Husker-Ingenieure erhalten Zuschuss zum Schutz von Militärstützpunkten vor EV-basierten Angriffen

Die meisten beobachten den allmählichen Übergang von gasbetriebenen zu Elektrofahrzeugen durch die Spiegel der Umwelt, des Klimas oder der Automobilindustrie.

Diese Verschiebung hat für Cody Stolle von der University of Nebraska-Lincoln und seine Kollegen von der Midwest Roadside Safety Facility ein anderes Problem und eine neue Herausforderung mit sich gebracht. Doch die Forscher konzentrieren sich auf mehr als nur die Sicherheit der Passagiere von Elektrofahrzeugen. Die Husker-Ingenieure bereiten sich auch darauf vor, diejenigen zu schützen, die von den Fahrzeugen angegriffen werden könnten: in diesem Fall amerikanische Soldaten, die in den über 1.000 US-Militäreinrichtungen im In- und Ausland stationiert sind.

Mithilfe von 3,6 Millionen US-Dollar an Fördermitteln des Engineer Research and Development Center der US-Armee arbeiten Forschungsteams in Nebraska und der Auburn University daran, die Zugangspunkte von Militärstützpunkten vor den spezifischen Bedrohungen durch feindselig angetriebene Elektrofahrzeuge zu schützen.

„Elektrofahrzeuge sind eine andere Tierart als Benzinfahrzeuge“, sagte Stolle, stellvertretender Direktor der Midwest Roadside Safety Facility in Nebraska und wissenschaftlicher Assistenzprofessor für Maschinenbau und Werkstofftechnik.

Zunächst einmal überwiegt die Batterie eines Elektrofahrzeugs den Motor eines gasbetriebenen Fahrzeugs so sehr, dass das Elektrofahrzeug selbst oft Hunderte oder sogar Tausende zusätzliche Pfunde mit sich herumträgt. Ein Elektrofahrzeug trägt dieses Gewicht auch anders, mit einem niedrigeren Schwerpunkt als sein herkömmliches Gegenstück. Trotz des zusätzlichen Gewichts erzeugt ein Elektromotor auch fast unmittelbar nach dem Treten des Pedals ein Drehmoment, was ihm eine Beschleunigung von null auf 60° verleiht, die die meisten Verbrennungsmotoren in den Schatten stellt.

Das Team aus Nebraska wird jeden dieser und weitere Faktoren bei der Weiterentwicklung der Barrieren berücksichtigen, die die Grenzen der US-Militärstützpunkte umgeben und die von befreundeten Fahrzeugen genutzten Kontrollpunkte schützen. Stolle sagte, dass diese passiven Barrieren – deren Designs von Leitplanken bis hin zu pfostenähnlichen Pollern reichen können – so konstruiert sein müssen, dass sie dem Hochgeschwindigkeitsrammen durch Elektrofahrzeuge standhalten, die einen wachsenden Anteil der weltweiten Automobilflotte ausmachen.

„Obwohl sie viele Ähnlichkeiten mit herkömmlichen Fahrzeugen aufweisen, sind sie nicht dieselben und werden die Art und Weise verändern, wie wir straßenseitige Hardware entwerfen“, sagte Stolle, dessen Team in Nebraska über einen Zeitraum von vier Jahren 2,2 Millionen US-Dollar der Finanzierung erhalten wird. „Und es ist für uns alle von Vorteil, auf die Umstellung eines beliebigen Teils unserer Fahrzeugflotte auf Elektrifizierung vorbereitet zu sein, denn das bedeutet, dass wir bei der Konstruktion eine größere Bandbreite an Möglichkeiten berücksichtigen müssen.

„Die aktuelle Studie ist eine grundlegende Festlegung aller notwendigen Parameter, um sicherzustellen, dass (Militär-)Stützpunkte in der Lage sind, Fahrzeuge aller Art zu bedienen, ob Benziner oder Elektrofahrzeuge oder sogar neue Technologien, die noch entwickelt werden müssen.“

Um ihre Entwürfe zu entwickeln und zu testen, hat das Team – zu dem Ronald Faller, Forschungsprofessor und Direktor der Midwest Roadside Safety Facility; Joshua Steelman, außerordentlicher Professor; und andere – werden eine Kombination aus Digitalem und Greifbarem nutzen. Ersteres wird die anspruchsvollsten Modelle und Simulationen der klassischen Mechanik auf dem Planeten umfassen. Einige dieser internen Computersimulationen können die allgemeine Fahrzeugdynamik modellieren, insbesondere die Art und Weise, wie die auf eine Komponente wirkenden Kräfte das Verhalten einer anderen beeinflussen.

Unterstützung erhalten die Ingenieure auch von Ansys, dessen Software die Energieübertragung einer Kollision simulieren kann, indem sie bestimmte Variablen effektiv isoliert und die Ergebnisse dann Millisekunden für Millisekunde in größere Modelle integriert. Eine weitere Spende von Caresoft Global wird dem Team eine umfassende Modellierung speziell für Elektrofahrzeuge ermöglichen.

„Das ist eine ziemlich beträchtliche Spende; „Es gibt weltweit nur sehr wenige dieser Modelle“, sagte Stolle. „Daher ist die Tatsache, dass wir Zugang zu ihnen haben, ein enormer Forschungsvorteil und wird uns die Bewertung komplexerer Phänomene erheblich ermöglichen.“

Aber das Husker-Team wird seine Entwürfe auch regelmäßig in der physischen Welt testen und sie beispielsweise mit der rohen Gewalt eines 15.000 Pfund schweren Lastwagens messen, der mit der Stoßstange voran und einer Geschwindigkeit von 50 Meilen pro Stunde gegen eine Barriere prallt. Diese Crashtests werden in den nächsten vier Jahren etwa alle drei Monate stattfinden und jeweils eine Gelegenheit bieten, Verbesserungen zu bewerten und die Erkenntnisse aus verdrehtem Metall zu berücksichtigen.

Modellbasierte Simulationen oder Crashtests sind der Midwest Roadside Safety Facility nicht fremd. Die Einrichtung stützte sich bei der Entwicklung auf beides Barrieresystem zur Reduzierung der Stahl- und Schaumenergie (SAFER)., das 2002 auf dem Indianapolis Motor Speedway installiert wurde und heute die Wände fast aller von IndyCar und NASCAR gefahrenen Ovalbahnen säumt. Das Gleiche geschah bei der Gestaltung Leitplankensystem des Mittleren Westensein „Flaggschiffprodukt“, das sich auf US-Autobahnen zum Standard entwickelt und in weiten Teilen Asiens, Afrikas und Australiens eingesetzt wird.

So wie die SAFER-Barriere den Entwurf des Midwest Guardrail Systems beeinflusste, so Stolle, stimme letzteres auch mit der Herangehensweise des Teams an passive Barrieren auf US-Militärstützpunkten überein. Doch während die beiden wichtigsten, zivil ausgerichteten Projekte der Anlage darauf ausgelegt waren, Unfälle in schrägen Winkeln abzufedern und umzulenken, arbeitet das Team jetzt an der Abwehr von Frontalaufprallen. Das kann bedeuten, dass es bis zu dreimal so viel Energie aushalten muss wie ein plötzlicher, unbeabsichtigter Aufprall.

„Die meisten unserer Leitplankenanwendungen für Autobahnen sind für Aufprallkräfte und strukturelle Anforderungen in der Größenordnung von 10.000 bis 50.000 Pfund ausgelegt. „Systeme, die für große LKWs konzipiert sind, müssen möglicherweise 200.000 oder 300.000 Pfund über der Kontaktfläche aushalten“, sagte er. „Nun, Rammschutzsysteme müssen das auch können, aber sie müssen es (nur) über ein paar Meter tun, nicht über ein ganzes System verteilt.“

„Das verändert die Art und Weise, wie Sie diese Systeme entwerfen, sodass ihre Kapazitäten viel höher sind. Und um dieses Ziel zu erreichen, nutzen wir innovative Technologien.“

Stolle, der seit seiner Einschreibung als Erstsemester im Jahr 2004 an der University of Nebraska-Lincoln ist, sagte, das Team habe gute Gründe zu der Annahme, dass dies der Fall sein werde. Mitte der 2010er Jahre, als Stolle noch am Anfang seiner Postdoktorandenstelle stand, wandten sich mehrere Abteilungen des Verteidigungsministeriums an die Midwest Roadside Safety Facility mit der Bitte um Beiträge zu Rammschutzbarrieren. Unter der Leitung von John Reid, inzwischen emeritierter Professor, wurde Stolle mit dieser Chance und Verantwortung konfrontiert.

„Sie stellten mich als jungen Postdoc vor und sagten: ‚Hey, warum hilfst du nicht bei diesem Projekt mit?‘ Schneller Vorlauf: Jetzt beraten wir uns mit wichtigen DOD-Behörden, um kostengünstige, effiziente und universelle Designs für die Sicherheit zu entwickeln.“

Mehrere der Anlagenentwürfe haben seitdem ihren Weg auf US-Militärstützpunkte gefunden. Im Wissen, dass diese technischen Verbesserungen Leben gerettet haben und retten werden, zählt Stolle zu den vielen Gründen, warum er die Arbeit am MwRSF liebt.

„Es ist fantastisch“, sagte er. „Das ist das Beste an diesem Job.“

Von Universität von Nebraska – Lincoln