DE10050080A1 - Vorrichtung zum Simulieren eines Fahrzeugaufprall - Google Patents
Vorrichtung zum Simulieren eines FahrzeugaufprallInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung 1 zum Simulieren eines Fahrzeugaufpralls. DOLLAR A Weil Crash-Tests unter Zerstörung einer Fahrzeugzelle sehr aufwendig sind, ist es eine Aufgabe der Erfindung, eine kostengünstig betreibbare Vorrichtung zum Simulieren eines Fahrzeugcrash bereitzustellen. DOLLAR A Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass ein Träger 2 mit Linearführungsmitteln vorgesehen ist, so dass ein Schlitten 5 relativ sowie translatorisch bewegbar zu dem Träger 2 bewegbar ist, und dass eine Flußplatte 8 rotatorisch um eine Drehachse a bewegbar an dem Schlitten 5 angelenkt ist.
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Simulieren
eines Fahrzeugaufpralls.
Es ist grundsaetzlich bekannt, einen Fahrzeugaufprall
mittels einem Crash Test unter Verwendung einer Fahrzeugzelle
(Karosserie) zu untersuchen. Dabei wird die Fahrzeugzelle auf
die gewuenschte Geschwindigkeit beschleunigt, um sodann in
der gewuenschten Positionierung (beispielsweise Offset-Crash
mit 40% Ueberdeckung) gegen ein Hinderniss zu prallen.
Derartige Versuche sind regelmaessig mit hohen Kosten
verbunden, weil der Versuchsaufbau (Fahrzeugzelle mit den
plazierten Sensoren fuer die Messdatenerfassung) zerstoert wird.
Mit anderen Worten ist der gesamte Vorgang irreversibel. Um
beispielsweise Fussraumintrusionen im Bereich der unteren
Extremitaeten eines Fahrzeugfuehrers, insbesondere die
Einwirkung des Pedalwerks auf dessen Fuesse zu untersuchen,
muss eine Rohkarosserie mit dem Pedalwerk und seinen
Anbauteilen versehen, sowie vermessen werden, um diese
Anordnung sodann im Rahmen ihrer Zerstoerung zu pruefen.
Dies ist aufwendig und fuehrt zu entsprechender
Kostenbelastung, insbesondere vor dem Hintergrund einer
steigenden Zahl von Crash-Tests.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine
Vorrichtung bereitzustellen, mit der ein Fahrzeugaufprall
kostenguenstig sowie reversibel simuliert werden kann, und
wobei alle infolge eines Crashereignis auf den Fahrer und
insbesondere auf dessen untere Extremitaeten einwirkenden
Bewegungen, Geschwindigkeiten und Beschleunigungen (auch
negativer Art) einfach simuliert werden koennen.
Es ist insbesondere eine Aufgabe der vorliegenden
Erfindung, eine Vorrichtung zum Untersuchen von dynamischen
Fussraumintrusionen bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemaess dadurch geloest,
dass ein Traeger mit Linearfuehrungsmitteln vorgesehen ist, so
dass ein Schlitten relativ sowie translatorisch zu dem Traeger
bewegbar vorgesehen ist, und dass eine Fussplatte rotatorisch
um eine Drehachse bewegbar an dem Schlitten angelenkt ist. Mit
der Vorrichtung lassen sich Fussraumintrusionen, das heisst
fussraumseitige Fahrzeuginnenraumverformungen mit Hilfe von
Dummys einfach, kostenguenstig und vor allem reversibel
durchfuehren, ohne jeweils eine Fahrzeugzelle zerstoeren zu
muessen. Die Vorrichtung erlaubt mit dieser Anordnung sowohl
die Nachbildung translatorischer Verformungen einer
Fahrzeugspritzwand, wie auch die Nachbildung von rotatorischen
Verformungen einer Fahrzeugspritzwand, an der sich
beispielsweise ein Pedalbock mit daran angelenkten Pedalen
befindet.
Gemaess einer Ausfuehrungsform der Erfindung sind der
Fussplatte und dem Schlitten pyrotechnische Antriebsmittel fuer
eine relative Bewegung und/oder Verdrehung von Schlitten
und/oder Fussplatte zugeordnet. Dieser Aufbau erfordert einen
geringen apparativen Aufwand, wobei die
Beschleunigungsstaerke durch die Variierung des
pyrotechnischen Antriebsmittels veraenderbar ist.
Gemaess einer anderen Ausfuehrungsform der Erfindung
sind hydraulische Antriebsmittel fuer eine relative Bewegung und
1 oder Verdrehung von Schlitten und/oder Fussplatte
vorgesehen. Hydraulische Antriebsmittel weisen den Vorzug auf,
dass Hublaenge, Geschwindigkeit, Beschleunigung und Kraefte
gut einstellbar und variierbar sind. Dies ist besonders wichtig in
Bezug auf die Anpassung an verschiedene Fahrzeugtypen oder
Kollisionsfaelle.
Es ist schliesslich vorgesehen, dass wenigstens ein
hydraulischer Zylinder fuer den Antrieb der Fussplatte
(Rotationsbewegung) und wenigstens ein hydraulischer Zylinder
fuer den Antrieb des Schlitten (Translationsbewegung) vorliegt.
Wenn jedem Zylinder hydraulische Steuerungsmittel,
insbesondere hydraulische Steuerventile, zum geregelten
Verschieben von Fussplatte und Schlitten in Hinblick auf
Bewegungsgeschwindigkeit, Beschleunigung und/oder Kraft
zugeordnet sind, erlaubt dies eine voellig unabhaengige
Steuerung der beiden Aggregate sowie eine gesteuerte
Ueberlagerung der Rotations- und Translationsbewegung.
Ein elektrisches Signal eines Aktivierungsgeraetes schaltet
die hydraulischen Steuerungsmittel gewissermassen frei. In
Abhaengigkeit von diesem Aktivierungssignal ist eine
synchronisierte Steuerung fuer die beiden unabhaengigen
Aggregate sichergestellt. Bei dem Aktivierungsgeraet kann es
sich beispielsweise um ein Steuergeraet zum Zuenden von
Airbag-Vorrichtungen handeln.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist es von Vorteil,
wenn die hydraulischen Steuerungsmittel eine drucklose
Bypassstellung der Zylinder ermoeglichen. Dabei sind die
Druckraeume der hydraulischen Zylinder drucklos unmittelbar
miteinander oder einem drucklosen hydraulischen Reservoir
(Fluessigkeitstank) verbunden. Als Folge dieses hydraulischen
Kurzschluss ist eine manuelle Zylinderpositionierung oder
Zurueckstellung moeglich.
Wenn der hydraulische Zylinder zum Antrieb der
Fussplatte und/oder der hydraulische Zylinder zum Antrieb des
Schlitten eine Endlagendaempfung aufweist, koennen die
erzeugten Beschleunigungs- und/oder Verzoegerungskraefte
einfach abgebaut werden. In Vorteilhafter Weise koennen somit
die auf die Apparatur ausgeuebten Kraefte kleingehalten werden,
was die Dauerfestigkeit erhoeht.
Es ist weiterhin von Vorteil, wenn wenigstens einer der
hydraulischen Zylinder mit Mitteln zum Veraendern der
Hublaenge versehen ist. Dies eroeffnet vielfaeltige
Anpassungsmoeglichkeiten an unterschiedliche Konstellationen.
Das Einsatzfeld laesst sich schliesslich noch dadurch
vergroessern, dass der Traeger fest an einer Fahrzeugzelle oder
einem die Fahrzeugzelle simulierenden Schlitten beispielsweise
mit einem verstaerkten Fahrzeugzellenaufbau angeordnet ist. Mit
anderen Worten kann dadurch nicht nur eine Fussraumintrusion,
sondern auch eine crashbedingte Verzoegerung der
Fahrzeuginsassen im Sinne einer Gesamtbetrachtung simuliert
werden.
Weitere Einzelheiten der Erfindung gehen aus der
Beschreibung im Zusammenhang mit Unteranspruechen und der
Zeichnung hervor. In der Zeichnung zeigt
Fig. 1 eine Vorrichtung zum Simulieren eines
Fahrzeugaufpralls in perspektivischer Ansicht;
Fig. 2 einen stark vereinfachten hydraulischen Teilschaltplan
fuer hydraulische Zylinder einer Vorrichtung nach Fig. 1;
Fig. 3 stark schematisiert eine auf einem Schlitten
angeordnete Simulationsvorrichtung in einer Ausgangsstellung,
und
Fig. 4 eine Anordnung nach Fig. 3 nach einer Crash-
Simulation mit Fussraumintrusion.
Wie der Fig. 1 zu entnehmen ist, verfuegt eine
Vorrichtung 1 zum Simulieren eines Fahrzeugaufprall ueber einen
Traeger 2. Der Traeger 2 ist nach der Ausfuehrungsform als
ebene Platte ausgebildet, welche als Linearfuehrungsmittel zwei
parallele Schienenelemente 3, 4 aufweist. Auf den
Schienenelementen 3, 4 ist ein Schlitten 5 relativ sowie
translatorisch (in Richtung des Pfeils c) zu dem Traeger 2
bewegbar gefuehrt angeordnet, und es ist zu ersehen, dass die
Profilierung der Schienen 3, 4 und die Profilierung von
schlittenseitigen Schienenaufnahmekoerpern 6, 7
Hinterschneidungen aufweist, welche ein Abheben des Schlitten
5 in vertikaler Richtung unterbinden. Beispielsweise ist die
Profilierung kreisfoermig und mit einem duennwandigen Steg an
einen Schienenkoerper angebunden, so dass zumindest teilweise
umgriffene Hinterschneidungen vorliegen.
Der Traeger 2 weist im wesentlichen die Form einer
ebenen Platte auf. An dem Schlitten 5 ist ferner eine Fussplatte 8
rotatorisch und um eine Drehachse a (in Richtung des Pfeils b)
bewegbar angelenkt. Zu diesem Zweck sind Scharniere 9, 10 oder
Gelenke vorgesehen, welche mit jeweils einem Schenkel an der
Fussplatte 8 und mit einem anderen Schenkel an dem Schlitten 5
befestigt sind. Eine verschwenkte Stellung der Fussplatte 8 ist in
der Fig. 1 gestrichelt angedeutet.
Eine Oberseite der Fussplatte 8 dient zum Aufsetzen der
Fuesse von wenigstens einem nicht gezeigten Dummy. Diese
Auflage geht somit unmittelbar mit der Auflage eines
Insassenfuss auf einem realen Pedal-Pad konform. Der
rotatorischen Verschwenkung der Fussplatte 8 dient
vorzugsweise ein hydraulisches Antriebsmittel in Form eines
hydraulischen Zylinder 11. Ganz grundsaetzlich ist allerdings
auch ein pyrotechnischer Antrieb mit einer Explosivladung
denkbar, wenn es auf einen besonders einfachen Aufbau
ankommt, und wenn die Bewegungssteuerung zweitrangig ist.
Dabei kann der erzeugte Kraftimpuls durch Variation der
Explosivladung beeinflusst werden.
Wie aus den Zeichnungen hervorgeht, ist der Zylinder 11
fuer die Fussplatte 8 an einem Haltebock 12 vorgesehen, welcher
fest auf dem Schlitten 5 angeordnet ist. Eine aus dem Zylinder 11
herausragende Kolbenstange ist mit ihrem freien Ende an der
Fussplatte 8 angelenkt. Wenn die Kolbenstange ausgefahren
wird, fuehrt dies zu einer rotatorischen Bewegung der Fussplatte
8 um die Drehachse a. Die Hublaenge des Zylinder 11 laesst sich
durch eine absperrbare Bypassleitung 14 beeinflussen.
Wenn die Bypassleitung 14 geoeffnet wird, stellt diese
eine unmittelbare Verbindung zwischen den beiden, von einem
Kolbenboden getrennten Druckkammern, des hydraulischen
Zylinders 11 her, so dass der Zylinder 11 manuell in eine Position
mit einer bestimmten Ausfahrlaenge der Kolbenstange bewegt
werden kann. Nachdem eine derartige Einstellung stattgefunden
hat, beginnt eine hydraulische Betaetigung an dieser Stelle. Das
Ergebnis ist ein reduzierter Resthub. Sofern eine gesonderte
Ventilanordnung fuer eine Bypassschaltung in die
Versorgungsleitungen der Zylinder 11 integriert ist, kann
grundsaetzlich auch auf die gesonderte Bypassleitung 14
verzichtet werden. Folglich koennen auch die herkoemmlichen
Versorgungsleitungen Verwendung finden, um die genannte
Bypassschaltung (hydraulischer Kurzschluss) herzustellen.
Die unausgelenkte Neutralstellung der Fussplatte 8 laesst
sich durch relative Verschiebung des Haltebocks 12 in Bezug auf
die Drehachse a hervorrufen. Zu diesem Zweck ist der Schlitten 5
mit paarweise angeordneten Lochreihen 15 versehen, welche der
Verschraubung des Haltebocks 12 dienen. Eine Verschiebung des
Haltebocks 12 in Richtung auf die Achse a fuehrt folglich zu einer
steileren Stellung der Fussplatte 8. Ganz generell sind die
Hublaenge und die unausgelenkte Neutralstellung unabhaengig
voneinander einstellbar. Es kann jedoch die Neutralstellung der
Fussplatte 8 auch durch Verschieben der Kolbenstange (siehe
oben) veraendert werden, wenn eine Reduktion des Resthubs
tolerierbar ist. Die Veraenderung von Neutralstellung und
Hublaenge der beiden Zylinder 11, 16 kann generell auf gleiche
Art und Weise (Bypassleitung 13) beeinflusst werden, wenn fuer den Antrieb des
Schlittens 5 ein hydraulischer Zylinder 16 vorgesehen ist (Fig. 1).
Dieser ist mit einer nicht gezeichneten Halterung an dem
Traeger 2 festgelegt und mit einem freien Ende einer
Kolbenstange an dem Schlitten 5 angelenkt. Eine hydraulische
Betaetigung des Zylinders 16 ruft somit eine axiale Verschiebung
des Schlittens 5 entlang der Fuehrungsmittel in Richtung des
Pfeiles c hervor.
Der Antrieb der Vorrichtung umfasst ferner Steuer- und
Regelmittel, vorzugsweise in Gestalt von elektromagnetisch
betaetigbaren hydraulischen Ventilen 17, 18, Schaltern und
Drosseln, welche im Zusammenhang mit einer elektronischen
Steuerungseinheit auch eine computergeregelte
Geschwindigkeitssteuerung sowie Beschleunigungssteuerung der
Zylinder erlauben. Als hydraulische Energiequelle ist ein
hydraulischer Impulsgenerator mit einer hydraulischen
Hochdruckpumpe sowie einem hydraulischen Speicher
vorgesehen. Die Speicher sind vorzugsweise als
Gasdruckspeicher ausgebildet. Es versteht sich, dass je nach
Leistungsanforderung auch jeweils mehrere der vorstehend
genannten Bauteile vorgesehen sein koennen, ohne die
Erfindung zu verlassen.
Der Versuchsablauf ist generell wie folgt. Zunaechst
erzeugt die Pumpe des Impulsgenerators vor dem eigentlichen
Versuch ein ausreichend grosses Druckpolster. Dieses wird in
dem Speicher akkumuliert. Sodann erfolgt eine hydraulische
Trennung der Pumpe von dem Restgeraet mit Hilfe eines
hydraulischen Trennventils. Die Drucksteuer- und Regelventile
der Vorrichtung befinden sich zu diesem Zeitpunkt in einer
Sperrstellung und werden erst geoeffnet, nachdem eine
Aktivierung mittels einem Aktivierungsgeraet erfolgt ist.
Dabei kann es sich beispielsweise um ein
beschleunigungsempfindliches Airbag-Steuergeraet handeln
(wenn die Vorrichtung auf einem Schlitten 19 montiert ist). Nach
der zeitgenauen Aktivierung werden die beiden hydraulischen
Zylinder schlagartig mit dem akkumulierten Druck beaufschlagt,
was zu der gewuenschten Verschiebung fuehrt.
Selbstverstaendlich ist es nicht zwingend erforderlich, dass die
beiden Zylinder 11, 16 gleichzeitig beaufschlagt werden. Vielmehr
erlaubt die Vorrichtung aufgrund der elektronischen Steuerung
eine separate Ansteuerung jedes der beiden Zylinder 11, 16 und
dadurch vielfaeltige Bewegungsablaeufe. Dadurch kann das
jeweilige Karosserieverformungsverhalten optimal
nachempfunden werden.
Eine Endlagendaempfung minimiert den beim Einfahren in
eine Endlage auftretenden Kraftstoss und traegt deshalb zu einer
erhoehten Dauerfestigkeit bei. Als Folge wird eine besonders
leichte und grazile Konstruktion ermoeglicht. Eine
Endlagendaempfung kann auf unterschiedliche Arten umgesetzt
werden. Einerseits ist es moeglich, das mechanische Bremsmittel
an den Kolbenstangen oder an den Kolbenboeden angreifen zu
lassen, bevor eine Endlage erreicht ist. Diese Moeglichkeit
ueberzeugt aufgrund des verhaeltnismaessig geringen
Bauaufwand. Gemaess einer anderen Loesung wird die
Endlagendaempfung mit hydraulischen Mitteln derart umgesetzt,
dass ein Stroemungsvorgang zum Ende einer Bewegung
bedrosselt wird, wodurch sich eine entsprechende Verzoegerung
ergibt. Solche Loesungen erlauben einfachere Abwandlungen
und Adaptionen an unterschiedliche
Verzoegerungsanforderungen.
In jedem Fall ist es von Vorteil, wenn der Schlitten 5 und
seine Anbauteile, wie beispielsweise die Zylinder 11, 16 oder
deren Teile aus Leichtbauwerkstoffen bestehen. Dies reduziert
die bewegte Masse und die entsprechenden Traegheitskraefte.
Eine Ausfuehrungsform der Erfindung ist dadurch
gekennzeichnet, dass die Vorrichtung 1 in einer Fahrzeugzelle
(Karosserie) oder an einem, die Fahrzeugzelle simulierenden
Schlitten 19 angeordnet ist. Diese Variante ist mit dem Vorteil
verbunden, dass die Interaktion aller Rueckhaltesysteme, wie
beispielsweise Gurtrueckhaltesysteme und Airbagsysteme im
Rahmen eines Crashereignis mit Fussraumintrusion betrachtet
werden kann. Mit anderen Worten erlaubt die Montage der
Vorrichtung 1 an dem (die Fahrzeugzelle darstellenden) Schlitten
19 nicht nur die Simulation eines Aufpralls mit den
ensprechenden (negativen) Beschleunigungswerten, sondern
auch die Simulation von Fussraumintrusionen als Folge des
Unfallereignis. Dies wird dadurch erreicht, dass das
beschleunigungssensible Aktivierungsgeraet infolge der abrupten
Verzoegerungsbeschleunigung aktiviert wird, und die
Zylinderbewegungen betreffend Schlitten 5 und Fussplatte 8 fuer
die Simulation der Fussraumintrusion ausloest. Es versteht sich,
dass der Zeitraum zwischen der Zylinderbewegung und dem
Aufprallereignis so abgestimmt ist, dass er dem Realzeitwert
zwischen Unfallereignis und Fussraumintrusion entspricht.
Es sind schliesslich vielfaeltige Abwandlungen und
Ausgestaltungen der Erfindung denkbar, ohne deren
Grundgedanken zu verlassen.
Claims (11)
1. Vorrichtung (1) zum Simulieren eines Fahrzeugaufpralls,
gekennzeichnet durch einen Traeger (2) mit
Linearfuehrungsmitteln fuer einen Schlitten (5), welcher Schlitten
(5) relativ sowie translatorisch bewegbar zu dem Traeger (2)
angeordnet ist, und wobei eine Fussplatte (8) rotatorisch um eine
Drehachse (a) bewegbar an dem Schlitten (5) angelenkt ist.
2. Vorrichtung (1) zum Simulieren eines Fahrzeugaufpralls nach
Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der
Fussplatte (8) und dem Schlitten (5) pyrotechnische
Antriebsmittel fuer eine relative Bewegung und/oder Verdrehung
von Schlitten (5) und/oder Fussplatte (8) zugeordnet sind.
3. Vorrichtung (1) zum Simulieren eines Fahrzeugaufpralls nach
Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass hydraulische
Antriebsmittel fuer eine relative Bewegung und/oder Verdrehung
von Schlitten (5) und/oder Fussplatte (8) vorgesehen sind.
4. Vorrichtung (1) zum Simulieren eines Fahrzeugaufpralls nach
Patentanspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die
Antriebsmittel jeweils wenigstens einen hydraulischen Zylinder
(11) fuer die Bewegung der Fussplatte (8) und jeweils wenigstens
einen hydraulischen Zylinder (16) fuer die Bewegung des
Schlittens (5) umfassen.
5. Vorrichtung (1) nach einem der Patentansprueche 3 oder 4,
dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebsmittel einen
hyraulischen Impulsgenerator mit mindestens einer hydraulischen
Hochdruckpumpe und einem hydraulischen Speicher aufweisen.
6. Vorrichtung (1) zum Simulieren eines Fahrzeugaufpralls nach
Patentanspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass jedem
Zylinder (11, 16) hydraulische Steuerungsmittel, insbesondere
hydraulische Steuerventile (17, 18), zum impulsartig geregelten
Verschieben von Fussplatte (8) und Schlitten (5) zugeordnet sind.
7. Vorrichtung (1) zum Simulieren eines Fahrzeugaufpralls nach
einem oder mehreren der vorhergehenden Patentansprueche 3
bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Aktivierungsgeraet
fuer die hydraulischen Steuerungsmitteln vorgesehen ist, und
dass die Steuerungsmittel erst nach einem elektrischen Signal
des Aktivierungsgeraets freigeschaltet werden.
8. Vorrichtung (1) zum Simulieren eines Fahrzeugaufpralls nach
einem oder mehreren der vorhergehenden
Patentansprueche, dadurch gekennzeichnet, dass die
hydraulischen Steuerungsmittel eine drucklose Bypassstellung
der Zylinder (11, 16) fuer eine manuelle Zylinderpositionierung
ermoeglichen.
9. Vorrichtung (1) zum Simulieren eines Fahrzeugaufpralls nach
einem oder mehreren der vorhergehenden Patentansprueche,
dadurch gekennzeichnet, dass der hydraulische Zylinder
(11, 16) zum Antrieb der Fussplatte (8) und/oder der
hydraulische Zylinder (16) zum Antrieb des Schlittens (5) eine
Endlagendaempfung fuer den Abbau der Beschleunigungs-
und/oder Verzoegerungskraefte aufweist.
10. Vorrichtung (1) zum Simulieren eines Fahrzeugaufpralls nach
einem oder mehreren der vorhergehenden Patentansprueche,
dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens einer der
hydraulischen Zylinder (11, 16) mit Mitteln zum Veraendern der
Hublaenge versehen ist.
11. Vorrichtung (1) zum Simulieren eines Fahrzeugaufpralls nach
einem oder mehreren der vorhergehenden Patentansprueche,
dadurch gekennzeichnet, dass der Traeger (2) fest an einer
Fahrzeugzelle oder einem die Fahrzeugzelle simulierenden
Schlitten (19) angeordnet ist.
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