DE19857429A1

DE19857429A1 - Prüfeinrichtung zur Kraftfahrzeug-Crashsimulation

Info

Publication number: DE19857429A1
Application number: DE1998157429
Authority: DE
Inventors: Christian Biewer; Josef Beran
Original assignee: Instron Structural Testing Systems GmbH
Current assignee: Illinois Tool Works Inc
Priority date: 1998-12-12
Filing date: 1998-12-12
Publication date: 2000-06-15

Abstract

Bei einer Prüfeinrichtung zur Kraftfahrzeug-Crashsimulation, mit einer horizontal angeordneten Schlittenanordnung, die längs einer Schienenanordnung horizontal verschiebbar angeordnet ist, einem auf der Schlittenanordnung angeordneten Prüfaufbau mit den zu prüfenden Kraftfahrzeugkomponenten, einer ersten Beschleunigungseinheit, über die eine vorgebbare Beschleunigung auf die Schlittenanordnung übertragbar ist, soll die Simulation von Unfallsituationen verbessert werden, dies wird dadurch erreicht, daß über eine zweite Beschleunigungseinheit (17, 17', 17'') in vertikaler Richtung vorgebbare Beschleunigungen auf die Schlittenanordnung (16) übertragbar sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Prüfeinrichtung zur Kraftfahrzeug- Crashsimulation gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Immer kürzere Entwicklungszeiten im Automobilbau und die For derung nach höherer passiver Sicherheit führten zur Entwick lung und zum Bau von Prüfeinrichtungen zur Crashsimulation, die auch servohydraulische Katapultanlagen genannt werden.

Bei den inversen Crashtests, das ist die Umkehrung von Verzö gerung in Beschleunigung, werden Fahrzeugkomponenten wie Sit ze, Lenksäulen und Lenkräder, Windschutzscheiben, Armaturen bretter, Sicherheitsgurte und deren Befestigung, Airbag-Syste me und andere Komponenten in einer verstärkten Fahrzeugkaros serie, der sogenannten Panzerkarosse, auf einem Schlitten, entsprechend der verschiedenen Unfallsituationen, kontrolliert beschleunigt und Bruchverhalten bzw. Bauteilzuverlässigkeit untersucht. Die Beschleunigung wird hierbei von einem Servo zylinder als Stellglied aufgebracht. Der Servozylinder wird über ein vierstufiges Servoventil gesteuert, das mit einer Kolbenspeichereinheit in Verbindung steht. Eine solche servo hydraulische Katapultanlage ist beispielsweise aus einer Werk zeitschrift RIQ, Ausgabe 1/1998, Seiten 2 bis 4 von Mannesmann-Rexroth bekannt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, bei einer Prüfein richtung zur Kraftfahrzeug-Crashsimulation die Simulation von Unfallsituationen zu verbessern.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß über eine zweite Be schleunigungseinheit in vertikaler Richtung vorgebbare Be schleunigungen auf die Schlittenanordnung übertragbar sind. Durch die Einleitung von vertikalen Beschleunigungen auf die Schlittenanordnung wird die Simulation von Auffahrunfällen verbessert, da bei einem Auffahrunfall beispielsweise auch eine Drehbewegung des Kraftfahrzeugs um die y-Achse, d. h. Querachse stattfindet und diese zusätzliche Drehbewegung auf grund der zusätzlich angeordneten zweiten Beschleunigungsein heit nun auch simuliert werden kann. Dieser Winkel, der sich aus einer Drehung um die y-Achse ergibt, wird als Nickwinkel (pitch angle) bezeichnet (DIN 70 000).

Bei einer Weiterbildung des Erfindungsgedankens ist vorgese hen, daß die zweite Beschleunigungseinheit aus drei ansteuer baren Zylindern besteht, wobei der zweite und dritte Zylinder gleich angesteuert werden. Durch diese Ausbildung kann die Schlittenanordnung um die y-Achse beliebig gekippt werden (pitching). In Richtung z-Achse kann die Schlittenanordnung beliebig verschoben werden.

Weitere vorteilhafte Merkmale sowie die Funktion der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung eines Ausfüh rungsbeispiels anhand der Zeichnungen.

Es zeigt:

Fig. 1 eine nach dem Stand der Technik arbeitende Prü feinrichtung zur Kfz-Crashsimulation;

Fig. 2 Schienen- und Schlittenanordnung sowie eine zweite Beschleunigungseinheit der erfindungs gemäßen Prüfeinrichtung in Seitenansicht;

Fig. 3 eine Darstellung der Fig. 2 in Draufsicht.

Fig. 1 zeigt schematisch eine nach dem Stand der Technik ar beitende servohydraulische Katapultanlage bzw. Prüfeinrichtung 1 zur Simulation von Auffahrunfällen.

Die Prüfeinrichtung 1 besteht im wesentlichen aus einer Be schleunigungseinheit 2, einer auf Schienen 7 gleitend geführ ten Schlittenanordnung 3 mit Prüfaufbau 4 sowie Meß- und Re geleinrichtungen 5, 6. In der Regeleinrichtung ist ein über ein Iterationsverfahren modellierter Sollwert zur Ansteuerung der Beschleunigungseinheit abgelegt.

Der Prüfaufbau 4 besteht gemäß Fig. 1 aus einer verstärkten Fahrzeugkarosserie mit zu prüfenden Fahrzeugkomponenten wie Sitze, Lenksäule, Lenkräder, Windschutzscheiben, Armaturen bretter, Sicherheitsgurte + Befestigungen, Airbag-Systemen sowie einem Dummy. Die Fahrzeugkarosserie ist dabei fest mit der Schlittenanordnung 3 verbunden. Wie bereits in der Be schreibungseinleitung erläutert, arbeiten die Prüfeinrichtun gen nach dem Stand der Technik mit sogenannten inversen Crashtests, d. h. die bei einer reellen Kollision eines Kraft fahrzeuges auftretenden Verzögerungen bei der Vorwärtsbewegung werden in eine Beschleunigung umgewandelt, wobei der Prüfauf bau 4 rückwärts bewegt wird. Die Beschleunigung wird hierbei von einer ersten Beschleunigungseinheit 2 aufgebracht, die gemäß des in der Regeleinrichtung abgelegten Sollwertes ange steuert wird.

Die erste Beschleunigungseinheit 2 besteht aus einem Servo zylinder 8 mit horizontalbeweglich gelagertem Kolben und Kol benstange 9 als Stellglied. Der Servozylinder 8 wird dabei über ein vierstufiges Servoventil 10 gesteuert, das mit einer Kolbenspeichereinheit 11 in Verbindung steht. Die Beschleuni gung wird über den horizontalbeweglich in dem Servozylinder 8 gelagerten Kolben mit nach außen geführter Kolbenstange 9 auf die Schlittenanordnung 3 übertragen. Die Schlittenanordnung 3 mit Prüfaufbau 4 wird dann entsprechend der eingeleiteten Be schleunigung längs der Schienenanordnung 7, d. h. in einer horizontalen Ebene beschleunigt. Hierbei wird die Beschleuni gung über entsprechende Aufnehmer 5 an der Schlittenanordnung 3 gemessen und einer Regeleinrichtung 6 zugeführt. In der Re geleinrichtung 6 erfolgt dann ein Vergleich des gemessenen Ist-Beschleunigungsverlaufs mit dem vorgegebenen Soll-Be schleunigungsverlauf. Unter Berücksichtigung einer Soll-Ist- Abweichung wird ein neuer Sollwert generiert. Nicht dar gestellt ist das an der Schlittenanordnung 3 angeordnete Zwei kreisbremssystem sowie die Rückholeinheit, die die Schlitten anordnung 3 nach dem Prüfvorgang in die Ausgangsposition zu rückholt. Des weiteren nicht dargestellt ist das an der Schie nenanordnung 7 angeordnete Notbremssystem.

Als Zusatzeinrichtungen können noch Hochgeschwindigkeitskame ras, eine Beleuchtungsanlage sowie eine Zusatzbremse für die Simulation eines Seitenaufpralls vorgesehen sein.

In den Fig. 2 und 3 sind die Schienenanordnung 15 sowie die Schlittenanordnung 16 und eine zweite Beschleunigungseinheit 17, 17', 17" der erfindungsgemäßen Prüfeinrichtung 18 in Sei tenansicht sowie in Draufsicht dargestellt. Das zu den Fig. 2 sowie Fig. 3 eingezeichnete Koordinatensystem 19 definiert die Richtung der x-, y- sowie z-Achse.

Die Schienen der Schienenanordnung 15 sind parallel beabstan det angeordnet und liegen in einer horizontalen Ebene, die durch die x-Achse definiert ist. Auf den Schienen ist die Schlittenanordnung 16 gleitend geführt, dies ist in den Zeich nungen nicht näher dargestellt.

Die durch die erste Beschleunigungseinheit eingeleitete Be schleunigung gemäß einer Sollwertvorgabe in die Schlittenan ordnung 16 auf den Schienen erfolgt über die Kolbenstange 21 des Zylinders und wirkt in Richtung des Pfeils 20 und liegt in Richtung der in den Zeichnungen definierten x-Achse. Die erste Beschleunigungseinheit entspricht der bereits zu Fig. 1 be schriebenen Beschleunigungseinheit und ist daher in den Fig. 2 und 3 der Einfachheit halber nur durch die Kolbenstange 21 angedeutet.

Die Schlittenanordnung 16 besteht im wesentlichen aus einer rechteckigen ersten Platte 22, sowie einer in z-Richtung par allel beabstandet angeordneten zweiten Platte 23. Auf der zweiten Platte 23 ist der bereits zu Fig. 1 näher beschriebene Prüfaufbau fixiert. Die Abstützung und Lagerung der zweiten Platte 23 erfolgt über eine zweite Beschleunigungseinheit 17, 17', 17", die bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel aus drei Zylindern besteht, die vertikal, d. h. in der z-Achse ausgerichtet, angeordnet sind, wobei der erste Zylinder 17 mittig auf der ersten Platte 22 in Beschleunigungsrichtung gesehen im vorderen Endbereich angeordnet ist. Die nach außen geführte Kolbenstange 24 des ersten Zylinders 17 ist über ein Schiebedrehgelenk 25, das ebenfalls mittig im vorderen End bereich der zweiten Platte 23 angeordnet ist, mit der zweiten Platte 23 verbindbar. Die Lagerung erlaubt eine Drehung um die y-Achse sowie eine Verschiebung der Kolbenstange 24 in Rich tung z-Achse.

Der zweite und dritte Zylinder 17', 17" sind jeweils im Bezug auf eine in Richtung x-Achse liegende Mittellinie 26 der ersten sowie der zweiten Platte gegenüberliegend beabstandet auf einem Fundament 27 angeordnet. Die beiden Zylinder 17', 17" sind derart auf dem Fundament 27 befestigt, daß die nach außen geführten vertikal nach oben ragenden Kolbenstangen 24', 24" des zweiten und dritten Zylinders, d. h. in Richtung z- Achse weisend, jeweils in einer an der zweiten Platte 23 im hinteren Endbereich an der Platte angeordneten in x-Richtung ausgerichteten seitlichen Führungsschienen 28 gelagert sind. Die Lagerung ist ein Schiebedrehgelenk 29 und erlaubt sowohl eine translatorische Bewegung längs der Führungsschienen 28 als auch eine Drehbewegung der Kolbenstangenenden 24', 24" in Bezug auf die Führungsschienen 28.

Bei einem Prüfablauf zur Crashsimulation wird gemäß einer Sollwertvorgabe zunächst eine Beschleunigung über die schema tisch dargestellte Kolbenstange 21 des Zylinders der ersten Beschleunigungseinheit stirnseitig auf die erste Platte 22 übertragen, so daß die Schlittenanordnung 16, d. h. die erste sowie die zweite Platte samt Prüfaufbau längs der Schienen 15, d. h. in Richtung x-Achse translatorisch bewegt wird.

Zusätzlich zu der in Richtung der x-Achse eingeleiteten Be schleunigung können die drei Zylinder 17, 17', 17" angesteu ert werden, so daß über die Kolbenstange 24, 24', 24" und die entsprechenden Lagerstellen 25, 29, die an der zweiten Platte 23 angeordnet sind, Beschleunigungen in Richtung der z-Achse eingeleitet werden können. Hierdurch kann insbesondere eine sogenannte Pitching-Bewegung des Fahrzeugs bei einer realen Kollision, d. h. eine Drehbewegung des Fahrzeugs um die y-Ach se bei einem Prüfablauf simuliert werden. um dies zu errei chen, werden der zweite und dritte Zylinder gleich angesteu ert. Je nach Ansteuerung, d. h. nach einer generierten Soll wertvorgabe kann jede beliebige zusammengesetzte translatori sche Bewegung in z-Richtung und Verdrehbewegung um die y-Achse eingeleitet werden.

Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel kann es vorteilhaft sein, alle Zylinder beweglich zu lagern und den ersten, zwei ten und dritten Zylinder unabhängig voneinander anzusteuern. Es ist dann möglich, jede beliebige zusammengesetzte Kippbewe gung der zweiten Platte 23 um die x- und y-Achse einzuleiten.

Am Ende des Prüfablaufs trennen sich die in den seitlichen Führungsschienen 28 gelagerten Kolbenstangenenden 24', 24" des zweiten und dritten Zylinders 17', 17" aus den Führungs schienen 28 heraus, die zweite Platte 23 wird dann von einer nur schematisch dargestellten Fangvorrichtung 30 in Endposi tion gehalten.

Claims

1. Prüfeinrichtung zur Kraftfahrzeug-Crashsimulation, mit einer horizontal angeordneten Schlittenanordnung, die längs einer Schienenanordnung horizontal verschiebbar angeordnet ist, einem auf der Schlittenanordnung angeord neten Prüfaufbau mit den zu prüfenden Kraftfahrzeugkompo nenten, einer ersten Beschleunigungseinheit, über die eine vorgebbare Beschleunigung auf die Schlittenanordnung übertragbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß über eine zweite Beschleunigungseinheit (17, 17', 17") in vertika ler Richtung vorgebbare Beschleunigungen auf die Schlit tenanordnung (16) übertragbar sind.

2. Prüfeinrichtung zur Kraftfahrzeug-Crashsimulation nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Beschleunigungseinheit einen ansteuerbaren Servozylinder umfaßt und die zweite Beschleunigungseinheit (17, 17', 17") einen ersten, zweiten und dritten ansteuerbaren Servozylinder umfaßt, wobei der zweite und dritte Servo zylinder gleich angesteuert werden.

3. Prüfeinrichtung zur Kraftfahrzeug-Crashsimulation nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlit tenanordnung (16) aus einer ersten auf der Schienenanord nung (15) gleitend geführten Platte (22), sowie einer zweiten parallel zur ersten in vertikaler Richtung be abstandeten Platte (23) besteht, und daß die Beschleuni gung, die von der ersten Beschleunigungseinheit aufge bracht wird, über die erste Platte (22) eingeleitet wird, und die Beschleunigung, die von der zweiten Beschleuni gungseinheit (17, 17', 17") aufgebracht wird, auf die zweite Platte (23) übertragen wird.

4. Prüfeinrichtung zur Kraftfahrzeug-Crashsimulation nach Patentanspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Servozylinder (17) der zweiten Beschleunigungseinheit mittig im vorderen Endbereich der ersten Platte (22) an geordnet ist und die vertikal nach oben ragende Kolben stange (24) mittig im vorderen Endbereich der zweiten Platte (23) gelagert ist, und daß der zweite und dritte Servozylinder (17', 17") auf einem Fundament (27) an geordnet sind und die vertikal nach oben ragenden Kolben stangen (24', 24") jeweils seitlich am hinteren Endbe reich der zweiten Platte (23) gelagert sind.

5. Prüfeinrichtung zur Kraftfahrzeug-Crashsimulation nach Patentanspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Lage rung der Kolbenstangen des ersten, zweiten und dritten Zylinders (17, 17', 17") jeweils über Schiebedrehgelenke (25, 29) erfolgt.