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Grazer Versuchslabor:Crash-Test am Computer

Virtual Vehicle

Fahrt durch eine Welt, die es gar nicht gibt: Im Forschungsinstitut "Virtual Vehicle" werden Aufprallverhalten oder Routenwahl von Autos simuliert - aber auch der Bremsweg von Zügen.

(Foto: Wolfgang Wachmann/Virtual Vehicle)

Das Institut "Virtual Vehicle" arbeitet an der Schnittstelle von Forschung und Industrie - für die Automobilbranche ebenso wie für die Bahn. Künftig will man auch über das Feld der Fahrzeuge hinausblicken.

Von Reinhard Engel

Dottore Paolo Pretto ist mit vollem italienischen Temperament bei der Sache, wenn er den Fahrsimulator erklärt. Die Kabine des hinten abgeschnittenen schwarzen Opel Corsa wird gehoben, gesenkt und gerüttelt. Sobald der Fahrer auf dem Film-Panorama, das vor ihm abläuft, eine Gefahr erkennt und bremst, zieht es ihn fest in den Sitz. Doch es geht gar nicht um das Auto mit dem Menschen am Steuer, es geht vielmehr um sein Umfeld auf der Straße. Denn getestet wird in dem Drive-Lab, wie sich ein automatisiertes Fahrzeug in realistischen Situationen verhalten würde, wie sich eine Kommunikation zwischen ihm und herkömmlichen Verkehrsteilnehmern aufbauen könnte.

Längst schon arbeiten in der automobilen Forschung auch Informatiker und Psychologen

Das Labor steht auf dem Gelände der Technischen Universität (TU) Graz und gehört dem Forschungsinstitut "Virtual Vehicle". Dieses hat außer dem Hauptaktionär TU und der örtlichen "Joanneum Research"-Forschungsgesellschaft noch mehrere Anteilseigner aus der Industrie: den Autohersteller und Komponentenerzeuger Magna Steyr, der in Graz Fahrzeuge von BMW, Jaguar, Mercedes und Toyota baut; das global agierende Unternehmen AVL List, bekannt für Motorenprüfstände; darüber hinaus die ebenfalls mit Mobilität um Auto und Bahn eng verbundenen Konzerne Siemens, Infineon und voestalpine.

Virtual Vehicle gehört mit seinen 300 hoch qualifizierten Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern zu den europaweit größeren fachspezifischen Forschungsinstitutionen. Und Pretto ist als Psychologe bei seinen Versuchen kein Exot. Denn die Zeiten, da Maschinenbauer die automobile Forschung dominierten, sind längst vorbei: Hier finden sich Physiker und Mathematiker, Elektriker, Elektroniker und Spezialisten für Cyber Security unter einem Dach. Es gibt einen ausgewogenen Mix aus Älteren mit Industrieerfahrung und Jungen, deren wissenschaftliche Karrieren erst am Anfang stehen. Der Geschäftsführer, Jost Bernasch, ist gelernter Informatiker und galt einst in seinen zwölf Jahren bei BMW noch als Rarität unter den Ingenieuren, heute haben seine Fachkollegen längst zentrale Positionen erobert.

Wozu brauchen internationale Automobilkonzerne mit ihren riesigen Entwicklungsabteilungen noch ein ausgelagertes Forschungsinstitut? Bernasch: "Selbst große Firmen können heute nicht mehr alles allein machen." Die Komplexität sei einfach zu groß geworden, die Entwicklung so schnell, dass es sinnvoll sei, Fragestellungen auszulagern und wissenschaftlich gründlich - manchmal längerfristig - erforschen zu lassen.

Bei "Virtual Vehicle" wird auf drei Ebenen für die Industrie gearbeitet. Da gibt es erstens die klassische Auftragsentwicklung für ein spezifisches, eng abgegrenztes Problem. Das wird direkt mit dem Autohersteller oder Zulieferer verrechnet. Dann findet sich unter dem in Österreich als Comet-K2-Programm bezeichneten Dach mittel- bis längerfristige Forschung, bei der sich meist mehrere Partner aus der Wirtschaft zusammenfinden. Hier verdoppelt die öffentliche Hand - die Bundesregierung und das Land Steiermark - die Mittel. Und schließlich ist "Virtual Vehicle" in ein europaweites Netz von zahlreichen anderen Instituten, Universitäten und Industriefirmen eingebunden, wo weniger tief, aber deutlich breiter geforscht wird. Derzeit sind die Grazer an 40 EU-Programmen beteiligt, in sechs von ihnen haben sie die verantwortliche Projekt-Koordination.

Worum geht es dabei? Eines der zuletzt abgeschlossenen mehrjährigen europäischen Projekte unter Leitung von "Virtual Vehicle" diente etwa der Effizienzsteigerung elektrisch betriebener Fahrzeuge. Partner eines größeren Konsortiums waren dabei unter anderem Fiat, Continental, Magneti Marelli oder Fraunhofer. Im Zentrum standen eine Wärmepumpe des Klimasystems und das Temperaturmanagement der Batterie, aber eingesetzt wurden auch Strom erzeugende Stoßdämpfer, Solarpaneele sowie eine besonders ökologische Routenauswahl. Das Ergebnis war beeindruckend. Selbst wenn noch längst nicht alle diese Verbesserungen ökonomisch in der Großserie umsetzbar sind, der Fiat-500-Versuchsträger konnte seine Reichweite im Versuch um ein gutes Drittel vergrößern.

Begonnen hat es in Graz deutlich bescheidener. Mit etwa 20 Ingenieuren startete Virtual Vehicle im Jahr 2002, und schon an ersten Projekten konnte man eine der Zielrichtungen erkennen: Mit gut überlegten Versuchsanordnungen wollte man virtuelle Berechnungen zu Lasten der teuren Gesamtfahrzeug-Crashs ausweiten. Das geschah etwa am Beispiel der B-Säule eines Volkswagen-Modells. Diese wurde in einem Labor der TU Graz in einem Rahmen eingespannt einzeln den Verformungen eines Seitenaufpralls ausgesetzt, man brauchte weniger zerstörte Automobile.

Ähnlich arbeitet man auch heute noch, etwa im Bereich Eisenbahn. Knapp 20 Prozent der Forschung von Virtual Vehicle betreffen den Bahnbereich. Bei der Zulassung von neuen Zügen sind Bremsversuche auf abgesperrten Strecken aufwendig und langwierig. "Man wird nicht alle Versuche durch Berechnungen ersetzen können", so der zuständige Abteilungsleiter in Graz. "Aber mit einem immer größeren Anteil lässt sich doch einiges einsparen." Dabei schaffen die Programme von Virtual Vehicle auch für Zuggarnituren erheblichen Mehrwert. Die Zulassungsversuche finden mehr oder weniger in der Ebene statt - es gibt nicht so viele Bahn-Teststrecken. Am Rechner kann man Steigungen und Gefälle oder widrige Witterungsbedingungen simulieren.

Auch in einem ganz anderen Bereich arbeitet man - seit Jahren - international an einer Verbesserung von standardisierten Testverfahren. Hier geht es um die Crash-Dummies, Puppen, die beim Zusammenstoß Fahrer oder Beifahrer darstellen, die in den ausgelösten Airbag hineinfallen oder durch Gurtstraffer zurückgehalten werden. Das Programm zielt darauf ab, diese Dummies immer komplexer und den Menschen ähnlicher zu machen, sie etwa so auszustatten, dass sie ihre Arm-Muskulatur anspannen können, als würde sich ein Fahrer vor dem abzusehenden Unfall noch schnell abstützen wollen.

Ein Großteil der laufenden Forschungsarbeit konzentriert sich auf die Themenbereiche automatisiertes Fahren und Elektromobilität. In einer Parkgarage am TU Campus finden sich mehrere Versuchsträger auf Basis von Ford-, Mercedes- und Tesla-Fahrzeugen. Ihr Innenleben voller Sensoren und Rechner wird kontinuierlich von den Grazer Forschern erneuert und erweitert. Auch wenn ein Großteil der Versuchsarbeit im Labor stattfindet, so geht es doch immer wieder auch hinaus auf die Straße. Rund um Graz wurden einige Autobahn- und Stadtabschnitte für derartige Versuche freigegeben.

Die Autos der Zukunft haben ein großes Problem: Das Risiko von Cyber-Angriffen steigt

Was das elektrische Fahren betrifft, so untersuchen die Ingenieure nicht nur die Effizienz von Batterien, Motoren und Innenraum-Kühlung. Mit den neuen Antrieben tauchen auch Probleme auf, an die man zuvor nicht gedacht hatte. Virtual Vehicle-Manager Aldo Ofenheimer sagt: "Ein herkömmlicher Verbrennungsmotor überdeckt viele andere Geräusche. Fährt man elektrisch, stören einen auf einmal Heizgebläse oder Klimakompressor." Doch jenseits der Komfortwelt drohen noch ganz andere Gefahren. Mit der Fern-Programmierung von Elektroautos - hier hat sich inzwischen Tesla am weitesten vorgewagt - steigt das Risiko von Cyber-Angriffen. Es braucht ausgeklügelte Sicherheitssysteme, um zu verhindern, dass jemand von außen das Fahrzeug übernimmt und etwa einen Unfall bewusst herbeiführt.

Mit derartigen Forschungsarbeiten zu sicheren Kommunikationswegen eröffnen sich über die Autowelt hinaus zahlreiche weitere Anwendungen, von der Industrie bis zur Medizintechnik. Es gilt als Mittelfrist-Ziel von Virtual Vehicle, im Rahmen der internationalen Projekte über das enge Fahrzeug-Feld hinauszublicken, Wissen, das hier erworben wurde, auch breiter zu vermarkten. In diesem Zusammenhang steht der Ausbau einer noch kleinen Münchner Dependance. "Das ist nicht nur ein Vertriebsbüro", so Geschäftsführer Bernasch, "hier werden in Kürze auch Forscher arbeiten, nah an manchen unserer Industriepartner."

© SZ vom 19.11.2020
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