auf dem Gebiet der Sicherheit anschaulich zusammen und macht den Fortschritt so erlebbar. Zu den verblüffenden, aber keineswegs verrückten Ideen zählen unter anderem aufblasbare Metallstrukturen, die Strukturbauteilen in Sekundenbruchteilen mehr Stabilität geben, sowie der sogenannte „Braking Bag“. Dieser im Fahrzeugboden untergebrachte Airbag entfaltet sich kurz vor einer als sicher prognostizierten Kollision und stützt das Fahrzeug über einen Reibbelag gegen die Fahrbahn ab.

Entwickelt und realisiert wurde das ESF 2009 komplett in der Versuchsfahrzeug-Werkstatt in Sindelfingen. Das Sicherheits-Experimental-Fahrzeug auf Basis eines Mercedes S 400 Hybrid zeigt über ein Dutzend Sicherheitsinnovationen, von denen die meisten in einem Demonstrationsmodus funktionsfähig sind. Die innovativen Highlights des ESF 2009 möchten wir nun vorstellen - auch den Airbag und ABS stellte Mercedes-Benz damals erstmals in einem Experimental-Sicherheits-Fahrzeug vor.

Pre-Safe Structure: Aufblasbare Metallstrukturen

Diese aufblasbaren Metallstrukturen sparen Gewicht oder erhöhen die Stabilität von Strukturbauteilen. Im Ruhezustand ist das Metallprofil platzsparend gefaltet. Wird seine schützende Wirkung benötigt, sorgt ein Gasgenerator in Sekundenbruchteilen für einen Innendruck von 10 bis 20 bar, das Profil wird entfaltet und erhält deutlich mehr Stabilität.

Die Vorteile liegen auf der Hand und betreffen Packaging und Gewicht: Im immer knapper werdenden Bauraum eines Automobils lassen sich stabilere Strukturen unterbringen oder man kann bei gleicher Stabilität das Gewicht deutlich senken. Am Beispiel der Seitenaufprall-Träger in den Türen einer S-Klasse errechneten die Forscher, dass rund 500 Gramm weniger Gewicht pro Tür möglich wären.

Eines der noch ungelösten Probleme der neuartigen Träger: Ihre aktive Verformung ist nicht reversibel. Eine weitere Hürde stellen die derzeit noch nicht wettbewerbsfähigen Kosten für die benötigten Gasgeneratoren im Verhältnis zu den Kostenvorgaben für die Einsparung von Gewicht dar. Noch sind die crashaktiven Metallstrukturen Zukunftsmusik - aber dies waren heute serienmäßige Sicherheitsfeatures, wie zum Beispiel Airbag, ABS oder ESP einst auch.

Braking Bag: Der Bremsfallschirm für das Auto

Diese im Fahrzeugboden untergebrachte Zusatzbremse stellt eine neue Komponente dar. Wird ein Aufprall von Sensorik und Steuergerät als sicher prognostiziert, entfaltet sich der „Braking Bag“ kurz vor der Kollision und stützt das Fahrzeug über einen Reibbelag gegen die Fahrbahn ab. Die Vertikalbeschleunigung des Fahrzeuges erhöht die Reibung und bremst es bis zum Aufprall zusätzlich ab.

In der Summe besitzt die Airbag-Bremse die Wirkung einer virtuellen zusätzlichen Knautschzone. Mercedes-Ingenieure errechneten, dass die zusätzliche Verzögerung schon bei 50 km/h den gleichen Effekt hat wie ein um 180 Millimeter verlängerter Vorbau. Erste Fahrversuche mit einer C-Klasse zeigten die Wirksamkeit der neuen Zusatzbremse - auch wenn es noch einige Zeit dauern wird, bis das Pre-Safe-System um den Braking-Bag erweitert wird.

Die Vertikalbewegung verbessert außerdem die Wirkung der Rückhaltesysteme: Die Sitze kommen den Insassen um rund drei Zentimeter entgegen, wodurch die Gurtstraffer mehr Lose herausziehen können.

Interactive Vehicle Communication: Autos kommunizieren miteinander

Das ESF 2009 kann mit anderen Fahrzeugen direkt oder über Relais-Stationen kommunizieren. Über „Ad hoc“-Netzwerke und WLAN-Funktechnik empfängt und sendet das Fahrzeug beispielsweise Schlechtwetter- oder Hinderniswarnungen.

Eine Eisplatte in der nächsten Kurve? Eine Nebelbank in drei Kilometern Entfernung? Ein plötzlicher Stau an einer Tagesbaustelle? Was bislang für böse Überraschungen sorgte, verliert seine Schrecken, wenn der herannahende Autofahrer aktuell und rechtzeitig gewarnt wird. Diese Aufgabe sollen künftig die anderen Fahrzeuge im Verkehr übernehmen - automatisch und per Funk. Das ist der Grundgedanke der „Interactive Vehicle Communication“. Veraltete oder für den einzelnen Autofahrer irrelevante Staumeldungen aus dem Radio gehören dann der Vergangenheit an.

Die drahtlosen lokalen Netzwerke sind selbstorganisierend und kommen ohne externe Infrastruktur aus. Gesendet und empfangen wird auf einer Frequenz von 5,9 Gigahertz über eine Distanz von bis zu 500 Metern. Doch die erzielbare Kommunikationsreichweite ist erheblich größer; denn entgegenkommende Fahrzeuge transportieren die Nachrichten weiter.

Pre-Safe Pulse: Der automatische Knuff in die Seite

Diese Weiterentwicklung reduziert die Oberkörperbelastung der Insassen beim Seitencrash um rund ein Drittel, indem diese vorher präventiv um bis zu 50 Millimeter zur Fahrzeugmitte bewegt werden. Das voranstoßende Rückhaltesystem nutzt dazu Luftkammern in den Seitenwangen bei den Rückenlehnen der Sitze.

Melden die Fahrzeugsensoren, dass eine seitliche Kollision unvermeidbar ist, blasen sich diese in Bruchteilen von Sekunden auf und versetzen den Insassen einen leichten Anschub in die Seite. Dieser Impuls genügt, um die Passagiere um bis zu 50 Millimeter aus dem Gefahrenbereich zu bewegen. Der Voranstoß beschleunigt den Insassen bereits vor dem Aufprall in die Richtung, die er später durch den Unfall erfährt. Damit reduziert sich die auf den Insassen wirkende Belastung durch den Unfall. Wird das vorausschauende Sicherheitssystem aktiv, braucht der Sitz nicht ausgetauscht oder instand gesetzt zu werden, denn Pre-Safe Pulse ist reversibel.

Spotlight-Lichtfunktion: Immer volles Licht voraus

Das partielle LED-Fernlicht strahlt hier potenzielle Gefahrenstellen an. Erkennt die Infrarot-Kamera des Nachtsicht-Assistenten „Plus“ beispielsweise Wild in der Ferne oder Personen auf der Fahrbahn, lassen sich diese - wie mit einem Richtscheinwerfer - über den ausgeleuchteten Fernlichtbereich hinaus kurz anstrahlen.

Wer nachts auf westeuropäischen Landstraßen unterwegs ist, kann selten lange mit Fernlicht fahren. Aber damit geben sich die Mercedes-Forscher noch nicht zufrieden; denn in den Phasen, in welchen wegen der Blendgefahr auf das Licht mit geringerer Reichweite umgestellt wird, kann man schließlich andere Verkehrsteilnehmer oder mögliche Gefahren übersehen.

Mercedes-Benz arbeitet daher außerdem an einem adaptiven Teilfernlicht auf LED-Basis - damit kann der Fahrer das Fernlicht immer eingeschaltet lassen. Erkennt das System mit Hilfe einer Kamera den Gegenverkehr, passt das System die Lichtverteilung automatisch an. Beim ESF 2009 ist ein Frontscheinwerfer aus 100 LEDs zusammengesetzt, die das System einzeln ansteuern vermag, so dass bei Gegenverkehr nur exakt jener Bereich vor dem Fahrzeug abgedunkelt werden kann, in dem sich andere Verkehrsteilnehmer befinden. Diese erkennt das System per Infrarot-Kamera.

Side Reflect: Nachts sind nicht alle Mercedes’ grau

Reflektierendes Material an Karosserie und Reifen könnte die seitliche Sichtbarkeit von Fahrzeugen weiter verbessern und Unfälle im Kreuzungsbereich vermeiden helfen. Das Forschungsauto ESF 2009 rüsteten die Macher mit entsprechenden Reflexelementen in der Seitenansicht aus, wie z. B. reflektierende Dichtungen zwischen Türen und Dach sowie entsprechende Streifen für die Reifen. Besonderer Clou: Tagsüber sind die Modifikationen nicht zu erkennen, erst bei Dämmerung und Dunkelheit zeigt sich der zusätzliche Nutzen bei Anstrahlung mit Licht.

Belt Bag: Die clevere Kreuzung aus Gurt und Airbag

Der Sicherheitsgurt gilt als eine der wichtigsten Erfindungen des 20. Jahrhunderts und rettete hunderttausende von Leben. Mit Gurtstraffern und Gurtkraftbegrenzern wurde er optimiert. Doch seine Entwicklung ist noch nicht zu Ende: Eine innovative Gurtbandverbreiterung, der sogenannte Belt-Bag, kann die Verletzungsrisiken bei Unfällen weiter verringern.

Wie schon der Name signalisiert, stellt der Belt-Bag eine Kombination aus Sicherheitsgurt und Airbag dar. Wenn mittels Crashsensoren ein schwerer Aufprall erkannt wird, löst das Airbagsteuergerät den Belt-Bag aus. Ein Generator am Endbeschlag des Gurtes bläst das zweilagige, mit Reißnähten ausgestattete Gurtband in Bruchteilen von Sekunden auf. Durch die nahezu verdoppelte Gurtbandbreite wird die Flächenpressung - und damit das Verletzungsrisiko - verringert.

Den größten Nutzen des Belt-Bags sehen die Entwickler im Fahrzeugfond, wo die üblichen Frontairbags nicht verbaut werden können. Daher ist dort ein Einsatz des Belt-Bags für Mercedes-Benz mittelfristig vorstellbar.

Child Protect: Sicherheit und Komfort für die Kleinsten

Im Vergleich zu konventionellen Kindersitzen erhöht das neuartige Kindersitzsystem den Schutz beim Seitenaufprall und ist gleichzeitig deutlich komfortabler. Das gemeinsam mit Rückhaltesystemspezialist Takata konzipierte System ist für Kinder von 3 bis 12 Jahren geeignet (Gewichtsklassen II und III). Eine Besonderheit ist der modulare Aufbau: Höhe und Breite lassen sich individuell an die Statur des Kindes anpassen.

„Child Protect“ besitzt eine Rohrrahmen-Konstruktion. Dieser Aufbau bietet beim Seitencrash einen besseren Rückhalt und mehr Steifigkeit als Modelle mit Kunststoffschalen. Die ausgeprägten Seitenwangen im Schulter- und Kopfbereich halten das Kind zurück und minimieren die Verlagerung seines Körpers bei einem Unfall. Zugleich verhindern sie im Crashfall, dass das Kind mit eindringenden Fahrzeugteilen oder dem Nebensitzer in Kontakt kommt. Ausgerüstet ist die nach der Norm ECE R44.04 zulassungsfähige Sitzstudie ferner mit einer sensorgesteuerten, automatischen Airbag-Deaktivierung auf dem Beifahrersitz. Als Zusatznutzen denken die Mercedes-Ingenieure daran, ein Buggy-Fahrgestell für den Kindersitz anzubieten. Damit wären Kinder auch außerhalb des Autos bestens unterwegs.

Pre-Safe 360°: Vor dem Aufprall voll auf die Bremse

Pre-Safe erkennt bestimmte kritische Fahrsituationen und aktiviert vorsorgliche Maßnahmen zum Insassenschutz. Die Weiterentwicklung „Pre-Safe 360°“ beobachtet neben dem seitlichen Umfeld auch das Fahrzeugumfeld nach hinten mittels Nahbereichs- oder Multimodesensoren. Registriert das Unfallfrüherkennungssystem, dass eine Kollision unvermeidlich ist, werden rund 600 Millisekunden vor dem Aufprall die Bremsen aktiviert.

Wird bei einem Heckaufprall das bereits stehende Fahrzeug gebremst, lassen sich nicht nur Sekundärunfälle vermeiden - das getroffene Fahrzeug wird dabei beispielsweise unkontrollierbar in einen Kreuzungsbereich oder auf einen Fußgängerüberweg katapultiert. Auch die Schwere möglicher Verletzungen an der Halswirbelsäule der Passagiere lässt sich durch dieses Festbremsen vermindern, da das Fahrzeug und damit der Körper der Insassen weniger stark beschleunigt werden. Der Fahrer behält aber stets das Kommando: Gibt er beispielsweise Gas, weil er dem herannahenden Fahrzeug nach vorne ausweichen kann, wird die Bremse sofort gelöst.

Size Adaptive Airbags: Maßgeschneiderte Airbags

1980 war die Mercedes S-Klasse (W 126) das erste Serienfahrzeug mit Airbag. Jetzt arbeitet Mercedes-Benz an Airbags mit variablem Volumen. Adaptive Airbags gibt es bei Mercedes-Benz schon heute: In vielen Baureihen werden die Airbags - je nach prognostizierter Schwere des Aufpralls - in zwei unterschiedlichen Stufen gezündet.

Zukünftige Generationen des Rückhaltesystems sollen aber nicht nur die Schwere des Unfalls berücksichtigen, sondern sich auf die einzelnen Personen im Fahrzeug einstellen: Die „Size Adaptive Airbags“ passen ihr Volumen automatisch an die von Sensoren erkannte Sitzposition und Statur des Beifahrers an. Ob kleine Mitfahrer dicht hinter der Armaturentafel kauern oder groß gewachsene Copiloten den Sitz ganz nach hinten stellen, spielt bei der Schutzwirkung der Airbags eine wesentliche Rolle. Auch auf das Gewicht des Beifahrers und die damit auf den Airbag wirkenden Kräfte bei einem Unfall kommt es an.

„Size Adaptive Airbags“ ermöglichen ein optimiertes Timing, wann der Mitfahrer mit dem Airbag in Kontakt kommt, egal wie schwer er ist und wo er sitzt. Dadurch kann dieses Rückhaltesystem den Aufprall optimal dämpfen. Die Mercedes-Entwicklung variiert das Volumen auf der Beifahrerseite stufenlos von 90 bis 150 Liter. Zum Vergleich: Konventionelle Beifahrer-Airbags besitzen rund 120 Liter Volumen.

Child Cam: Den Nachwuchs immer im Blick

Mit Hilfe einer kleinen Kamera können Autofahrer zukünftig mitreisende Kinder im Fond im Blick behalten, ohne den Straßenverkehr aus den Augen zu lassen. Eltern kennen das: Wenn Kids im Auto unterwegs sind, ist auf der Rücksitzbank meist „Action“ angesagt. Aber wer als Fahrer dann den Blick nach hinten wendet, riskiert einen Unfall. Die Mercedes-Sicherheitsexperten entwickelten daher die „Child Cam“

Am Dachhimmel hinter den Vordersitzen befindet sich eine kleine Kamera. Ihr Bild wird auf Wunsch in das Display im Armaturenträger übertragen - um Ablenkung zu vermeiden, aber nicht als Film, sondern in stehenden Bildsequenzen. Aus der Kameraposition ergibt sich eine leichte Vogelperspektive, wodurch sich Kinder in den rückwärts gerichteten Kindersitzen besser beobachten lassen.

Die „Child Cam“ zeigt außerdem für den Fahrer nicht einsehbare Zonen der Rücksitzbank, wie zum Beispiel den Sitz hinten links. Bei einem Kombi, SUV oder Van kann das System zusätzlich den Kofferraum teilweise überwachen - eine praktische Funktion, wenn dort die Haustiere mitreisen.

Interseat Protection: Komm mir nicht zu nah

Beim Unfall droht nicht nur von außen Gefahr. In unglücklichen Fällen kann es auch passieren, dass sich selbst korrekt angeschnallte Passagiere in die Quere kommen und gegenseitig verletzen. Dagegen hilft Interseat-Protection in beiden Sitzreihen.

Gleich zwei Lösungsansätze auf einen Schlag stellt Mercedes-Benz mit Interseat-Protection vor: ein Schutzsystem für Fahrer/Beifahrer sowie eines für die Fondpassagiere. Beiden gemeinsam ist die örtliche Trennung der Insassen, sollte das Pre-Safe-System einen Unfall registrieren. Zwischen den Vordersitzen schnellt dann in Sekundenbruchteilen eine fachwerkähnliche Airbag-Stützstruktur hervor, die Fahrer und Beifahrer voneinander fern hält. Eine solche sitzfeste Lösung hat den Vorteil, dass der Schutzraum sich an die Sitzstellung der Sitzenden vorne anpasst.

Im Fond hingegen braucht die Sitzverstellung nicht berücksichtigt zu werden. Deswegen kommt dort bei einem erkannten Unfall ein oberhalb der Mittelarmlehne angebrachtes Schutzpolster zum Einsatz. Das Polster hilft, die beiden Fondpassagiere im ESF 2009 vor gegenseitigen Kollisionen zu schützen. Ist das Polster in Ruhestellung, lässt es sich im Rahmen von Pre-Safe aktivieren. In Sekundenbruchteilen fährt die Sitztrennung nach oben und entfaltet die beiden Kopfstützen.

Die Mercedes-Unfallforschung zeigte, dass die Köpfe der Passagiere bei einem Seitenaufprall, aber auch bei einem Überschlag, unterschiedliche Wege zurücklegen: Der Kopf der dem Unfall zugewandten Person ändert etwa 50 Millisekunden nach dem Unfall die Ausweichbewegung in Richtung Fahrzeugmitte - angestoßen vom Seiten- und Kopfairbag. Ein zweites wichtiges Ergebnis der Unfallanalyse: Nur wenn der Torso-Bereich abgestützt wird, kann man eine Kollision der Passagiere verhindern. Entsprechend ist das Schutzpolster der Interseat-Protection dimensioniert.

Im Normalfall ist das Schutzpolster im Fond hingegen ein Komfortelement: Das Polster konzipierten die Macher so, dass es die Passagiere per Knopfdruck ausfahren und dann als Kopf- und Schulterstütze für eine bequeme Schlafhaltung nutzen können.