DE10109375A1 - Pendeleinrichtung und Verfahren zur Simulation eines Aufpralls - Google Patents

Abstract

Bei einer Pendeleinrichtung zur Simulation eines Aufpralls befindet sich ein Dummykopf 2 und ein Dummyhals 3 an dem Tragarm 4 eines Pendelarms 1. Der Pendelarm 1 wird ausgelenkt und prallt dann mit einer definierten Geschwindigkeit gegen Dämpf- und Federelemente 15, 16. Vor dem Aufprall wird eine Positionierung 9, 10 des Dummykopfes 2 gelöst. Im Vergleich zu herkömmlichen Crash-Tests ergibt sich eine erhebliche Zeit- und Kostenminimierung.

Description

Die Erfindung betrifft eine Pendeleinrichtung und ein Verfahren zur Simulation eines Aufpralls.

Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, soge­ nannte Crash-Tests mittels einer Schlittenanlage durchzu­ führen. Hierzu werden üblicherweise eine Fahrzeug- Seitenstruktur mit entsprechenden Verkleidungsteilen und ein Mess-Dummy benötigt. Nachteilig bei einer solchen vorbekannten Testanlage sind die hohen Kosten für die Durchführung von Crash-Tests.

Aus der DE 198 54 856 A1 ist eine Seitenauf­ prall-Simulationsanlage bekannt, welche zum Simulieren der Intrusionen und Beschleunigungen von Fahrzeug- Seitenstrukturen sowie der Beschleunigungen des gesamten Fahrzeuges bei einem Seitenaufprall dient. Zur Untersu­ chung der bei einem solchen Aufprall auf die Insassen des Fahrzeuges wirkenden Kräfte befinden sich in dem Fahrzeu­ ginnenraum Testpuppen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Vorrichtung und ein verbessertes Verfahren zur Simulation eines Aufpralls zu schaffen.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird jeweils mit den Merkmalen der unabhängigen Patentan­ sprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.

Die Erfindung erlaubt es, auf eine aufwendige Schlittenanlage für die Durchführung eines Crash-Tests zu verzichten. Ferner ist nur der jeweils interessierende Teil der zu untersuchenden Fahrzeugstruktur für die Simu­ lation des Aufpralls erforderlich. Dadurch können in sehr bedeutsamem Umfang die Kosten sogenannter Crash-Tests verringert werden.

Die Erfindung erlaubt die Simulation des Auf­ prallverhaltens mit einer hohen Reproduzierbarkeit wegen der geringen Anzahl der variablen Test-Parameter. Auf­ grund dessen kann eine genaue Aussage über die Exemplar­ streuung, beispielsweise eines Kopf-Airbags, getroffen werden.

Die erfindungsgemäße Pendeleinrichtung erlaubt im Vergleich mit dem Stand der Technik ein schnelleres und flexibles Aufbauen einer Simulationsanordnung und re­ duziert den Aufwand für das sogenannte "Einschießen" der Anlage. Damit verbunden ist auch ein geringerer Material­ aufwand für den Crash-Test.

Insgesamt erlaubt die Erfindung eine Beschleu­ nigung des Entwicklungszyklus, insbesondere hinsichtlich der Kopf-Airbag-Entwicklung.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Kopf eines Dummys über den Dummyhals mit dem Tragarm des Pendels verbunden. Im Kopf des Dummys befindet sich ein dreiachsiger Beschleunigungsaufnehmer, auch Kopfsensor genannt, um die während des Aufpralls auf den Dummykopf wirkenden Beschleunigungen bzw. Trägheitskräfte in der Einschwingrichtung des Pendels, in der vertikalen Rich­ tung und in einer senkrecht zu diesen beiden Richtungen verlaufenden Richtung zu ermitteln. Dieser Beschleuni­ gungsaufnehmer ist nahe dem Kopfschwerpunkt positioniert. Im Bereich des Tragarmes ist ein weiterer Beschleuni­ gungsaufnehmer angebracht, der die im Bereich des Dummy­ halses auftretenden Beschleunigungen bzw. Trägheitskräfte aufnehmen kann, während am Dummyhals ein Halsaufnehmer für die am Dummyhals wirkenden und durch die Beschleuni­ gungen des Kopfes hervorgerufenen Kräfte und Momente an­ geordnet ist.

Zur Durchführung der Aufprall-Simulation wird das Pendel um einen definierten Winkel ausgelenkt. Nach Auslösen des Pendels beschleunigt dies auf eine durch die Auslenkung definierte Geschwindigkeit, bevor der Dummy­ kopf aufprallt. Beispielsweise kann vor dem Aufprall des Dummykopfes ein Airbag ausgelöst werden.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform wird der Dummykopf während der Pendelbewebung von einem lösbaren Halteelement relativ zu dem Pendel fixiert, um eine Ver­ fälschung der auf den Dummykopf wirkenden Kräfte durch die Pendelbewegung zu unterbinden. Kurz vor dem Aufprall wird das Halteelement gelöst, so dass der Dummykopf frei schwingen kann.

Das Signal für die Lösung des Halteelements wird zeitlich mit dem Signal für die Auslösung des Air­ bags so abgestimmt, dass unterschiedliche Crash-Fälle si­ muliert werden können. Beispielsweise kann das Halteele­ ment unmittelbar vor oder nach der Auslösung des Airbags gelöst werden.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist in der zu untersuchenden Fahrzeugstruktur ein Dummy- Schulterimitat in Schulterhöhe angeordnet, um die Entfal­ tung des Airbags in Schulterrichtung zu begrenzen.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind im unteren Bereich des zu untersuchenden Fahrzeug- Karossenteils Dämpf- und Federelemente angeordnet. Das Dämpfelement dient zur Simulation der bei einem realen Aufprall auftretenden Dämpfung, und das Federelement dient zur Simulation der ebenfalls bei einem realen Auf­ prall auftretenden Rückfederkräfte.

Im Weiteren wird eine bevorzugte Ausführungs­ form der Erfindung anhand der Zeichnungen erläutert.

Es zeigen

Fig. 1 eine Ausführungsform der erfindungs­ gemäßen Pendeleinrichtung mit einem zu untersuchenden Fahrzeug- Karossenteil,

Fig. 2 die Pendeleinrichtung der Fig. 1 in Ruhelage mit ausgelenktem Pendel,

Fig. 3 die Pendeleinrichtung der Fig. 1, bei der das Pendel mit der definierten Geschwindigkeit auf das Dämpfelement auftrifft,

Fig. 4 die Pendeleinrichtung der Fig. 1 mit aufgeblasenem Seitenairbag,

Fig. 5 die Pendeleinrichtung der Fig. 1, bei der das Pendel einen maximalen Aus­ schlag hat und

Fig. 6 die Pendeleinrichtung der Fig. 1 beim Rückfedern des Pendels nach dem Auf­ prall.

Die Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform der er­ findungsgemäßen Pendeleinrichtung. Zu der Pendeleinrich­ tung gehört ein Pendelarm 1, der mit einem Lager 5 an ei­ ner Deckenstruktur 6 schwenkbar angebracht ist. An dem Pendelarm 1 befindet sich ein Tragarm 4 in etwa in einer Höhe, die der Schulterhöhe des Dummys entspricht. Der Tragarm 4 bildet mit dem Pendelarm 1 einen etwa rechten Winkel.

Der Tragarm 4 dient zum Halten von zumindest einem Teil eines Dummys - in dem gezeigten Beispiel der Fig. 4 einem Dummykopf 2 und einem Dummyhals 3. Der Dum­ myhals 3 ist über einen Halsaufnehmer 8 und Gummistifte 7 an dem Tragarm 4 befestigt. Anstelle von Gummistiften 7 kann auch eine Gummimatte verwendet werden.

An der aus dem Dummykopf 2 und dem Dummyhals 3 bestehenden Anordnung ist ein Drahtseil 9 befestigt, de­ ren anderes Ende von einem an dem Pendelarm 1 befestigten Hubmagneten 10 gehalten werden kann. Dadurch sind der Dummykopf 2 und der Dummyhals 3 bei einer Bewegung des Pendelarms 1 relativ zu dem Pendelarm 1 fixierbar.

Ferner weist der Pendelarm 1 einen Beschleuni­ gungsaufnehmer 11 auf. Der Beschleunigungsaufnehmer 11 dient zur Erfassung eines Wirbelsäulen-Beschleuni­ gungssignals, d. h. der Beschleunigung der die Wirbelsäule des Dummys ausgesetzt wäre. Hierzu ist der Beschleunigungsaufnehmer 11 in etwa in Schulterhöhe angeordnet. Ei­ ne Anordnung des Beschleunigungsaufnehmers 11 an dem Tragarm 4 ist ebenfalls möglich, ohne das Messergebnis zu verändern.

Ferner befindet sich an einem unteren Bereich des Pendelarms 1 eine Aufnahme 12 für Zusatzgewichte 13. Die Aufnahme 12 weist die Form eines Gewindezapfens auf, an dem die Zusatzgewichte 13 geschraubt sind, und ist in dem betrachteten Ausführungsbeispiel in eine der Ein­ schwingrichtung des Pendelarms 1 entgegengesetzte Rich­ tung ausgerichtet. Aus der Masse der pendelnden Teile und der gewünschten Aufprallgeschwindigkeit und dem gewünsch­ ten Aufprallimplus für die Simulation des Aufpralls er­ gibt sich die erforderliche Auslenkung des Pendelarms 1 aus der Vertikalen.

Auf der der Aufnahme 12 gegenüberliegenden Sei­ te des Pendelarms 1 befindet sich eine Prallfläche 24. Die Prallfläche 24 ist in einem Endbereich des Pendelarms 1 angeordnet.

An einer ortsfesten Grundstruktur 14 sind ein Dämpfelement 15 und ein Federelement 16 angeordnet. So­ wohl das Dämpfelement 15 als auch das Federelement 16 weisen entgegen der Einschwingrichtung des Pendelarms 1 vor dem Aufprall. Bei einem Aufprall kommen das Dämpfele­ ment 15 und das Federelement 16 mit der Prallfläche 24 in Anschlag.

Als Dämpferelement 15 können zum Beispiel hyd­ raulische, pneumatische, elektrische oder mechanische Dämpfer, zum Beispiel sogenannte Honeycombs, verwendet werden. Für das Federelement 16 können beispielsweise Gummifedern, Blattfedern und Zylinderfedern verwendet werden. Zur Realisierung der Dämpfer-Federanordnung ist es auch möglich, die Dämpfer- und Federelemente 15, 16 parallel oder in Reihe zu schalten oder auch auf einen der beiden Elemente zu verzichten. Ferner befindet sich auf der Grundstruktur 14 ein Dummy-Schulterimitat 17, welches als untere Begrenzung für die Expansion eines Kopf-Airbags 18 dient.

Ein oder mehrere Fahrzeug-Karossenteile, bei­ spielsweise ein Fahrzeugdach und eine Fahrzeugseitenwand 19 bzw. 20, werden relativ zu einem Pfahl 21 zur Aufnahme der bei einem Aufprall wirkenden Kräfte an einer Wand 22 fixiert.

Im Weiteren wird anhand der Fig. 2 bis Fig. 6 der Ablauf bei der Durchführung einer Aufprallsimulation in fünf verschiedenen Phasen erläutert.

Die Fig. 2 zeigt die Pendeleinrichtung der Fig. 1, wenn sich das System in der Ruhelage befindet. Der Pendelarm 1 ist um einen definierten Winkel ausgelenkt, entsprechend der gewünschten Aufprallgeschwindigkeit. Das Drahtseil 9 ist in die Öse des Hubmagneten 10 eingeführt und wird dort fixiert. Dadurch wird die aus dem Dummykopf 2 und dem Dummyhals 3 bestehende Anordnung in einer Achse 23 parallel zu dem Pendelarm 1 gehalten. Der Kopf-Airbag 18 befindet sich im gefalteten Zustand.

Die Fig. 3 zeigt den Zustand des Systems, nach­ dem der Pendelarm 1 ausgelöst worden ist, zu dem Zeit­ punkt des Auftreffens des Pendelarms 1 auf das Dämpfele­ ment 15. Kurz vor dem in der Fig. 3 gezeigten Zeitpunkt wird die Positionierung der aus Dummykopf 2 und Dummyhals 3 bestehenden Anordnung gelöst, in dem die Stromversor­ gung des Hubmagneten 10 unterbrochen wird und sich so das Drahtseil 9 aus der Öse des Hubmagneten 10 lösen kann.

Ebenfalls zu einem kurz vor dem in der Fig. 3 dargestellten Zeitpunkt wird der Kopf-Airbag 18 - auch als Curtain bezeichnet - ausgelöst. Der Kopf-Airbag 18 bläst sich in Pfeilrichtung 24 in Richtung auf das Dummy- Schulterimitat 17 auf.

Die Auslösung des Kopf-Airbags 18 und die Lö­ sung des Hubmagneten 10 erfolgt durch ein in der Fig. 3 nicht dargestelltes elektronisches Steuerungsgerät. Bei­ spielsweise kann entlang des Pendelweges des Pendelarms 1 eine Lichtschranke angeordnet sein. Beim Passieren der Lichtschranke gibt diese ein Signal an das Steuerungsge­ rät ab, so dass dieses entsprechend die Stromversorgung des Hubmagneten 10 unterbricht und den Kopf-Airbag 18 auslöst.

Die Fig. 4 zeigt den Zustand des Systems zu ei­ nem Zeitpunkt nach dem Auftreffen des Pendelarms 1 auf das Dämpfelement 15 und das Federelement 16. Zu diesem Zeitpunkt ist der Kopf-Airbag 18 vollständig aufgeblasen. Aufgrund des gelösten Drahtseiles 9 wird der Dummykopf 2 und der Dummyhals 3 aufgrund des Aufpralls des Pendelarms 1 in Richtung auf den Kopf-Airbag 18, wobei der Dummykopf 2 in der in der Fig. 4 gezeigten Position auf den Kopf- Airbag 18 auftrifft. Die dabei auftretenden Beschleuni­ gungen werden durch den im Dummykopf 2 befindlichen Be­ schleunigungsaufnehmer, und die am Dummyhals 3 wirkenden Kräfte und Momente werden durch den am Dummyhals 3 ange­ ordneten Halsaufnehmer 8 gemessen, insbesondere mittels des Beschleunigungsaufnehmers 11. Die gemessenen Be­ schleunigungswerte, Kräfte und Momente werden mit einer Datenerfassungseinrichtung, beispielsweise einem Datalog­ ger, für die spätere Auswertung aufgenommen.

Die Fig. 5 zeigt den Zustand des Systems zu ei­ nem Zeitpunkt, in dem der maximale Ausschlag des Pendelhals 3 werden von dem Kopf-Airbag 18 aufgefangen. Die da­ bei auftretenden Beschleunigungen, Kräfte und Momente werden wiederum messtechnisch erfasst.

Die Fig. 6 zeigt den Zustand des Systems zu ei­ nem Zeitpunkt, in dem der Pendelarm 1 durch die Feder­ kraft des Federelements 16 zurückschwingt. Bei dem Zu­ rückschwingen werden der Dummykopf 2 und der Dummyhals 3 aus dem Kopf-Airbag 18 herausgezogen, wodurch der soge­ nannte Reboundeffekt simuliert wird. Der Kopf-Airbag 18 wird dadurch entlastet.

Als Auftreffort des Dummykopfes 2 kommen auch entsprechend an der Pendeleinrichtung angeordnete Fahr­ zeug-Verkleidungsteile wie die A-, B- oder C-Säulenver­ kleidung oder Dachrahmen-Verkleidungen in Frage.

Alternativ können die Dummy-Schulter und das Dummy-Schulterimitat 17 statt direkt am sogenannten Pol (ortsfeste Struktur) auch am Pendelarm 1 befestigt wer­ den. Ferner kann anstatt der Drahtseil-Hubmagneten- Anordnung 9, 10 auch ein Elektro-Magneten-Stab oder eine sonstige mechanische Anordnung als Positionshalter ver­ wendet werden.

Die Erfindung erlaubt es also den sonst hohen Kosten- und Zeitaufwand für den Aufbau und das sogenannte Einschießen der Crash-Anlage ganz wesentlich zu reduzie­ ren. Ein weiterer Vorteil sind die Verringerung von Kos­ ten und Zeitaufwand für das Updaten der Anlage, bei­ spielsweise falls ein neuer Baseline-Crash-Test aufgrund von neuen Anforderungen an die zu testenden Teile oder Strukturänderungen erforderlich ist.

Bezugszeichenliste

1

Pendelarm

2

Dummykopf

3

Dummyhals

4

Tragarm

5

Gelenk

6

Deckenstruktur

7

Gummistifte

8

Halsaufnehmer

9

Drahtseil

10

Hubmagnet

11

Beschleunigungsaufnehmer

12

Aufnahme

13

Zusatzgewichte

14

Grundstruktur

15

Dämpfelement

16

Federelement

17

Dummy-Schulterimitat

18

Kopf-Airbag

19

Fahrzeugdach

20

Fahrzeugseitenwand

21

Pfahl

22

Wand

23

Achse

24

Prallfläche

Claims (18)

1. Pendeleinrichtung zur Simulation eines Aufpralls mit einem Pendel (1), an dem zumindest ein Teil (2, 3) eines Dummys befestigt ist, und mit einem Beschleu­ nigungsaufnehmer (11), beispielsweise einem Kopfsen­ sor, zur Bestimmung einer Beschleunigung bei einem Aufprall des zumindest einen Teils des Dummys.

2. Pendeleinrichtung nach Anspruch 1, bei der ein Dum­ mykopf (2) über einen Dummyhals (3) an dem Pendel (1) befestigt ist.

3. Pendeleinrichtung nach Anspruch 1 oder 2 mit einem Pendelarm (1) und einem Tragarm (4), bei der das zu­ mindest eine Teil des Dummys (2, 3) an dem Tragarm (4) befestigt ist.

4. Pendeleinrichtung nach Anspruch 3, bei der der Trag­ arm (4) im Wesentlichen in Schulterhöhe des Dummys angeordnet ist.

5. Pendeleinrichtung nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, bei der am Pendelarm (1) oder am Tragarm (4) ein Beschleunigungsaufnehmer (11) für die in der Höhe der Schulter auf den Dummy bzw. den Dummyhals (3) wirkenden Beschleunigungen oder Trägheitskräfte angeordnet ist.

6. Pendeleinrichtung nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, bei der am Dummykopf (2) ein Beschleuni­ gungsaufnehmer für die beim Aufprall auf den Dummy­ kopf (2) wirkenden Beschleunigungen oder Trägheits­ kräfte angeordnet ist.

7. Pendeleinrichtung nach einem der vorhergehenden An­ sprüche mit lösbaren Mitteln (9, 10) zum Halten des zumindest einen Teils des Dummys während einer Bewe­ gung des Pendels vor dem Aufprall.

8. Pendeleinrichtung nach Anspruch 7, bei der die Mit­ tel zum Halten kurz vor dem Auftreffen des zumindest einen Teils des Dummys auf ein Hindernis automatisch lösbar sind.

9. Pendeleinrichtung nach Anspruch 7 oder 8, bei der die Mittel zum Halten ein zumindest mit dem einen Teil des Dummys verbundenes Halteteil (9) aufweisen, welches mit magnetischen Mitteln (10) lösbar an dem Pendel befestigbar ist.

10. Pendeleinrichtung nach Anspruch 6, 7 oder 8, bei der die Mittel zum Halten ein Drahtseil und einen Hub­ magneten aufweisen.

11. Pendeleinrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, bei der die Lösung der Mittel zum Halten im Wesent­ lichen zeitgleich zu der Auslösung eines Airbags (18) erfolgt.

12. Pendeleinrichtung nach einem der vorhergehenden An­ sprüche mit einem Dämpfelement (15) zur Dämpfung des Aufpralls.

13. Pendeleinrichtung nach einem der vorhergehenden An­ sprüche mit einem Federelement (16) zur Abfederung und Zurückfederung des Pendels vor bzw. nach dem Aufprall.

14. Pendeleinrichtung nach einem der vorhergehenden An­ sprüche mit einem Dummy-Schulterimitat (17), welches im Wesentlichen auf Schulterhöhe in einem Fahrzeug- Karosserieteil angeordnet ist, gegen das der Auf­ prall erfolgt.

15. Verfahren zur Simulation eines Aufpralls mit folgen­ den Schritten:

• - Auslenkung eines Pendels, an dem zumindest ein Teil eines Dummys befestigt ist,
• - Freigeben des Pendels, so dass der Teil des Dummys mit dem Pendel auf ein Hindernis zube­ wegt wird.
• - Aufprall des zumindest einen Teils des Dummys gegen das Hindernis.

16. Verfahren nach Anspruch 13, wobei ein Dummykopf über einen Dummyhals mit dem Pendel verbunden ist, so dass der Dummykopf auf das Hindernis aufprallt.

17. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, bei der das zu­ mindest eine Teil des Dummys während der Pendelbewe­ gung in Bezug auf das Pendel gehalten wird und kurz vor dem Aufprall freigegeben wird.

18. Verfahren nach Anspruch 15, bei dem kurz vor dem Aufprall ein Signal erzeugt wird, welches zur Steue­ rung der Freigabe des Teils des Dummys verwendet wird.