Fahrzeug Design – Teil 2
5.2.4 Erweiterte Pkw-Maßkonzeption
Ziel: Ergänzung der klassischen Maßkonzeption (die sich primär auf statische Abmessungen und Raumbedarfe konzentriert) um weitere nutzer- und nutzungsrelevante Aspekte, welche die reale Interaktion zwischen Mensch und Fahrzeug umfassender abbilden. Dies ermöglicht eine menschenzentrierte Fahrzeugentwicklung, die über reine Komfortmaße hinausgeht und auch dynamische, aufgabenbezogene Bewegungen berücksichtigt.
Zusätzliche Umfänge: Diese Erweiterungen verbessern das Package, die Sicherheit und den Komfort im realen Fahrzeugbetrieb.
Weitere Interaktionen der Fahrzeuginsassen: Analyse von Greif- und Kommunikationsräumen (z. B. Übergabe von Gegenständen zwischen Vorder- und Fondpassagieren, Blickkontakt für Konferenzeinstellungen), um soziale Interaktion und bequeme Zugänglichkeit zu ermöglichen.
Kritische Sichtszenarien (z. B. verdeckte Fußgänger beim Abbiegen, Einfädeln an Kreuzungen mit eingeschränkter Sicht durch A-Säulen, Rangieren). Diese Szenarien werden digital simuliert, unter Einbeziehung von Menschmodellen, um potenzielle Gefahrenpunkte zu identifizieren und die passive wie aktive Sicherheit durch optimierte Sichtfelder zu erhöhen.
Bewegungsabläufe: Detaillierte Analyse von Standardbewegungen wie Ein- und Ausstieg, Greifbewegungen im Innenraum (z. B. zum Handschuhfach oder Ablagen), sowie spezifische Abläufe wie das sichere Positionieren und Anschnallen eines Kindersitzes mit Kind (Pädagogik des Kindersitzes, d.h., die Untersuchung der Interaktion zwischen Elternteil, Kind und Kindersitz zur Optimierung von Handhabung und Sicherheit). Diese Analysen helfen, ergonomische Engpässe zu vermeiden.
Weiterführende Interieur- & Exterieurabmessungen für wesentliche Karosserieöffnungen (Türen, Klappen, Sichtfelder): Berücksichtigung des benötigten Freiraums für bequeme Nutzung, Be- und Entladung sowie die Gewährleistung von Sicherheit bei dynamischen Prozessen.
Methodik: Systematisch & iterativ – dies bedeutet einen kontinuierlichen, sich wiederholenden Prozess des Zurückkoppelns und Anpassen zwischen Menschmodell (digitale Dummys, die menschliche Proportionen und Bewegungen simulieren), Package (Bauraumoptimierung, also die effiziente Anordnung von Komponenten und die Freiraumgestaltung), Technik (technische Komponenten und ihre Anforderungen sowie deren Integration) und Design (gestalterische Vorgaben und ästhetische Ziele), um eine optimale Balance aller Faktoren zu finden und ein ganzheitlich nutzerfreundliches Fahrzeug zu entwickeln.
Quelle & Bezug: Müller (2011) – nutzt nutzerzentrierte Generierung als Fundament für Interior-/Exteriordesign, um sicherzustellen, dass das Fahrzeug von Anfang an am Menschen ausgerichtet ist und dessen Bedürfnisse, Fähigkeiten und Einschränkungen umfassend berücksichtigt werden.
5.2.4.1 Kritische Sichtszenarien & Bewegungsabläufe
4-Schritt-Vorgehen: Ein strukturierter Ansatz zur Analyse und Optimierung sicherheitsrelevanter Sicht- und Bewegungsprozesse im Fahrzeug.
Analyse kritischer Sicht- bzw. Bewegungsszenarien: Identifikation der relevantesten und potenziell gefährlichsten Situationen, die im Fahrzeugalltag auftreten (z. B. Sicht auf Kinder im Nahbereich, Einparken, Beladen). Hierbei werden typische Nutzerbedürfnisse und Gefahrenquellen ermittelt.
Reduktion des Modellierungsaufwands: Um die Komplexität der Simulation zu beherrschen und effizient zu gestalten, wird der Aufwand durch die Wahl repräsentativer Perzentile der Nutzerpopulation (z. B. 5. Perzentil Frau, 95. Perzentil Mann, die die Extrembereiche der menschlichen Körpermaße abbilden) und die Nutzung führender Körperteile (z. B. Kopf für Sicht, Hände für Greifraum) optimiert. Dies erlaubt eine Fokussierung auf die kritischsten Aspekte.
Digitale Modellierung: Umsetzung der Szenarien in spezialisierter Software wie RAMSIS oder Human Solutions, die realistische Menschmodelle (digitale Dummys) mit detaillierten Gelenkmodellen und Bewegungssimulationen in die Fahrzeugumgebung integrieren kann. Dies ermöglicht präzise Untersuchungen von Raumkollisionen und Sichtfeldern im virtuellen Modell.
Visualisierung: Darstellung der Ergebnisse in 3D-Simulationen zur Überprüfung und Kommunikation der Erkenntnisse an alle relevanten Stakeholder (Designer, Ingenieure). Dies macht komplexe ergonomische Probleme greifbar und verständlich.
Sichtkegel: Erfassen des Blickfeldes des Fahrers oder Passagiers, um die visuelle Erfassung der Umgebung zu analysieren und sicherzustellen, dass relevante Bereiche ausreichend einsehbar sind.
Direct line of sight: Optische Sicht durch die Fensterflächen und über Karosserieteile hinweg (z. B. Motorhaube, Armaturenbrett). Dies ist die primäre Art der Sicht.
Spiegel-/Kamerasicht: Sichtfelder, die durch Spiegel oder Kamerasysteme erweitert werden (z. B. Seitenspiegel, Rückfahrkamera, Dashcams). Diese sind besonders wichtig zur Abdeckung von toten Winkeln und für Rangierbewegungen.
Dynamischer Raumbedarf (Swept-Volume): Berechnung des benötigten Raumes, der von einem sich bewegenden Körperteil (z. B. Arm beim Greifen, Bein beim Einsteigen), einem Gegenstand (z. B. Gepäckstück beim Beladen) oder einem öffnenden Bauteil (z. B. Tür, Haube) beansprucht wird. Dies ist die Grundlage für die störungsfreie Auslegung von Tür-, Hauben- und Heckklappen-Geometrie, um Kollisionen oder Behinderungen (z. B. Anstoßen des Kopfes beim Einsteigen) zu vermeiden und eine flüssige Bewegung zu gewährleisten.
Begrifflichkeiten:
Führendes Körperteil: Ein Körpersegment, das eine primäre funktionale und motorische Leitfunktion bei einer Bewegung hat (z. B. der Kopf beim Blick nach hinten, die Hand beim Greifen). Zugehörige Gelenke bewegen sich meist in einer Hauptebene. Die Konzentration auf das führende Körperteil vereinfacht die Modellierung und fokussiert auf das relevanteste Element der Bewegung.
Quasi-dynamische Modellierung: Ein Verfahren, bei dem ein (eigentlich kontinuierlicher) animierter Bewegungsablauf durch die Abfolge diskreter Stützhaltungen (statische Posen) erzeugt wird, die anschließend interpoliert werden, um einen flüssigen Übergang zu simulieren. Dies reduziert den Rechenaufwand im Vergleich zur vollständigen dynamischen Simulation bei dennoch realistischer Darstellung.
Generierung von Stützhaltungen (statische Posen): Diese Posen dienen als Basis für die quasi-dynamische Modellierung und zur Analyse spezifischer Körperpositionen im Fahrzeug.
Bildbasiert: Erfassung von Posen mithilfe von optischen MoCap-Kamerasystemen (Motion Capture), die Bewegungspunkte am Probanden oder Dummy verfolgen, und nachgeschalteter Bilderkennungssoftware. Dies erlaubt eine präzise Aufzeichnung realer menschlicher Bewegungen.
Sensorbasiert: Nutzung von Inertial Measurement Unit (IMU)-Suites, die an den Gliedmaßen des Probanden befestigt sind, um Beschleunigung und Drehungen zu messen, oder Kraftplatten zur Messung von Gewichtsverlagerungen und Körperpositionen. Diese Methoden erfassen Bewegungsdaten direkt am Körper.
Rechnerisch: Algorithmenbasiert mittels digitalem Menschmodell, das unter Berücksichtigung von Restriktionen (z. B. Gelenkwinkelgrenzen, die biologische Bewegungseinschränkungen abbilden) und Kontakten (z. B. Gesäß auf Sitzfläche, Füße auf Boden) die optimale Pose berechnet. Dies ermöglicht die Generierung von Posen, die physikalisch und ergonomisch plausibel sind.
5.2.4.2 Beispiel Ein- & Ausstieg
Vier Strategie-Typen nach Rigel (2005): Beschreiben die typischen, biomechanisch optimierten Bewegungsmuster beim Betreten und Verlassen eines Fahrzeugs in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeometrie und Sitzposition. Das Verständnis dieser Strategien ist entscheidend für ein komfortables und ergonomisches Design der Tür- und Einstiegsbereiche.
Fädel-Strategie: Charakteristisch für sportliche Coupés und andere Fahrzeuge mit tiefen Sitzen und engem Fußraum. Erfordert ein Verdrehen des Oberkörpers und Einfädeln der Beine in den Fußraum bei oft schmaler Türöffnung. Dies erfordert Flexibilität der Person.
Plumps-Strategie: Typisch für Vans, SUVs oder Fahrzeuge mit hohem Sitz und ebenerdigem Einstieg (z. B. Minivans). Man lässt sich quasi in den Sitz fallen, da der vertikale Abstand zwischen Boden und Sitzfläche gering ist und ein gerades Absinken ermöglicht.
Hürden-Strategie: Häufig bei Geländewagen, Pick-ups oder Fahrzeugen mit hohen Schwellersprüngen, bei denen Beine über ein erhöhtes Hindernis gehoben werden müssen. Dies erfordert eine gewisse Beinkraft und Balance.
Schlüpf-Strategie: Angewendet bei engen Öffnungen oder Kleinstwagen (z. B. Smart Fortwo), bei denen der Körper durch eine kleine, oft nach vorne verlagerte Öffnung „schlüpfen“ muss. Dies ist oft mit einer gebückten Haltung verbunden.
Relevanz: Diese Strategien beeinflussen maßgeblich die Auslegung relevanter Fahrzeugparameter: die Türkinematik (Öffnungswinkel und -radius zur Minimierung des Raumbedarfs und Maximierung der Zugänglichkeit), der Schwellerhöhe (Abstand zum Boden), des A-Säulen-Versatzes (Einstiegsbreite und -höhe) und der Grifflage, um einen komfortablen, sicheren und effizienten Ein- bzw. Ausstieg für verschiedene Nutzergruppen zu gewährleisten.
5.2.4.3 9-Schritte-Methodik der erweiterten Maßkonzeption
Die Methodik stellt einen ganzheitlichen und systematischen Ansatz zur Definition des Fahrzeuginnen- und Außenraums dar, basierend auf menschlichen Anforderungen und technischen Rahmenbedingungen, um eine optimale ergonomische Gestaltung zu erzielen.
Hauptreferenzpunkt (HRP) definieren: Meist der H-Punkt des Fahrers (Hip Point), der den Gelenkpunkt zwischen Oberschenkel und Rumpf im Sitz darstellt. Dieser dient als fundamentaler Ausgangspunkt für alle weiteren ergonomischen Dimensionen und die Platzierung von Pedalen, Lenkrad und Bedienelementen.
Hauptreferenzebenen (Bau- & Symmetrieebenen): Festlegung der vertikalen (z. B. durch die Radmitte), horizontalen (z. B. Oberkante Schweller) und longitudinalen Referenzebenen des Fahrzeugs, oft durch die Symmetrieachse und die Radebenen definiert. Diese Ebenen bilden das globale Koordinatensystem des Fahrzeugs.
Fahrerarbeitsplatz modellieren: Detaillierte Auslegung von Sitz (Positionierbarkeit, Neigung), Lenkrad (Einstellbereich, Durchmesser) und Pedalen (Anordnung, Betätigungskräfte), um eine ergonomische, komfortable und sichere Fahrerposition für eine große Bandbreite von Körpergrößen (Perzentilen) zu gewährleisten.
Passagiere modellieren: Berücksichtigung unterschiedlicher Körpermaße (RAMSIS-Perzentile von kleinen Frauen bis großen Männern) für Comfort-Positionen (geräumig, entspannt) und Limit-Positionen (Minimalraum, Grenzpositionen), um sicherzustellen, dass das Fahrzeug auch bei maximaler Belegung noch nutzbar ist.
Pkw-Interieur definieren: Positionierung von Instrumententafel, Ablagen, Bedienelementen, Infotainmentsystemen und anderen Innenraumkomponenten unter Berücksichtigung von Reichweiten (Zugänglichkeit von Schaltern und Fächern) und Sichtfeldern (Ablesbarkeit von Displays, Sicht auf die Straße). Ziel ist eine intuitive und sichere Bedienung.
Gepäckvolumen + Be-/Entlade-Pfad abbilden: Planung des Kofferraumvolumens und der Zugänglichkeit (Ladekantenhöhe, Öffnungsgeometrie der Heckklappe), um ein einfaches Beladen und Entladen von unterschiedlichen Gepäckstücken oder Gütern zu ermöglichen und Kollisionen mit der Umgebung zu vermeiden.
Primäre technische Funktionsbaugruppen: Integration wesentlicher technischer Komponenten wie HV-Battery (Hochvoltbatterie in Elektrofahrzeugen), Crash-Strukturen (Verformungszonen, Verstärkungen) und Achsbauteile (Radaufhängungen, Antriebskomponenten), die den Package-Raum wesentlich beeinflussen und Restriktionen für die Innenraumgestaltung darstellen.
Pkw-Exterieur definieren: Gestaltung von Package-Flächen (A-Säule, Dachlinie, Seitenwände) und Sichtfeldern von außen (Beleuchtung, Fensterflächen), sowie Prüfung der Einhaltung von Designvorgaben und gesetzlichen Anforderungen (z. B. Fußgängerschutz, Beleuchtungsvorschriften). Hier werden Ästhetik und Funktion vereint.
Konstruktionsgitter ableiten: Übersetzung der Package-Vorgaben in ein Gitter aus Hard-Points (fixe Referenzpunkte) und Toleranzen, die als feste Referenzen für die weitere CAD-Konstruktion (Computer-Aided Design) dienen. Dies ist die Grundlage für die detaillierte technische Umsetzung und Produktion.
5.2.5 Sitzmodellierung bei automatisierter Fahrt
Motivation SAE L3-L5 (Level 3 bis Level 5 der automatisierten Fahrfunktionen): Bei automatisierten Fahrfunktionen der Level 3 (begrenzte Interventionsfähigkeit des Fahrers) bis 5 (vollautomatisiert, fahrerlos) wird der Nutzer temporär oder dauerhaft zum „Passenger“. Dies impliziert, dass der Fahrer die Fahraufgabe nicht ständig überwachen muss oder gar nicht mehr fährt, was völlig neue Haltungs- und Nutzungsszenarien im Fahrzeuginnenraum ermöglicht, da die konventionelle Fahrerposition nicht mehr zwingend ist.
Ziele: Anpassung des Innenraums an die veränderte Rolle des Nutzers unter Berücksichtigung von Komfort, Kommunikation und Zugänglichkeit.
Mehr Platz/Freiraum: Ermöglichung von entspannteren Haltungen wie Liege-, Relax- oder Cross-Leg-Positionen (Beine übereinandergeschlagen), die im konventionellen Fahren aus Sicherheitsgründen oder aufgrund fehlenden Raums nicht möglich oder sicher wären. Dies erhöht den Reisekomfort erheblich.
Bessere Kommunikation: Implementierung von Sitzlayouts, die die Interaktion zwischen den Insassen fördern, z. B. Konferenz-Layouts (Sitze in Halbkreisform) oder Facing Seats (einander zugewandte Sitze), was soziale Aktivitäten während der Fahrt begünstigt.
Einfacherer Ein-/Ausstieg: Einsatz von dreh- oder fahrbaren Sitzen und neuen Türkonzepten (z. B. gegenläufig öffnende Türen, Schiebetüren ohne B-Säule), um den Zugang zum Fahrzeuginnenraum zu optimieren und das Ein- und Aussteigen, insbesondere für Menschen mit eingeschränkter Mobilität, zu erleichtern.
INSAA-RAMSIS-Posturen (Fischer et al., 2023): Eine Reihe standardisierter Sitzposen, die speziell für die Simulation in automatisierten Fahrzeugen entwickelt wurden und verschiedene Entspannungs- und Nutzungszustände abbilden, um eine realitätsnahe ergonomische Bewertung zu ermöglichen:
a) Fahrhaltung: Standardposition des aktiven Fahrers, trotz Automatisierung als Referenz beibehalten.
b) Entspannt (Sitz): Eine entspannte, zurückgelehnte Sitzhaltung für passives Reisen.
c) Entspannt mit gekreuzten Beinen: Eine besonders legere Entspannungsposition, die nur bei ausreichender Beinfreiheit und angepassten Rückhaltesystemen möglich ist.
d) Lesehaltung: Optimierte Haltung für das Lesen von Büchern oder Dokumenten, die eine gute Abstützung und Sichtwinkel unterstützt.
e-g) Device-Haltungen (Telefon, Tablet, Laptop): Spezifische Posen für die ergonomische und sichere Nutzung elektronischer Geräte während der Fahrt.
h) Ruhe: Eine tiefer entspannte Haltung, die dem Schlaf nahekommt, um maximale Erholung zu ermöglichen.
i) Liege: Eine vollständig zurückgelehnte, liegende Position, die dem Schlafen dient und maximale Entspannung bietet.
Herausforderung: Sicherheit bei alternativen Sitzhaltungen erfordert die Entwicklung neuer, adaptiver Rückhaltesysteme, die auch in untypischen Posen (z. B. gekreuzte Beine, liegend) wirksam sind. Dies betrifft die Gurtgeometrie (Anpassung des Gurtverlaufs an die Pose), die Auslösecharakteristik und das Fächerungsverhalten von Airbags (multi-stage Airbags, die sich an die Posen anpassen) sowie die Gesamtintegration der Rückhaltesysteme in das Interieur, um bei einem Unfall optimalen Schutz zu gewährleisten.
6 Tragwerksgestaltung
6.1.1 Karosserieanforderungen
Erfüllung der Maßkonzeption (Kap. 5) inkl. ergonomischer Freiräume & Sichtfelder: Die Karosserie als primäre Struktur muss den durch die menschlichen Anforderungen (Package-Maße, Ein-/Ausstieg, Greifräume) definierten Innen- und Außenraum bereitstellen und ausreichend Platz sowie optimale Sichtverhältnisse für Insassen und die Umgebung gewährleisten.
Umsetzung des Exterieur-Designs (Kap. 7): Die tragende Struktur muss die äußere Form und Ästhetik des Fahrzeugs ermöglichen und unterstützen, ohne die gestalterischen Vorgaben (z. B. bestimmte Dachlinien, Säulenproportionen) durch strukturelle Notwendigkeiten zu kompromittieren.
Aufnahme technischer Komponenten/Funktionsbaugruppen (Radführungen, Antriebs-Aggregate, Sitze etc.): Die Karosserie dient als Träger für alle mechanischen, elektrischen und internen Komponenten des Fahrzeugs und muss entsprechende Befestigungspunkte (
White-Body) sowie Bauraum bieten.Sicherheit & Struktur: Die Karosserie muss robust genug sein, um Insassen bei Unfällen zu schützen und die strukturelle Integrität des Fahrzeugs zu erhalten.
Einhaltung aller Crashnormen (u. a. EuroNCAP): Die Karosseriestruktur muss so ausgelegt sein, dass sie bei Kollisionen die Insassen maximal schützt und die strengen Anforderungen relevanter Crash-Tests (z. B. Frontal-, Seiten-, Pfahlcrash) mit guten Ergebnissen besteht.
Festigkeit & Steifigkeit (Torsion/Rollover): Gewährleistung der strukturellen Integrität unter dynamischen Belastungen (z. B. Fahrbahnunebenheiten, Kurvenfahrten), statischen Lasten und im Falle eines Überschlags (Rollover), um die Fahrstabilität, den Komfort (Vibrationsdämpfung) und die Insassensicherheit zu gewährleisten.
Kraftpfade & Energiedissipation (Crash-Box, Lastpfade): Gezielte Lenkung und Verteilung der Aufprallkräfte durch definierte Verformungszonen (z. B. Crash-Boxen an Front und Heck, die Energie durch kontrollierte Faltung absorbieren) und Lastpfade. Diese Pfade leiten die Energie um die Fahrgastzelle herum, um die Insassen zu schützen und die Fahrgastzelle als Überlebensraum möglichst intakt zu halten.
Leichtbau: Minimierung der Masse trotz aller strukturellen, sicherheitstechnischen und funktionalen Anforderungen, um Effizienz (geringerer Kraftstoffverbrauch/-emissionen), Fahrdynamik (höhere Agilität) und Batteriereichweite (bei EVs) zu verbessern. Dies ist ein entscheidender Faktor für die Nachhaltigkeit und Performance des Fahrzeugs.
Sichtbarkeitsanforderungen: Optimierung der Sicht für den Fahrer in alle Richtungen ist ein zentraler Sicherheitsaspekt.
Direkt: Optimierung der Fensterflächen und Reduzierung der Abmessungen von A-, B- und C-Säulen für eine bestmögliche Rundumsicht (z. B. Vermeidung großer toter Winkel, erleichtertes Schulterblick).
Indirekt: Sicherstellung der Effektivität von Spiegeln und Kamerasystemen (z. B. 360°-Kamera, Innenspiegel) sowie Vermeidung störender Geometrien im Innenraum (z. B. zu hohe Kopfstützen der Fondpassagiere) oder am Exterieur, die die Sicht behindern könnten.
Aufnahme-Punkte („White-Body“): Definiert die präzisen Anbindungspunkte für wichtige Komponenten wie Radaufhängungen, Motor-Getriebe-Lager, Türen/Klappen und Interieurmodule an der Rohkarosserie. Diese Punkte sind entscheidend für die Montagegenauigkeit und Funktion der Einzelteile.
EuroNCAP (4 Bereiche): Das europäische Neuwagen-Bewertungsprogramm bewertet die Fahrzeugsicherheit in verschiedenen, praxisrelevanten Aspekten und vergibt eine Sternewertung (von 0 bis 5 Sterne).
Erwachsenenschutz: Schutz von Fahrer und Beifahrer bei Frontal-, Seiten- und Heckkollisionen. Bewertet werden u.a. Belastungen von Kopf, Hals, Brust und Beinen basierend auf Crash-Dummys.
Kinderschutz: Schutz von Kindern in Kindersitzen verschiedener Altersgruppen bei Kollisionen. Überprüft wird die Kompatibilität des Fahrzeugs mit gängigen Kindersitzsystemen und der Schutz der Kinderdummys.
Fußgängerschutz: Maßnahmen zum Schutz von Fußgängern bei einem Frontalzusammenstoß mit dem Fahrzeug. Bewertet wird das Verletzungsrisiko für Kopf, Becken und Beine des Fußgängers an verschiedenen Aufprallbereichen der Fahrzeugfront.
Assistenz-/Sicherheitstechnik: Bewertung von aktiven Sicherheitssystemen wie Notbremsassistenten, Spurhalteassistenten, Geschwindigkeitsbegrenzern und Gurtwarnern, die Unfälle verhindern oder deren Schwere mindern sollen.
Frontalcrash (EuroNCAP): Ein spezifisches Testverfahren, das eine häufige Unfallart simuliert.
, 40 % Versatz (Offset), 40 % Überlappung der Fahrzeugfront mit einer deformierbaren Barriere bei Beladung mit Dummy von Fahrer und Beifahrer. Dies simuliert eine Kollision mit einem entgegenkommenden Fahrzeug oder einem festen Hindernis, bei dem sich nur ein Teil der Front überschneidet.
Ziele: Optimierte Verzögerung des Fahrzeugs in einem definierten Bereich, um die Insassenbelastung zu reduzieren; geringe Intrusion (Eindringen von Karosserieteilen) in den Fahrgastraum, um den Lebensraum der Insassen zu erhalten; eine steife Fahrgastzelle, die ihren Überlebensraum bewahrt und somit das Verletzungsrisiko minimiert.
Fußgängerschutz-Maßnahmen: Maßnahmen, die die Verletzungsgefahr für Fußgänger bei einem Aufprall minimieren sollen und über die reine Insassensicherheit hinausgehen.
„Soft“ Stoßstange: Eine energieabsorbierende Stoßstange, die den Beinkontakt weit unten am Bein des Fußgängers platziert und eine homogene Kraftverteilung über eine größere Fläche ermöglicht, um Knochenbrüche zu vermeiden oder zu mildern.
Einfedernde oder aktive (Pop-Up) Motorhaube: Eine Motorhaube, die bei Kollision mit einem Fußgänger nachgibt (einfedernd) oder sich aktiv anhebt (Pop-up-Haube), um den Aufprall des Kopfes auf die normalerweise härteren Motorbauteile zu dämpfen und das Verletzungsrisiko zu reduzieren.
Gewichtsspiralen: Beschreiben den sich selbst verstärkenden Effekt von Gewichtsänderungen im Fahrzeugbau.
Negativ: Eine Erhöhung des Fahrzeuggewichts (z. B. durch zusätzliche Ausstattung, größere Batterien bei EVs) führt zu höheren Anforderungen an Festigkeit und Steifigkeit (z. B. für Bremsen, Fahrwerk, Crash-Struktur), was stärkere und somit schwerere Komponenten erfordert, die wiederum das Gesamtgewicht erhöhen – ein sich selbst verstärkender Effekt, der die Effizienz mindert.
Positiv: Eine Reduktion der Fahrzeugmasse ermöglicht kleinere und leichtere Komponenten für Antriebsstrang (geringere Leistungsanforderung), Bremsen (weniger Masse zu verzögern) und Fahrwerk (geringere ungefederte Massen), was zu einer weiteren Reduktion des Gesamtgewichts führt und Effizienz und Fahrdynamik verbessert.
Leichtbau-Strategien: Ansätze zur gezielten Reduktion des Fahrzeuggewichts unter Beibehaltung oder Verbesserung von Sicherheit, Festigkeit und Funktionalität.
Konzept-: Funktionsintegration, z. B. durch Multifunktions-Gussknoten wie beim Audi A8, bei denen mehrere Funktionen (z. B. Lagerung, Crash-Element, Verbindungspunkt) in einem Bauteil vereint sind, wodurch die Anzahl der Teile und Verbindungen reduziert wird und Gesamtgewicht eingespart werden kann.
Form-: Lastpfadgerechte Querschnitte, wie bei zonenbelegten Längsträgern, die dort Materialstärke aufweisen, wo die größten Kräfte auftreten (z. B. in Crash-Bereichen), um Material an weniger beanspruchten Stellen einzusparen. Dies optimiert die Materialnutzung.
Werkstoff-: „Richtiges Material am richtigen Ort“, d.h. der gezielte Einsatz unterschiedlicher Materialien (z. B. hochfester Stahl für Crash-Bereiche, Aluminium für Karosserieaußenteile, Composites für tragende Strukturen) je nach Belastungsanforderung und Funktion des Bauteils, um optimale Eigenschaften bei minimalem Gewicht zu erzielen.
Fertigungs-: Einsatz von verbindungsarmen Prozessen wie Laser- oder MAG-Schweißen (weniger Schweißpunkte/-nähte), sowie Walzprofile, um die Anzahl der Einzelteile und Verbindungselemente zu minimieren und damit Gewicht und Komplexität in der Produktion zu reduzieren.
6.1.2 Tragwerksstrukturen (Überblick)
Rahmenbauweise: Bauweisen, bei denen ein separater Rahmen das Haupttragwerk bildet und die Karosserie (Aufbau) darauf montiert ist. Dies ermöglicht eine modulare Bauweise und leichte Reparatur des Aufbaus.
Gitterrohrrahmen: Ein räumliches Fachwerksystem aus miteinander verschweißten Rohren. Es ist zug- und druck-optimiert, bietet aber ein hohes Package (benötigt viel Bauraum) aufgrund der vielen Verzweigungen. Es ist biege-empfindlich, da die Rohre dünn sein müssen, um Gewicht zu sparen. Oft in Rennwagen und Sportwagen zu finden.
Leiterrahmen: Besteht aus zwei parallelen Längsträgern und mehreren Quertraversen, die eine leiterartige Struktur bilden. Hat eine hohe Masse und ist biegeelastisch, ermöglicht aber modulare Aufbauten und ist daher primär in Nutzfahrzeugen (LKWs, Busse), Geländewagen und Pick-ups verbreitet, wo Robustheit und hohe Zuladung wichtiger als Gewicht sind.
Fahrschemelbauweise: Eine Mischform, bei der Motor, Getriebe, Achsen und manchmal auch die Lenkung auf einem separaten Hilfsrahmen (Fahrschemel) montiert und von der Hauptkarosserie entkoppelt werden. Bietet gute NVH-Entkopplung (Noise, Vibration, Harshness), da die Schwingungen des Antriebsstrangs nicht direkt auf die Karosserie übertragen werden, ist aber tendenziell schwerer und komplexer in der Montage.
Selbsttragende Bauweisen: Das Karosserieblech selbst übernimmt tragende Funktionen, wodurch der separate Rahmen entfällt und Gewicht gespart wird. Sie sind die dominierende Bauweise in modernen Pkw.
Monocoque (Faserverbund): Eine einteilige Schalenkonstruktion, oft aus Kohlenstofffaser-verstärktem Kunststoff (CFK). Sie ist extrem steif und kann ca. 40 % leichter sein als Metallkonstruktionen. Allerdings ist die Reparatur nach einem Unfall schwierig und sehr teuer, und das Recycling dieser Materialien ist eine Herausforderung. Hauptsächlich in Hochleistungssportwagen und Formel-1-Fahrzeugen verwendet.
Schalenbauweise: Die häufigste Pkw-Bauart, bei der Bleche (oft Stahl, aber auch Aluminium) durch Schweißen (Punktschweißen, Laserschweißen) oder Kleben zu einer steifen und verwindungsfesten Struktur verbunden werden. Geringe Masse durch optimierte Blechdicken und Sicken (Versteifungsprägung), aber komplexe Auslegung aufgrund der Vielzahl von Einzelteilen und Verbindungen. Bietet gute Crash-Eigenschaften.
Space-Frame: Ein Trag-Gerippe aus Leichtmetallprofilen (oft Aluminium), das die Hauptlasten aufnimmt, während nichttragende Paneele (z. B. Kunststoff oder dünnes Aluminium) die Außenhaut bilden. Reduziert das Gewicht im Vergleich zu einer reinen Stahlschalenbauweise, aber die Auslegung und Fertigung (Fügeverfahren der Profile) ist komplex. Beispiel: Audi A8.
Gigacasting: Der Einsatz von riesigen Aluminium-Druckguss-Bauteilen, wie sie bei Elektrofahrzeugen (EV) zum Einsatz kommen, um große Baugruppen (z. B. Heckbereich, Vorderwagen, oder sogar ganze Bodenplatten) in einem Stück zu fertigen. Dies reduziert die Teile- und Werkzeugzahl erheblich und vereinfacht die Montage, ist aber in der Anfangsinvestition teuer und die Reparatur im Falle eines Unfalls ist anspruchsvoll, da große, komplexe Teile ersetzt werden müssen.
Mischbauweise (Multi-Material): Kombiniert verschiedene Materialien (z. B. hochfeste Stähle, Aluminiumlegierungen, Faserverbundwerkstoffe) in einer Struktur, um die Vorteile jedes Materials optimal zu nutzen (z. B. hohe Steifigkeit dort, wo nötig, geringes Gewicht dort, wo möglich). Erhöht die Lebensdauer und den Korrosionsschutz (durch Vermeidung von Kontaktkorrosion), stellt aber hohe Anforderungen an Recycling und Fertigungsprozesse (z. B. spezielle Fügetechniken wie Kleben, Nieten und Punktschweißen mit unterschiedlichen Materialien).
6.2.1 Fugen
Größerer Türspalt wegen Kinematik: Die Spaltmaße zwischen Karosserieteilen, insbesondere bei Türen, müssen größer sein als der reine Blechspalt, um die komplexen Öffnungs- und Schließbewegungen der Türen ohne Kollision mit angrenzenden Bauteilen zu ermöglichen. Dies ist eine funktionale Notwendigkeit, birgt aber das Risiko, die optische Qualität zu mindern, wenn nicht sauber umgesetzt.
Wichtig: konstante Spaltbreite > absolute Breite: Für eine hochwertige Anmutung und eine hohe wahrgenommene Qualität ist die Gleichmäßigkeit der Spaltbreite über die gesamte Länge der Fuge entscheidender als ihr absoluter Wert. Uneinheitliche Spaltmaße können auf schlechte Verarbeitungsqualität oder unpräzise Fertigung hinweisen.
Aerodynamische Staffelung (Flushness): Hinten liegende Flächen (z. B. Heckstoßstange im Verhältnis zum Kotflügel) werden bewusst um 0 bis mm eingerückt (also leicht darunter oder bündig angeordnet), um aerodynamische Verwirbelungen und Windgeräusche zu minimieren und einen glatteren Luftstrom zu gewährleisten. Dies trägt zur Reduzierung des Luftwiderstands bei.
Wahrnehmbare Fugenbreite: Die optische Wahrnehmung der Fugenbreite hängt stark von Licht, Schatten, Blickwinkel und der Gestaltung der angrenzenden Flächen ab (z. B. Rundungen, Kanten). Eine geschickte Gestaltung kann eine Fuge optisch schmaler oder weniger auffällig erscheinen lassen. Dies beeinflusst die Wertigkeit und Präzision des Designs und ist ein Qualitätsmerkmal.
6.2.2 Öffnungs- & Schließkonzepte
Türvarianten (+ Flächenbedarf Draufsicht): Beschreiben die Art und Weise, wie Türen geöffnet werden und welchen Raum sie dabei in der Draufsicht benötigen, was für das Parken und die Zugänglichkeit entscheidend ist.
Schwenktür vorne: Die Standardtür, die sich um eine vertikale Achse (A-Säule) vorwärts dreht. Benötigt seitlichen Platz zum Öffnen, ist aber einfach und kostengünstig in der Produktion. Gängig bei den meisten Pkw.
Schiebetür (mit/ohne B-Säule): Gleitet parallel zur Karosserie, ideal für enge Parklücken, da sie keinen seitlichen Schwenkraum benötigt. Die Variante ohne B-Säule (z. B. Ford B-Max mit integriertem Säulenverlauf in der Tür) bietet einen besonders großen, durchgehenden Einstieg. Primär in Vans, Minivans und Kleinbussen.
Portaltür: Zwei Türen auf einer Seite, die sich gegenläufig öffnen (Vordertür schwenkt nach vorne, Hintertür nach hinten) und so einen sehr großen, säulenfreien Einstieg schaffen, da die B-Säule entfällt oder in die Türen integriert ist. Vermittelt ein großzügiges Raumgefühl und erleichtert das Einsteigen. Beispiel: Rolls-Royce.
Hinten versenkbare Tür: Eine Tür, die nach dem Öffnen in einem Hohlraum des Fahrzeugs verschwindet. Dies spart Platz nach außen, ist aber technisch komplex und benötigt viel Bauraum im Fahrzeug. Selten in Serienfahrzeugen zu finden.
Flügel-/Scherentür (Lamborghini-Stil): Öffnet sich nach oben und nach vorne, benötigt viel vertikalen Platz über dem Fahrzeug. Eine ikonische Türvariante an Sportwagen wie Lamborghini, die einen dramatischen Auftritt bietet.
Schmetterlingstür: Eine Mischform aus Schwenk- und Scherentür, die sich nach außen und leicht nach oben öffnet. Bietet einen breiteren und bequemeren Einstieg als eine Flügeltür, ohne so weit nach oben zu schwenken. Beispiel: McLaren.
Fronttür: Die gesamte Front des Fahrzeugs schwenkt nach oben und vorne, um den Zugang zum Cockpit zu ermöglichen (z. B. Isetta, Messerschmitt Kabinenroller). Eine sehr platzsparende Lösung, typisch für historische Kleinstwagen.
Cabrio-Verdeck: Verschiedene Technologien für die Dachkonstruktion von Cabrios.
Softtop: Ein leichtes, flexibles Stoffverdeck, das schnell öffnet und schließt. Es bietet jedoch tendenziell schlechtere NVH-Eigenschaften (weniger Geräuschdämmung, mehr Vibrationsübertragung) und ist anfälliger für Vandalismus. Geringerer Platzbedarf im Verdeckkasten.
Retractable Hardtop (RHT): Ein festes Dach, das sich zusammenklappen und im Fahrzeug (Kofferraum) versenken lässt. Bietet bessere NVH-Eigenschaften (ähnlich einem Coupé) und höhere Sicherheit, ist aber schwerer, komplexer, teurer und nimmt mehr Platz im Kofferraum ein, wenn geöffnet.
6.3 Plattform-, Modul- & Baukastenstrategien
Plattform = Grundstruktur + Montagemodule: Eine Plattform ist die technische Basis eines Fahrzeugs, bestehend aus Bodengruppe, Achsen, Lenkung und Antriebsstrang (Motor, Getriebe). Auf dieser einheitlichen technischen Basis können verschiedene Fahrzeugmodelle aufgebaut werden. Der „Hut“ (Karosserie, Interieurdesign, Außenhaut) differenziert die Marke und das Modell, ermöglicht aber Skaleneffekte bei der Entwicklung und Produktion der Unterbau-Komponenten.
Markenplattform: Eine Plattform, die nur innerhalb einer bestimmten Marke (z. B. BMW CLAR Plattform) genutzt wird, um eine spezifische Markenidentität und technische Eigenständigkeit zu wahren.
Konzernplattform: Eine Plattform, die von mehreren Marken innerhalb eines Konzerns genutzt wird (z. B. VW MQB, MLB, MEB). Dies ermöglicht maximale Skaleneffekte und Kosteneinsparungen über verschiedene Fahrzeugsegmente hinweg innerhalb eines Unternehmens.
Konzernübergreifend: Eine Plattform, die von verschiedenen Automobilherstellern gemeinsam entwickelt und genutzt wird (seltener, z. B. Toyota und BMW für Supra/Z4). Erfordert hohe Kooperationsbereitschaft, erzielt aber noch größere Skaleneffekte.
Abgrenzung „Badge Engineering“: Hierbei werden lediglich Logos, Kühlergrill und minimale Karosseriedetails getauscht, während das Basisfahrzeug weitestgehend identisch bleibt, ohne signifikante technische oder Package-Änderungen. Dies ist eine kostengünstigere, aber auch weniger kundenorientierte Methode der Variantenbildung als die Nutzung von Plattformen oder Baukästen.
Modul/Baukasten (MQB - Modularer Querbaukasten, MEB - Modularer E-Antriebs-Baukasten): Ein Baukasten-System geht über die reine Plattformstrategie hinaus. Es erlaubt es, größere, vordefinierte Bauteilgruppen (Module) wie Vorderwagen, Cockpit, Antriebsachsen, Heiz-/Klimabereiche oder Infotainmentsysteme flexibel zwischen verschiedenen Modellen und sogar über Segmentgrenzen hinweg zu kombinieren. Dabei sind viele Schnittstellen standardisiert, aber die Abstände (z. B. Radstand, Spurweite) können innerhalb definierter Parameter variieren.
60 % Materialkosten betroffen: Der Einsatz von Baukästen hat einen signifikanten Einfluss auf die Materialkosten, da größere Mengen an standardisierten Teilen in hohen Stückzahlen beschafft werden können, was Einkaufsvorteile mit sich bringt.
Vorteile: Kosteneffizienz durch Skaleneffekte (höhere Stückzahlen pro Gleichteil) und reduzierte Entwicklungskosten (weniger Neuentwicklungen); hohe Variantenvielfalt bei geringerem Aufwand (schnelle Derivate auf Basis bestehender Module); schnellere Markteinführung von neuen Modellen und Derivaten durch Nutzung bewährter und bereits entwickelter Komponenten.
Nachteil: Hohe Komplexität in der Strategieerstellung und im Management, da die Module so gestaltet sein müssen, dass sie vielfältige Anforderungen aus verschiedenen Fahrzeugsegmenten und Modellvarianten erfüllen, was Designfreiheiten einschränken kann.
6.4 Designfindung vs. Aufbaugestalt
Restriktionen durch Grundaufbau (Länge, Höhe, Radstand): Die grundlegenden Proportionen des Fahrzeugs (z. B. Überhänge, Kabinenlänge, Gesamthöhe) und dessen Architektur werden maßgeblich durch die technische Plattform, die Antriebsart (Front-/Heck-/Allradantrieb), und die Abmessungen der verbauten Aggregate vorgegeben. Dies legt den Rahmen für die Designer fest.
Tragwerksrestriktionen $\leftrightarrow$ Öffnungsgrößen & Strukturminima: Die Notwendigkeit einer steifen Struktur (z. B. durch dimensionierte Säulenquerschnitte zur Verwindungssteifigkeit und Crashsicherheit) limitiert die maximalen Tür- und Fensterdimensionen. Dies stellt einen Konflikt mit dem Wunsch nach großen Öffnungen (leichtere Zugänglichkeit) und weiten Sichtfeldern (bessere Übersicht) dar, da größere Öffnungen die strukturelle Integrität schwächen können.
Modulare Ansätze erzeugen proportionale Ähnlichkeiten: Da modulare Systeme häufig feste Referenzpunkte und Verhältnisse (z. B. zwischen Radstand und Vorder- oder Hinterwagenüberhang) aufweisen, führt dies oft zu einer gewissen proportionalen Ähnlichkeit zwischen den verschiedenen darauf basierenden Modellen (z. B. VW Golf, A3, Leon, Octavia), was für das Marken-Family-Design genutzt werden kann, aber auch zu einer gewissen Homogenität im externen Design führen kann.
7.1 Exterieurformgebung
7.1.2 Funktionale Anforderungen
Aerodynamik, Beleuchtung, Ergonomie (Stellteile, Sicht), Fußgängerschutz, Böschungswinkel: Diese funktionalen Anforderungen müssen bei der Gestaltung der Außenform berücksichtigt und integriert werden, da sie maßgeblich die Performance, Sicherheit und Nutzbarkeit des Fahrzeugs beeinflussen. Das Exterieurdesign ist somit nicht nur ästhetisch, sondern auch hochgradig funktional.
7.1.2.1 Aerodynamik
Designer $\leftrightarrow$ Aerodynamiker = Zielkonflikt „Kunst vs. Physik“: Das ästhetische Design strebt oft nach einer bestimmten Form (z. B. kantig, voluminös, expressive Linien), die nicht immer mit den physikalischen Erfordernissen eines geringen Luftwiderstands (reine Tropfenform wäre ideal) übereinstimmt. Es ist die Aufgabe, einen Kompromiss zu finden, der sowohl ästhetischen als auch aerodynamischen Ansprüchen genügt.
Ziele: Reduzierung des Fahrwiderstands (für geringeren Verbrauch und Emissionen, insbesondere bei hohen Geschwindigkeiten), Verbesserung der Kühlung von Motor und Bremsen, Erhöhung der Fahrstabilität bei hohen Geschwindigkeiten (Vermeidung von Auftrieb), Reduzierung von Akustik (Windgeräuschen an der Karosserie und Spiegeln) und Verschmutzung der Karosserie (z. B. Heckscheibe bei Schrägheckfahrzeugen).
Luftwiderstandsgleichung: Sie beschreibt die Kraft, die der Luftströmung entgegenwirkt.
: Luftwiderstandskraft [N], die entgegen der Fahrtrichtung wirkt.
: Widerstandsbeiwert (dimensionslos), ein Maß für die Form des Fahrzeugs und dessen Strömungsgünstigkeit. Ein niedrigerer bedeutet weniger Widerstand.
: Stirnfläche des Fahrzeugs [m$^2$], die senkrecht zum Fahrtwind steht. Geringere Stirnfläche reduziert den Widerstand.
: Dichte der Luft [kg/m$^3$], die von Temperatur und Luftdruck abhängt.
: Fahrtgeschwindigkeit [m/s], die quadratisch in die Gleichung eingeht, was bedeutet, dass der Luftwiderstand bei doppelter Geschwindigkeit viermal so hoch ist.
Eine Änderung um im -Wert (z. B. von auf ) wird oft als „5 -Punkte“ bezeichnet und ist ein signifikantes Ergebnis bei der Aerodynamik-Optimierung, das spürbare Auswirkungen auf Verbrauch und Reichweite haben kann.
Strömungsphänomene: Verstehen dieser Phänomene ist entscheidend für die Optimierung des Luftwiderstands.
2D-Wirbel (Totwasser): Bereiche hinter dem Fahrzeug, insbesondere bei steilen Hecks, in denen der Luftstrom stark verwirbelt wird und nur wenig Energie besitzt (geringer Druck). Dies führt zu einem hohen Sogwiderstand, da der Druck am Heck niedriger ist als am Bug.
3D-Wirbelzöpfe: Komplexe dreidimensionale Wirbelstrukturen, die sich z. B. an den Fahrzeugkanten (A-Säule, Radhäuser) bilden und ebenfalls den Widerstand erhöhen sowie Windgeräusche verursachen können.
Durchströmung: Luftführung durch den Kühlergrill, den Motorraum und unter dem Unterboden hindurch. Dies ist relevant für die Kühlung von Motor und Bremsen sowie für den Auftrieb (was die Fahrstabilität bei hohen Geschwindigkeiten beeinflusst).
Umweltbedingungen: Der Einfluss von Seitenwind oder Verwirbelungen durch andere Fahrzeuge auf die Fahrzeugstabilität und das Fahrverhalten, die durch aerodynamische Gestaltung minimiert werden können (z. B. durch optimierte Seitenflächen und Spoiler).
Heckneigungswinkel: Der ideale Winkel eines Fahrzeughecks für minimalen Widerstand liegt bei etwa (ohne zusätzlichen Spoiler), da hier der Luftstrom am saubersten abreißt, ohne große Totwasserbereiche zu erzeugen. Bei einem Winkel kleiner kann der Luftstrom noch laminär abreißen, während bei größeren Winkeln bereits ab eine deutliche und widerstandserhöhende Ablösung der Strömung auftritt (großer Totwasserbereich), was zu erheblichem Sogwiderstand führt. Sportwagen und Limousinen nutzen oft optimierte Winkel, während SUVs und Vans aus Package-Gründen steilere Winkel haben und oft Spoiler zur Reduzierung des Totwassers benötigen.
Abtrieb: Das bewusste Erzeugen einer nach unten gerichteten Kraft auf das Fahrzeug, durch Umkehrung des Tragflügelprinzips (wie ein umgedrehter Flugzeugflügel). Dies wird durch feste oder aktive Spoiler und Diffusoren (Leitelemente unter dem Fahrzeug, die den Luftstrom beschleunigen und Unterdruck erzeugen) erreicht (Beispiel: Nissan GTR, Porsche 911 GT3), um die Fahrstabilität und den Grip der Reifen bei hohen Geschwindigkeiten zu erhöhen, insbesondere in Kurven.
7.1.2.2 Beleuchtung
Scheinwerfer = Fahrweg-Ausleuchtung: Primäre Funktion ist die aktive Beleuchtung der Straße vor dem Fahrzeug, um Hindernisse, Personen und den Straßenverlauf sichtbar zu machen und somit Sicherheit zu gewährleisten, insbesondere bei Nacht oder schlechten Sichtverhältnissen.
Leuchten = Kommunikation: Sekundäre, aber ebenso wichtige Funktion ist die Signalgebung an andere Verkehrsteilnehmer über Position (Tagfahrlicht, Schlussleuchten), Fahrtrichtung (Blinker), Bremsung (Bremslichter) oder andere Zustände des Fahrzeugs (z. B. Nebelschlussleuchte, Warnblinkanlage). Sie dienen zur aktiven Vermeidung von Kollisionen.
LED-Vorteile: Leuchtdioden bieten zahlreiche Vorteile gegenüber herkömmlichen Glühlampen (Halogen) oder Gasentladungslampen (Xenon).
Objektwahrnehmung : Bessere Kontraste und Farbwiedergabe für eine verbesserte Erkennung von Objekten bei Nacht, da LED-Licht dem Tageslicht ähnlicher ist.
Lebensdauer h (vs. h bei Halogen/Xenon): Deutlich längere Haltbarkeit und damit geringerer Wartungsaufwand und seltenere Ausfälle.
Leistung 18 W (Xenon 35 W): Deutlich geringerer Energieverbrauch bei gleicher oder besserer Leuchtkraft, was insbesondere bei Elektrofahrzeugen zur Erhöhung der Reichweite beiträgt und die Umweltbelastung reduziert.
Matrix-Ausblendung: Die Möglichkeit, einzelne LED-Segmente gezielt an- und auszuschalten oder zu dimmen. Dies erlaubt es, entgegenkommende oder vorausfahrende Fahrzeuge auszublenden (ohne zu blenden), während der Rest des Fahrwegs optimal ausgeleuchtet bleibt (adaptives Fernlicht). Dies maximiert die Sicht des Fahrers bei gleichzeitigem Schutz anderer Verkehrsteilnehmer.
7.1.2.3 Ergonomie
Türgriffe: Müssen anthropomorph gestaltet sein, d.h., sie sollen intuitiv in der Handhabung sein und sich natürlichen Greifbewegungen (z. B. die Form der Hand) anpassen. Sie sollten großflächig sein, vor Verschmutzung geschützt und auch nach einer leichten Crash-Verformung weiterhin funktionsfähig bleiben, um den Zugang im Notfall zu gewährleisten. Auch das haptische Feedback ist wichtig.
Außenspiegel: Die Sichtfeldklasse III (RL 2003/97/EG) definiert die erforderliche Größe und Krümmung der Spiegeloberfläche, um ein ausreichendes Sichtfeld nach hinten und zur Seite zu gewährleisten und tote Winkel zu minimieren. Moderne Fahrzeuge ergänzen dies oft durch elektronische Toter-Winkel-Warner.
7.1.2.5 Böschungs- & Rampenwinkel
Geometrie: Wichtige Parameter zur Beurteilung der Geländegängigkeit eines Fahrzeugs.
(Vorderer Böschungswinkel)
(Hinterer Böschungswinkel)
[Hierbei ist die Bodenfreiheit, der vordere Überhang (Abstand von Vorderachse zum vordersten Kontaktpunkt am Boden) und der hintere Überhang (Abstand von Hinterachse zum hintersten Kontaktpunkt am Boden). Der Rampenwinkel (nicht explizit in der Formel, aber konzeptionell wichtig) wird als der Winkel zwischen zwei an den Rädern anliegenden Geraden beschrieben, die sich in der Mitte des Fahrzeugunterbodens schneiden, wobei der niedrigste Punkt des Unterbodens nicht berührt werden darf. Eine größere Bodenfreiheit und kürzere Überhänge führen zu größeren Böschungs- und Rampenwinkeln.]
Design-Konflikt: Große Winkel (nötig für hohe Geländegängigkeit, Off-Road-Fahrzeuge, um Hindernisse nicht zu berühren) stehen im Konflikt mit einer niedrigen Aufbauhöhe (für bessere Aerodynamik und sportliches Design), da große Überhänge oder eine niedrige Bodenfreiheit diese Winkel reduzieren würden. Ein Sportwagen mit geringer Bodenfreiheit hätte kleine Böschungswinkel und könnte leicht aufsetzen.
7.1.3 Formdefinition
Fahrzeugform entsteht aus einem iterativen Prozess, der von Punkten (Referenzpunkte im Raum, Hard-Points) über definierte Linien (Kanten, Sicken, Charakterlinien, die Volumina gliedern) zu komplexen Flächen (z. B. durch NURBS-Modellierung) führt. Dieser Prozess wird digital durch CAD-Software unterstützt, die präzise Modellierung und Visualisierung ermöglicht und auch die Einhaltung technischer und ergonomischer Vorgaben sicherstellt.
Linienverläufe (Beispiele)
Feature Line: Eine präzise und stark ausgeprägte Kante, die Flächen unterteilt und oft eine starke Lichtkante bildet (z. B. eine deutlich abgesetzte Türkante), um die Volumina klar voneinander abzugrenzen und ein Gefühl von Präzision und Stärke zu vermitteln.
Crease Line: Ein akzentuierter, scharfer Flächenübergang, der dem Design Spannung, Präzision und Dynamik verleiht. Sie ist oft weniger tief als eine Feature Line, aber dennoch visuell dominant.
Slim Line: Eine betonte, oft längs verlaufende Linie, die bestimmte Bereiche optisch schlank und dynamisch wirken lässt, oft im Bereich der Fensterlinie oder im unteren Karosseriebereich, um das Fahrzeug gestreckter und eleganter erscheinen zu lassen.
Character Line: Ein prägendes, oft durchgehendes Merkmal über einen großen Fahrzeugbereich, das dem Fahrzeug einen eigenständigen Charakter verleiht und die Proportionen oder die Länge betont. Sie kann auch eine Funktion (z. B. Türgriffintegration) haben und die Markenidentität prägen.
Joint Line: Eine Fuge oder Spalt zwischen Bauteilen (z. B. zwischen zwei Karosserieteilen oder zwischen Tür und Kotflügel). Das Design strebt an, diese Fugen möglichst in vorhandene Formlinien zu integrieren, um ein sauberes und hochwertiges Erscheinungsbild zu erzielen und die Fugen optisch zu „verstecken“.
Flächenbeschreibung
Greenhouse: Bezeichnet die reine Fensterfläche eines Fahrzeugs und den oberen Kabinenbereich oberhalb der Gürtellinie. Ein großes Greenhouse (z. B. MB A-Klasse Gen 1, VW Bus) bietet viel Innenraum, gute Übersicht und ein luftiges Raumgefühl, während ein kleines Greenhouse (z. B. MB A-Klasse Gen 3, Sportwagen) eine sportlichere, geducktere Anmutung erzeugt, oft zu Lasten der Übersichtlichkeit.
Bombierung: Eine konvexe (nach außen gewölbte) Fläche, die dem Volumen eine volle, muskulöse oder freundliche Erscheinung verleiht und das Fahrzeug kräftig und robust wirken lässt (z. B. VW Beetle, Porsche 911 Kotflügel). Sie signalisiert Stärke und Präsenz.
Einzug: Eine konkave (nach innen gewölbte) Fläche, die Volumen optisch reduziert und dem Fahrzeug eine leichtere, dynamischere oder filigranere Anmutung verleiht (z. B. Flanken des Lamborghini Gallardo, oder Sportwagen mit stark tailliertem Cockpit). Sie kann auch Licht- und Schattenspiele verstärken.
Flächen- & Volumenübergänge
Radius-Gestaltung: Erzeugt weiche, fließende Übergänge (z. B. abgerundete Ecken, sanfte Kurven). Häufig in älteren oder weniger aggressiv gestalteten Fahrzeugen, vermittelt ein Gefühl von Solidität und Sicherheit.
Tangenten-Gestaltung: Schafft glatte, kantenlose Übergänge, bei denen Flächen ohne sichtbaren Knick ineinander übergehen. Dies erzeugt eine sehr flüssige und elegante Ästhetik, erfordert aber hohe Präzision in der Fertigung.
Kanten-Gestaltung: Betont scharfe, präzise Übergänge, die dem Design Schärfe, Modernität und technische Präzision verleihen. Oft in modernen, sportlichen oder aggressiv gestalteten Fahrzeugen zu finden.
Additive/subtraktive Volumenüberleitung: Das Hinzufügen (additive) oder Abziehen (subtraktive) von Volumen, um neue, oft skulpturale Formen zu schaffen, als ob Teile aus einem Gesamtvolumen herausgearbeitet oder hinzugefügt wurden.
Integrative/konjunktive Volumenüberleitung: Das Verschmelzen oder Verbinden von mehreren Volumen zu einem kohärenten Ganzen, um fließende und organische Formen zu erzielen, bei denen Einzelvolumen nicht mehr klar abgrenzbar sind, sondern nahtlos ineinander übergehen.
Historische Designlinien nach Tuminelli
Retro (VW Beetle): Moderne Interpretation klassischer Formen und Designelemente aus vergangenen Epochen, die nostalgische Gefühle hervorruft und sich auf bewährte Ästhetik besinnt.
Flow Box (Smart): Kubische, kompakte Form mit fließenden Übergängen. Betont Praktikabilität und Effizienz in einem kleinen Raum, oft mit freundlicher Anmutung.
Wedge Line (Lamborghini Countach, Lancia Stratos): Keilförmiges, aggressives Design mit scharfen Kanten und einer stark ansteigenden Gürtellinie. Symbolisiert Geschwindigkeit, Dynamik und Leistungsfähigkeit.
Edge Body (Cadillac Stealth): Betonung von Kanten, geraden Linien und klaren Flächen. Vermittelt ein Gefühl von Modernität, Präzision und oft auch Stärke oder Aggressivität.
Smooth Body (Infiniti, frühe Lexus Modelle): Fließende, organische Formen ohne ausgeprägte Kanten, die eine ruhige, elegante und oft luxuriöse Anmutung erzeugen. Der Fokus liegt auf Oberflächenspannung und Reflexionen.
Carved Body (BMW 7er E65, moderne BMW Modelle): Skulpturale, aus dem Volumen herausgearbeitete Flächen mit dynamischen Sicken und Lichtbrechungen. Das Fahrzeug wirkt, als wäre es aus einem Block gemeißelt, was Spannung und Bewegung vermittelt.
New Classic (Rolls-Royce Phantom): Zeitlose Eleganz mit traditionellen Proportionen (lange Haube, kurzes Heck) und modernen Details. Kombiniert klassische Werte mit zeitgenössischer Qualität und Technologie.
7.1.3.2 Gestaltordnungen
Ordnung erzeugt Gefallen: Die menschliche Wahrnehmung empfindet Wohlgefallen bei geordneten Formen, etwa durch Symmetrie, Zentrierung, feste Proportionen und Ähnlichkeit, da sie als harmonisch, ausgewogen und ästhetisch ansprechend interpretiert werden. Unordnung kann hingegen als chaotisch oder unfertig wirken.
Achsensymmetrie: Die Spiegelung von Formen entlang einer Achse, die ein Gefühl von Balance und Stabilität vermittelt.
Front: Jaguar F-Type – eine vertikale Symmetrieachse teilt die Front in exakte Spiegelbilder (z.B. Scheinwerfer, Lufteinlässe, Kühlergrill), was dem Fahrzeug eine potente und selbstbewusste Präsenz verleiht.
Seite: VW New Beetle – eine horizontale Symmetrieachse oberhalb der Gürtellinie, die das Design des vorderen und hinteren Teils spiegelt. Dies erzeugt eine spielerische, freundliche und sehr runde Anmutung.
Richtungsgebundene Form (Keil-Form Holden Hurricane): Eine Form, die eine klare Fahrtrichtung durch ihre dynamische Ausrichtung betont, oft durch eine ansteigende Gürtellinie oder eine nach vorne geneigte Silhouette, die Bewegung und Geschwindigkeit suggeriert.
Punktsymmetrie (Alfa Romeo 8C Competizione Heck, manche Sportwagenräder): Eine Gestaltung, die sich um einen zentralen Punkt symmetrisch anordnet. Dies vermittelt Konzentration und oft eine dynamische, zentrierte Energie.
Zentrierung (Formlinien $\rightarrow$ Front-Logo BYD Han): Formlinien oder Designelemente, die auf ein zentrales Element (z. B. das Markenlogo, den Kühlergrill) zulaufen und es betonen. Dies lenkt den Blick des Betrachters und hebt die Bedeutung dieses Elements hervor.
Proportionen: Das Verhältnis von Teilen zueinander und zum Ganzen. Sie sind entscheidend für die ästhetische Wirkung und oft unterliegen sie menschlichen Präferenzen, die sich in geometrischen Reihen wiederfinden. Wichtige Proportionen sind die Wurzel-2 (ca. 1:1.414, z. B. für die Höhe-Breite-Verhältnisse von Karosserieelementen, die eine harmonische Skalierung ermöglichen) und der Goldene Schnitt (ca. ), die oft als besonders ästhetisch ansprechend empfunden werden. Das Verhältnis von Überhang zu Radstand beeinflusst maßgeblich die dynamische Anmutung und signalisiert das Antriebskonzept (kurzer Vorderüberhang bei Heckantrieb, langer Vorderüberhang oft bei Frontantrieb).
Ähnlichkeit vs. Selbstähnlichkeit: Ähnlichkeit bezieht sich auf das Marken-Family-Feeling, bei dem verschiedene Modelle einer Marke gemeinsame Designelemente, Proportionen oder Merkmale aufweisen, die sie als zusammengehörig erkennbar machen. Selbstähnlichkeit bedeutet, dass wiederkehrende Formen oder Muster innerhalb eines einzelnen Produkts auf verschiedenen Größenskalen auftreten (z. B. die Form des Kühlergrills findet sich in kleineren Lufteinlässen oder Bedienelementen wieder), was ein kohärentes und durchdachtes Design signalisiert.
7.1.3.3 Formanalyse (Übungen BMW i5)
Zusammenspiel aller o. g. Merkmale beurteilen: Hier wird analysiert, wie Elemente wie die Character Line (z. B. die Sicke an der Seite), die Achsensymmetrie in der Front (Kühlergrill, Scheinwerfer), die Slim Lines (z.B. die Fensterlinie) und selbstähnliche Lufteinlässe zusammenwirken, um das Gesamtdesign und die Markenidentität des BMW i5 zu prägen und die gewünschte Botschaft (z. B. Sportlichkeit, Eleganz, Technologieführerschaft) zu vermitteln.
7.1.3.4 Detailformgebung – Kühlergrill
Grillformen als semantische Marker: Der Kühlergrill ist ein zentrales Designelement, das die Marken-DNA repräsentiert und oft die Fahrzeugart oder -funktion symbolisiert. Sein Design kann sich mit dem Übergang zur Elektromobilität ändern (EV-Trend: integraler Grill, da weniger Kühlung benötigt wird, was eine geschlossene Front ermöglicht).
Ellipse/Kreis (Bugatti, Maserati, Morgan): Klassisch, elegant, oft sportlich. Vermittelt Exklusivität und traditionelle Handwerkskunst.
Rechteck (Bentley, Rolls-Royce, Hummer): Majestätisch, dominant, robust. Signalisiert Stärke, Luxus und oft einen imposanten Auftritt.
Dreieck (Alfa Romeo, Lancia, Mazda): Sportlich, dynamisch, aggressiv. Oft spitz zulaufend, vermittelt Geschwindigkeit und Agilität.
Trapez (Aston Martin, Audi Singleframe, KIA, MB): Modern, prägnant, oft breit und dominant. Zeigt technische Präzision und einen robusten Stand.
Geteilt (BMW „Niere“, Chevrolet, Fisker): Einzigartige Markenidentität, oft doppelt oder mit Unterteilung. Schafft Wiedererkennungswert und eine charakteristische Front.
Integral (Renault Rafale, Opel Astra Vizor, Ford Bronco EV Konzept): Weniger oder keine Öffnungen, oft auf EV-Design (geringerer Kühlbedarf für den E-Antrieb) oder robuste Offroad-Ästhetik hinweisend. Kann auch als Designelement ohne primäre Kühlfunktion dienen.
Bedeutung: Der Kühlergrill ist nicht nur ein designprägendes Element und zentraler Teil der Marken-D