-
Die
Erfindung betrifft eine Prüfeinrichtung
zur Kraftfahrzeug-Crashsimulation
gemäß dem Oberbegriff
des Patentanspruchs 1.
-
Immer
kürzere
Entwicklungszeiten im Automobilbau und die Forderung nach höherer passiver Sicherheit
führten
zur Entwicklung und zum Bau von Prüfeinrichtungen zur Crashsimulation,
die auch servohydraulische Katapultanlagen genannt werden.
-
Bei
den inversen Crashtests, das ist die Umkehrung von Verzögerung und
Beschleunigung, werden Fahrzeugkomponenten wie Sitze, Lenksäulen und
Lenkräder,
Windschutzscheiben, Armaturenbretter, Sicherheitsgurte und deren
Befestigung, Airbag-Systeme
und andere Komponenten in einer verstärkten Fahrzeugkarosserie, der
sogenannten Panzerkarosse, auf einem Schlitten, entsprechend der verschiedenen
Unfallsituationen, kontrolliert, beschleunigt und Bruchverhalten
bzw. Bauteilzuverlässigkeit
untersucht. Die Beschleunigung wird hierbei von einem Servozylinder
als Stellglied aufgebracht. Der Servozylinder wird über ein
vierstufiges Servoventil gesteuert, das mit einer Kalbenspeichereinheit in
Verbindung steht. Eine solche servohydraulische Katapultanlage ist
beispielsweise aus einer Werkzeitschrift RIQ, Ausgabe 1/1998, Seiten
2 bis 4 von Mannesmann-Rexroth bekannt.
-
Aus
der
DE 198 05 512
A1 ist ein Kraftfahrzeug-Kollisionssimulator bekannt, bei dem
eine Crash-Simulatian durch Anstoßen eines in Schienen geführten Schlittens
mit einem Testfahrzeug durchgeführt
wird und bei dem nach dem Anstoßen
eine Nickbewegung des Testfahrzeuges entsprechend der be kannten
Nickbewegung bei einem Real-Crash erwirkt wird. Hierbei wird die
Nickbewegung in Form einer Drehbewegung um eine definierte Drehachse mittels
einer Stützanordnung
durchgeführt,
wobei zur Durchführung
der Nickbewegung der Stützanardnung
Stützkraft
entzogen wird.
-
Aus
der
DE 198 57 429
A1 ist eine Prüfeinrichtung
zur Kraftfahrzeug-Crashsimulation bekannt. Diese Einrichtung weist
eine horizontal angeordnete Schlittenanordnung auf, die längs einer
Schienenanordnung verschiebbar angeordnet ist. Auf der Schlittenanordnung
ist der Prüfaufbau
mit den zu prüfenden
Kraftfahrzeugkomponenten vorgesehen. Weiterhin ist die Einrichtung
mit einer ersten Beschleunigungseinheit ausgestattet, über die eine
vorgebbare Beschleunigung auf die Schlittenanordnung übertragbar
ist. Um die Simulation von Unfallsituationen zu verbessern, ist
eine zweite Beschleunigungseinheit vorgesehen, über die in vertikaler Richtung
vorgebbare Beschleunigungen auf die Schlittenanordnung übertragbar
sind. Durch die Einleitung von vertikalen Beschleunigungen auf die
Schlittenanordnungen kann die bei einem Auffahrunfall stattfindende Drehbewegung
des Fahrzeuges um die Querachse (Pitching) ebenfalls simuliert werden.
Der Winkel, der sich aus einer derartigen Drehung um die Querachse ergibt,
wird als Nickwinkel (Pitchangel) bezeichnet (DIN 7000).
-
Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, eine derartige Prüfeinrichtung
zur Kraftfahrzeug-Crashsimulation, bei der die Simulation einer Drehbewegung
um die Querachse des Fahrzeugs möglich
ist, weiter zu verbessern.
-
Diese
Aufgabe wird dadurch gelöst,
daß sich die
zweite Beschleunigungseinheit ausschließlich zwischen einem Fundament
und der zweiten Schlittenanordnung abstützt.
-
Bei
der erfindungsgemäßen Prüfeinrichtung stützen sich
alle Hydraulik-Zylinder der zweiten Beschleunigungseinheit auf einem
Fundament einerseits und an dem Trägerschlitten andererseits ab.
Im Gegensatz zu dem in der Beschreibungseinleitung nächstkommenden
Stand der Technik nach der
DE 198
57 429 A1 kann somit die Anordnung eines Hydraulik-Zylinders
auf der ersten Schlittenanordnung (Basisschlitten) entfallen. Dies
hat den entscheidenden Vorteil, daß sowohl die Ölversorgung,
Speicher, Leitungen etc. für
den Hydraulik-Zylinder nicht mehr auf der Schlittenanordnung angeordnet
und ebenfalls mitbeschleunigt werden müssen. Die erste Schlittenanordnung
weist somit ein erheblich geringeres Gewicht auf, so daß die für den Prüfablauf
erforderlichen Beschleunigungen erreicht werden können.
-
Weiterhin
vorteilhaft ist die Ausbildung, daß die erste und zweite Schlittenanordnung,
d.h. der Basis- und der Trägerschlitten über Verbindungselemente,
beispielsweise Hebelanordnungen miteinander gekoppelt sind. Hierdurch
wird eine Übertragung von
Querkräften
auf die Hydraulik-Zylinder der zweiten Beschleunigungseinheit weitgehend
vermieden.
-
In
einer Weiterbildung des Erfindungsgedankens ist vorgesehen, daß die seitlichen
Führungsschienen
zweigeteilt ausgeführt
sind und somit jedem Hydraulik-Zylinder der zweiten Beschleunigungseinheit
eine Führungsschiene
zugeordnet ist. Durch diese Ausgestaltung bleibt der auf dem Trägerschlitten
angeordnete Prüfaufbau
bei jeder beliebigen Verdrehung um die y-Achse auf einer Schwerpunktlinie.
-
Weitere
vorteilhafte Merkmale sowie die Funktion der Erfindung ergeben sich
aus der nachstehenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der
Zeichnung.
-
Es
zeigt:
-
1a:
eine Ausführungsvariante
der erfindungsgemäßen Prüfeinrichtung
in perspektivischer Darstellung;
-
1b:
eine Seitenansicht der erfindungsgemäßen Prüfeinrichtung;
-
1c:
eine weitere Seitenansicht der erfindungsgemäßen Prüfeinrichtung;
-
2a:
eine weitere Ausführungsvariante einer
erfindungsgemäßen Prüfeinrichtung
in einer Seitenansicht;
-
2b:
die erfindungsgemäße Ausführungsvariante
gemäß 2a in
einer anderen Position der Prüfeinrichtung
in Seitenansicht;
-
2c:
einen Querschnitt der Prüfeinrichtung
gemäß 2b.
-
1a zeigt
in perspektivischer Darstellung eine erfindungsgemäße Prüfeinrichtung 1 zur
Simulation von Auffahrunfällen
(servohydraulische Katapultanlage). Die Prüfeinrichtung 1 ist
weiterhin in den 1b, 1c in
einer Seitenansicht in unterschiedlichen Positionen gezeigt.
-
Die
Prüfeinrichtung 1 weist
im wesentlichen eine Schienenanordnung 2 auf, die aus zwei
parallel beabstandet in der Horizontalen (x-Richtung) angeordneten
Schienenelementen 3 besteht. Das zu der 1a eingezeichnete
Koordinatensystem K definiert die Richtung der x-, y- sowie z-Richtung.
-
Die
Schienenelemente 3 sind jeweils auf einem in x-Richtung
verlaufenden, vertikal nach oben ragenden Fundamentabschnitt 4 befestigt.
Eine erste Schlittenanordnung, die als Basisschlitten 5 ausgebildet
ist, ist gleitend auf der Schienenanordnung 2 geführt. Hierzu
sind die Schienenelemente 3 im Querschnitt als I-Profil
ausgebildet. Der Basisschlitten 5 weist jeweils seitlich
Elemente 6 auf, die das Schienenprofil 7 umgreifen,
so daß eine
definierte Führung
in x-Richtung gewährleistet
ist.
-
Der
Basisschlitten 5 weist weiterhin seitlich an seinem einen
Endbereich jeweils eine in z-Richtung sich erstreckende dreieckförmige Platte 8 auf. Die
beiden Platten 8 sind in y-Richtung voneinander beabstandet angeordnet.
-
Die
Prüfeinrichtung 1 besteht
weiterhin aus einer zweiten Schlittenanordnung, die als Trägerschlitten 9 ausgebildet
ist.
-
Der
Trägerschlitten 9 ist
in z-Richtung beabstandet oberhalb des Basisschlittens 5 angeordnet ist
und im wesentlichen aus einer rechteckigen Grundplatte 10 mit
rechteckigen Aussparungen besteht. Der Trägerschlitten 9 weist
an seiner dem Basisschlitten 5 zugewandten Seite seitlich
jeweils eine dreieckförmige,
sich in z-Richtung erstreckende Platte 11 auf. Basisschlitten 5 und
Trägerschlitten 9 sind über zwei
längliche
Verbindungselemente 12 miteinander gelenkig gekoppelt.
Hierzu sind die Verbindungselemente 12 jeweils mit einem
Endbereich in der mit dem Trägerschlitten 9 verbundenen
Platte 11 drehbar gelagert, sowie mit dem anderen Endbereich in
der mit dem Basisschlitten 5 verbundenen Platte 8 drehbar
um die y-Achse gelagert. Aufgrund dieser Kopplung können Längskräfte von
dem Basisschlitten 5 auf den Trägerschlitten 9 übertragen
werden.
-
Die
Abstützung
und Lagerung des Trägerschlittens 9 erfolgt über eine
erste Beschleunigungseinheit 13, die aus vier Hydraulik-Zylindern 14 besteht.
Hierbei sind jeweils zwei Hydraulik-Zylinder seitlich neben den
Fundamentabschnitten 4 in x-Richtung beabstandet auf einem
Fundament angeordnet. Die Hydraulik-Zylinder 14 sind jeweils
in z-Richtung ausgerichtet, wobei die einseitig nach außen geführte Kolbenstange 15 der
Hydraulik-Zylinder in z-Richtung nach oben weist. Die jeweils in
x-Richtung beabstandet angeordneten Hydraulik-Zylinder, die gemeinsam
seitlich an einem Fundamentabschnitt 4 angeordnet sind,
sind mit ihren Kolbenstangenenden gelenkig mit einer länglichen
Führungsschiene 16 verbunden.
Diese beiden Führungsschienen 16 erstrecken
sind im wesentlichen in x-Richtung parallel zueinander. Die Führungsschienen 16 sind seitlich
in z-Richtung oberhalb der neben ihr angeordneten Schienenelemente 3 angeordnet.
Die Führungsschienen 16 erstrecken
sich im wesentlichen in x-Richtung und weisen im Querschnitt ein
I-Profil auf.
-
Der
Trägerschlitten 9 weist
seitlich jeweils 2 Führungselemente 17 auf,
die die seitlich angeordneten Führungsschienen 16 jeweils
umgreifen können. Wie
es aus 1a ersichtlich ist, umgreifen
hier nur die im vorderen Bereich des Trägerschlittens 9 angeordneten
Führungselemente 17 die
seitlichen Führungsschienen 16.
Durch diese oben beschriebene Ausbildung erfolgt eine Abstützung und
gleitende Lagerung des Trägerschlittens 9 auf
den mit den Hydraulik-Zylindern 14 verbundenen Führungsschienen 16.
-
Nicht
zeichnerisch dargestellt ist der Prüfaufbau, der vor einem Prüfablauf
zur Crashsimulation auf dem Trägerschlitten 9 fixiert
wird. Der Prüfaufbau besteht
im allgemeinen aus einer verstärkten
Fahrzeugkarosserie mit zu prüfenden
Fahrzeugkomponenten wie Sitze, Lenksäule, Lenkräder, Windschutzscheiben, Armaturenbretter,
Sicherheitsgurte und Befestigungen, Airbag-Systemen sowie einem Dummy. Wie bereits
in der Beschreibungseinleitung erläutert, arbeiten die Prüfeinrichtungen
nach dem Stand der Technik mit sogenannten inversen Crashtests, d.h.
die bei einer reellen Kollision eines Kraftfahrzeuges auftretenden
Verzögerungen
bei der Vorwärtsbewegung
werden in eine Beschleunigung umgewandelt, wobei der Prüfaufbau
rückwärts (x-Richtung) bewegt
wird. Die Beschleunigung wird hierbei von einer ebenfalls nicht
dargestellten zweiten Beschleunigungseinheit aufgebracht, die gemäß des in
einer Regeleinrichtung abgelegten Sollwertes angesteuert wird.
-
Die
zweite Beschleunigungseinheit besteht aus einem Servozylinder mit
in z-Richtung beweglich gelagertem Kolben und Kolbenstange als Stellglied. Der
Servozylinder wird dabei über
ein mehrstufiges Servoventil gesteuert, das mit einer Kolbenspeichereinheit
in Verbindung steht. Die Beschleunigung wird gemäß einer Sollwertvorgabe über den
in x-Richtung beweglich in dem Servozylinder gelagerten Kolben mit
nach außen
geführter
Kolbenstange auf den Basisschlitten 5 übertragen. Dies ist durch den
Pfeil 18 angedeutet. Der Trägerschlitten 9 mit
Prüfaufbau,
der über
die Verbindungselemente 12 mit dem Basisschlitten 5 gekoppelt
ist, wird dann entsprechend der eingeleiteten Beschleunigung längs der
Schienenanordnung 3, d.h. in einer horizontalen Ebene beschleunigt.
Der Trägerschlitten 9 wird
hierbei längs der
Führungsschienen 16 gleichermaßen beschleunigt.
-
Zusätzlich zu
der in Richtung der x-Achse eingeleiteten Beschleunigung können die
vier Hydraulik-Zylinder 14 angesteuert werden, die über die Kolbenstangen
die entsprechenden Lagerstellen sowie die Führungsschienen mit dem Trägerschlitten 9 in
Verbindung stehen. Somit können
Beschleunigungen in Richtung der z-Achse eingeleitet werden können. Hierdurch
kann insbesondere eine sogenannte Pitching-Bewegung des Fahrzeugs
bei einer realen Kollision, d.h. eine Drehbewegung des Fahrzeugs um
die y-Achse bei einem Prüfablauf
simuliert werden. Um dies zu erreichen, können die Hydraulik-Zylinder
gleich angesteuert werden. Je nach Ansteuerung, d. h. nach einer
generierten Sollwertvorgabe kann jede beliebige zusammengesetzte
translatorische Bewegung in z-Richtung und Verdrehbewegung um die
y-Achse eingeleitet werden. Am Ende des Prüfablaufs trennen sich die im
hinteren Bereich des Trägerschlittens 9 angeordneten
Führungselemente 17 aus
den Führungsschienen 16.
Dies ist in 1a dargestellt.
-
In 1b ist
der Trägerschlitten 9 in
einer horizontalen Position dargestellt. 1c zeigt
den Trägerschlitten 9 in
einer um die y-Achse gekippten Position. Bei dem Prüfablauf
werden die Beschleunigungen über
entsprechende Aufnehmer an den Schlittenanordnungen gemessen und
einer Regeleinrichtung zugeführt.
In der Regeleinrichtung erfolgt dann ein Vergleich des gemessenen
Ist-Beschleunigungs-verlaufs mit dem vorgegebenen Soll-Beschleunigungsverlauf.
Unter Berücksichtigung
einer Soll-Ist-Abweichung wird ein neuer Sollwert generiert. Eben falls
nicht dargestellt ist das an der Schlittenanordnung angeordnete
Zweikreisbremssystem sowie die Rückholeinheit,
die die Schlittenanordnung nach dem Prüfvorgang in die Ausgangsposition
zurückholt.
Des weiteren nicht dargestellt ist das an der Schienenanordnung
angeordnete Notbremssystem.
-
Als
Zusatzeinrichtungen können
noch Hochgeschwindigkeitskameras, eine Beleuchtungsanlage sowie
eine Zusatzbremse für
die Simulation eines Seitenaufpralls vorgesehen sein.
-
In
den 2a, 2b, 2c ist
eine weitere Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Prüfeinrichtung
dargestellt. Hierbei sind gleiche zuvor bereits beschriebene Teile
mit gleichen Bezugszeichen versehen. In der nachfolgenden Beschreibung
werden nur die Unterschiede zu der in den 1a, 1b, 1c abgebildeten
Prüfeinrichtung
dargestellt.
-
Bei
der in den 2a, 2b, 2c schematisch
dargestellten Prüfeinrichtung 20,
sind die seitlich angeordneten Führungsschienen 21 jeweils zweigeteilt
ausgeführt.
Durch diese Ausbildung sind insgesamt 4 Führungsschienen 21 vorgesehen,
wobei jedem Hydraulik-Zylinder 14 eine Führungsschiene 21 zugeordnet
ist. 2a zeigt hierbei den Trägerschlitten 9 in
einer horizontalen Position. Die Führungsschienen 21 liegen
hierbei in einer horizontalen Ebene, wobei die zwei Führungsschienen 21 die
seitlich an einem Fundamentabschnitt angeordnet sind in x-Richtung fluchtend
zueinander verlaufen. 2b zeigt den Trägerschlitten 9 in
einer um die y-Achse gekippten Position. Aus der schematischen Darstellung
zur 2b ist zu erkennen, daß die Hydraulik-Zylinder 14 derart
angesteuert sind, daß die
Kolbenstangen 15 der vorderen Hydraulik-Zylinder 14 weiter
ausgefahren sind als die Kolbenstangen 15 der hinteren
Hydraulik-Zylindern 14. Die mit den Kolbenstangenenden
verbundenen Führungsschienen 21 der
vorderen Hydraulik-Zylindern 14 werden hierdurch in eine
in z-Richtung höhere
Position gebracht als die Führungsschienen 21 der
hinteren Hydraulik-Zylindern 14, so daß der in den Führungsschienen 21 gelagerte
Trägerschlitten 9 gekippt
wird. Aus der Figur ist ersichtlich, daß die Führungsschienen 21 in jeder
Position in einer horizontalen Position bleiben.