smartCAST – Digitale Gussteile mit Zustandsüberwachung für autonome Fahrzeuge

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Walter Lang
• Fachliche Zuordnung: Ur- und Umformtechnik, Additive Fertigungsverfahren ; Mikrosysteme
• Förderung: Förderung seit 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 440971991

Derzeit verändern zwei technologische Entwicklungsrichtungen gravierend die weltweite Automobilindustrie: der elektrische Antrieb und das autonome Fahren. Das autonome Fahrzeug sieht sich dabei mit neuen Herausforderungen an die Fahrzeugsicherheit konfrontiert. Bisher war das Hauptthema die aktive Überwachung von Straßenzustand, Wetterlage, oder z.B. auf der Straße spielende Kinder. Ein Aspekt wurde jedoch stark vernachlässigt bzw. nicht berücksichtigt: die passive Sicherheit des Fahrzeugs. Hierzu wurde bisher auf bewährte und bekannte Technologie aktueller Fahrzeuge gesetzt. Sicherheitsrelevante Komponenten des Fahrzeugs wurden mit großzügigen Sicherheitsfaktoren dimensioniert. Und kam es in der Vergangenheit zu einem Schaden am Fahrzeug – egal ob aktiv verursacht durch den Fahrer, aufgrund ungewollter Fahrmanöver oder passiv durch Fremdeinwirkung – so hat der Fahrer dies in der Regel im Lenkrad gespürt. Mit dem „Loslassen“ des Lenkrads beim autonomen Fahren trennt sich der Fahrer jedoch vom „fühlbaren“ Zustand seines Automobils.Vor allem das Fahrwerk gilt als sicherheitsrelevante Fahrzeugstruktur und beeinflusst im Ernstfall die Fahrdynamik und die Kontrolle von Gefahren. Wahrgenommen wird dies bis heute allein durch den Fahrer, doch durch den Wegfall des Lenkrads im Level 5 des autonomen Fahrens wird diese Aufgabe zukünftig komplett dem Fahrzeug selbst überlassen sein. Eine Steigerung in der Dramatik folgt durch den unaufhaltsam zunehmenden Trend zum Carsharing und dem damit verbunden, sinkenden Verantwortungsbewusstsein gegenüber dem Fahrzeug. Entstandene Schäden – und das damit verbundene Sicherheitsrisiko – gehen direkt an den folgenden Nutzer über. Insbesondere zukünftige Betreiberfirmen des Carsharings erkennen die Notwendigkeit, mindestens bei erneutem Fahrtantritt die sicherheitsrelevanten Komponenten (z.B. Fahrwerk) im Schnellcheck auf kritische Schäden zu überprüfen. Ziel des Transferprojektes ist es, den sicherheitsrelevanten Bauteilen im autonomen Fahrzeug durch eingebettete Sensoren ein solches „Körpergefühl“ zu ermöglichen. Hergestellt werden diese Komponenten i. d. R. aus Aluminiumguss. Im Rahmen des DFG geförderten Projektes „SINA“ wurden von den Antragstellern erste Grundlagen zum direkten Eingießen von auf Dickschicht-Technologie basierenden Lastsensoren im Aluminiumguss erarbeitet. Die eingegossenen Sensoren ermöglichen die Erkennung, Messung und Beurteilung mechanischer Belastungen. Sie warnen frühzeitig vor Überlastung, Schädigung und Versagen der Bauteile. Dank des piezoresistiven Sensorprinzips können Daten sowohl während der Betriebsphase in Echtzeit als auch bei Inbetriebnahme erfasst werden. Dadurch kann eine Prüfung auf Verformung oder Beschädigung des Gussteils jederzeit erfolgen. Diese Grundlagenerkenntnisse sollen im Transferprojekt auf konkrete Szenarien und Gussteile für autonome Fahrzeuge angewendet und gemeinsam mit Forschungs- und Industriepartnern für eine spätere Serienanwendung komplettiert werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen (Transferprojekt)
• Anwendungspartner: KSM Castings Group GmbH; MAGMA Gießereitechnologie GmbH
• Kooperationspartner: Professor Dr.-Ing. Matthias Busse; Christoph Pille