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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Durchführung von Crash-Schlittenversuchen, bei dem zur Simulierung des Aufpralls eines Kraftfahrzeugs auf ein Hindernis ein auf einem beweglichen Schlitten bewegliches Versuchobjekt zunächst auf eine Sollgeschwindigkeit beschleunigt und schließlich vergleichbar einem realen Aufprall abrupt bis zum Stillstand abgebremst wird.
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Ein derartiges Verfahren ist aus der
DE 10 2004 051 239 A1 bekannt. Zur Durchführung des Verfahrens wird dort eine Crash-Simulationsanlage beschrieben, welche aus einem auf einer Bahn beweglich angeordneten Schlitten besteht, der durch eine Antriebseinrichtung beschleunigbar ist und der mittels einer Bremseinrichtung abrupt abbremsbar ist. Die Bremseinrichtung ist als starrer Bremsbock ausgebildet. Auf dem Schlitten ist ein mit einer entsprechenden Sensorik und einem entsprechenden Messaufbau versehenes Versuchsobjekt befestigt, welches beispielsweise ein Kraftfahrzeug oder ein Teil (Fahrerkabine) eines solchen sein kann.
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Derartige Crash-Simulationsanlagen werden eingesetzt, um die Folge von Beschleunigungen bei Kraftfahrzeugunfällen untersuchen zu können, ohne dass dazu ein gesamtes Fahrzeug vernichtet werden muss. Denn ein reales Fahrzeug wird bei einem Crashtest zumindest teilweise deformiert, so dass darin angeordnete Sensorik und auch Teile des Messaufbaus nicht wieder verwendbar sind. Crashtests mit realen Fahrzeugen sind daher sehr kostenintensiv und aufwändig.
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Man ist bestrebt, Verfahren zur Durchführung von Crash-Schlittenversuchen und entsprechende Crash-Simulationsanlagen derart zu gestalten, dass ein reproduzierbares, wirklichkeitsnahes Crashverhalten nachgebildet werden kann. Im Stand der Technik sind dabei auch Lösungsvorschläge enthalten, bei dem Nick- und/oder Drehbewegungen des Fahrzeugs bei einem Crash erfasst werden können.
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Die bekannten Verfahren und Anlagen berücksichtigen jedoch das Verhalten eines Fahrzeugführers oder dasjenige des Kraftfahrzeugs selbst unmittelbar vor der eigentlichen Kollision nicht.
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Dieses Verhalten unmittelbar vor einer Kollision kann jedoch erheblichen Einfluss auf den Unfallverlauf und insbesondere auf die Schwere und die Folgen einer Kollision für die Insassen haben.
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Daher werden in der
DE 102 22 086 A1 ein Verfahren und eine Anlage zum Simulieren eines Fahrzeugunfalls beschrieben, wobei ein auf einem beweglichen Schlitten befindliches Versuchsobjekt auf eine bestimmte Geschwindigkeit beschleunigt und nach einer Beruhigungsphase in einer eine Notbremsung simulierende Bremsphase bis zum Stillstand verzögert wird. In der Bremsphase der Simulation wird der Schlitten mit einer konstanten Verzögerung bis zum Stillstand abgebremst und anschließend durch eine Stoßvorrichtung in entgegengesetzter Richtung wieder beschleunigt.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, das bekannte Verfahren nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 und entsprechende Crash-Simulationsanlagen nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 3 hinsichtlich ihrer Realitätsnähe zu verbessern.
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Die Erfindung geht daher aus von einem Verfahren zur Durchführung von Crash-Schlittenversuchen, bei dem zur Simulierung des Aufpralls eines Kraftfahrzeugs auf ein Hindernis ein auf einem beweglichen Schlitten bewegliches Versuchobjekt zunächst auf eine Sollgeschwindigkeit beschleunigt und schließlich vergleichbar einem realen Aufprall abrupt bis zum Stillstand abgebremst wird.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass dem finalen Abbremsen bis zum Stillstand eine simulierte Notbremsung vorgelagert wird, derart, dass das Versuchsobjekt in das finale Abbremsen nur noch mit einer bezüglich der Sollgeschwindigkeit reduzierten Geschwindigkeit hineinfährt.
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Auf diese Weise wird der Realitätsgrad der bekannten Verfahren deutlich verbessert. In der überwiegenden Zahl der Fälle fährt nämlich ein Kraftfahrzeug nicht ungebremst in eine Kollision hinein, sondern wird durch eine versuchte Notbremsung des Fahrzeugführers vor der Kollision deutlich abgebremst. Schon bei dieser Abbremsung können enorme Kräfte auf das Kraftfahrzeug und seine Insassen wirken, die insbesondere Einfluss haben auf das darauffolgende Zusammenwirken von passiven Sicherheitskomponenten wie Gurtstraffern oder Airbags und den Insassen.
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Dabei kann die simulierte Notbremsung übrigens auch bis zum Beginn der Kollision andauern und somit temporär sogar auch eine Überlagerung von Notbremsung und Kollision stattfinden.
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Ferner ist zu berücksichtigen, dass der Einsatz von Fahrerassistenzsystemen in Kraftfahrzeugen immer mehr zunimmt und diese nach dem Stand der Technik bereits in der Lage sind, eine herannahende Kollision erkennen und unabhängig vom Fahrzeugführer geeignete Gegenmaßnahmen (wie beispielsweise eine automatische Notbremsung oder gar Ausweichmanöver) einleiten zu können.
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Gemäß einer erfindungsgemäßen Verwirklichung des Verfahrens ist ferner vorgesehen, dass die Notbremsung gemäß einem vorgebbaren Verzögerungsprofil erfolgt. Durch die Vorgabe unterschiedlicher Verzögerungsprofile kann der Realitätsgrad des Verfahrens noch weiter erhöht werden.
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Es ist dabei zweckmäßig, wenn bei Vorgabe eines Verzögerungsprofils als Parameter der zeitliche Beginn und/oder der örtliche Beginn und/oder die Dauer und/oder der Verlauf der Verzögerung über der Zeit vorgegeben werden. Hierdurch ist eine sehr hohe Flexibilität hinsichtlich erzeugbarer Verzögerungsprofile gegeben.
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Die Erfindung betrifft wie erwähnt auch die Verbesserung bekannter Crash-Simulationsanlagen nach dem Oberbegriff von Anspruch 3, umfassend wenigstens einen beweglichen und mit einer Beschleunigungseinrichtung auf eine Sollgeschwindigkeit beschleunigbaren Schlitten, auf dem ein Versuchsobjekt befestigbar ist und wenigstens eine erste Bremseinrichtung zum abrupten Abbremsen des Schlittens bis zum Stillstand.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass eine zweite Bremseinrichtung vorgesehen ist, mit der der Schlitten vor Erreichen der ersten Bremseinrichtung abbremsbar ist.
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Hierdurch ist das erfindungsgemäße Verfahren sehr gut durchführbar.
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Um den Realitätsgrad des Verfahrens weiter verbessern zu können, ist die Crash-Simulationsanlage in Verwirklichung der Erfindung ferner mit einer Steuereinheit versehen, durch die die Abbremsung des Schlittens vor Erreichen der ersten Bremseinrichtung gemäß einem vorgebbaren Verzögerungsprofil gesteuert werden kann.
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Dabei kann die Flexibilität in der Erzeugung von Verzögerungsprofilen deutlich erhöht werden, wenn die Crash-Simulationsanlage zweckmäßigerweise mit einer Speichereinheit versehen ist, in der Parameter eines Verzögerungsprofils ablegbar sind.
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Vorteilhafter Weise ist dabei wenigstens eine Schnittstelle vorgesehen, über die die Parameter eines Verzögerungsprofils eingebbar oder einlesbar sind. Eine solche Schnittstelle kann dabei beispielsweise durch eine alphanumerische Eingabevorrichtung oder auch durch eine Aufnahme- bzw. Leseeinrichtung für externe Speichermedien, wie CDs, DVDs, USB-Sticks und dergleichen gebildet sein.
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Um einen größtmögliche Flexibilität bei der Erzeugung von Verzögerungsprofilen zu erreichen, sollten über die besagte Schnittstelle der Crash-Simulationsanlage als Parameter eines Verzögerungsprofils zweckmäßigerweise der zeitliche Beginn und/oder der örtliche Beginn und/oder die Dauer und/oder der Verlauf der Verzögerung über der Zeit eingebbar sein.
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Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung werden anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels deutlich, was mit Hilfe der beiliegenden Figuren näher erläutert werden soll. Dabei bedeuten
- 1 eine prinziphafte Darstellung einer Crash-Simulationsanlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,
- 2a bis c unterschiedliche, durch die Steuerung der Crash-Simulationsanlage abrufbare und erzeugbare Verzögerungsprofile.
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Zunächst wird auf die 1 Bezug genommen.
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In dieser Figur ist eine Crash-Simulationsanlage 1 ersichtlich, welche einen Schlitten 2 umfasst, welcher auf einem schienenartigen Untergrund 3 beweglich gelagert ist. Auf dem Schlitten 2 ist ein Versuchsobjekt 4 in Form der wesentlichen Teile einer Fahrzeugkabine befestigt.
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Der Schlitten 2 und damit das Versuchsobjekt 4 werden über eine Beschleunigungseinrichtung 5 auf eine Anfangsgeschwindigkeit V0 beschleunigt, wobei im Ausführungsbeispiel die Beschleunigungseinrichtung 5 in Form einer Schubstange ausgebildet ist.
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Des Weiteren weist die Crash-Simulationsanlage 1 eine Bremseinrichtung in Form eines Bremsbocks 6 auf. Der Bremsbock 6 ist im Wesentlichen starr ausgebildet, kann aber auch mit einem auswechselbaren Deformationsbereich 7 versehen sein. Der Bremsbock 6 dient zum abrupten Abbremsen des Schlittens 2 bis zum Stillstand und soll damit eine Kollision simulieren.
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In gleicher Weise kann der Schlitten 2 natürlich auch mit Hilfe eines Zugseils in Richtung zum Bremsbock 6 gezogen werden (nicht dargestellt).
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Ferner sind am Schlitten 2 Bremseinrichtungen 8 vorgesehen, welche beispielsweise als Klemmbacken ausgeführt sein können. Die Bremseinrichtungen 8 sind über eine Steuereinheit 9 ansteuerbar, wobei die Steuereinheit 9 Steuerbefehle an die Bremseinrichtungen 8 abgeben kann, derart, dass unterschiedliche Verzögerungsprofile des Schlittens 2 (beispielsweise PNB1, PNB2 und PNB3, vergleiche auch 2) erzeugbar sind.
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Die Steuereinheit 9 liest dabei Parameter eines vorgebbaren Verzögerungsprofils aus einer Speichereinheit 10 ab. Die Parameter eines Verzögerungsprofils sind entweder manuell über eine alphanumerische Eingabeeinheit 12 (beispielsweise Tastatur) und/oder über eine Aufnahme- bzw. Einleseeinheit 11 (beispielsweise DVD-Laufwerk, USB-Anschluss) in die Speichereinheit 10 einbringbar.
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Wie aus der 1 ersichtlich, wurde der Schlitten 2 zu einem Zeitpunkt TV0 bereits auf eine Anfangsgeschwindigkeit (Sollgeschwindigkeit V0) beschleunigt. Wie gestrichelt angedeutet, wird zu einem Zeitpunkt TNB1, bei dem sich der Schlitten in einer Position 2' befindet, eine Notbremsung simuliert. Hierzu werden die Bremseinrichtungen 8 über die Steuereinheit 9 entsprechend eines vorgegebenen Verzögerungsprofils angesteuert.
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Die Notbremsung zieht sich über einen Zeitabstand Δt (Millisekunden- bis Sekundenbereich) hin und endet zu einem Zeitpunkt TNB2, bei dem der Schlitten 2 eine Position 2" einnimmt.
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Zum Zeitpunkt TNB2, also nach simulierter Notbremsung, weist der Schlitten 2 nur noch eine verbleibende Geschwindigkeit VNB2 auf, welche geringer ist als die Geschwindigkeit V0.
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Der Schlitten 2 fährt schließlich mit der reduzierten Geschwindigkeit VNB2 auf den Bremsbock 6 auf und wird dort abrupt bis zum Stillstand abgebremst, wodurch die eigentliche Kollision (der Crash) simuliert wird (Position 2'''). Die Kollision findet zu einem Zeitpunkt TK statt.
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Die Strecke SNB kann auch 0 mm sein, das heißt der Zeitpunkt TK ist in etwa gleich dem Ende der Notbremsung. In diesem Fall geht die simulierte, vorverlagerte Notbremsung unmittelbar in das finale Abbremsen (die simulierte Kollision) des Versuchsobjektes 4 über.
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Es ist noch darauf hinzuweisen, dass während der Notbremsung (Δt) die Auswirkungen auf das Versuchsobjekt 4 und insbesondere auf darin befindliche Versuchspuppen und passive Sicherheitselemente von geeigneten Messeinrichtungen (nicht näher dargestellt) gemessen und in geeigneter Weise ausgewertet werden.
Die Auswirkungen können beispielsweise in einer Vorverlagerung einer nicht angegurteten Versuchspuppe bestehen, die sich aufgrund der bremsbedingten Verzögerung vor der Kollision in einen kritischen Abstand zu einem sich kurze Zeit später entfaltenden Airbag vorverlagert haben kann (sogenannte „dynamische out-of-position“). Die Belastungen durch den sich entfaltenden Airbag auf die vorverlagerte Puppe können dann gemessen und ausgewertet werden.
Die Auswirkungen können aber z.B. bei einer angeschnallten Versuchspuppe auch darin liegen, dass die Gurtstraffer bei einer Notbremsung bereits reagieren und dies wiederum zu anderen, messbaren Belastungswerten für die Versuchspuppe während der Kollision führt.
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Durch die simulierte Notbremsung (Δt) zu einem Zeitpunkt TNB1 vor der eigentlichen Kollision zum Zeitpunkt TK sind somit dem Crash-Schlittenversuch wertvolle Hinweise über den Einfluss einer Notbremsung auf den gesamten Kollisionsverlauf ableitbar.
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Wie bereits erwähnt, lassen sich über die Einlese- oder Eingabeeinheit 11, 12 beliebige Verzögerungsprofile eingeben. Lediglich beispielhaft sind mögliche Verzögerungsprofile PNB1 bis PNB3 in den 2a bis 2c dargestellt, denen der zeitliche Verlauf eines Verzögerungswertes a über der Zeit t entnehmbar ist.
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So wird bei dem Verzögerungsprofil PNB1 in 2a zum Zeitpunkt TNB1 der Einleitung der Notbremsung zunächst ein „Bremsruck“ mit einer Verzögerung von etwa 0,1 g vollführt (vergleiche dreieckförmige Erhebung). Kurze Zeit später wird eine etwas länger andauernde Verzögerung von etwa 0,3 g vollführt, die anschließend auf eine Verzögerung von etwa 0,7 g ansteigt. Schließlich wird die Verzögerung auf etwa 1 g erhöht und dauert bis zum Zeitpunkt TNB2, welche das Ende der über den Zeitabstand Δt verlaufenden Notbremsung darstellt.
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Nach Ende der Notbremsung fällt die Beschleunigung wieder auf den Wert 0 ab, und der Schlitten 2 fährt zum Zeitpunkt TK mit in etwa konstanter Geschwindigkeit VNB2 in die Kollision hinein.
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Gemäß dem Verzögerungsprofil PNB2 in 2b wird der Schlitten 2 zu Beginn der Notbremsung (Zeitpunkt TNB1) bis auf etwa 0,7 g verzögert und bleibt auf diesem Wert bis zum Ende der Notbremsung zum Zeitpunkt TNB2.
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Schließlich zeigt das Verzögerungsprofil PNB3 in 2c noch ein weiteres, denkbares Verzögerungsprofil während einer simulierten Notbremsung. Dabei wird zu einem Zeitpunkt TNB1 über einen Zeitabstand Δt1 bis auf einen Verzögerungswert von etwa 0,7 g verzögert, dann über einen bestimmten Zeitabstand (Δt2 - Δt1) auf diesem Verzögerungswert gehalten und über einen weiteren Zeitabstand (Δt3 - Δt2) auf einen Verzögerungswert von etwa 1 g erhöht. Bis zum Ende der Notbremsung (Zeitpunkt TNB2) wird der Schlitten 2 in etwa auf diesem Verzögerungswert für den verbleibenden Zeitraum (Δt4 - Δt3) gehalten.
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Wie bereits erwähnt, kann die Notbremsung auch bis zum Beginn der Kollision andauern und somit temporär auch eine Überlagerung von Notbremsung und Kollision stattfinden. Dies lässt sich über entsprechende Eingabe von Parametern steuern.
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Die Vorgabe eines gewünschten Verzögerungsprofils kann höchst flexibel durch eingebbare Parameter erfolgen. So sind folgende Parameter über die Einheiten 11 und 12 in die Speichereinheit 10 eingeb- bzw. einlesbar:
- • der zeitliche Beginn der Verzögerung (TNB1)
- • der örtliche Beginn der Verzögerung (beispielsweise ein Abstand SNB des Schlittens 2 vom Bremsbock 6, vgl. 1)
- • die Dauer der Verzögerung (Δt) sowie
- • der Verlauf der Verzögerung über der Zeit (Wert der Verzögerung über bestimmte Zeitintervalle Δt1 bis Δtn innerhalb der Zeitdauer Δt der Notbremsung)
