DE19780550C2

DE19780550C2 - Prüfstand zum Simulieren eines seitlichen Fahrzeugaufpralls

Info

Publication number: DE19780550C2
Application number: DE19780550T
Authority: DE
Inventors: Stefan Jost
Original assignee: Breed Automotive Technology Inc
Current assignee: Breed Automotive Technology Inc
Priority date: 1996-06-03
Filing date: 1997-06-02
Publication date: 2003-06-18
Anticipated expiration: 2017-06-03
Also published as: EP0846255A1; WO1997046859A1; US6035728A; DE19780550T1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Prüfstand und insbesondere eine Prüfvorrichtung zum Simulieren der dynamischen Merkmale eines Fahrzeugaufpralls in einer Versuchssituation, um eine Sicherheitsrückhaltevorrichtung zu testen.

Herkömmliche Prüfstände umfassen dynamische Schlitten, die auf Schienen für eine schnelle Beschleunigung montiert sind. Aus praktischen Gründen werden Sicherheitsrückhaltetests unter Beschleunigungsbedingungen und nicht unter Verzögerungsbedingungen durchgeführt.

Herkömmliche dynamische Umkehrbeschleunigungsprüfstände sind jedoch äußerst kostspielig, benötigen sehr viel Platz und können nicht genau die Bedingungen simulieren, die aufgrund der querwirkenden Komponenten von Aufprallkräften vorherrschen, wie sie bei einem Seitenaufprall vorkommen.

In bekannten Prüfständen ist es besonders schwierig, den Entfaltungszwischenraum infolge der Fahrzeugeindrängung, die Tür [sic. . .].1 und die B-Säule bei einem Seitenaufprall genau zu reproduzieren, und es ist daher schwierig, die Kontaktzeiten des Fahrzeuginsassen mit der Tür und den Schwellern oder Verkleidungen der B-Säule in Korrelation zu bringen. Darüber hinaus weisen verschiedene Fahrzeuge Tür- und B-Säulenanordnungen mit unterschiedlichen Merkmalen auf, und durch die dreidimensionale Natur des Seitenaufprall- Geschwindigkeitsprofils werden die Schweller geformt, und die Kraft wird in unterschiedlichem Maße auf verschiedene Sektionen übertragen. Eine genaue Darstellung des Beschleunigungs- und des Geschwindigkeitsprofils für verschiedene Sektionen verschiedener Fahrzeuge ist mit bekannten Prüfständen somit praktisch nicht möglich.

Genaue Seitenaufprall-Testergebnisse wurden bisher nur unter Verwendung von fast kompletten Fahrzeugkarosserien erhalten, die mit einer Schicht aus Wabenschaumstoff überzogen waren. Ein solcher Test ist kostenmäßig untragbar, da für jeden Test eine neue Karosserie und eine neue Schaumstoffschicht erforderlich sind.

Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, einen relativ preiswerten wiederverwendbaren und kompakten Prüfstand bereitzustellen, der eine größere Auswahl von Geschwindigkeitsprofilen und -impulsen bei einem Seitenaufprall und eine Auswahl von Eindrängungsprofilen genauer simulieren kann, als dies bisher möglich war.

Außerdem sieht die Erfindung eine Pfahlprüfung vor, d. h. die Simulierung der Bedingungen bei einem Aufprall auf ein einzelnes Objekt wie zum Beispiel einen Baum. Dies war mit bekannten dynamischen Schlittenanordnungen nicht möglich.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Prüfstand für Aufprallversuche mit Fahrzeugen bereitgestellt,
wobei der Prüfstand folgendes umfaßt:
eine Montageplattform,
ein Mittel zum Befestigen eines/einer zu testenden Objekts oder Anordnung auf der Plattform,
eine Gruppe von Stellgliedern, die in der Nähe der Montageplattform montiert sind,
ein Mittel zum selektiven Ausfahren eines oder mehrerer oder einer Kombination von Stellgliedern in Richtung der Montageplattform,
wobei das Haltemittel verstellbar ist, so daß das Testobjekt oder die Testanordnung in einer von einer Mehrzahl von Positionen relativ zu der Gruppe von Stellgliedern montiert werden kann.

Vorzugsweise ist ein Mittel zum Steuern des Ausfahrens und der Beschleunigung jedes Stellglieds gemäß den vorgegebenen Zusammenstoß- und Fahrzeugprofilmerkmalen und ein Mittel zum Aufzeichnen der Reaktionskräfte zu jedem Stellglied vorgesehen.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist eine entfernbare und geformte Polsterung an der Stellgliedgruppe angebracht.

Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Begleitzeichnungen beschrieben, damit sie besser nachvollzogen werden kann und um zu zeigen, wie sie in die Tat umgesetzt werden kann. Dabei zeigt:

Fig. 1 eine zum Teil im Querschnitt und zum Teil schematisch dargestellte Ansicht des erfindungsgemäßen Prüfstandes;

Fig. 2a und 2b jeweils eine Querschnittsansicht der Stellglieder von Fig. 1 von der Seite und von oben;

Fig. 3a, 3b, 3c Seitenansichten, die eine Folge im Betrieb der Stellglieder von Fig. 1 darstellen;

Fig. 4 eine Seitenansicht einer Crash-Test-Attrappe in einem erfindungsgemäßen Prüfstand;

Fig. 5 die gleiche Ansicht wie in Fig. 4, die eine Stellgliedgruppe überlagert;

Fig. 6, 7, 8 und 9 Seitenansichten alternativer Prüfstandanordnungen gemäß der Erfindung.

Fig. 1 zeigt einen Autositz 1, ein Prüfaufbau 7 und eine Stellgliedanordnung 4, wobei der Standort jedes Teils in bezug auf die anderen dargestellt ist. Der Prüfaufbau besteht aus starren Metallstäben, die den Sitz 1 auf einer gleitenden Befestigungsvorrichtung 14 festhalten, und umfaßt mit den Stellgliedern 4 eine simulierte Tür-/B- Säulen-Anordnung.

Die Stellglieder 14 (¹) sind mit Polsterung 6 überzogen, die aus Schaumstoff oder einem anderen verformbaren Material bestehen kann, und die so gestaltet ist, daß sie die Innenpolsterung einer Fahrzeugtür simuliert. In dem in Fig. 1 gezeigten Beispiel schließt diese Gestaltung eine Armlehne 5 und eine Türverkleidung 3 ein. Diese Polsterung 6 ist entfernbar und austauschbar, so daß verschiedene Merkmale von Gestaltung und Verformbarkeit simuliert werden können, um die Innenpolsterung verschiedener Fahrzeuge zu reflektieren. Der Bereich des Prüfaufbaus über der Polsterung 6 und den Stellgliedern 4 stellt die gewöhnliche Fensterposition in einem echten Fahrzeug dar. Dies ist in der Figur mit der Ziffer 2 gekennzeichnet.

Für die nachfolgend beschriebenen Testbeispiele wird die folgende Einrichtung verwendet.

1. Beispiel

Der Prüfaufbau 7 wird auf eine HyGe- Umkehrbeschleunigungsschiene gesetzt, und die Einrichtung des Stellglieds 14 (²) wird als eine starre Verlängerung der simulierten Fahrzeugtür-/B-Säulen-Anordnung verwendet und simuliert die korrekte zeitveränderliche Eindrängung, die während eines echten Seitenaufpralls an den inneren Fahrzeugschwellern stattfinden würde.

2. Beispiel

Wie in 1. Beispiel steht der Prüfaufbau auf einer HyGe-Umkehrbeschleunigungsschiene, die Einrichtung des Stellglieds 14 (³) wird als eine starre Verlängerung der simulierten Tür-/B-Säulen-Anordnung verwendet und simuliert die korrekte zeitveränderliche Eindrängung, die während eines echten Seitenaufpralls an den inneren Fahrzeugschwellern stattfinden würde. Zusätzlich sind die Stellglieder 14 (⁴) jedoch so programmiert und konstruiert, daß sie zusätzliche Dämpfungsmerkmale an verschiedenen Stellen der Tür-/B-Säulen-Anordnung erzeugen, um Geschwindigkeitsprofile zu simulieren, die für einen echten Seitenaufprall eines Fahrzeugs eher repräsentativ sind.

3. Beispiel

Als Prüfaufbau 7 wird eine freistehende Einheit ohne Umkehrbeschleunigungsinstrument verwendet. Aus diesem Grund werden zum Simulieren des kompletten Szenariums einer Seitenaufprallfolge stärkere Stellglieder 14 (⁵) verwendet. Im einzelnen sind sie so programmiert, daß sie die korrekte Beschleunigung auf den Insassen über die Entfernung in Abhängigkeit von der Zeit anwenden und die richtige Steifheit aufweisen, um von einer auf dem Sitz 1 installierten Crash-Test-Attrappe eine repräsentative Reaktion während des Ereignisses zu erhalten.

Die Stellgliedanordnung 4 umfaßt eine Gruppe individuell gesteuerter Stellglieder. Eine Steuerung kann durch elektrische oder pneumatische oder hydraulische Signale erfolgen, und jedes Stellglied ist mit einem Regelkreis 8 (von denen nur einer gezeigt wird) versehen. An die Regelkreise der Stellglieder ist ein Mikroprozessor oder ein anderer Computer angeschlossen, um die Zuführung der gewünschten Stellglied-Steuersignale gemäß Daten zu steuern, die in den Computer/Mikroprozessor eingespeist wurden, und gemäß Berechnungen, die von dem Mikroprozessor durchgeführt werden, die das gewünschte Verschiebungsprofil, angemessene Dämpfungsmerkmale und das notwendige Eindrängungsprofil an verschiedenen Stellen und für verschiedene Geschwindigkeiten berücksichtigen. Vorzugsweise werden zwischen 10 und 80 Stellglieder in einer Gruppe verwendet, die die Gestaltung einer Fahrzeugtür simuliert.

Die Fig. 2a und 2b zeigen jeweils eine Seitenansicht und eine Draufsicht der Stellglieder 4, die ein Türprofil am Ende eines simulierten Vorfalls für einen Pfahlaufprall auf der Seite eines Fahrzeugs darstellen. Ein Pfahlaufprall ist ein Aufprall auf ein einzelnes Objekt, wie zum Beispiel eine Telegraphenstange oder ein Baumstamm. Bisher gab es kein System, das eine solche Eindrängung in Abhängigkeit von der Zeit reproduzieren konnte. Bisher wurde in Verfahren eine bestehende Türstruktur verwendet, die für den Versuch in die korrekte Form gebogen wurde. Dadurch wird aber nur eine Stufe des Ereignisses dargestellt, wohingegen sich die Stellglieder in der vorliegenden Erfindung während des Zusammenstoßes bewegen und somit die gewünschte Eindrängung zu jedem Zeitpunkt simulieren.

Der Pfahlaufprall und sein Profil sind nur ein Beispiel von Ereignissen, bei denen die Stellgliedmatrix bedeutende Vorzüge gegenüber existierenden Versuchskonzepten bietet.

In den Fig. 3a, 3b, 3c werden Seitenansichten der Tür-/B-Säulen- und Sitz/Insassen-Anordnung während der ersten 30 ms eines Seitenaufprallereignisses gezeigt, das auf dem Prüfstand simuliert wird.

In Fig. 3a wird die Situation bei T0 dargestellt, d. h. bevor der Zusammenstoß stattfindet, in der alle Stellglieder 4 eins sind und eine einwandfreie Tür-/B-Säule simulieren.

Auf dem Sitz 1 befindet sich ein Insasse/eine Crash- Test-Attrappe 15, wobei ein Zwischenraum den Insassen von der Tür trennt.

In Fig. 3b wird die Situation 10 ms (T₁₀) nach dem Seitenaufprall-Zusammenstoß gezeigt. Die Stellglieder werden in unterschiedlichem Maße aktiviert, um die reale, zu erwartende (oder aus Versuchen ermittelte) Reaktion einer Fahrzeugtür und eines B-Säulen-Blechteils zu simulieren. In diesem Fall werden die Stellglieder in der Mitte des Bereichs weiter bewegt als diejenigen, die zum oberen oder unteren Ende der Tür hin angeordnet sind, wodurch ein gekrümmtes Profil entsteht, das in den Zwischenraum eindringt, der zuvor den Insassen und die Tür voneinander trennte.

In Fig. 3c ist das Stellgliedprofil noch ausgeprägter und stellt die Situation bei T₃₀ (30 ms nach dem Zusammenstoß) dar.

In diesem Fall wird keine Bewegung des Fahrzeugsitzes 1 herbeigeführt; der Zusammenstoß wird nur mit dem Stellgliedprofil und der Stellgliedbewegung simuliert. Dadurch ergeben sich erhebliche Vorteile in bezug auf die Kosten und den für den Prüfstand benötigten Raum. Alternativ kann jedoch auch eine Kombination aus Sitzbewegung, die z. B. durch einen Umkehrbeschleunigungs- HyGe-Schlitten hervorgerufen wird, und den Stellgliedern benutzt werden, die in vielen Fällen eine realistischere Korrelation erzielt. Kosteneinsparungen werden dennoch erzielt, da keine teuren Karosserieteile von Prototypfahrzeugen verwendet werden müssen, die für die Erzielung ähnlicher Korrelationen bisher erforderlich waren.

Es ist leicht erkennbar, daß die Stellgliedsteuerung in bezug auf Geschwindigkeit, Stärke und Ausmaß der Eindringung angepaßt werden kann, um verschiedene Zusammenstoßimpulse und verschiedene Reaktionen der Tür und B-Säule zu simulieren.

Bestehende Testeinrichtungen können die verschiedenen Geschwindigkeitsprofile über der Tür-/B-Säulen-Fläche nicht reproduzieren, da nur ein Impuls (des einzelnen Umkehrbeschleunigers) angewendet wird. Mit der Erfindung ist es möglich, diesen Impuls für verschiedene Abschnitte der Türfläche zu ändern und gesteuerte Dämpfungsmerkmale über die Stellgliedmatrix 4 einzuführen.

In Fig. 4 wird eine Crash-Test-Attrappe 15, die in Sicherheitsrückhalteprüfständen verwendet wird, ausführlicher gezeigt. Die Attrappe 15 ist sitzend in einer Fahrposition dargestellt, wobei die Füße angehoben sind, um die Bodenpedale (nicht dargestellt) zu berühren. Die Hände sind angehoben, um das Lenkrad (nicht dargestellt) zu halten.

Die Position einer Tür 16 und einer B-Säule 17 ist hinter der Attrappe 15 dargestellt. Die Attrappe 15 ist an den folgenden Stellen mit Sensoren A bis I versehen, um das Ausmaß der Auswirkungen eines Aufpralls auf verschiedene Bereiche der Körpers zu ermitteln.
A: oberer Türbereich, mittlere Rippe
B: mittlerer Türbereich, unterer Rippe
C: unterer Türbereich, höchster Punkt
D: Rohr, Mitte der B-Säule, zwischen unterer und mittlerer Rippe
E: Mitte der B-Säule an oberer Rippe
F: B-Säule, D-Ring
G: B-Säule, Dach
H: 1 oberer Türbereich +250 mm
I: 2 mittlerer Türbereich +250 mm

In Fig. 5 überlagert die Crash-Test-Attrappe 15 von Fig. 4 die Stellgliedmatrixgruppe 4, die einen Bereich einschließt, der der Tür 16 und der B-Säule 17 auf der Seite eines Kraftfahrzeugs entspricht. Der dem Fenster entsprechende Bereich wird mit der Ziffer 18 gekennzeichnet und wird nicht von Stellgliedern erfaßt.

In den Fig. 6 bis 9 sind verschiedene Varianten von Prüfständen dargestellt.

Fig. 6 zeigt eine quasistatische Prüfstandbaugruppe mit Einwegbeschleunigung.

Dieser Prüfstand verfügt über eine feststehende Prüfbaugruppe 19, bei der die einzigen beweglichen Teile die Crash-Test-Attrappe, der Sitz und die Stellgliedkolben sind. Aufgrund der geringen Anzahl beweglicher Teile sind relativ geringe Beschleunigungskräfte erforderlich, und doch erzielt die Anordnung eine genaue Reproduktion des Verhaltens der Crash-Test-Attrappe. In dieser Ausgestaltung gibt es weder einen Schlitten noch eine Hydro-Ramme.

Fig. 7 zeigt eine Prüfstandanordnung mit einem Hydraulikzylinder, der gegen die Richtung des Schlittens wirksam ist. Dies funktioniert nach dem Prinzip, beim dem Beschleunigungsvektoren zum Vereinigen von zwei Bewegungen subtrahiert werden. Dabei werden die Geschwindigkeits- und Verformungsprofile eines Crash-Tests im Maßstab 1 : 1 in einem einfacheren Modell vereinigt, indem nur das strukturelle Seitenteil mit Tür und B-Säule verwendet wird. Der Schlitten ist mit der Ziffer 14 gekennzeichnet und die Hydro-Pulsar-Ramme mit der Ziffer 20.

In Fig. 8 werden die Geschwindigkeitskombinationen effektiv durch Zufügen von Beschleunigungsvektoren erreicht, wobei der Hydraulikzylinder in der gleichen Richtung wie der Schlitten 14 wirksam ist.

In Fig. 9 ist eine Prüfstandsanordnung mit einer Seitenstruktur und einer beweglichen B-Säule dargestellt. Die Türstruktur 16 ist vorverformt, und es wird ein annäherndes Modell einer beweglichen B-Säule 17 verwendet. Die Antriebseinheit ist ein HyGe-Schlitten 14. Ein Gewicht 22 wird so an der B-Säule 17 befestigt, daß ihre Höhenlage auf der B-Säule verändert werden kann, so daß der Schwerpunkt der B-Säule 17 mit dem Gewicht 22 der Höhenlage der echten Kontaktstelle der Dachstruktur und der B-Säule entspricht. Bei Seitenkollisionen sollte das Innere des Fahrzeugs an dieser Stelle praktisch keine Verformung erfahren.

Die Crash-Test-Attrappe 15 befindet sich auf einem Sitz 23, der an einem zweiten Gestell befestigt ist.

Während des simulierten Zusammenstoßaufpralls verändert sich der Schwerpunkt des Sitzes 23 mit der Attrappe 15 und der B-Säule 17 nicht relativ zu der Türstruktur 16, die sich direkt bewegt.

Die Masse der beweglichen Komponenten führt eine relative Bewegung zwischen der Attrappe 15, dem Sitz 23, der Tür 16 und der B-Säule herbei, um einer echten Zusammenstoßsituation nahezu zu entsprechen.

Für die Konstruktion eines erfindungsgemäßen Prüfstandes gibt es im Rahmen der Fähigkeiten einer fachkundigen Person noch weitere Möglichkeiten. Die Türstruktur kann zum Beispiel ohne das Schlittensystem beschleunigt werden.

Claims

1. Prüfstand für Aufprallversuche mit Fahrzeugen, wobei der Prüfstand folgen des umfaßt:
eine Montageplattform,
ein Mittel zum Befestigen eines/einer zu testenden Objekts (1, 15) oder An ordnung auf der Plattform,
eine Gruppe von Stellgliedern (4), die in der Nähe der Montageplattform montiert sind,
ein Mittel zum selektiven Ausfahren eines oder mehrerer oder einer Kombi nation von Stellgliedern (4) in Richtung der Montageplattform,
wobei das Mittel zum Befestigen verstellbar ist, damit das Testobjekt oder die Testanordnung (1, 15) in einer aus einer Mehrzahl von Positionen relativ zu der Gruppe von Stellgliedern (4) montiert werden kann.

2. Prüfstand nach Anspruch 1, ferner umfassend ein Mittei zum individuellen und selektiven Steuern der Verlängerung und Beschleunigung jedes Stell glieds (4) in der Gruppe gemäß den vorgegebenen Zusammenstoß- und Fahrzeugprofilmerkmalen.

3. Prüfstand nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, ferner umfassend ein Mittel zum Aufzeichnen der Reaktionskräfte zu jedem Stellgliedern (4).

4. Prüfstand nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem eine entfernbare Polsterung (6) auf wenigstens einem Teil der Stellgliedgruppe (4) ange bracht ist, um die Innenpolsterung eines Fahrzeuges zu simulieren.

5. Prüfstand nach einem der Ansprüche 2 bis 4, bei dem das Steuermittel pro grammiert werden kann, wobei wenigstens ein Teil der Gruppe (4) Dämp fungsmerkmale aufweist.

6. Prüfstand nach einem der vorherigen Ansprüche, der in Verbindung mit ei nem Fahrzeugprüfschlitten (14) mit Umkehrbeschleuniger verwendet wird.

7. Prüfstand nach einem der Ansprüche 1 bis 5, der als eine freistehende Ein heit verwendet wird.

8. Prüfstand nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem die Steuerung durch elektrische, pneumatische oder hydraulische Signale durchgeführt wird.

9. Prüfstand nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem das Steuermittel einen Rückkopplungsregelkreis umfaßt.

10. Prüfstand nach Anspruch 9, ferner umfassend einen Mikroprozessor, der an die Regelkreise der Stellglieder (4) angeschlossen wird, um die Zuführung der gewünschten Stellglied-Steuersignale zu steuern.

11. Prüfstand nach Anspruch 10, bei dem die Steuersignale zu jedem Test und für ein spezielles Fahrzeug gemäß dem gewünschten Verschiebungsprofil, den vorgegebenen Dämpfungsmerkmalen des Fahrzeugseitenmaterials und den notwendigen Eindrängungsprofilen an verschiedenen Stellen auf der Fahrzeugseite und für verschiedene Fahrzeuggeschwindigkeiten erzeugt werden.