DE19905418A1

DE19905418A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Aufprallsimulation

Info

Publication number: DE19905418A1
Application number: DE1999105418
Authority: DE
Inventors: Karsten Wolff; Stefan Unterberg
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 1999-02-10
Filing date: 1999-02-10
Publication date: 2000-08-17

Abstract

Eine Vorrichtung zur Aufprallsimulation umfaßt eine Führung, einen auf der Führung in einer horizontalen Bezugsrichtung beweglich angeordneten Testschlitten zur Aufnahme eines Prüfobjekts, eine Dreheinrichtung (3, 4, 5, 6), mit der das Prüfobjekt um eine vertikale Drehachse in Bezug auf den Testschlitten (2) drehbar ist, und eine Krafterzeugereinrichtung zur Drehung des Prüfobjekts. Während eines Katapultversuchs wird das Prüfobjekt (z. B. ein Fahrzeug) einer senkrecht zur horizontalen Bezugsrichtung stehenden Drehkraft ausgesetzt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Aufprallsimulation mit den Merkmalen gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1, insbesondere ein Verfahren, bei dem ein auf einem Testschlitten fest montiertes Fahrzeug einem crashähnlichen Beschleuni gungsimpuls ausgesetzt wird, und eine Vorrichtung mit den Merkmalen gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 5, die insbesondere zur Implementierung eines erfin dungsgemäßen Verfahrens ausgelegt ist.

Es ist allgemein bekannt, den Aufprall von Fahrzeugen auf ein festes Hindernis durch einen Katapultversuch zu simulieren (sogenannte Schlittensimulation). Das Fahrzeug wird auf einem Testschlitten fest montiert, der in einer starren Führung (z. B. auf Schienen) beweglich ist. Durch Ausübung eines aufprall- oder crashähnli chen Beschleunigungsimpulses auf den Testschlitten erfährt das Fahrzeug eine ab rupte Geschwindigkeitsänderung innerhalb eines extrem kurzen Zeitbereiches, wie sie beim Aufprall auf Hindernisse auftritt. Mit einer Sensoranordnung erfolgen Mes sungen zur Erfassung der biomechanischen Belastung an einem Prüfkörper (Dummy) im Fahrzeug und/oder zur Erfassung des Fahrzeugverhaltens beim Auf prall.

Die herkömmliche Schlittensimulation besitzt die folgenden Nachteile. Die Ge schwindigkeitsänderung erfolgt in einer bestimmten Bezugsrichtung. Dadurch wird der senkrechte Aufprall auf ein Hindernis simuliert. Bei einem Realcrash kann jedoch anstelle des senkrechten Aufpralls (Frontalcrash mit 100%iger Überdeckung) ein schräger, oder teilüberdeckter Auf prall auftreten, bei dem eine Fahrzeugdrehung um eine zu der Bezugsrichtung senk rechte Achse auftritt. Eine Fahrzeugdrehung findet bei Realcrashs auch bei senk rechtem Aufprall statt, falls nur eine Teilüberdeckung des Fahrzeugs durch das Hin dernis gegeben ist (Aufprall auf einen Pfahl oder eine Seitenkante eines Hindernis ses).

Die bei den Realcrash-Situationen möglichen Fahrzeugdrehungen werden bei der herkömmlichen Schlittensimulation vernachlässigt. Dadurch ist die Vergleichbarkeit der Testergebnisse mit den Realverhältnissen eingeschränkt. Somit ist die her kömmliche Schlittensimulation für eine Reihe von Realsituationen nur eingeschränkt verwendbar.

Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein verbessertes Verfahren und eine Vorrichtung zur Aufprallsimulation anzugeben, mit denen die Nachteile der herkömmlichen Schlittensimulation überwunden werden und die insbesondere eine erhöhte Ver gleichbarkeit der Simulationsergebnisse mit den möglichen Realsituationen und einen erweiterten Anwendungsbereich besitzen.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren und eine Vorrichtung mit den Merkmalen gemäß den Ansprüchen 1 bzw. 5 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen und An wendungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.

Die Erfindung beruht insbesondere auf dem Gedanken, den oben erläuterten, an sich bekannten Katapultversuch dahingehend zu modifizieren, daß auf ein Prüfob jekt während des Katapultversuches sowohl ein Kraft- oder Beschleunigungsimpuls zur Erzeugung der abrupten Geschwindigkeitsänderung als auch eine zum Kraft- oder Beschleunigungsimpuls senkrecht stehende Drehkraft ausgeübt wird, um bei realen Aufprallsituationen auftretende Drehungen des Prüfobjekts zu simulieren.

Die Erfindung ist mit verschiedenartigen Prüfobjekten realisierbar, bei denen Inter esse an einer Aufprallsimulation nach Art eines Katapultversuches besteht. Gemäß einer bevorzugten Anwendung der Erfindung in der Automobiltechnik ist das Prüfobjekt ein Fahrzeug (z. B. Personenkraftfahrzeug). Es kann jedoch auch der Aufprall anderweitigen Prüfguts (z. B. Behälter oder Teile von Fahrzeugen) simuliert werden.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden aus den beigefügten Zeich nungen ersichtlich. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Draufsicht auf ein Ausführungsbeispiel einer erfin dungsgemäßen Vorrichtung zur Aufprallsimulation, und

Fig. 2 eine schematische Schnittansicht der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung.

Eine erfindungsgemäße Vorrichtung ist am Beispiel eines Simulations-Prüfstands in den Fig. 1 und 2 schematisch in Draufsicht bzw. in Schnittansicht (Fig. 2, entlang der Linie II-II in Fig. 1) dargestellt. Die Vorrichtung umfaßt einen Testschlitten 2, der zur Bewegung entlang einer starren Führung 1 in einer vorbestimmten Bezugsrich tung (x-Richtung, s. Pfeil) eingerichtet ist, eine Stützkonstruktion 4, die auf dem Testschlitten 2 befestigt ist, und einen in Bezug auf die Stützkonstruktion 4 drehbar gelagerten Rahmen 3, der zur festen Anbringung des Prüfobjekts (z. B. Fahrzeug, nicht dargestellt) eingerichtet ist. Einzelheiten der Zusammenwirkung des Test schlittens 2 und der ausschnittsweise dargestellten Führung und der Befestigung des Prüfobjekts sind an sich von der herkömmlichen Schlittensimulation bekannt und werden daher nicht dargestellt. Die Befestigung des Fahrzeugs am Rahmen 3 kann durch eine Verschraubung erfolgen. Der Rahmen 3 ist beispielsweise ein Stahlrohrrahmen, wobei das Fahrzeug im Fahrwerksbereich mit dem Stahlrohrrah men verschweißt wird.

Der Rahmen 3 bildet einen Drehrahmen, der mit der Stützkonstruktion 4 über ein Radiallager 5 und eine Stützlagerung 6 verbunden ist. Das Radiallager 5 ist zur Drehung des Rahmens 3 um eine auf der im wesentlichen ebenen Stützkonstruktion 4 senkrecht stehende Drehachse d eingerichtet. Die Drehachse d verläuft senkrecht zur x-y-Ebene in z-Richtung (s. Pfeil). Die Stützlagerung 6 ist eine auf die Dreh achse d bezogene Radialführung, die eine Stützfunktion für den Rahmen 3 besitzt und eine Begrenzung für den möglichen Drehbereich des Rahmens 3 bildet. Das Radiallager 5 und die Stützlagerung 6 sind in Bezug auf die Längsrichtung der Stützkonstruktion 4 voneinander beabstandet.

Die Bauteile 3, 4, 5 und 6 bilden eine Dreheinrichtung, mit der das Fahrzeug um die vertikale Drehachse d drehbar ist. Der Rahmen 3 ist in Bezug auf die Stützkonstruk tion 4 von einer Grundposition (in Fig. 1 durchgezogen gezeichnet), in der die Längsausdehnung des Rahmens 3 und damit die Längsausdehnung des Fahrzeugs im wesentlichen in x-Richtung verläuft, in eine Drehposition (in Fig. 1 gestrichelt ge zeichnet) verdrehbar, wobei die maximale Verdrehung durch das radiale Maß der in Bezug auf die Linie II-II außermittig angeordneten Stützlagerung 6 festgelegt wird. Das Radiallager 5 ist in der Ebene der Stützkonstruktion 4 lageverstellbar. Damit kann der Drehpol der Aufprallsimulation anwendungsabhängig (z. B. in Abhängigkeit vom Fahrzeugtyp und der Crashart) eingestellt werden. Zur Lageverstellung des Radiallagers 5 ist vorzugweise an der Stützkonstruktion 4 eine Aufnahme nach Art einer Lochplatte mit mehreren Standardpositionen vorgesehen. Die radiale Stützla gerung 6 ist zu einer entsprechenden Verstellung der Radialführung eingerichtet. Die Stützkonstruktion 4 ist starr auf dem Testschlitten 2 befestigt und besitzt mit Ab stand vom Radiallager 5 einen Abschnitt 8 zur Krafteinleitung 7 (s. Pfeil). Die Kraft einleitung 7 erfolgt tangential zur Drehung um die Drehachse d mit einem Krafter zeuger (nicht dargestellt). Der Krafterzeuger ist ortsfest, so daß die Krafteinleitung 7 von außen, z. B. nach dem Prinzip einer Nocken- oder Kulissenführung, erfolgt, oder mitfahrend am Testschlitten 2 angebracht, wobei zur Krafteinleitung 7 beispielsweise eine vorgespannte Feder oder Luftfeder vorgesehen ist. Zur Erzielung eines mög lichst großen Drehmoments ist der Abstand des Abschnitts 8 zur Krafteinleitung 7 von der Position des Radiallagers 5 möglichst groß gewählt. Die Auslösung der Drehkraft erfolgt zeitgesteuert, wie dies unten im einzelnen erläutert wird.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann zusätzlich mit einem (nicht dargestellten) Dämpfersystem zur Abbremsung der Drehung nach Beendigung der Aufprallphase bzw. des Katapultversuches ausgestattet sein.

Im folgenden werden Einzelheiten des erfindungsgemäßen Aufprallsimulationsver fahrens beschrieben. Einzelheiten des Katapultversuches in x-Richtung mit pneu matischen oder hydrodynamischen Beschleunigungsmitteln oder mechanischen Abbremsmitteln sind an sich bekannt und werden daher im einzelnen nicht darge stellt. Auch der Einsatz einer Sensoranordnung und die Signalauswertung sind an sich bekannt und werden daher nicht dargestellt.

Während der Ausübung des crashähnlichen Kraft- oder Beschleunigungsimpulses im Rahmen des Katapultversuches erfolgt die Krafteinleitung 7. Durch die starren Verbindungen zwischen dem Testschlitten 2 und der Stützkonstruktion 4 mit dem drehbaren Rahmen 3 bzw. zwischen dem Rahmen 3 und dem Fahrzeug wird durch die Krafteinleitung 7 auf das Fahrzeug eine vorbestimmte Drehkraft ausgeübt. Zur Simulation verschiedener Crasharten werden der Abschnitt der Krafteinleitung 7, die Position des Drehpunktes des Radiallagers 5 und der Betrag der Drehkraft anwen dungsabhängig gewählt. Die Ausübung der Drehkraft während des Katapultversu ches bedeutet, daß die Drehkraft simultan zum crashähnlichen Beschleunigungsim puls oder in Bezug auf diesen verzögert ausgeübt wird. Der Betrag der Drehkraft kann beispielsweise im Bereich von 10 bis 20 kN oder auch darüber liegen. Die Ver zögerung kann anwendungsabhängig beispielsweise im Bereich von 10 bis 60 ms liegen. Die Drehkraft wird ebenfalls anwendungsabhängig mit einem bestimmten zeitlichen Muster, vorzugsweise impulsförmig, ausgeübt.

Der in den Fig. 1 und 2 dargestellte Aufbau einer erfindungsgemäßen Vorrichtung kann anwendungsabhängig modifiziert werden. So ist es beispielsweise möglich, auf die Stützkonstruktion 4 zu verzichten und den Rahmen 3 über das Radiallager 5 und die Stützlagerung 6 direkt mit dem Testschlitten 2 zu verbinden. Ferner kann die Vorrichtung konstruktiv dazu eingerichtet sein, daß ein Wechsel zwischen Front- oder Heck-Aufprallsituationen durch eine Umrüstung des Rahmens 3 relativ zum Testschlitten 2 ermöglicht wird. Das erfindungsgemäße Verfahren kann abweichend vom herkömmlichen Katapultversuch ohne die abrupte Geschwindigkeitsänderung in x-Richtung implementiert werden, in dem ausschließlich die Drehung um die Drehachse d ausgelöst wird.

Bezugszeichenliste

1

Führung

2

Testschlitten

3

Rahmen

4

Stützkonstruktion

5

Radiallager

6

Stützlagerung

7

Krafteinleitung
d Drehachse

Claims

1. Verfahren zur Aufprallsimulation, bei dem ein Prüfobjekt auf einem Test schlitten (2) einem Katapultversuch unterzogen wird, wobei das Prüfobjekt in einer vorbestimmten horizontalen Bezugsrichtung (x) eine abrupte Ge schwindigkeitsänderung erfährt, dadurch gekennzeichnet, daß während des Katapultversuches auf das Prüfobjekt eine Drehkraft ausgeübt wird, die senkrecht zur Bezugsrichtung (x) gerichtet ist, so daß eine Drehung des Prüfobjekts um eine vertikale Drehachse (d) erfolgt.

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, bei dem das Prüfobjekt auf dem Testschlitten (2) um die vertikale Drehachse (d) drehbar angebracht ist und die Drehkraft an einem Abschnitt (8) zur Krafteinleitung (7) des Testschlittens (2) mit Ab stand von der Drehachse (d) ausgeübt wird.

3. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, bei dem die Drehkraft im pulsförmig simultan zur abrupten Geschwindigkeitsänderung oder in Bezug auf diese zeitverzögert erfolgt.

4. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Prüfobjekt ein Fahrzeug ist.

5. Vorrichtung zur Aufprallsimulation mit einer Führung (1) und einem Test schlitten (2), der auf der Führung (1) in einer horizontalen Bezugsrichtung (x) beweglich angeordnet und zur Aufnahme eines Prüfobjekts eingerichtet ist,
gekennzeichnet durch eine Dreheinrichtung (3, 4, 5, 6), mit der das Prüfob jekt um eine vertikale Drehachse (d) in Bezug auf den Testschlitten (2) dreh bar ist, und
eine Krafterzeugereinrichtung, die zur Drehung des Prüfobjekts vorgesehen ist.

6. Vorrichtung gemäß Anspruch 5, bei der die Dreheinrichtung eine Stützkon struktion (4) und einen Rahmen (3) umfaßt, wobei der Rahmen (3) über ein Radiallager (5) und eine Stützlagerung (6) mit der Stützkonstruktion (4) drehbar verbunden ist.

7. Vorrichtung gemäß Anspruch 6, bei der das Radiallager (5) lageverstellbar ist.

8. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 5 bis 7, bei der die Krafterzeu gereinrichtung in Bezug auf die Führung (1) ortsfest oder mit dem Test schlitten (2) beweglich angeordnet ist.

9. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 5 bis 8, bei der ein Dämpfersystem zur Abbremsung der Drehung des Prüfobjekts vorgesehen ist.

10. Verwendung einer Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 5 bis 9 zur Auf prallsimulation an Fahrzeugen oder Teilen von Fahrzeugen.