DE19511422A1 - Kraftfahrzeug-Kollisionssimulator und Kraftfahrzeug-Kollisionssimulationstestverfahren - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Kraftfahrzeug-Kollisions­ simulator und ein Kraftfahrzeug-Kollisionssimulationstest­ verfahren für die zerstörungsfreie Prüfung eines Kraftfahr­ zeugs.

Im allgemeinen werden Kraftfahrzeug-Kollisionstests (sog. "Crash-Tests") hauptsächlich in einen tatsächlichen Kollisionstest zur Bewertung der Aufprall(zerstörungs)größen und der verbleibenden Fahrgastzelle und in eine zerstörungs­ freie Kollisionsbeschleunigungssimulation (d. h. zerstörungs­ freie Kollisions-G-Simulation) für die Bewertung der Fahr­ gast-Schutzvorrichtungen, typischerweise sog. Airbagsystem und Sitzgurt, eingeteilt.

Die Erfindung bezieht sich auf die letztere Kategorie, d. h. den zerstörungsfreien Kollisionsbeschleunigungs- oder -G-Simulator (nämlich die zerstörungsfreie Kollisions-G- Simulation). In dem mit diesem G-Simulator (d. h. Beschleuni­ gungssimulator) durchgeführten Tests wird eine Soll- bzw. Zielbeschleunigung oder auch Aufprallbeschleunigung (durch die Kollision verursachte Verzögerung) auf eine starr kon­ struktierte Fahrgastzelle einer Rohkarosserie (Testaufbau) mit Fahrzeugrädern ausgeübt, wobei die durch Fahrgastschutz­ vorrichtungen oder die Fahrgastzellenauslegung bei der Kolli­ sion auf eine(n) sog. "Dummy" (Versuchspuppe) ausgeübte Wir­ kung für die Entwicklung eines sichereren Fahrzeugs ausge­ wertet wird.

Herkömmlicherweise wurde ein solcher Test mittels eines in Fig. 9 gezeigten mechanischen Systems durchgeführt.

Dabei wird ein Versuchskörper 1, z. B. eine Rohkarosserie mit Rädern, in welchem (welcher) eine Versuchspuppe oder eine Fahrgastschutzvorrichtung bzw. ein -rückhaltesystem angeord­ net ist, mittels einer Winde 2 o. dgl. über ein Stahlseil 13 gezogen. Sodann wird der Versuchskörper 1 mittels an einer Wand 4 o. dgl. befestigter mechanischer Stopper 5, wie Leit­ kissen (lead pad), Hydraulikdämpfer o. dgl. zerstörungsfrei gestoppt, so daß die Zielbeschleunigung im Fahrgast-Zellen­ teil des Versuchskörpers 1 erzeugt wird, wenn auf einer Fahrbahn 3 eine Zielgeschwindigkeit erreicht wird.

Dieses herkömmliche Testverfahren krankt an den folgen­ den, noch zu lösenden Problemen:

• 1. Bei jedesmaliger Änderung der Testbedingungen ist eine Einstellung der mechanischen Stopper erforderlich. Zudem ist der Zeitverlust aufgrund des Versuch-und-Irrtum-Testverfah­ rens groß; eine Beschleunigungskurvenformpräzision und ihre Reproduzierbarkeit sind beeinträchtigt.
• 2. Es besteht die Gefahr für eine Beschädigung des Ver­ suchskörpers.
• 3. Die Fahrstrecke ist lang (sie beträgt im allgemeinen etwa 100 m). Aus diesem Grund ist ein großes Versuchsgelände nötig.

Aufgrund dieser Probleme ist der Test mit dem herkömmli­ chen zerstörungsfreien Kollisions-G-Simulator mit zwei Haupt­ schwierigkeiten behaftet, nämlich erhöhten Testkosten als Folge einer größeren Zahl von Versuchskörpern, einer langen Test zeit und eines großen Versuchsgeländes sowie einem Problem, das bei der Testauswertung durch die Beschleuni­ gungskurvenformpräzision o. dgl. hervorgerufen wird. Zur Senkung der Kosten für Kraftfahrzeuge mit Fahrgastschutzvor­ richtungen besteht ein weltweiter Bedarf nach der Bereit­ stellung eines neuartigen Beschleunigungs- bzw. G-Simulators, der die geschilderten Probleme zu überwinden vermag.

Im Hinblick auf die geschilderten Mängel (des Stands der Technik) besteht eine Aufgabe der Erfindung in der Schaffung eines Kraftfahrzeug-Kollisionssimulators und eines Kraftfahr­ zeug-Kollisionssimulationstestverfahrens, mit denen die Kosten für den zerstörungsfreien Kraftfahrzeug-Kollisionstest gesenkt und die Testgenauigkeit verbessert werden können.

Gegenstand der Erfindung ist ein Kraftfahrzeug-Kolli­ sionssimulator, umfassend: einen elektrohydraulischen Servo­ betätiger, um dem Versuchskörper mit Rädern durch Stoßen (pushing) des Versuchskörpers eine Soll- bzw. Zielverzögerung zu erteilen, eine Reglereinheit zum Regeln oder Ansteuern des elektrohydraulischen Servobetätigers und ein Beschleunigungs­ regelsystem mit einer Eingangssignalgeneratoreinheit zum Liefern eines Eingangssignals für die Bestimmung der Ziel­ verzögerung zur Reglereinheit. Der Kraftfahrzeug-Kollisions­ simulator kann ferner gekennzeichnet sein durch einen Stoß­ dämpfer zum Stoppen oder Anhalten des Versuchskörpers, der sich nach dem Stoßen durch den elektrohydraulischen Servo­ betätiger mit einer konstanten Geschwindigkeit bewegt. Der Kraftfahrzeug-Kollisionssimulator ist dadurch gekennzeichnet, daß der Versuchskörper (einen) Sitzgurt(e), Sitze, eine Instrumententafel und einen Handgriff enthält und eine Ver­ suchspuppe (ein "Dummy") auf dem Sitz mittels des Sitzgurts fixiert ist.

Beim Kraftfahrzeug-Kollisionssimulator mit dem oben umrissenen Aufbau wird der Kolben mit einer harten bzw. festen Stelle des Versuchskörpers in Berührung gebracht, während sich der Kolben des Betätigers oder Stelltriebs (actuator) am unteren Totpunkt des Einfahrhubs befindet. Um unter diesen Bedingungen die Zielbeschleunigung (eine Verzögerung des Versuchskörpers, d. h. des Fahrzeugs) dem Versuchskörper zu erteilen, wird letzterer durch Betätigung des Kolbens unter der Steuerung der Reglereinheit durch das Beschleunigungssteuersystem gestoßen (pushed). Wenn die Beschleunigung des Versuchskörpers sowie die Zielbeschleuni­ gungsgeschwindigkeit zu "Null" werden und der Versuchskörper die Höchstgeschwindigkeit erreicht, wird die Betätigung des Kolbens gestoppt. Der Versuchskörper trennt sich somit vom Kolben und nimmt unter der Trägheit praktisch eine Linear­ bewegung gleichbleibender Geschwindigkeit, d. h. konstanter Geschwindigkeit (isovelocity linear motion) an. Dieser Be­ schleunigungs-"0"-Zustand (0 G-Zustand) entspricht der tat­ sächlichen oder Ist-Geschwindigkeit "0" des Fahrzeugs nach der Kollision, d. h. dem Stoppzustand des Fahrzeugs, und ist Teil der Test- oder Versuchsauswertungsperiode, während welcher sich die Versuchspuppe im Versuchsaufbau (in der Fahrgastzelle) noch in Bewegung befindet.

Abhängig vom Ziel des Tests sind ferner die Sitzgurte, die Sitze, die Instrumententafel und der Handgriff (handle) im Versuchskörper vorgesehen, wobei die Versuchspuppe mittels des Sitzgurts am Sitz fixiert ist. Weiterhin können gewünsch­ tenfalls Fensterscheiben und etwaige andere Fahrgastschutz­ vorrichtungen usw. am Versuchskörper montiert sein, so daß ein einem tatsächlichen Fahrzeugunfall ähnlicher Test durch­ geführt und der Einfluß auf die Versuchspuppe bei der Kolli­ sion bestätigt bzw. festgestellt werden kann. Der Versuchs­ körper kann eine Rohkarosserie (white body) sein, die im allgemeinen dadurch hergestellt wird, daß preßgeformte dünne Stahlblechplatten (-profile) zu einer Rahmenform eines Kraft­ fahrzeugs zusammengesetzt, Türen, Kotflügel o. dgl. an der Anordnung zu einem Fahrzeugaufbau (body shell) montiert und eine Grundierung darauf aufgebracht werden. Der erfindungs­ gemäß verwendete Versuchskörper ist nicht auf die beschrie­ bene Rohkarosserie beschränkt, vielmehr kann gewünschtenfalls ein Versuchsaufbau (sample), bei dem Sitze einfach auf dem Fahrgestell vorgesehen sind und eine Versuchspuppe unter Sicherung mittels eines Sitzgurts auf einen Sitz gesetzt ist, verwendet werden, ohne die Rohkarosserie zu benutzen.

Ferner ist ein Stoßdämpfer vorgesehen, wodurch der Ver­ suchskörper nach der Auswertung in sicherer Weise und ohne jede Beschädigung gestoppt wird.

Erfindungsgemäß können die Hauptprobleme beim herkömmli­ chen Kraftfahrzeug-Kollisions-G-Simulator gelöst werden, so daß eine Senkung der Testkosten, eine Verkürzung der Testzeit und eine Verbesserung der Testpräzision oder -genauigkeit erreicht werden.

Damit ist es möglich, die Testanlage (Versuchsgelände) zu verkleinern und ferner Geräuscherzeugung zu verringern. Mit der Erfindung wird folglich ein Beitrag zu einer Kosten­ senkung für mit Fahrgastschutzvorrichtungen (oder -rückhalte­ systemen) ausgerüstete Kraftfahrzeuge geleistet.

Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsformen der Er­ findung im Vergleich zum Stand der Technik anhand der Zeich­ nung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Gesamtansicht einer Anlage gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 2 eine Gesamtansicht einer Anlage gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 3 eine Gesamtansicht einer Anlage gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 4 eine graphische Darstellung eines ersten Beispiels einer im Versuchskörper zu reproduzierenden Ziel­ beschleunigung,

Fig. 5 eine graphische Darstellung eines zweiten Beispiels einer im Versuchskörper zu reproduzierenden Ziel­ beschleunigung,

Fig. 6 eine Gesamtansicht einer Anlage gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 7 eine Gesamtansicht einer Anlage gemäß einer fünften Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 8 eine Gesamtansicht einer Anlage gemäß einer sechsten Ausführungsform der Erfindung und

Fig. 9 eine Gesamtansicht einer herkömmlichen Anlage.

Fig. 9 ist eingangs bereits erläutert worden.

Erste Ausführungsform

Fig. 1 veranschaulicht eine Anlagenausgestaltung eines zerstörungsfreien Kraftfahrzeug-Kollisions-G-Simulators (bzw. -Beschleunigungssimulators) gemäß einer ersten Ausführungs­ form der Erfindung. In Fig. 1 sind den Teilen von Fig. 9 entsprechende Teile mit den gleichen Bezugsziffern wie dort bezeichnet.

Gemäß Fig. 1 ist ein mit einem Kolben 61 versehener elektrohydraulischer Servobetätiger 6 vorgesehen, der so ausgestaltet ist, daß durch Antreiben des Kolbens 61 dem Versuchskörper oder -aufbau (z. B. eine Rohkarosserie o. dgl. mit Fahrzeugrädern und mit eingesetzter Versuchspuppe oder einer eingebauten Fahrgastschutzvorrichtung) ohne Einspannen des Versuchskörpers eine Zielverzögerung oder auch Aufprall­ verzögerung erteilt werden kann. Am Kolben 61 des elektro­ hydraulischen Servobetätigers 6 sind ein Stellungssensor und ein Beschleunigungssensor (beide nicht dargestellt) montiert.

Die Rohkarosserie wird im allgemeinen durch Zusammen­ setzen von preßgeformten dünnen Stahlblechplatten zu einer Rahmenform eines Kraftfahrzeugs, Einbau von Türen, Kotflügeln o. dgl. in die Anordnung zur Bildung eines Körperaufbaus (body shell) und Auftragen einer Grundierung darauf angefertigt. Der erfindungsgemäß verwendete Versuchskörper 1 ist nicht auf die beschriebene Rohkarosserie beschränkt. Gewünschtenfalls kann auch ein Versuchskörper benutzt werden, bei dem Sitze einfach auf einem Fahrgestell angeordnet sind und eine Ver­ suchspuppe auf einem Sitz plaziert und mit einem Sitzgurt gesichert ist.

Für die Steuerung des elektrohydraulischen Betätigers 6 ist an diesen eine Reglereinheit 7 über (Steuer-)Meßkabel 11a und 11b angeschlossen. Ein (Eingangs-)Signalgenerator 8 zum Liefern eines Eingangssignals, das entsprechend der bei der Fahrgastzelle des Versuchskörpers 1 zu reproduzierenden Ziel­ verzögerungskurvenform bestimmt ist, zur Reglereinheit 7 ist über ein (Steuer-)Meßkabel 11c an die Reglereinheit 7 ange­ schlossen.

Der elektrohydraulische Servobetätiger 6, die Reglerein­ heit 7, der Signalgenerator 8 sowie der Stellungssensor und der Beschleunigungssensor (nicht dargestellt), welch letztere am Kolben 61 des Servobetätigers 6 montiert sind, bilden ein Beschleunigungssteuersystem. Der Servobetätiger 6 ist mit hoher Ansprechfähigkeit und mit großer Energie ansteuerbar, um eine gewünschte Beschleunigung mit einer Kurven- bzw. Wellenform, die durch Kombination einer Grundwelle mit einer Hochfrequenzwelle erhalten wird, zu realisieren. An der dem Kolben 61 des Servobetätigers 6 gegenüberliegenden Seite ist ein Stoßdämpfer 12 zum beschädigungsfreien Stoppen des Ver­ suchskörpers 1 vorgesehen; der Versuchskörper bewegt sich dabei mit einer konstanten Geschwindigkeit, nachdem er durch den Servobetätiger 6 gestoßen (pushed) worden ist.

Im folgenden ist der mittels des Kraftfahrzeug-Kolli­ sions-G-Simulators nach Fig. 1 durchgeführte zerstörungsfreie Kollisionstest (zerstörungsfreie Kollisions-G-Simulations­ test) beschrieben.

Zunächst wird der Versuchskörper 1 dem elektrohydrau­ lischen Servobetätiger 6 zugewandt angeordnet, so daß die im Versuchskörper 1 angeordnete Versuchspuppe (der "Dummy") dem Servobetätiger 6 zugekehrt ist. Während sich der Kolben 61 des Betätigers 6 am unteren Totpunkt seines Einfahrhubs be­ findet, wird der Kolben 61 gegen eine harte bzw. feste Stelle des Versuchskörpers 1 in Kontakt gebracht.

Um unter diesen Bedingungen dem Versuchskörper 1 bzw. Fahrzeug eine Zielbeschleunigung (eine Verzögerung dafür) zu erteilen, werden das Eingangssignal zum Einstellen (setting) der Verzögerungskurvenform vom Beschleunigungssteuersystem, d. h. vom Signalgenerator 8, zur Reglereinheit 7 geliefert und der Kolben 61 (des Betätigers 6) unter der Steuerung der Reg­ lereinheit 7 nach Maßgabe des Eingangssignals betätigt, um damit den Versuchskörper 1 zu stoßen (to push). Das Ein­ gangssignal ist eine Ziel- oder Soll-Verschiebungskurvenform entsprechend der Zielverzögerungskurvenform. Bei der einfach­ sten Möglichkeit zum Bestimmen der Zielverschiebungskurven form wird diese (die Zielverzögerungskurvenform) zweimal arithmetisch integriert.

Auch wenn bei der Bestimmung der Verschiebungskurvenform lediglich durch Berechnung diese Kurven- bzw. Wellenform mittels der Rückkopplungsregelung der Reglereinheit 7 mit hoher Genauigkeit reproduziert werden soll, entspricht jedoch die durch den Beschleunigungssensor zu erfassende (to be monitored) tatsächliche oder Ist-Beschleunigungskurvenform nicht notwendigerweise der Zielbeschleunigungskurvenform. In einem solchen Fall wird die Zielbeschleunigungskurvenform vom Signalgenerator 8 zur Reglereinheit 7 geliefert; die durch den Beschleunigungssensor am Kolben 61 des elektrohydraulischen Servobetätigers 6 zu detektierende bzw. zu erfassende Beschleunigung (Ansprech-Beschleunigung) wird unter Regelung oder Ansteuerung des Servobetätigers 6 durch die Reglereinheit 7 überwacht bzw. erfaßt, so daß die Ver­ schiebung des Versuchskörpers 1 (d. h. des den letzteren verschiebenden Kolbens 61) mit der Zielverschiebungskurven­ form identisch ist. Sodann wird die Zielverschiebungskurven­ form, die der Zielbeschleunigungsgeschwindigkeit besser an­ genähert ist und die für das tatsächliche oder vorhandene Regelsystem geeignet ist, anhand der Abweichung zwischen der erfaßten (monitored) Beschleunigung (Ansprech-Beschleunigung) und der Zielbeschleunigung bestimmt und vom Signalgenerator 8 ausgegeben. Durch Wiederholung dieses Prozesses mit einer ge­ wissen Häufigkeit wird die Zielverschiebungskurvenform, die für die Erteilung der Zielbeschleunigungskurvenform geeignet ist, bestimmt.

Die Reglereinheit 7 bewirkt die Rückkopplungsregelung des elektrohydraulischen Servobetätigers 6 in der Weise, daß die Verschiebung des Versuchskörpers 1 mit der Zielverschie­ bungskurvenform übereinstimmt, während die Verschiebung des Versuchskörpers 1 und seine Beschleunigung mittels des Stel­ lungssensors und des Beschleunigungssensors, die am Kolben 61 angebracht sind, detektiert bzw. erfaßt werden. Sodann erfaßt die Reglereinheit 7, daß die Beschleunigung des Versuchs­ körpers 1 sowie die Zielbeschleunigungsgeschwindigkeit zu "Null" werden und der Versuchskörper die Höchstgeschwindig­ keit erreicht, woraufhin die Reglereinheit 7 den Kolben 61 anhält.

Der Versuchskörper 1 trennt sich dabei vom Kolben 61 und nimmt unter der Trägheit praktisch eine Linearbewegung mit gleichbleibender (konstanter) Geschwindigkeit (isovelocity linear motion) an. Dieser Beschleunigungs-"0"-Zustand (0 G- Zustand) entspricht der Ist-Geschwindigkeit "0" des Fahrzeugs nach der Kollision, d. h. dem Stoppzustand des Fahrzeugs, und bildet Teil der Testauswertungsperiode, während der die Versuchspuppe im Versuchskörper 1 (in der Fahrgastzelle) sich noch in Bewegung befindet. Nach der Auswertung wird der Ver­ suchskörper 1 durch den Stoßdämpfer 12 sicher und beschädi­ gungsfrei angehalten.

Wenn beim oben beschriebenen G-Simulator mit dem Aufbau gemäß Fig. 1 der Frequenzgang des Regelsystems aus dem Betä­ tigerregelsystem und dem Versuchskörper 1 wesentlich größer ist als eine Hauptfrequenzkomponente der Soll- oder Zielbe­ schleunigungskurvenform, wird die gewünschte Testaufgabe dadurch erzielt, daß der Kolben 61 des (elektrohydraulischen) Servobetätigers 6 an der harten bzw. festen Stelle des Ver­ suchskörpers 1 angesetzt wird, während sich der Kolben 61 am Ende des Einfahrhubs befindet und der Versuchskörper 1 dem Servobetätiger 6 gegenübersteht (so daß die Versuchspuppe dem Servobetätiger 6 zugekehrt ist), und dem Versuchskörper 1 unter diesen Bedingungen die Zielbeschleunigung erteilt wird.

Wenn dagegen der Frequenzgang des Regelsystems aus dem Betätigerregelsystem und dem Versuchskörper 1 nicht wesent­ lich größer ist als eine Hauptfrequenzkomponente der Soll- oder Zielbeschleunigungskurvenform, ist die Anordnung nach Fig. 1 nicht zweckmäßig. In diesem Fall ist eine zweite Aus­ führungsform geeigneter.

Zweite Ausführungsform

Im folgenden ist anhand von Fig. 2 eine zweite Ausfüh­ rungsform beschrieben, die für den Fall geeignet ist, in welchem der Frequenzgang des Regelsystems aus dem Betätiger­ regelsystem und dem Versuchskörper 1 nicht wesentlich größer ist als eine Hauptfrequenzkomponente der Zielbeschleunigungs­ kurvenform. Dabei sind den Teilen von Fig. 1 entsprechende Teile mit den gleichen Bezugsziffern wie vorher bezeichnet.

Wenn bei der zweiten Ausführungsform der Frequenzgang des Regelsystems nicht wesentlich größer ist als eine Hauptfrequenzkomponente der Zielbeschleunigungskurvenform, wird zunächst die Zielbeschleunigungskurvenform mittels des Frequenzgangs des Regelsystems, der in einem Schwingungs­ vorversuch ermittelt worden ist, kompensiert, und diese (Wellenform) wird als Eingangssignal benutzt (sog. Eingangs­ signalkompensationsmethode). Im allgemeinen wird die Ein­ gangssignalkompensationsmethode während des Schwingungsvor­ versuchs angewandt, um eine Schwingung anzulegen, welche den Versuchskörper 1 mit einer zweckmäßigen Eingangswelle (input wave) schiebt und zieht.

Für die Schwingungsbeaufschlagung (Schwingungsvor­ versuch) bei der zweiten Ausführungsform werden die feste Stelle des Versuchskörpers 1 und das Vorderende des Kolbens 61 des (elektrohydraulischen) Servobetätigers 6 mit Hilfe von Befestigungsmitteln 9, wie Schraubbolzen, miteinander verbun­ den (vgl. Fig. 2).

In diesem Verbindungszustand wird sodann der Kolben 61 des Betätigers 6 aus- und eingefahren, um den Versuchskörper 1 zur Durchführung der Schwingungsbeaufschlagung (Schwin­ gungsvorversuch) mit Schub/Zug zu beaufschlagen. Nach der Ermittlung (derivation) des Frequenzgangs des Regelsystems aus dem Betätiger(regel)system und dem Versuchskörper 1 werden im Fall der Hauptschwingung (zerstörungsfreien Kolli­ sions-G-Simulation) die Befestigungsmittel 9 zur Aufhebung der Verbindung entfernt, wobei der gleiche Zustand, wie in Fig. 1 dargestellt, erreicht wird. Unter diesen Bedingungen kompensiert die Funktion (in) der Hauptschwingung die Ziel­ beschleunigungskurvenform unter Heranziehung des im Schwin­ gungsvorversuch ermittelten Frequenzgangs des Regelsystems; dies (diese Wellenform) wird als Eingangssignal vom Eingangs­ signalgenerator 8 benutzt. Abgesehen von diesen Maßnahmen entspricht die zweite Ausführungsform der ersten Ausführungs­ form.

Für die mögliche praktische Realisierung von erster und zweiter Ausführungsform sind die folgenden Bedingungen für die Zielbeschleunigung zu berücksichtigen.

Im allgemeinen ist in der Zielbeschleunigung gemäß Fig. 4 eine Hochfrequenzwelle von mehreren 100 Hz in einer Hälfte einer Sinuskurve enthalten. Bei dem in Fig. 4 gezeigten Bei­ spiel sind erste und zweite Ausführungsform in dem Fall ein­ setzbar, in welchem keine Periode vorliegt, wenn die Zielbe­ schleunigung "+" (positiv) ist, oder in dem Fall, in welchem die Periode unterbrochen (cut) werden kann, indem die Be­ schleunigung zum Zwecke des Testziels zu Null vorausgesetzt wird, auch wenn die Zielbeschleunigung positiv ("+" (plus)) ist.

Wenn dagegen die Zielbeschleunigung den obigen Bedin­ gungen nicht genügt, d. h. wenn die Zielbeschleunigung z. B. in bestimmten Perioden - wie in Fig. 5 gezeigt - positiv ("+") ist, sind erste und zweite Ausführungsform unzweckmäßig. In diesem Fall ist eine dritte Ausführungsform zweckmäßiger.

Dritte Ausführungsform

Die für den Fall der Zielbeschleunigung gemäß Fig. 5 geeignete dritte Ausführungsform ist im folgenden anhand von Fig. 3 erläutert. Dabei sind den Teilen von Fig. 1 entspre­ chende Teile mit den gleichen Bezugsziffern wie vorher be­ zeichnet.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 3 ist ein Kupplungs­ schaltmechanismus 10 hohen Ansprechvermögens aus einem hydraulischen Spannfutter, einem Elektromagneten o. dgl. für das Trennen der Verbindung zwischen der festen Stelle des Versuchskörpers 1 und dem Vorderende des Kolbens 61 des Servobetätigers 6 vorgesehen. Dieser Mechanismus 10 wird über ein Steuer- oder Regel-Meßkabel 11d durch die Reglereinheit 7 angesteuert. In der Periode, in welcher die Zielbeschleunigung zwischen positiv und negativ ("+" und "-") stark schwankt, bewirkt dieser Mechanismus 10 die Kopplung oder Verbindung zwischen der festen Stelle des Versuchs­ körpers 1 und dem Vorderende des Kolbens 61 des elektrohy­ draulischen Servobetätigers 6 und die Trennung (Aufhebung) dieser Verbindung mit hohem Ansprechvermögen (high responsibility) nach Maßgabe eines Synchronsignals, das von der Reglereinheit 7 über das Meßkabel 11d in dem Augenblick, in welchem die Beschleunigung zu "Null" wird, abgegeben wird (werden soll).

Auch wenn bei dieser Anordnung die Eingangssignalkompen­ sation, wie in Verbindung mit der zweiten Ausführungsform beschrieben, erforderlich ist, wird der Kupplungsschalt­ mechanismus 10 hohen Ansprechvermögens im Schwingungsvor­ versuch in den normalen Kopplungs- oder Verbindungszustand gesetzt, und der Frequenzgang des Regelsystems im Verbin­ dungszustand wird gemessen. Der Mechanismus 10 kann zur Aufhebung des Verbindungszustands nach Maßgabe des Synchron­ signals von der Reglereinheit 7 im Hauptschwingungstest (zerstörungsfreie Kollisions-G-Simulation), der nach dem Vorversuch durchgeführt wird, (um)geschaltet werden.

Mit den ersten bis dritten Ausführungsformen werden folgende Vorteile erzielt:

• 1. Die Fahrstrecke des Versuchskörpers 1 bestimmt sich durch ein Produkt aus der Zielgeschwindigkeit im Test und der Testauswertungszeit des beschriebenen "0 G"-Zustands und kann auf eine Strecke von innerhalb etwa 10 m verkürzt sein oder werden.
• 2. Der Gesamthub des Betätigers 6 kann durch eine Größe repräsentiert sein, die durch zweifache arithmetische Inte­ gration der Zielbeschleunigungskurvenform erhalten wird, und kann weniger als 1 m betragen. Aufgrund des kurven Hubs wird z. B. die Abnahme der Ölstaudrucksteifheit (oil head rigidity), die beispielsweise bei elektrohydraulischen Servobetätigern bzw. -stelltrieben zu beobachten ist, ver­ mieden, und es wird die große G-Schwingung (Beschleunigungs­ schwingung) auf hoher Frequenz ermöglicht. Dieses System ist bezüglich Leistungsfähigkeit, Beschleunigungskurvenform Präzision und Reproduzierbarkeit sowie bezüglich der Wirkung des Rückkopplungs-Regelsystems hervorragend.
• 3. Der Stoßdämpfer 12 unterliegt keinen Einschränkungen bezüglich des Testobjekts bzw. der Testaufgabe; die Beschleu­ nigung kann daher möglichst bzw. beliebig klein gewählt werden. Aus diesem Grund ist es tatsächlich möglich, den Versuchskörper 1 sicher und beschädigungsfrei anzuhalten.

Diese Vorteile 1. bis 3. betreffen die eingangs unter 1. bis 3. beschriebenen Probleme. Der erfindungsgemäße G-Simu­ lator vermag folglich alle Probleme beim herkömmlichen G- Simulator zu lösen.

Wenn - nebenbei bemerkt - bei erster bis dritter Ausfüh­ rungsform die Ausrichtung des Versuchskörpers 1 zu der in den Figuren gezeigten Ausrichtung entgegengesetzt ist (d. h. wenn der Rücken der Versuchspuppe dem elektrohydraulischen Servo­ betätiger 6 zugekehrt ist) und der Stoßdämpfer 12 durch eine starre Kollisionswand ersetzt wird, kann der in der Einlei­ tung beschriebene normale zerstörungsfreie Kollisionstest ("Crashtest") durchgeführt werden.

Bei erster bis dritter Ausführungsform besteht der Ver­ suchskörper 1 aus der Rohkarosserie mit Rädern, und er wird durch Betätigung des Kolbens 61 des Servobetätigers 6 gemäß den Fig. 1 bis 3 unmittelbar gestoßen. Die Erfindung ist jedoch nicht hierauf beschränkt.

Beispielsweise können eine einfache Rohkarosserie eines Kraftfahrzeugs als Versuchskörper benutzt, letzterer auf einem zügig oder ungehindert hin- und herbewegbaren Tragwagen (table cart) montiert und fixiert und der Tragwagen mittels des elektrohydraulischen Servobetätigers gestoßen (pushed) werden, um auf diese Weise das angestrebte Testziel auf die gleiche Weise wie bei erster bis dritter Ausführungsform zu erreichen.

Im folgenden sind anhand der Fig. 6 bis 8 (entsprechend den Fig. 1 bis 3) vierte bis sechste Ausführungsformen (ent­ sprechend den ersten bis dritten Ausführungsformen) unter Verwendung dieses Tragwagens (table cart) beschrieben. Dabei sind den vorher beschriebenen Teilen entsprechende Teile mit den gleichen Bezugsziffern wie vorher bezeichnet.

Vierte Ausführungsform

Bei dieser Ausführungsform ist gemäß Fig. 6 ein Ver­ suchskörper 21 auf einem Tragwagen 22 montiert und fixiert, der zügig hin- und herbewegbar ist. Der Versuchskörper 21 gemäß Fig. 6 ist eine einfache Rohkarosserie eines Kraft­ fahrzeugs (Aufbau ohne Räder). Diesbezüglich unterscheidet sich die vierte Ausführungsform vom Versuchskörper in Form der Rohkarosserie mit Rädern gemäß den Fig. 1 bis 3.

Bei der Anordnung nach Fig. 6 werden der Tragwagen 22, auf dem der Versuchskörper 21 montiert und fixiert ist, in Gegenüberstellung zum elektrohydraulischen Servobetätiger 6 angeordnet und der Kolben 61 in seinem zum Ende seines Ein­ fahrhubs eingefahrenen Zustand mit dem Tragwagen 22 in Be­ rührung gebracht bzw. an ihm angesetzt.

Um unter diesen Bedingungen vom Versuchskörper 21 die Zielbeschleunigung (eine Verzögerung für den Versuchskörper 21, d. h. das Fahrzeug) zu erteilen, werden das Eingangssignal zum Einstellen oder Vorgeben der Zielverzögerungskurvenform vom Beschleunigungsregel- oder -steuersystem, d. h. dem Ein­ gangs-Signalgenerator 8, zur Reglereinheit 7 geliefert und der Kolben 61 des (elektrohydraulischen) Servobetätigers 6 nach Maßgabe des Eingangssignals unter der Steuerung oder Regelung der Reglereinheit 7 betätigt, um damit den Tragwagen 22 anzustoßen. Sodann erfaßt die Reglereinheit 7, daß die Beschleunigung des Tragwagens 22 sowie die Zielbeschleunigung zu "Null" werden, und der Tragwagen erreicht die Höchstge­ schwindigkeit, worauf die Reglereinheit 7 den Kolben 61 an­ hält.

Der Tragwagen 22 trennt sich daher vom Kolben 61 und er­ reicht unter der Trägheit praktisch eine Linearbewegung mit gleichbleibender (konstanter) Geschwindigkeit. Dieser Be­ schleunigungs-"0"-Zustand (0 G-Zustand) entspricht der Ist- Geschwindigkeit des Fahrzeugs nach der Kollision "0", d. h. dem Stoppzustand des Fahrzeugs, und bildet Teil der Auswer­ tungsperiode, während welcher sich die Versuchspuppe im Ver­ suchskörper 21 (in der Fahrgastzelle) noch in Bewegung be­ findet. Nach der Auswertung wird der Versuchskörper 21 durch den Stoßdämpfer 12 sicher und beschädigungsfrei angehalten.

Wenn beim oben beschriebenen zerstörungsfreien Kraft­ fahrzeug-Kollisions-G-Simulator mit der Anordnung nach Fig. 6 der Frequenzgang des Regelsystems aus dem Betätigerregel­ system, dem Versuchskörper 21 und dem Tragwagen 22 wesentlich größer ist als eine Hauptfrequenzkomponente der Zielbeschleu­ nigungskurvenform, wird mit dem beschriebenen Beschleuni­ gungsregelsystem das angestrebte Testziel erreicht.

Wenn dagegen der Frequenzgang nicht wesentlich größer ist als eine Hauptfrequenzkomponente der Zielbeschleunigungs­ kurvenform, ist die Anordnung nach Fig. 6 unzweckmäßig. In diesem Fall ist die fünfte Ausführungsform zweckmäßiger.

Fünfte Ausführungsform

Die fünfte Ausführungsform eignet sich für den Fall der Anwendung der Eingangs(signal)kompensationsmethode auf die gleiche Weise wie bei der zweiten Ausführungsform.

Um bei der fünften Ausführungsform den Schwingungsvor­ versuch für Schub/Zug des Tragwagens 22 mit einer geeigneten Eingangs(signal)welle durchzuführen, werden, wie in Fig. 7 gezeigt, das Ende des Tragwagens 22 und das Vorderende des Kolbens 61 des elektrohydraulischen Servobetätigers 6 mit Hilfe von Befestigungsgliedern 9 miteinander verbunden.

Bei der anschließenden Hauptschwingung werden die Be­ festigungsglieder 9 zur Aufhebung der Verbindung entfernt. In diesem Zustand ist die Funktion der Hauptschwingung (main vibration) die gleiche wie bei der vierten Ausführungsform.

Wenn dagegen die Beschleunigung den oben beschriebenen Bedingungen nicht genügt, d. h. wenn die Zielbeschleunigung in einigen Perioden, wie in Fig. 5 gezeigt, z. B. "+" bzw. posi­ tiv (plus) ist, sind vierte und fünfte Ausführungsform un­ zweckmäßig. Für einen solchen Fall ist die sechste Ausfüh­ rungsform geeignet.

Sechste Ausführungsform

Bei der sechsten Ausführungsform gemäß Fig. 8 ist ein Kupplungsschaltmechanismus 10 hohen Ansprechvermögens zur Erteilung der Zielbeschleunigung gemäß Fig. 5 vorgesehen. In der Periode, in welcher die Zielbeschleunigung zwischen positiv und negativ ("+" und "-") stark schwankt, bewirkt dieser Mechanismus 10 die Kopplung oder Verbindung zwischen dem Endabschnitt des Tragwagens 22 und dem Vorderende des Kolbens 61 des elektrohydraulischen Servobetätigers 6 sowie die Trennung (Aufhebung) der Verbindung mit hohem Ansprech­ vermögen (Reaktionsfähigkeit) (high responsibility) in dem Augenblick, in welchem die Beschleunigung zu "Null" wird.

Mit den vierten bis sechsten Ausführungsformen sind folgende Vorteile erzielbar:

• 1. Die Fahrstrecke des Tragwagens 22 bestimmt sich durch ein Produkt aus der Zielgeschwindigkeit im Test und der Test­ auswertungszeit des beschriebenen "0 G"-Zustands und kann auf eine Strecke von innerhalb etwa 10 m verkürzt sein oder werden.
• 2. Der Gesamthub des Betätigers 6 kann durch eine Größe repräsentiert sein, die durch zweifache arithmetische Inte­ gration der Zielbeschleunigungskurvenform erhalten wird, und kann weniger als 1 m betragen. Aufgrund des kurven Hubs wird z. B. die Abnahme der Ölstaudrucksteifheit (oil head rigidity), die beispielsweise bei elektrohydraulischen Servo­ betätigern bzw. -stelltrieben zu beobachten ist, vermieden, und es wird die große G-Schwingung (Beschleunigungsschwin­ gung) auf hoher Frequenz ermöglicht. Dieses System ist be­ züglich Leistungsfähigkeit, Beschleunigungskurvenform- Präzision und Reproduzierbarkeit sowie bezüglich der Wirkung des Rückkopplungs-Regelsystem hervorragend.
• 3. Der Stoßdämpfer 12 unterliegt keinen Einschränkungen bezüglich des Testobjekts bzw. der Testaufgabe; die Beschleu­ nigung kann daher möglichst bzw. beliebig klein gewählt wer­ den. Aus diesem Grund ist es tatsächlich möglich, den Trag­ wagen 22 oder den Versuchskörper 21 sicher und beschädigungs­ frei anzuhalten.

Diese Vorteile 1. bis 3. betreffen die eingangs unter 1. bis 3. beschriebenen Probleme. Der erfindungsgemäße G-Simu­ lator vermag folglich alle Probleme beim herkömmlichen G- Simulator zu lösen.

Claims (5)

1. Kraftfahrzeug-Kollisionssimulator, bei dem eine Kraftfahrzeugsimulation ("Crash"-Simulation) unter Verwendung eines Versuchskörpers oder -aufbaus mit Rädern durchgeführt wird, gekennzeichnet durch
einen elektrohydraulischen Servobetätiger (6), um dem Versuchskörper (1) mit Rädern durch Stoßen (pushing) des Versuchskörpers (1) eine Soll- bzw. Zielverzögerung zu er­ teilen,
eine Reglereinheit (7) zum Regeln oder Ansteuern des elektrohydraulischen Servobetätigers (6) und
ein Beschleunigungsregelsystem mit einer Eingangssignal­ generatoreinheit (8) zum Liefern eines Eingangssignals für die Bestimmung der Zielverzögerung zur Reglereinheit (7).

2. Kraftfahrzeug-Kollisionssimulator nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Stoßdämpfer (12) zum Stoppen oder Anhalten des Versuchskörpers (1), der sich nach dem Stoßen durch den elektrohydraulischen Servobetätiger (6) mit einer konstanten Geschwindigkeit bewegt.

3. Kraftfahrzeug-Kollisionssimulator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Versuchskörper (1) (einen) Sitzgurt(e), Sitze, eine Instrumententafel und einen Handgriff enthält und eine Versuchspuppe (ein "Dummy") auf dem Sitz mittels des Sitzgurts fixiert ist.

4. Kraftfahrzeug-Kollisionssimulationstestverfahren, bei dem eine Kraftfahrzeugsimulation ("Crash"-Simulation) unter Verwendung eines Versuchskörpers oder -aufbaus mit Rädern durchgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß
ein elektrohydraulischer Servobetätiger (6) mit dem angehaltenen, Räder aufweisenden Versuchskörper (1) in Be­ rührung gebracht bzw. an ihm angesetzt wird,
der Versuchskörper (1) durch den Betätiger (6) verscho­ ben wird, um dem Versuchskörper (1) eine Zielverzögerung zu erteilen, und
danach der Stoßvorgang durch den Servobetätiger (6) be­ endet und der Versuchskörper (1) veranlaßt wird, sich mit einer konstanten Geschwindigkeit zu bewegen, um eine zerstö­ rungsfreie Kollisionssimulation an einem Kraftfahrzeug durch­ zuführen.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der sich mit einer konstanten Geschwindigkeit bewegende Versuchskörper durch einen Stoßdämpfer (12) angehalten bzw. gestoppt wird.