DE102015014770A1

DE102015014770A1 - Verfahren zur Bestimmung elastischer Eigenschaften eines Kraftfahrzeug-Kabelbaums

Info

Publication number: DE102015014770A1
Application number: DE102015014770.6A
Authority: DE
Inventors: Meike Schaub
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2015-11-13
Filing date: 2015-11-13
Publication date: 2017-05-18
Also published as: US20170138829A1; CN106991203A

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung elastischer Eigenschaften eines Kraftfahrzeug-Kabelbaums mit den Schritten: – Messen zumindest einer elastischen Eigenschaft (T, B) zumindest eines Testkabels (11, 12) in Abhängigkeit einer auf das Testkabel (11, 12) einwirkenden Kraft, – Ermitteln zumindest einer elastischen Kenngröße (G, E, W, K) des Testkabels (11, 12) aus der Messung, und – rechnerisches Bestimmen zumindest einer elastischen Eigenschaft (T, B) eines mehrere Kabel (11, 12, 13) aufweisenden Kabelbaums (10) auf der Basis der zumindest einen ermittelten elastischen Kenngröße (G, E, W, K).

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft die Bestimmung, insbesondere die Simulation und Berechnung elastischer Eigenschaften von Kraftfahrzeugkomponenten, insbesondere von im Kraftfahrzeug anzuordnenden Kabelbäumen oder Kabelsträngen, die sich jeweils aus mehreren einzelnen Kabeln zusammensetzen.
Hintergrund
Kabelstränge oder Kabelbäume müssen zu ihrer Montage und Verlegung im Kraftfahrzeug vielfach an gegebene Geometrieanforderungen angepasst werden. Die geometrische Anpassung von aus mehreren Kabeln zusammengesetzten Kabelbäumen oder Kabelsträngen erfordert typischerweise ein bedarfsgerechtes Biegen des gesamten Kabelbaums, um diesen den gegebenen geometrischen Platzverhältnissen anpassen zu können. Hierbei treten vielfach elastische Deformationen ggf. auch plastische Deformationen auf.
Für eine virtuelle Analyse eines zu konzipierenden Kraftfahrzeugs ist es erforderlich, sämtliche Kraftfahrzeugkomponenten so realistisch als möglich in virtuellen Prototypen darzustellen. Mittels einer rechnergestützten und rein virtuellen Konzipierung eines Kraftfahrzeugs können etwaige Bauteilüberlappungen oder Kollisionen bereits vor der Entwicklung reeller Prototypen ermittelt werden. Dies ermöglicht es, Entwicklungskosten zu senken.
Um den Gesamtaufbau eines geplanten Fahrzeugs möglichst realistisch darzustellen, ist es ferner erforderlich, auch flexible Fahrzeugkomponenten, wie zum Beispiel Kabelbäume oder Kabelstränge möglichst reell zu simulieren. Um den rechnerischen Aufwand für die Simulation elastischer Eigenschaften von Kabelsträngen oder Kabelbündeln in Grenzen zu halten, ist es erstrebenswert, ein Modell für das elastische Verhalten unterschiedlich konfigurierter Kabelstränge bereitzustellen, welches das tatsächliche elastische Verhalten von Kabelsträngen möglichst gut und präzise widerspiegelt.
Für die Simulation elastischer Kraftfahrzeugkomponenten, wie etwa von Kabelbäumen oder Kabelsträngen, ist es ferner erstrebenswert, die für eine Dauerhaltbarkeit ungünstigen geometrischen Formen bereits simulationsbasiert zu ermitteln, um den Verschleiß derart flexibler Komponenten minimieren und die Dauerhaltbarkeit solcher Komponenten steigern zu können.
Vorteilhafte Ausgestaltungen
Zur Lösung dieser Aufgabe ist nach einem ersten Aspekt ein Verfahren zur Bestimmung elastischer Eigenschaften eines Kraftfahrzeug-Kabelbaums vorgesehen, welches zumindest die folgenden Schritte aufweist:

– Messen zumindest einer elastischen Eigenschaft zumindest eines Testkabels in Abhängigkeit einer auf das Testkabel einwirkenden Kraft,
– Ermitteln zumindest einer elastischen Kenngröße des Testkabels aus der Messung und
– rechnerisches Bestimmen zumindest einer elastischen Eigenschaft eines mehrere Kabel aufweisenden Kabelbaums auf der Basis der zumindest einen ermittelten elastischen Kenngröße.

Es ist hierbei insbesondere vorgesehen, dass durch die Messung eines Testkabels die das Testkabel charakterisierenden elastischen Kenngrößen ermittelt werden, sodass allein auf der Basis jener elastischen Kenngrößen die entsprechenden elastischen Eigenschaften eines mehrere solcher Testkabel aufweisenden Kabelbaums rein rechnerisch bestimmt oder simuliert werden können.
Als elastische Eigenschaften werden insbesondere eine Torsion oder eine Biegesteifigkeit der Testkabel gemessen. Die Biegesteifigkeit wird dabei insbesondere auf der Basis eines Dreipunkt-Biegeversuchs ermittelt, wobei das Kabel an zwei in Kabellängsrichtung voneinander beabstandeten Punkten aufliegt, und wobei eine externe Kraft radial von außen an einer solchen Stelle auf das Kabel einwirkt, welche sich zwischen den beiden Auflagepunkten befindet.
Nachdem auf diese Art und Weise zumindest ein Testkabel zumindest hinsichtlich einer elastischen Eigenschaft, etwa hinsichtlich einer Torsionkenngröße oder hinsichtlich einer Biegekenngröße charakterisiert wurde, kann mittels des hier vorgeschlagenen Verfahrens eine entsprechende elastische Kenngröße für den mehrere solche Testkabel aufweisenden Kabelbaum rein rechnerisch bestimmt werden.
Nach einer Weiterbildung hiervon ist insbesondere vorgesehen, dass mehrere Testkabel mit unterschiedlichen Kabelquerschnitten jeweils einzeln oder in Kabelbündeln gemessen werden. Die Vermessung mehrerer Testkabel mit jeweils unterschiedlichen Kabelquerschnitten ermöglicht eine spätere Interpolation oder Approximation, insbesondere von Kabeln, die einen Querschnitt aufweisen, der sich vom Querschnitt gemessener Testkabel unterscheidet. Wird beispielsweise eine elastische Kenngröße eines ersten Testkabels mit einem Querschnitt von 1 mm gemessen und wird ferner auch eine entsprechende elastische Kenngröße eines zweiten Testkabels, beispielsweise mit einem Durchmesser von 5 mm gemessen, so kann ausgehend von den gemessenen elastischen Kenngrößen für Testkabel mit unterschiedlichem Durchmesser entsprechende elastische Kenngrößen auch für Kabel berechnen, deren Durchmesser zwischen dem Durchmesser des ersten Testkabels und demjenigen des zweiten Testkabels liegt.
Beispielsweise kann auf der Basis der gemessenen Testkabel eine entsprechende elastische Eigenschaft eine Torsionskenngröße oder eine Biegekenngröße eines Kabels approximiert werden, dessen Durchmesser beispielsweise 2,5 mm beträgt.
Es ist ferner vorgesehen, dass nicht nur einzelne Testkabel, sondern dass auch ganze Bündel von Testkabeln gemessen werden. Insoweit kann auch für ein Kabelbündel eine einem einzelnen Testkabel entsprechende elastische Kenngröße, wie beispielsweise eine Torsionskenngröße oder eine Biegekenngröße ermittelt werden. Das elastische Verhalten einer Gruppe von Kabeln, etwa eines auf unterschiedlichste Art und Weise gebündelten Kabelstrangs oder Kabelbaums kann sich recht deutlich von der Summe der Eigenschaften derjenigen Einzelkabel unterscheiden, aus welchen das betreffende Kabelbündel oder die Gruppe von Kabeln zusammengesetzt ist. Ja nach Bündelung führen Reibungskräfte zwischen einzelnen Kabeln zu einem gänzlich anderen Biege- und Torsionsverhalten des betreffenden Kabelbündels im Vergleich zum entsprechenden elastischen Verhalten der Einzelkabel.
Durch Messen und Charakterisieren sowohl von einzelnen Testkabeln als auch einzelnen Kabelbündeln können hier jeweils kabel- oder kabelbündelspezifische elastische Kenngrößen empirisch ermittelt werden, auf Basis derer eine Approximation oder Simulation von Kabeln oder Kabelsträngen hinsichtlich ihres elastischen Verhaltens vorgenommen werden kann, welche konkret im Kraftfahrzeug Verwendung finden sollen, und welche hinsichtlich ihrer elastischen Eigenschaften nicht vorab in der Praxis untersucht wurden.
Nach einer weiteren Ausgestaltung werden mehrere Testkabel oder mehrere Kabelbündel mit jeweils einer unterschiedlichen Ummantelung gemessen. Als Ummantelung kommen insbesondere unterschiedliche Gruppen von Ummantelungen infrage, wobei innerhalb jeder Gruppe von Ummantelungen unterschiedliche Ummantelungstypen vorgesehen sein können. Als unterschiedliche Gruppen von Ummantelungen kommen einerseits z. B. gewickelte, beispielsweise mit spiralförmig verlaufenden Bändern umwickelte Ummantelungen, andererseits aber auch Rohrummantelungen, beispielsweise Rillrohrummantelungen, infrage.
Innerhalb einer wicklungsbasierten Ummantelungsgruppe sind unterschiedliche Wicklungstypen, beispielsweise die Verwendung unterschiedlicher Bänder mit unterschiedlichen elastischen oder plastischen Eigenschaften sowie unterschiedlichen Geometrien denkbar. Zudem kann die Art und Weise der Wicklung unterschiedlich ausgestaltet sein. Spiralförmige Wicklungen können unterschiedliche Überlappungsgrade zwischen in Axialrichtung oder Kabellängsrichtung aufeinanderfolgenden Wicklungen aufweisen. Ferner sind bezogen auf die Kabellängsrichtung sowohl vollständige Kabelumwicklungen aber auch nur bereichsweise Kabelumwicklungen denkbar. Indem einzelne Testkabel oder Kabelbündel mit jeweils unterschiedlicher Ummantelung gemessen werden, können die elastischen Eigenschaften des Kabelbaums ummantelungsgruppenspezifisch und/oder ummantelungstypspezifisch rein rechnerisch ermittelt werden.
Auf diese Art und Weise können unterschiedlichste Gruppen und Typen von Ummantelungen, welche unterschiedlichste elastische Eigenschaften eines betreffenden Kabelbaums bewirken oder beeinflussen können, mit einem vergleichsweise geringen rechnerischen Aufwand bei der Simulation oder bei der Berechnung der zumindest einen elastischen Eigenschaft eines Kabelbaums vergleichsweise präzise berücksichtigt werden.
Nach einer weiteren Ausgestaltung wird auf der Basis der ermittelten elastischen Kenngrößen zumindest eine elastische Eigenschaft zumindest eines sich vom Testkabel unterscheidenden Kabels oder zumindest eine elastische Eigenschaft eines Kabelbündels oder des Kabelbaums aus der zumindest einen zuvor aus den gemessenen Kabeln bestimmten elastischen Kenngröße durch Approximation oder Interpolation ermittelt. Die jeweiligen Geometrieparameter der Testkabel als auch nicht gemessener, sondern hinsichtlich ihrer elastischen Kenngröße rein rechnerisch bestimmter Kabel oder Kabelbäume können hierbei ferner berücksichtigt werden.
Im vorliegenden Kontext wird mit einem Kabelbündel eine Gruppe einzelner Kabel, mit einem Kabelbaum ein mit einer Ummantelung versehenes Kabelbündel bezeichnet Zudem können die Geometrieparameter, insbesondere die Anzahl als auch der Querschnitt der zum nicht gemessenen Kabelbaum oder Kabelstrang gehörenden einzelnen Kabel als Eingabeparameter zur rein rechnergestützten Bestimmung der elastischen Eigenschaften des betreffenden Kabelbaums verwendet werden.
Nach einer weiteren Ausgestaltung wird als elastische Kenngröße eine Torsion des zumindest einen Testkabels in Abhängigkeit eines Torsionsmoments gemessen, welches als eine auf das jeweilige Testkabel einwirkende Kraft fungiert. Auf diese Art und Weise wird eine Torsionskenngröße als elastische Kenngröße ermittelt, welche einen linearen Zusammenhang zwischen der Torsion und dem Torsionsmoment angibt. Mit anderen Worten wird für die Messung der Torsion des Testkabels von einem linearen Zusammenhang zwischen Torsion und Torsionsmoment ausgegangen. Die zu ermittelnde Torsionskenngröße stellt insoweit eine Steigung eines linearen Zusammenhangs zwischen Torsion und Torsionsmoment dar.
Insoweit ist die Torsion des Testkabels allein hinsichtlich eines einzigen Torsionsparameters, nämlich einer Torsionskenngröße G zu charakterisieren. Dies ermöglicht eine vergleichsweise einfache Berechnung der Torsion eines nicht gemessenen Kabels oder eines mehrere solche Kabel aufweisenden Kabelbaums.
Nach einer weiteren Ausgestaltung wird als elastische Kenngröße des Testkabels eine Biegung des Testkabels in Abhängigkeit eines auf das Testkabel einwirkenden Biegemoments gemessen. Auf diese Art und Weise wird zumindest eine Biegekenngröße als elastische Kenngröße ermittelt, welche einen linearen Zusammenhang zwischen der Biegung und dem jeweils vorherrschenden Biegemoment angibt. Die Bestimmung der Biegekenngröße erfolgt typischerweise auf der Basis eines bereits beschriebenen Dreipunkt-Biegeversuchs. Auch für die Biegekenngröße kann von einem linearen Zusammenhang zwischen der Biegung und dem Biegemoment ausgegangen werden. Ein derart linearer Zusammenhang eignet sich insbesondere für die Annahme eines isotropen oder linearen Biegeverhaltens eines Kabels bzw. eines aus mehreren Kabeln zusammengesetzten Kabelbaums.
Nach einer weiteren Ausgestaltung ist ferner vorgesehen, die Biegung des Testkabels in Abhängigkeit des Biegemoments derart zu messen, um zumindest zwei Biegekenngrößen als elastische Kenngrößen zu ermitteln, welche jeweils einen linearen Zusammenhang zwischen der Biegung und dem Biegemoment für unterschiedliche Bereiche des Biegemoments angeben. Auf diese Art und Weise kann ein plastisches oder pseudoplastisches Biegeverhalten eines Kabelstrangs simuliert werden, welches dem tatsächlichen biegeelastischen Verhalten eines aus mehreren Kabeln zusammengesetzten Kabelstrangs recht nahe kommt.
In der Praxis zeigt sich nämlich, dass der Grad der Biegung eines Kabelstrangs bei einem stetig größer werdenden Biegemoment, keinen linearen Verlauf aufweist, sondern abnimmt. Der funktionale Zusammenhang zwischen der Biegung und dem Biegemoment kann ansatzweise durch zwei Geraden approximiert oder simuliert werden, wobei die Geradensteigung in einem unteren Bereich des Biegemoments typischerweise größer ist als in einem oberen Bereich des Biegemoments. Für die Charakterisierung des Biegeverhaltens eines Testkabels sind insoweit zumindest zwei Biegekenngrößen aus den gemessenen Messdaten sowie ein Schnittpunkt oder ein Übergangsbereich zwischen den beiden unterschiedlichen elastischen Verhalten zu bestimmen. Auf diese Art und Weise wird es ermöglicht, nicht nur ein linear elastisches Verhalten eines Kabelbaums, sondern auch ein pseudoplastisches Biegeverhalten eines Kabelbaums zu simulieren.
Nach einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, dass aus der zumindest einen gemessenen elastischen Eigenschaft eine Reihe von Testkabeln und den jeweils zugehörigen elastischen Kenngrößen und den betreffenden Geometrieparametern der Testkabel eine Funktion mit einer Reihe von Koeffizienten bestimmt wird, anhand welcher zumindest eine elastische Kenngröße eines nicht gemessenen Kabels oder eines nicht gemessenen Kabelbündels bzw. Kabelstrangs bestimmbar ist. Die Funktion kann mehrere Summanden aufweisen, welche jeweils mit einem der Koeffizienten zu multiplizieren sind. Die Summanden beruhen auf den gemessenen elastischen Eigenschaften der Testkabel sowie auf den geometrischen Eigenschaften des betreffenden Kabelstrangs, insbesondere auf der Anzahl der zum Kabelstrang beitragenden Testkabel sowie deren Querschnittsfläche.
Nach einer weiteren Ausgestaltung ist zumindest einer der Koeffizienten von der jeweiligen Ummantelung abhängig. Das heißt, einer jener Koeffizienten ist ein reiner Ummantelungsparameter. Insoweit wird für unterschiedliche Ummantelungsgruppen oder Ummantelungstypen jeweils eine ummantelungstypspezifische oder ummantelungsgruppenspezifische Funktion ermittelt und für die Simulation der elastischen Eigenschaften eines Kabelbündels oder Kabelbaums bereitgestellt.
Nach einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens weist die Funktion F₁ für einen Kabelbaum mit einem Kabelbündel mit einer Ummantelung des Typs i den folgenden Aufbau auf: logP = c_1i + c_2ilogD + c₃log²D + c₄log³D + c₅log A.
Hierbei sind in den Koeffizienten c₃, c₄ und c₅ jeweils sämtliche Umwicklungstypen zusammengefasst. Ferner ist
wobei n_i die Anzahl der Kabel des Typs i angibt und d_i die jeweils gemessene elastische Eigenschaft, z. B. eine gemessene Biege- oder Torsionssteifigkeit des einzelnen Testkabels darstellt. Es gilt ferner
wobei α_i der nominale Querschnitt des Kabels des Typs i ist und N die Gesamtzahl aller zum Kabelbaum oder Kabelbündel gehörender Kabel ist. Der Parameter P steht ferner als Platzhalter für eine für den Kabelbaum jeweils zu bestimmende elastische Kenngröße G, E oder K.
Es werden ferner sämtliche Ummantelungstypen einer Ummantelungsgruppe in ein und derselben Funktion zusammengefasst. Lediglich die Koeffizienten c_1i und c_2i sind separate Konstanten, die für jeden Ummantelungstyp charakteristisch und unterschiedlich sind. Für eine auf Bandumwicklung basierte Gruppe von Kabelbäumen kann auf diese Art und Weise ein und dieselbe Funktion verwendet werden. Die einzelnen unterschiedlichen Wicklungstypen i werden durch die Koeffizienten c_1i und C_2i charakterisiert. Eine vergleichbare Funktion kann hingegen für eine andere Gruppe von Ummantelungen empirisch und numerische Approximation ermittelt werden, welche beispielsweise Rillrohrummantelungen betrifft.
Nach einer alternativen Ausgestaltung des Verfahrens weist die weitere Funktion F₂ den folgenden Aufbau auf: logP = c_1i + c_2ilogD + c₃log²D + c₄log³A + c₅logN.
Gegenüber der Funktion F₁ weist die Funktion F₂ eine stets geforderte Monotonie auf. Die Funktion F₁ kann im Hinblick auf die gemessenen Parameter einen geringfügig geringeren Approximationsfehler als die Funktion F₂ aufweisen.
Beide Funktionen F₁ und F₂ sind unabhängig voneinander als Ansatzfunktionen für die elastische Approximation des Kabelbaums verwendbar. Sie sind gleichermaßen für verschiedene elastische Kenngrößen G, E und K verwendbar. Wird die Funktion F₁ oder F₂ beispielsweise zur Approximation der Torsionseigenschaften G des Kabelbaums verwenden so wird ein der Torsion des jeweiligen Testkabels entsprechender elastischer und gemessener Parameter d verwendet. Selbiges trifft auch für die Berechnung und Approximation der elastischen Paramater E und K zu.
Nach einer weiteren Ausgestaltung wird zumindest eine der Funktionen F₁, F₂ jeweils für zumindest zwei unterschiedliche Gruppen von Ummantelungen, nämlich Wicklungsummantelungen oder Rohrummantelungen bestimmt. Innerhalb einer Gruppe von Wicklungsummantelungen oder Rohrummantelungen kann eine der Funktionen F₁, F₂ für sämtliche unterschiedliche Ummantelungstypen verwendet werden, wobei insbesondere die Koeffizienten c_1i, c_2i den jeweiligen Ummantelungstyp charakterisieren.
Nach einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ferner ein Verfahren zur Entwicklung eines Kraftfahrzeugs, wobei zumindest eine elastische Eigenschaft eines im Kraftfahrzeug zu montierenden Kabelbaums mit einem zuvor beschriebenen Verfahren bestimmt wird. Das Verfahren eignet sich insbesondere für die möglichst realistische Simulation eines Kraftfahrzeugs, insbesondere vor Realisierung eines reell existierenden Prototyps.
Nach einem weiteren Aspekt ist schließlich ein Computerprogramm zur Bestimmung elastischer Eigenschaften eines Kraftfahrzeug-Kabelbaums vorgesehen. Das Computerprogramm umfasst dabei:

– Programmmittel zum Messen zumindest einer elastischen Eigenschaft zumindest eines Testkabels in Abhängigkeit einer auf das Testkabel einwirkenden Kraft,
– Programmmittel zum Ermitteln zumindest einer elastischen Kenngröße des Testkabels aus der computergestützten Messung und
– Programmmittel zum rechnerischen Bestimmen zumindest einer elastischen Eigenschaft eines mehrere Kabel aufweisenden Kabelbaums auf der Basis der zumindest einen ermittelten elastischen Kenngröße.

Mit anderen Worten ist das Computerprogramm zur rechnergestützten Umsetzung des zuvor beschriebenen Verfahrens ausgestaltet. Insoweit gelten sämtliche zuvor beschriebenen Verfahrensschritte sowie Merkmale des Verfahrens auch gleichermaßen für das Computerprogramm.
Kurzbeschreibung der Figuren
Weitere Ziele, Merkmale sowie vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens und des Computerprogramms werden in der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert. Hierbei zeigen:
1 eine schematische Seitenansicht eines Kraftfahrzeugs,
2 einen Querschnitt durch einen aus mehreren Kabeln zusammengesetzten Kabelbaum,
3 einen linearen Zusammenhang zwischen einer Torsion eines Testkabels und einem Torsionsmoment,
4 einen nichtlinearen, jedoch durch zwei lineare Bereiche gekennzeichneten Zusammenhang zwischen der Biegung eines Testkabels und dem auf das Testkabel einwirkenden Biegemoment,
5 eine rechnergestützte Approximation eines abschnittsweise linearen Biegeverhaltens auf der Basis von Messdaten, die mit einem Testkabel ermittelt wurden, und
6 ein Flussdiagramm des Verfahrens zur Bestimmung der elastischen Eigenschaft eines Kraftfahrzeug-Kabelbaums.
Detaillierte Beschreibung
In 1 ist in schematischer Seitenansicht ein Kraftfahrzeug 1 mit einer Kraftfahrzeugkarosserie 2 und mit einer Fahrgastzelle gezeigt, welche einen Kraftfahrzeuginnenraum 3 nach außen hin begrenzt. Ferner ist mit Bezugszeichen 10 ein im Kraftfahrzeug 1 verlaufender Kabelbaum 10 schematisch dargestellt.
2 zeigt einen solchen Kabelbaum 10 im Querschnitt. Der Kabelbaum weist mehrere einzelne Kabel 11, 12, 13 auf, die mehr oder minder regelmäßig oder unregelmäßig aneinander anliegend angeordnet sind und welche mit einer umlaufenden Ummantelung 30 versehen sind. Die Ummantelung 30 kann beispielsweise als bandförmige Umwicklung die Kabel 11, 12, 13 in der in 2 gezeigten Form und Anordnung halten. Alternativ sind jedoch auch flexible Rohre oder Schläuche vorgesehen, die die einzelnen Kabel 11, 12, 13 des Kabelbaums 10 zumindest in Längsrichtung der Kabel 11, 12, 13 bereichsweise einfassen.
Das Verfahren zur Bestimmung der elastischen Eigenschaften eines Kraftfahrzeug-Kabelbaums 10 dient insbesondere zur Simulation des elastischen Verhaltens beim Verlegen des Kabelbaums 10 im Kraftfahrzeug 1. Insoweit ist gemäß dem Flussdiagramm nach 6 vorgesehen, dass in einem ersten Schritt 100 zumindest eine elastische Eigenschaft, beispielsweise die Torsion T oder die Biegung B eines oder mehrerer Testkabel 11, 12 gemessen wird. Auf der Basis einer Messung, im Zuge welcher beispielsweise die Torsion in Abhängigkeit eines Torsionsmoments oder die Biegung in Abhängigkeit eines Biegemoments gemessen wird, können entsprechende, die Torsion oder die Biegung charakterisierende elastische Kenngrößen des betreffenden Testkabels 11, 12 im nachfolgenden Schritt 102 ermittelt werden.
Auf der Basis jener empirisch ermittelter Kenngrößen kann alsdann in einem nachfolgenden Schritt 104 eine betreffende elastische Eigenschaft, so beispielsweise eine Torsion oder eine Biegung eines mehrere Kabel 11, 12, 13 aufweisenden Kabelbaums 10 rechnerisch ermittelt werden.
Auf diese Art und Weise kann durch Messung der elastischen Eigenschaften und Bestimmung der die Elastizität der betreffenden Testkabel 11, 12 charakterisierenden Kenngrößen eine vergleichsweise große und heterogene Gruppe unterschiedlichst konfigurierter Kabelbäume 10 hinsichtlich ihres elastischen Verhaltens berechnet und simuliert werden. Der hierfür erforderliche rechnerische Aufwand ist dabei bedeutend geringer, als wenn elastische Eigenschaften jedes einzelnen Kabels und seine Wechselwirkung mit anderen Kabeln eines Kabelbaums separat und jeweils individuell rechnerisch bestimmt werden würde.
In 3 ist der hier anzunehmende lineare Verlauf einer Torsion T in Abhängigkeit eines auf ein Testkabel 11, 12 einwirkenden Torsionsmoments TM gezeigt. Es ergibt sich bei der Messung eines Testkabels 11, 12 annähernd eine gerade Kennlinie, welche insoweit eine Torsionskenngröße G charakterisiert und bestimmt. Für die Biegung B eines Testkabels 11, 12 kann ebenfalls ein ähnlich linearer Verlauf einer Biegekenngröße angenommen werden. Insoweit kann ein linearer Zusammenhang zwischen der Biegung B und dem Biegemoment BM, mithin ein isotropes Biegeverhalten eines einzelnen Testkabels 11, 12 sowie eines Kabelbaums 10 zugrunde gelegt werden.
In 4 wird jedoch ein anisotropes, pseudoplastisches Verhalten einer Biegung eines Testkabels 11, 12 gezeigt. Die Biegung B verläuft mit ansteigendem Biegemoment BM bis zu einem Punkt W der Biegung annähernd linear. Jener lineare Bereich kann mit einer Biegekenngröße E charakterisiert werden. Für Biegungsgrade B größer dem Grenzwert W, weist die Kennlinie jedoch einen flacheren Verlauf auf. Dort ist folglich ein hinsichtlich ihrer Größe geringere Steigung oder eine geringere Biegekenngröße K anzunehmen. In 5 sind mehrere Kennlinien 21, 22, 23, 24, 25 eines Testkabels 11 gezeigt, die den Zusammenhang zwischen einem auf das Testkabel 11 einwirkenden Biegemoment BM oder Kraft und der hieraus resultierenden Biegung B zeigen. Es ist ferner der Grenzwert W angegeben, unterhalb welchem das Biegeverhalten linear auf der Basis der Biegekenngröße E approximiert ist.
Oberhalb jenes Grenzwerts W für die Biegung B wird das Biegeverhalten mit einer weiteren Biegekenngröße K ebenfalls linear und in Form einer Geraden beschrieben.
Derartige, in 5 gezeigte Diagramme werden für eine Vielzahl unterschiedlichster Testkabel 11, 12 mit jeweils unterschiedlichen Querschnitten, unterschiedlichen Ummantelungstypen sowie unterschiedlichen Ummantelungsgruppen durchgeführt. Entsprechende Messungen werden sowohl hinsichtlich der Torsion als auch hinsichtlich der Biegung durchgeführt, sodass sowohl für das Biegeverhalten als auch für das Torsionsverhalten die zuvor genannten Funktionen oder Gleichungen F₁ oder F₂ zur Charakterisierung und zur Beschreibung des jeweiligen elastischen Verhaltens zugrundegelegt werden können.
Auf der Basis der Testkabel 11, 12 können die Kenngrößen E, W und K sowie G im Falle einer Torsion ermittelt werden. Rechnergestützt können alsdann für die unterschiedlichsten Testkabel sowie für diverse Ummantelungstypen jeweils einer Ummantelungsgruppe die Koeffizienten c1_i, c2_i, c3, c4 und c5 numerisch ermittelt werden. Ist eine Funktion F₁ oder F₂ einmal auf der Basis der Testkabel 11, 12 bestimmt, kann für einen Kabelsatz mit einer bekannten Anzahl von unterschiedlich dimensionierten Kabeln, insbesondere mit einer Anzahl von Kabeln mit unterschiedlichen Querschnitten jeweils ummantelungstypspezifisch die jeweilige elastische Kenngröße, insbesondere E, G oder K rechnerisch ermittelt werden.
Für unterschiedliche Ummantelungsgruppen, beispielsweise für auf Rohren basierenden Ummantelungen oder auf wicklungsbasierten Ummantelungen können jeweils gesondert unterschiedliche Funktionen F₁ oder F₂ auf der Basis entsprechender Testkabel bestimmt werden.
Das Messen der zumindest einen elastischen Eigenschaft der Testkabel 11, 12, das Ermitteln zumindest einer elastischen Kenngröße des betreffenden Testkabels, die Bestimmung der Koeffizienten c1, c2, c3, c4, c5 sowie der Funktionen F₁ oder F₂ als auch die Bestimmung von elastischen Kenngrößen nicht gemessenen Kabeln 13, Kabelbündel 20 oder Kabelbäumen 10 erfolgt rechnergestützt. Insoweit ist das zuvor beschriebene Computerprogramm dazu ausgelegt, sämtliche hier beschriebenen Verfahrensschritte durchzuführen und die elastischen Eigenschaften von Kabelbäumen auf der Basis der zuvor ermittelten Funktionen F₁ oder F₂ rechnergestützt zu bestimmen. Hierbei kann insbesondere eine Methode der kleinsten Fehlerquadrate Verwendung finden.
Die dargestellten Ausführungsformen zeigen lediglich mögliche Ausgestaltung der Erfindung zu welcher weitere zahlreiche Varianten denkbar und im Rahmen der Erfindung sind. Die exemplarisch gezeigten Ausführungsbeispiele sind in keiner Weise hinsichtlich des Umfangs, der Anwendbarkeit oder der Konfigurationsmöglichkeiten der Erfindung als einschränkend auszulegen. Die vorliegende Beschreibung zeigt dem Fachmann lediglich eine mögliche Implementierung eines erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels auf. So können an der Funktion und Anordnung von beschriebenen Elementen vielfältigste Modifikationen vorgenommen werden, ohne hierbei den durch die nachfolgenden Ansprüche definierten Schutzbereich oder dessen Äquivalente zu verlassen.
Bezugszeichenliste

1: Kraftfahrzeug
2: Kraftfahrzeugkarosserie
3: Innenraum
10: Kabelbaum
11: Testkabel
12: Testkabel
13: Kabel
20: Kabelbündel
21: Kennlinie
22: Kennlinie
23: Kennlinie
24: Kennlinie
25: Kennlinie
30: Ummantelung

Claims

Verfahren zur Bestimmung elastischer Eigenschaften eines Kraftfahrzeug-Kabelbaums mit den Schritten: – Messen zumindest einer elastischen Eigenschaft (T, B) zumindest eines Testkabels (11, 12) in Abhängigkeit einer auf das Testkabel (11, 12) einwirkenden Kraft, – Ermitteln zumindest einer elastischen Kenngröße (G, E, W, K) des Testkabels (11, 12) aus der Messung, und – rechnerisches Bestimmen zumindest einer elastischen Eigenschaft (T, B) eines mehrere Kabel (11, 12, 13) aufweisenden Kabelbaums (10) auf der Basis der zumindest einen ermittelten elastischen Kenngröße (G, E, W, K).
Verfahren nach Anspruch 1, wobei mehrere Testkabel (11, 12) mit unterschiedlichen Kabelquerschnitten (a) jeweils einzeln oder in Kabelbündeln (20) gemessen werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei mehrere Testkabel (11, 12) oder mehrere Kabelbündel (20) mit jeweils einer unterschiedlicher Ummantelung (i) gemessen werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei auf der Basis der ermittelten elastischen Kenngrößen (G, E, W, K) zumindest eine elastische Eigenschaft (T, B) zumindest eines sich vom Testkabel unterscheidenden Kabels (13) oder sich von einem Testbündel unterscheidenden Kabelbündels (20) aus der zumindest einen elastischen Kenngröße (G, E, W, K) durch Approximation oder Interpolation ermittelt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei als elastische Kenngröße eine Torsion (T) des Testkabels (11, 12) in Abhängigkeit eines Torsionsmoments (TM) gemessen wird um eine Torsionskenngröße (G) als elastische Kenngröße zu ermitteln, welche einen linearen Zusammenhang zwischen der Torsion (T) und dem Torsionsmoment (TM) angibt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei als elastische Kenngröße eine Biegung (B) des Testkabels (11, 12) in Abhängigkeit eines auf das Testkabel (11, 12) einwirkenden Biegemoments gemessen wird um zumindest eine Biegekenngröße (E, K) als elastische Kenngröße zu ermitteln, welche einen linearen Zusammenhang zwischen der Biegung (B) und dem Biegemoment (BM) angibt.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei die Biegung (B) des Testkabels (11, 12) in Abhängigkeit des Biegemoments gemessen wird, um zumindest zwei Biegekenngrößen (E, K) als elastische Kenngrößen zu ermitteln, welche jeweils einen linearen Zusammenhang zwischen der Biegung (B) und dem Biegemoment (BM) für unterschiedliche Bereiche des Biegemoments (BM) angeben.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei aus der zumindest einen gemessen elastischen Eigenschaft einer Reihe von Testkabeln (11, 12) und den jeweils zugehörigen elastischen Kenngrößen (G, E, K) und Geometrieparametern (n, a) eine Funktion (F₁, F₂) mit einer Reihe von Koeffizienten (c1, c2, c3, c4, c5) bestimmt wird, anhand welcher zumindest eine der elastischen Kenngrößen (G, E, K) eines nicht gemessenen Kabels (13) oder eines nicht gemessenen Kabelbündels (20) bestimmbar sind.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei zumindest einer der Koeffizienten (c1) von der jeweiligen Ummantelung (30) abhängig ist.
Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, wobei die Funktion (F₁) für einen Kabelbaum (10) mit einer Ummantelung (30) des Typs i den folgenden Aufbau aufweist: logP = c_1i + c_2ilogD + c₃log²D + c₄log³D + c₅logA mit P = G, E oder K; wobei
mit n. als der Anzahl der Kabel des Typs i, d_i der gemessenen elastische Eigenschaft eines Testkabels (11, 12), mit
wobei α_i der nominale Querschnitt des Kabels des Typs i ist und N die Gesamtzahl aller zum Kabelbaum gehörender Kabel ist.
Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, wobei die Funktion (F₂) für einen Kabelbaum (10) mit einer Ummantelung (30) des Typs i den folgenden Aufbau: logP = c_1i + c_2ilogD + c₃log²D + c₄log³A + c₅logN aufweist.
Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, wobei zumindest die Funktion (F) jeweils für zumindest zwei unterschiedliche Gruppen von Ummantelungen (30), nämlich Wicklungsummantelungen und Rohrummantellungen bestimmt wird.
Verfahren zur Entwicklung eines Kraftfahrzeugs, wobei zumindest eine elastische Eigenschaft (G, E) eines im Kraftfahrzeug zu montierenden Kabelbaums (10) vor einem Einbau im Kraftfahrzeug (1) mittels eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche bestimmt wird.
Computerprogramm zur Bestimmung elastischer Eigenschaften eines Kraftfahrzeug-Kabelbaums (10) umfassend: – Programmmittel zum Messen zumindest einer elastischen Eigenschaft (T, B) zumindest eines Testkabels (11, 12) in Abhängigkeit einer auf das Testkabel (11, 12) einwirkenden Kraft, – Programmmittel zum Ermitteln zumindest einer elastischen Kenngröße (G, E, W, K) des Testkabels (11, 12) aus der Messung, und – Programmmittel zum Bestimmen zumindest einer elastischen Eigenschaft (T, B) eines mehrere Kabel (11, 12, 13) aufweisenden Kabelbaums (10) auf der Basis der zumindest einen ermittelten elastischen Kenngröße (G, E, W, K).