DE10107016A1 - Knieaufschlagsimulator - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Knieaufschlagsimulator mit einem Grundkörper, einem mit diesem verbundenen Vorderwagenaufbau mit an diesem angeordneten Bauteilen, mit einer gegenüber dem Grundkörper bewegbaren Anlenkvorrichtung für ein am Ende des Oberschenkels eines Dummy-Beines ausgebildetes modifiziertes Hüftgelenk und mit einer Fußauflage für den Fuß des Dummy-Beines. Sie löst die Aufgabe, einen derartigen Knieaufprallsimulator so zu gestalten, daß die Simulation eines Fahrzeuginsassen-Beincrashs mit dem Vorderwagenaufbau und den in dessem Bereich angeordneten Komponenten den Praxisbedingungen noch besser gerecht wird. Dazu ist die Anlenkvorrichtung über eine Schwinge und einen eine Trägheitsmasse darstellenden Körper am Grundkörper angelenkt. Ist dieser ein beschleunig- und verzögerbarer Horizontalschlitten, ist die Anlenkvorrichtung über eine Schwinge an diesem angelenkt und befindet sich in der Ruheposition und in der Beschleunigungsphase des Horizontalschlittens in Aufrechtposition und ist bei einem Crash infolge der Massenträgheit um ihre Schwenkachse auf den Vorderwagenaufbau zu geschwenkt. Ist der Grundkörper ein ortsfester versteifter Karosseriekörper, ist die Anlenkvorrichtung über eine Schwinge pendelartig an dessen Dach angelenkt und steht mit einer Beschleunigungseinrichtung in Wirkverbindung, die zur Crashsimulation betätigt wird.

Description

Die Erfindung betrifft einen Knieaufschlagsimulator zur Ermittlung des strukturellen Verhaltens von im Armaturentafelbereich eines Fahrzeugs angeordneten Bauteilen, die bei einem Crash im potentiellen Aufschlagbereich eines Dummy-Beines, insbesondere Knies desselben, angeordnet sind.

Knieaufschlagsimulatoren dienen der Ermittlung des strukturellen Verhaltens von im potentiellen Knieaufschlagbereich im Vorderwagen eines Fahrzeugs angeordneten Bauteilen, z. B. Schaltern und Elektronikkomponenten, bei einem Frontalcrash. Dabei interessiert insbesondere auch das Verhalten von Bauteilen, die nicht direkt vom Knie oder Unterschenkel getroffen werden, sondern die im erweiterten Aufschlagbereich hinter der Armaturentafel angeordnet sind, um Rückschlüsse für künftige Entwicklungen zu ziehen und sog. Modifier, durch einen Crash indirekt betroffene und beeinträchtigte Bauteile, möglichst auszuschließen. Da eine wiederholte Durchführung von Crashversuchen mit veränderten Parametern zur Ermittlung des Bauteilverhaltens wegen der hohen Kosten normalerweise nicht in Betracht kommt, muß nach einem Crash auch beurteilt werden, wie sich Abweichungen von den Crashbedingungen, z. B. ein Versatz der Knieaufschlagstelle oder eine Veränderung der Masse des Dummy-Beines auf das Bruchverhalten und die Deformation der betrachteten Bauteile auswirken würden.

Zur Ermittlung der gewünschten Aussagen ist ein Knieaufschlagsimulator für einen Frontalcrash gegen eine Barriere bekannt, der die erforderlichen Änderungen der Versuchsbedingungen zuläßt. Dieser weist als Grundkörper einen beschleunig- und abbremsbaren Horizontalschlitten auf, auf dem ein Vorderwagenaufbau mit einer Armaturentafel und einem Lenkrad sowie mit den zu testenden Bauteilen ortsfest und ein auf den Vorderwagen zu horizontal bewegbarer Linearschlitten, etwa in Höhe des Beckens eines auf einem Fahrzeugsitz befindlichen Fahrzeuginsassen, angeordnet sind. An dem Linearschlitten ist ein Dummy-Bein über ein modifiziertes Hüftgelenk angelenkt, wobei das Dummy-Bein im wesentlichen die reale Position eines Fahrzeuginsassen- Beines hat. Zur Ermittlung der Auswirkungen eines Aufschlages des Dummy-Beines auf die Vorderwagenstruktur mit den genannten Komponenten, insbesondere des Knies auf die Armaturentafel, wird der Horizontalschlitten beim Crashtest beschleunigt, wobei sich die Position des Dummy-Beines gegenüber dem Vorderwagen zunächst nicht verändert, und gegen eine Barriere gefahren und an dieser gestoppt. Infolge der Massenträgheit bewegt sich der Linearschlitten mit dem angelenkten Dummy-Bein in der Beschleunigungsrichtung weiter, bis es insbesondere mit dem Knie auf die Armaturentafel aufschlägt und im weiteren Aufschlagbereich Deformationen und Zerstörungen an den Komponenten verursacht. Die Bewegung des Dummy-Beines ist dabei im wesentlichen ebenfalls linear. Mit diesem Knieaufschlagsimulator werden die Bewegung eines Fahrzeuginsassenbeines und dessen Aufschlagauswirkungen weitgehend simuliert. Dabei werden auch weitere Messungen vorgenommen, z. B. wird die Oberschenkel-Druckkraft auf die Armaturentafel gemessen, um komplexe Aussagen über die Crashbedingungen zu erhalten und in Folge Einfluß auf konstruktive Gestaltungen nehmen zu können.

Es ist nun Aufgabe der Erfindung, einen Knieaufprallsimulator nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 so zu gestalten, daß die Simulation eines Fahrzeuginsassen-Beincrashs mit der Armaturentafel und den in derem Bereich angeordneten Komponenten den Praxisbedingungen noch besser gerecht wird.

Diese Aufgabe wird bei einem Knieaufprallsimulator nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 oder 11 jeweils durch deren kennzeichnende Merkmale gelöst. Vorteilhafte Weiterentwicklungen und Ausgestaltungen sind in den jeweils nachfolgenden Unteransprüchen aufgeführt.

Die Erfindung besteht darin, daß bei einem Knieaufschlagsimulator, der einen Horizontalschlitten mit einem an diesem fest angeordneten Vorderwagenaufbau mit einer Armaturentafel, einem Lenkrad und an diesen angeordneten Bauteilen und mit einer mit diesem verbundenen und auf den Vorderwagenaufbau zu bewegbaren Anlenkvorrichtung für das modifizierte Hüftgelenk eines Dummy-Beines sowie eine Fußauflage für den andernends am Dummy-Bein ausgebildeten Fuß aufweist, die Anlenkvorrichtung über eine Schwinge und einen eine Trägheitsmasse darstellenden Körper mit dem Horizontalschlitten verbunden ist, wobei die Schwinge in der Ruheposition und während der Beschleunigungsphase des Horizontalschlittens in Aufrechtposition an diesem angeordnet und bei einem Crash infolge der Massenträgheit um die Anlenkachse auf den Vorderwagenaufbau zu schwenkbar angeordnet ist. Dadurch vollführt die Anlenkvorrichtung - und damit das am Oberschenkel angeordnete Hüftgelenk des Dummy-Beines - bei einem Crash keine lineare Bewegung, sondern eine Bewegung aus, die der tatsächlichen Eintauchbewegung (submarining) des Beckens eines Fahrzeuginsassen in den Fahrzeugsitz weitestgehend entspricht. Die bei einem Crashtest gewonnen Aussagen sind daher exakter, weil sie realitätsnäher sind.

Die Schwinge ist vorteilhaft aus einem quer zur Bewegungsrichtung angeordneten Traggestell oder aus einer Platte als Schwingelement gebildet und trägt an ihrem freien Ende die Trägheitsmasse, die bevorzugt gelenkig am Schwingelement angeordnet ist. Dabei können auch zwei derartige Schwingelemente in Bewegungsrichtung hintereinander angeordnet sein und mit einer an beiden Schwingelementen angelenkten Trägheitsmasse ein Parallelogramm bilden, dessen Neigungswinkel veränderbar ist (Doppelschwinge). Zweckmäßig ist es, die Schwinge so anzuordnen, daß diese lediglich in Richtung des Vorderwagenaufbaus schwenkbar ist, da eine Bewegung in die entgegengesetzte Richtung nicht benötigt wird. Auf einfache Weise kann dazu am Horizontalschlitten ein eine Bewegung der Schwinge nach der dem Vorderwagenaufbau abgewandten Seite verhinderndes Blockiermittel, beispielsweise ein Blockierblock oder ein Anschlagbolzen, angeordnet sein. Bei einer Doppelschwinge genügt es, wenn an einem Schwingelement ein solches Blockiermittel vorhanden ist.

Die Schwinge ist zweckmäßigerweise in der Ruheposition und auch in der Beschleunigungsphase des Horizontalschlittens arretiert, so daß ein selbsttätiges Schwenken zum Vorderwagenaufbau zu verhindert ist. Dadurch wird eine Versuchsdurchführung mit der Aufrechtposition der Schwinge sichergestellt. Als Arretierungsmittel kommen insbesondere Schnüre in Betracht, die bei einem Crash infolge der an der Schwinge auftretenden Beschleunigungskräfte reißen und die Schwinge und damit das Dummy-Bein freigeben, oder auch Arretierungselemente, insbesondere parallel zur Schwenkachse angeordnete Arretierungsbolzen, die mit einer pyrotechnischen Treibladung (Zündpille) verbunden sind, die bei einem Crash gezündet wird und den oder die Bolzen aus der Arretierungsposition schießen.

Um bei einem Crashtest den spezifischen Fahrzeuggegebenheiten Rechnung tragen und auch den Einfluß von Größe und Masse eines Fahrzeuginsassen auf die im Armaturentafelbereich angeordneten Bauteile untersuchen zu können, ist es vorteilhaft, wenn der Vorderwagenaufbau und/oder die Fußauflage horizontal und vertikal verstellbar am Horizontalschlitten angeordnet und wenn die Schwinge längenverstellbar ausgeführt ist.

Alternativ zur vorbeschriebenen Lösung kann der Knieaufprallsimulator anstelle des Horizontalschlittens auch einen ortsfesten versteiften Karosseriekörper mit einer Dachkonstruktion als Grundkörper aufweisen, der mit einer Armaturentafel und einem Lenkrad und an diesen angeordneten Bauteilen als Vorderwagenstruktur sowie mit einer gegenüber dieser bewegbaren Anlenkvorrichtung für ein am Ende des Oberschenkels eines Dummy-Beines angeordnetes Hüftgelenk und mit einer Fußauflage versehen ist, wobei die Anlenkvorrichtung über eine Schwinge und einen eine Trägheitsmasse darstellenden Körper an der Dachkonstruktion angelenkt und mit einer Beschleunigungseinrichtung gekoppelt ist. Letztere beschleunigt die Trägheitsmasse und die Anlenkvorrichtung zur Crashsimulation in Richtung auf den Vorderwagenaufbau zu. Zur Simulation des Abtauchens (Submarining) des Dummys und damit seines Hüftgelenkes auf dem Fahrzeugsitz, das eine nichtlineare Bewegung ist, ist die Ruheposition der Schwinge so gewählt, daß diese gegenüber der Senkrechten in die dem Vorderwagenaufbau entgegengesetzte Richtung geschwenkt ist, wenigstens um im wesentlichen 15 Grad.

Die Beschleunigungseinrichtung ist auch bei dieser Lösung bevorzugt eine pyrotechnische Treibladung, die zur Simulierung eines Crashs gezündet wird. Mit dieser Treibladung wird eine hohe Anfangsbeschleunigung erzielt, mit der die Anlenkvorrichtung mit dem Dummy-Bein auf den feststehenden Vorderwagenaufbau geschossen wird. Auch bei dieser Lösung ist es aus den bei der vorstehend beschriebenen Lösung genannten Gründen sinnvoll, die Fußauflage höhenverstellbar anzuordnen und die Schwinge längenverstellbar auszuführen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand zweier Ausführungsbeispiele erläutert. In den zugehörigen Zeichnungen zeigen schematisch:

Fig. 1: eine erste Ausführung eines Knieaufschlagsimulators in einer Seitenansicht mit einer Schwinge,

Fig. 2: die Schwinge in einer Frontansicht,

Fig. 3: eine zweite Ausführung eines Knieaufschlagsimulators und

Fig. 4: eine alternative Ausführung.

Der in Fig. 1 gezeigte Knieaufschlagsimulator weist einen Horizontalschlitten 1, einen Vorderwagenaufbau 2 mit einer Armaturentafel 3 und einem Lenkrad 4 und in der Armaturentafel 3 angeordnete Bauteile (nicht sichtbar) sowie eine Anlenkvorrichtung 5 für ein am Ende des Oberschenkels 6 eines Dummy-Beines 7 ausgebildetes modifiziertes Hüftgelenk 8 auf. Die Anlenkvorrichtung 5 ist aus zwei an einem als Trägheitsmasse dienenden quaderförmigen Körper 9 im Abstand angeformten Vorsprüngen 10 und einem zwischen diesen gehalterten Gelenkbolzen (nicht dargestellt) zur gelenkigen Anordnung des Hüftgelenkes 8 gebildet und über eine Schwinge 11 am Horizontalschlitten 1 angelenkt und mit einem Arretierungsstab 12 mit einer Sollbruchstelle 13 in Aufrechtposition gehalten. Das Dummy-Bein 7 ist andernends mit seinem Fuß 14 auf einer Fußauflage 15 abgestützt. Die Schwinge 11 ist als Traggestell 16 für die Trägheitsmasse 9 und die Anlenkvorrichtung 5 ausgebildet und weist, wie Fig. 2 zeigt, zwei im Abstand angeordnete Teleskopstäbe 17 zur Veränderung ihrer Länge und damit des Schwingradius der Anlenkvorrichtung 5 und zwei diese im Abstand haltende Stabilisierungsstäbe 18 auf.

Bei der in Fig. 3 gezeigten zweiten Ausführung eines Knieaufschlagsimulators ist im Unterschied zur vorbeschriebenen Ausführung eine Schwinge 19 aus zwei in Bewegungsrichtung im Abstand hintereinander angeordneten höhen- bzw. längenverstellbaren Traggestellen 16 gebildet, die an ihren dem Horizontalschlitten abgewandten Ende an einem eine Trägheitsmasse darstellenden quaderförmigen Körper 20 angelenkt sind. Die Traggestelle 16 sind durch einen mit dem Körper 20 verbundenen Arretierungsstab 21 mit einer Sollbruchstelle 22 in Aufrechtposition gehalten. Am Körper 20 ist das Hüftgelenk 8 des Dummy-Beines 7 angelenkt.

Wird nun mit den beschriebenen Knieaufschlagsimulatoren ein Crashtest durchgeführt, beispielsweise ein Euro-NCAP-Frontalcrashtest mit 40% Seitenverschiebung (40% Offset), bei dem der Horizontalschlitten mit 40% seiner Breite bei 64 km/h gegen eine deformierbare Barriere gefahren wird, wobei sich die Schwingen 11 bzw. 19 in Aufrechtposition befinden, gehen infolge der plötzlichen Verzögerung und der Massen des Dummy-Beines 7 und des jeweiligen Körpers 9 bzw. 20 und der dadurch auftretenden Trägheitskräfte die jeweiligen Sollbruchstellen 13 bzw. 22 zu Bruch und die Schwingen schwenken nach vorne. Dabei folgt das Hüftgelenk 8 einer Kreisbogenbahn, die das Eintauchen des Beckens eines Fahrzeuginsassen in den Fahrzeugsitz (submarining) bei einem Crash weitestgehend simuliert.

Bei der in Fig. 4 gezeigten Ausführung ist der Vorderwagenaufbau 2 mit der Armaturentafel 3 und dem Lenkrad 4 mit einer Dachkonstruktion 23 zu einem versteiften Karosseriekörper vervollständigt, der an einem ortsfesten Grundkörper 24 fest angeordnet ist. An der Dachkonstruktion 23 sind eine Anlenkvorrichtung 25 für das Hüftgelenk 8 des Dummy-Beines 7 über eine teleskopartig in ihrer Länge verstellbare Schwinge 26, die im übrigen entlang ihrer Schwenkachse S an der Dachkonstruktion 23 verschiebbar angeordnet ist und die in ihrer Struktur prinzipiell der in Fig. 2 gezeigten entspricht, jedoch länger ist und somit der Anlenkvorrichtung 25 einen größeren Schwenkradius zuordnet, und ein eine Trägheitsmasse darstellender Körper 27 angelenkt. Die Schwinge 26 ist in ihrer dargestellten Ruheposition gegenüber der Lotrechten in die dem Vorderwagenaufbau 2 abgewandte Richtung geschwenkt und steht mit einer eine pyrotechnische Treibladung aufweisenden Beschleunigungseinrichtung 28 in Wirkverbindung.

Zur Durchführung eines Crashtests wird die Treibladung gezündet, die Beschleunigungseinrichtung 28 zerbirst und beschleunigt die Anlenkvorrichtung 25 mit dem Hüftgelenk 8 und dem Dummy-Bein 7 sowie mit dem Körper 27 gegen die ortsfeste Vorderwagenstruktur.

BEZUGSZEICHENLISTE

1

Horizontalschlitten

2

Vorderwagenaufbau

3

Armaturentafel

4

Lenkrad

5

Anlenkvorrichtung

6

Oberschenkel

7

Dummy-Bein

8

Hüftgelenk

9

Körper

10

Vorsprung

11

Schwinge

12

Arretierungsstab

13

Sollbruchstelle

14

Fuß

15

Fußauflage

16

Traggestell

17

Teleskopstab

18

Stabilisierungsstab

19

Schwinge

20

Körper

21

Arretierungsstab

22

Sollbruchstelle

23

Dachkonstruktion

24

Karosseriekörper

25

Anlenkvorrichtung

26

Schwinge

27

Körper

28

Beschleunigungseinrichtung
S Schwenkachse

Claims (14)

1. Knieaufschlagsimulator mit einem Grundkörper, einem mit diesem fest verbundenen Vorderwagenaufbau mit an diesem angeordneten Komponenten und einer im Abstand zum Vorderwagenaufbau angeordneten und gegenüber diesem und dem Grundkörper bewegbaren Anlenkvorrichtung für ein am Ende des Oberschenkels eines Dummy-Beines angeordnetes modifiziertes Hüftgelenk, sowie einer Fußauflage für den Fuß des Dummy-Beines im Bereich des Vorderwagenaufbaus, dadurch gekennzeichnet, daß der Grundkörper ein beschleunig- und abbremsbarer Horizontalschlitten (1) ist, an dem die Anlenkvorrichtung (5) über eine Schwinge (11; 19) und einen eine Trägheitsmasse darstellenden Körper (9; 20) angelenkt ist, wobei die Schwinge (11; 19) in der Ruheposition und während einer Beschleunigungsphase des Horizontalschlittens (1) in Aufrechtposition an diesem gehalten ist und bei einem Crash infolge der Massenträgheit um ihre Schwenkachse (S) auf den Vorderwagenaufbau (2) zu schwenkt.

2. Knieaufschlagsimulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das die Schwinge (11; 19) bildende Schwingelement eine quer zur Bewegungsrichtung angeordnete Platte oder ein Traggestell (16) ist.

3. Knieaufschlagsimulator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwinge (19) aus zwei in Bewegungsrichtung im Abstand hintereinander angeordneten Schwingelementen gebildet ist, die an ihrem dem Horizontalschlitten (1) abgewandten Ende an einem eine Trägheitsmasse darstellenden Körper (20) angelenkt sind.

4. Knieaufprallsimulator nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwinge (11; 19) aus ihrer Aufrechtposition lediglich in Richtung des Vorderwagenaufbaus (2) schwenkbar ist.

5. Knieaufprallsimulator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß am Horizontalschlitten (1) ein eine Schwenkbewegung der Schwinge (11; 19) nach der dem Vorderwagenaufbau (2) abgewandten Seite verhinderndes Blockiermittel angeordnet ist.

6. Knieaufprallsimulator nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwinge (11; 19) in der Ruheposition und während der Beschleunigungsphase des Horizontalschlittens (1) arretiert ist.

7. Knieaufprallsimulator nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das die Schwinge (11, 19) arretierende Mittel mit einer Sollbruchstelle (13; 22) oder mit einem Zündmittel gekoppelt ist, das bei einem Crash die Arretierung löst.

8. Knieaufprallsimulator nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorderwagenaufbau (2) und/ oder die Schwinge (11; 19) horizontal und vertikal verstellbar am Horizontalschlitten (1) angeordnet ist.

9. Knieaufprallsimulator nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwinge (11; 19) längenverstellbar ausgeführt ist.

10. Knieaufprallsimulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fußauflage (15) höhenverstellbar ist.

11. Knieaufprallsimulator mit einem Grundkörper, einem mit diesem fest verbundenen Vorderwagenaufbau mit an diesem angeordneten Komponenten und einer im Abstand zum Vorderwagenaufbau angeordneten und gegenüber diesem und dem Grundkörper bewegbaren Anlenkvorrichtung für ein am Ende des Oberschenkels eines Dummy-Beines angeordnetes Hüftgelenk sowie einer Fußauflage für den Fuß des Dummy-Beines im Bereich des Vorderwagenaufbaus, dadurch gekennzeichnet, daß der Grundkörper ein ortsfester versteifter Karosseriekörper (24) ist, an dessen Dach (23) die Anlenkvorrichtung (25) über eine Schwinge (26) und einen eine Trägheitsmasse darstellenden Körper (27) angelenkt ist, die mit einer Beschleunigungseinrichtung (28) in Wirkverbindung steht, die zur Crashsimulation den Körper (27) in Richtung auf die Vorderwagenstruktur (2) beschleunigt, wobei die Schwinge (26) in der Ruheposition gegenüber der Lotrechten in die dem Vorderwagenaufbau (2) abgewandte Richtung geschwenkt ist.

12. Knieaufprallsimulator nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschleunigungseinrichtung (28) mit einer pyrotechnischen Treibladung versehen ist.

13. Knieaufprallsimulator nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Fußauflage (15) höhenverstellbar ist.

14. Knieaufprallsimulator nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwinge (26) längenverstellbar und entlang ihrer Schwenkachse (S) verschiebbar ist.