DE10050080A1 - Vorrichtung zum Simulieren eines Fahrzeugaufprall - Google Patents

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.