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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Simulierung
einer Kollision, insbesondere eines Kraftfahrzeugs mit einem Gegenstand,
mit einem abbremsbaren und/oder beschleunigbaren Schlitten und einem
mit dem Schlitten verbindbaren Prüfling.
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Um
die Folge von Beschleunigungen bei Kraftfahrzeugunfällen untersuchen
zu können,
ohne dazu ein gesamtes Fahrzeug vernichten zu müssen, werden so genannte Crash-Schlittenversuche
durchgeführt.
Ein Schlitten mit dem Prüfling
wird auf einer Schienenkonstruktion oder einer sonstigen Längsführung montiert
und beschleunigt. Die bei einer realen Kollision entstehenden Beschleunigungen
werden entweder dadurch simuliert, dass der Schlitten zunächst auf
eine Sollgeschwindigkeit beschleunigt und dann über geeignete Verzögerungseinrichtungen
abgebremst wird oder indem der Versuchsschlitten über geeignete
Beschleunigungseinrichtungen umgekehrt entsprechend einer realen
Verzögerungskurve
beschleunigt wird, so genannter inverser Crashtest.
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Der
geschilderte Versuchsaufbau erlaubt lediglich die Simulierung einer
eindimensionalen translatorischen Bewegung des Fahrzeugs bei einer
Kollision, vornehmlich in Längsrichtung,
aber auch in Querrichtung. Bei einer realen Kollision vollführen Fahrzeuge
aber üblicherweise
zusätzlich
zu den translatorischen Längsbewegungen
auch noch Rotationen um alle drei Hauptachsen. Besonders bedeutsam
ist hierbei die Nickbewegung, also die Drehung um die Fahrzeugquerachse,
aber auch die Gierbewegung, also das Verdrehen des Fahrzeugs um
seine Hochachse. Diese Be wegungen können bei den bekannten Versuchsanordnungen
nicht berücksichtigt
werden.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs
genannten Art anzugeben, mit welcher auch Drehbewegungen des Fahrzeugs
um mindestens eine Hauptachse simuliert werden können. Darüber hinaus soll ein entsprechendes
Verfahren angegeben werden.
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Diese
Aufgabe wird dadurch gelöst,
dass der Prüfling
direkt oder indirekt über
ein Gelenk mit dem Schlitten verbunden ist.
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Durch
das Ersetzen der bekannten starren Verbindung zwischen Prüfling und
Schlitten durch eine gelenkige Verbindung wird eine Rotation des Prüflings während des
Crash-Schlittenversuchs ermöglicht.
Das Verhalten eines Prüflings
während
einer realen Kollision kann daher mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung
und dem erfindungsgemäßen Verfahren
genauer simuliert werden.
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Durch
eine Anordnung des Gelenks derart, dass es außerhalb des Schwerpunkts des
Prüflings an
diesem angreift, kann eine Proportion des Prüflings planmäßig erzeugt
werden. Insbesondere kann durch eine Anordnung des Gelenks, in Bewegungsrichtung
des Schlittens betrachtet, seitlich des Schwerpunkts eine Gierbewegung
und durch eine Anordnung ober- oder unterhalb des Schwerpunkts eine
Nickbewegung des Prüflings
simuliert werden.
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Besonders
vorteilhaft ist es, wenn der Angriffspunkt des Gelenks relativ zum
Schwerpunkt des Prüflings
variabel ist. Mit einer Schlittenanordnung können dadurch in einfacher Weise
unterschiedlich starke Gier- und/oder Nickbewegungen simuliert werden.
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Besonders
bevorzugt ist es außerdem,
wenn der Prüfling
starr mit einem Zwischenrahmen verbindbar ist, der seinerseits über das
Gelenk mit dem Schlitten verbunden ist. Sowohl die Montage des Prüflings an
der Schlittenanordnung als auch die gewünschte Anordnung des Gelenks
relativ zum Schwerpunkt des Prüflings
kann dadurch in einfacher Weise erfolgen. Selbstverständlich kann
der Prüfling aber
auch direkt über
das Gelenk mit dem Schlitten verbunden werden.
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Die
gewünschte
Anordnung des Gelenks relativ zum Schwerpunkt des Prüflings kann
beispielsweise dadurch erreicht werden, dass die Anordnung des Prüflings auf
dem Zwischenrahmen variabel ist. Bevorzugt ist es jedoch, wenn das
Gelenk in Kollisionsrichtung betrachtet seitlich und/oder in der
Höhe versetzbar,
insbesondere verschiebbar, mit dem Schlitten einerseits und/oder
dem Prüfling
bzw. Zwischenrahmen andererseits verbunden ist. Insbesondere bei
der verschiebbaren Ausgestaltung kann dadurch der relative Angriffspunkt
des Gelenks in einfacher Weise eingestellt werden. Auch ist die
Befestigung des Prüflings
am Zwischenrahmen dadurch vereinfacht.
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Nach
einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind Mittel zum Abbremsen
der Drehbewegungen des Prüflings
um seinen Schwerpunkt vorgesehen. Damit können die bei einer realen Kollision
auftretenden Drehbewegungen noch genauer simuliert werden.
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Die
Regelung der Mittel erfolgt bevorzugt von außerhalb der Schlittenanordnung.
Die Handhabung ist dadurch vereinfacht.
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Ein
Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend
beschrieben. Es zeigen, jeweils in schematischer Darstellung,
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1 den
prinzipiellen Versuchsaufbau für einen
Crash-Simulationsversuch
und
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2 eine
perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Schlittens mit Zwischenrahmen und
Gelenk.
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Die
in 1 dargestellte Versuchsanordnung umfasst einen
Kompressor 1, durch den in einem Druckluftrohr 2 ein
für die
Durchführung
eines Crash-Schlittenversuchs erforderlicher Luftdruck erzeugt wird. Über ein
Sicherheitsventil 3 wird dabei gewährleistet, dass ein Maximaldruck
im Druckluftrohr 2 nicht überschritten wird.
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An
das Druckluftrohr 2 ist ein Drucksensor 4 angeschlossen,
welcher den Ist-Druck im Druckluftrohr 2 misst und an einen
hier nicht dargestellten Steuercomputer weitergibt. Bei Erreichen
des Soll-Druckes veranlaßt
der Steuercomputer die Abschaltung des Kompressors 1. Zusätzlich kann
ein Druckschalter 5 an das Druckluftrohr 2 angeschlossen
sein, dessen Ansprechdruck etwas unterhalb des Ansprechdruckes des
Sicherheitsventils 3 liegt. Bei Ansprechen des Druckschalters 5 wird
der Kompressor 1 abgeschaltet. Schließlich ist an dem Druckluftrohr 2 ein
Drehschieber 6 vorhanden, durch welchen der Druck im Druckluftrohr 2 auf
Umgebungsdruck abgesenkt werden kann.
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In
das Druckluftrohr 2 ist eine Schubstange 7 eingesetzt,
die an ihrem innen liegenden Ende einen Kolben 8 aufweist,
der im Druckluftrohr 2 dichtend geführt ist und dadurch das Druckluftvolumen
V im Druckluft rohr 2 begrenzt. Das andere Ende der Schubstange 7 greift
an einem Crash-Schlitten 9 an, der auf Schienen 10 in
Richtung der Längsachse
I der Schubstange 7 verschiebbar ist. Die Ausgangsposition
des Crash-Schlittens 9 ist
durch einen Anschlag 11 bestimmt. Außerdem ist an dem Crash-Schlitten 9 ein
Beschleunigungssensor 12 vorgesehen, über den die Beschleunigung
des Crash-Schlittens 9 in Richtung des Pfeils II gemessen
und an einen hier nicht dargestellten Steuercomputer übertragen
werden kann.
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An
der Schubstange 7 greift eine hydraulisch betätigbare
Bremseinrichtung 13 an. Über ein Servoventil 14 wird
der Zufluß von
Hydraulikflüssigkeit
von einem Hydraulikaggregat 15 zur Bremseinrichtung 13 geregelt.
Zudem ist an der Bremseinrichtung 13 ein Drucksensor 16 vorhanden,
der den Bremsdruck mißt
und an die hier nicht dargestellte Steuereinrichtung überträgt.
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Zur
Durchführung
eines Crash-Schlitten-Versuches wird zunächst das Servoventil 14 vollständig geöffnet, so
daß die
Bremseinrichtung 13 geschlossen ist und die Schubstange 7 in
ihrer Ausgangsstellung, in welcher der Crash-Schlitten 9 am
Anschlag 11 anliegt, gehalten wird. Nun wird über den
Kompressor 1 der nötige
Druck im Druckluftrohr 2 aufgebaut. Beim Starten des Versuches
beginnt das Servoventil 14 die Bremskraft auf die Schubstange 7 entsprechend
einer Soll-Beschleunigungskurve zu regeln. Die Ist-Beschleunigung
des Crash-Schlittens 9 wird direkt über den Beschleunigungssensor 12 gemessen
und im Steuercomputer zur Regelung der Bremskraft verwendet. Alternativ
kann die Bremskraft über
den Bremsdrucksensor 16 gemessen und die Bremskraft in
Abhängigkeit
vom Bremsdruck geregelt werden.
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Sobald
mindestens eines der Abbruchkriterien, zurückgelegter Weg, Zeit und/oder
Geschwindigkeit des Crash-Schlittens 9 erfüllt ist, öffnet das
Servoventil 14 wieder vollständig, so daß eine Vollbremsung der Schubstange 7 eingeleitet
wird. Der Crash-Schlitten 9 hebt dadurch von der Schubstange 7 ab
und rollt auf den Schienen 10 aus. Für den nächsten Versuch werden der Schlitten 9 und
die Schubstange 7 in ihre Ausgangsposition zurückgeschoben,
in welcher der Schlitten 9 am Anschlag 11 anliegt.
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Der
in 1 vereinfacht dargestellte Schlitten 9 trägt über einen
Zwischenrahmen 17 einen Prüfling 18, hier als
Fahrzeugsitz skizziert. Wie man insbesondere in 2 erkennt,
ist der Zwischenrahmen 17 über ein Gelenk 19 mit
dem Schlitten 9 verbunden. Das Gelenk 19 besteht
dabei aus einem Biegestab 20, der mit seinem einen Ende
auf einer Basisplatte 21 angeordnet und mit seinem anderen Ende
mit einer Lochplatte 22 verbunden ist. Die Basisplatte 21 ist über eine
Schiene 23 relativ zum Schlitten 9 quer zur Kollisionsrichtung
III verschiebbar. Ebenso ist die Lochplatte 22 in einer
Schienenaufnahme 24 des Zwischenrahmens 17 quer
zur Kollisionsrichtung III verschiebbar. Dadurch kann einerseits
das Gelenk 19 relativ zum Zwischenrahmen 17 und
damit zum Schwerpunkt S des darauf angeordneten Prüflings 18 eingestellt
werden, und andererseits kann sichergestellt werden, dass der Zwischenrahmen 17 trotzdem
im Wesentlichen zentral auf dem Schlitten 9 angeordnet
ist.
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Entsprechend
der quer zur Kollisionsrichtung III verschiebbaren Anordnung des
Gelenks 19 kann dieses auch in der Höhe verschiebbar zwischen Schlitten 9 und
Zwischenrahmen 17 angeordnet sein, indem jeweils vertikale
Schienen auf dem Schlitten 9 und/oder am Zwischenrahmen 17 angeordnet
werden.
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Bei
Durchführung
eines Crash-Schlittenversuchs durch Beschleunigen oder Abbremsen
des Schlittens 9 erfährt
der Zwischenrahmen 7 und zusammen mit diesem der Prüfling 18 zusätzlich zur Verzögerung in
Kollisionsrichtung III eine Verdrehung um seine Hochachse und/oder
seine Querachse, da das Gelenk 19 in der beschriebenen
Weise außerhalb
des Schwerpunkts S des Prüflings
an diesem angreift. Beispielsweise greift das Gelenk 19 bei
der in 2 dargestellten Einstellung seitlich zum Schwerpunkt
S des Prüflings 18 versetzt
am Zwischenrahmen 17 und damit am Prüfling 18 an. Bei einer
Beschleunigung des Schlittens 9 in Richtung des Pfeils
III erfährt
der Zwischenrahmen 17 und zusammen mit diesem der Prüfling 18 dadurch
eine Drehung um seine Hochachse entgegen dem Uhrzeigersinn. Bei
einem Abbremsen des Schlittens 9 würde die Verdrehung in umgekehrter
Richtung, also im Uhrzeigersinn erfolgen. Entsprechendes gilt für die Nickbewegungen
des Prüflings 18 bei
entsprechend in der Höhe
versetztem Angreifen des Gelenks 19 am Zwischenrahmen 17 bzw.
Prüfling 18.
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Die
genaue Einstellung einer gewünschten Drehbewegung
des Prüflings 18 erfolgt
derart, dass zunächst über geeignete
Verfahren die erforderliche Position des Drehgelenks 19 relativ
zum Gesamtschwerpunkt des Zwischenrahmens 17 und des Prüflings 18 ermittelt
wird, um die gewünschten
Nick- und/oder Gierbewegungen zu erzeugen. Nach einem entsprechenden
Verschieben des Gelenks 19 relativ zum Schlitten 9 und/oder
zum Zwischenrahmen 17 wird der Prüfling 18 auf dem Zwischenrahmen 17 montiert
und dann der Crash-Schlittenversuch so durchgeführt, dass auf den Schlitten 9 die
den Kräften
einer realen Kollision entsprechende Beschleunigung oder Abbremsung
aufgebracht wird. Zusätzlich können insbesondere
von extern geregelte Bremseinrichtungen vorgesehen sein, durch welche
die Drehbewegungen des Zwischenrahmens 17 mit dem Prüfling 18 beeinflussbar
sind. Dadurch können
reale Nick- und/oder Gierbewegungen besonders genau simuliert werden.
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Mit
der erfindungsgemäßen Anordnung
und dem erfindungsgemäßen Verfahren
können
so Crash-Schlittenversuche durchgeführt werden, bei denen nicht
nur die Linearbewegung bei einer Kollision simuliert werden kann,
sondern auch die Gier- und/oder Nickbewegungen. Dadurch könne die
Versuchsergebnisse verbessert und deren Aussagekraft erhöht werden.
Grundsätzlich
können
neben Nick- und Gierbewegungen auch Wankbewegungen simuliert werden,
indem ein Verdrehen des Prüflings 18 auch
um seine Längsachse
ermöglicht
wird.
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- 1
- Kompressor
- 2
- Druckluftrohr
- 3
- Sicherheitsventil
- 4
- Drucksensor
- 5
- Druckschalter
- 6
- Drehschieber
- 7
- Schubstange
- 8
- Kolben
- 9
- Crash-Schlitten
- 10
- Schienen
- 11
- Anschlag
- 12
- Beschleunigungssensor
- 13
- Bremseinrichtung
- 14
- Servoventil
- 15
- Hydraulikaggregat
- 16
- Bremsdrucksensor
- 17
- Zwischenrahmen
- 18
- Prüfling
- 19
- Gelenk
- 20
- Biegestab
- 21
- Grundplatte
- 22
- Lochplatte
- 23
- Schiene
- 24
- Schienenaufnahme
- I
- Längsachse
von 7
- II
- Beschleunigungsrichtung
- III
- Kollisionsrichtung
- S
- Schwerpunkt
- V
- Druckluftvolumen