KR20140097112A - 자동차 충돌을 시뮬레이션하는 테스트 디바이스 및 테스트 디바이스의 작동 방법 - Google Patents

자동차 충돌을 시뮬레이션하는 테스트 디바이스 및 테스트 디바이스의 작동 방법 Download PDF

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KR20140097112A
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요세프 베란
토마스 프로프스트
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일리노이즈 툴 워크스 인코포레이티드
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Abstract

본 발명은 테스트 디바이스(100)를 작동시키는 방법 및 자동차 충돌을 시뮬레이션하는 테스트 디바이스(100)에 관한 것으로서, 테스트 디바이스(100)는, 레일 장치를 따라 변위 가능하도록 배치되는 캐리지 장치(110); 캐리지 장치(110) 상에 배치되고 시험될 적어도 하나의 자동차 부품을 갖는 테스트 셋업; 및 캐리지 장치(110)를 가속하도록 캐리지 장치(110)에 힘이 전달될 수 있게 하는 가속도 유닛(120)을 포함한다. 가속도 유닛(120)은 피스톤(123)을 갖는 유압 구동 실린더(122)와, 캐리지 장치(110)에 연결되는 피스톤 로드(121)를 갖는다. 사고 상황의 시뮬레이션이 실시가 용이하지만 그럼에도 불구하고 재현성이 있도록 개선될 수 있는 것을 보장하기 위하여, 본 발명에 따르면, 구동 실린더(122)의 피스톤측 구역(128) 및/또는 피스톤 로드측 구역(129)에 작용하는 압력(P1, P2)을 감지하는 적어도 하나의 측정 픽업(126, 127)이 마련되고, 구동 실린더(122)에서 감지된 압력의 함수로서 시간 유닛에 의해 구동 실린더(122)의 피스톤측 구역(128)으로 공급되고/공급되거나 시간 유닛에 의해 구동 실린더(122)의 피스톤 로드측 구역(129)으로 공급되거나 피스톤 로드측 구역으로부터 배출되는 유압 유체의 양을 설정하도록 구성되는 제어 디바이스(150)가 마련된다.

Description

자동차 충돌을 시뮬레이션하는 테스트 디바이스 및 테스트 디바이스의 작동 방법{TEST DEVICE FOR SIMULATING MOTOR VEHICLE CRASHES AND METHOD FOR OPERATING A TEST DEVICE}
본 발명은 청구항 제1항의 전제부에 따른 자동차 충돌을 시뮬레이션하는 테스트 디바이스 및 테스트 디바이스를 작동시키는 방법에 관한 것이다.
또한, 본 발명은, 레일 장치를 따라 변위 가능하도록 배치되는 캐리지 장치와, 캐리지 장치 상에 배치되고 시험 대상인 적어도 하나의 자동차 부품이 배치되거나 부착될 수 있는 테스트 셋업을 포함하고, 캐리지 장치를 가속시키도록 캐리지 장치에 힘이 전달될 수 있게 하는 가속도 유닛을 포함하며, 가속도 유닛은 피스톤을 갖는 유압 구동 실린더와, 캐리지 장치에 연결되는 피스톤 로드를 구비하는, 자동차 충돌을 시뮬레이션하는 테스트 디바이스에 관한 것이다.
전문가 분야에서 서보-유압 캐터펄트 시스템으로서 지칭되는 그러한 테스트 디바이스는 자동차 공학의 원리 관점에서 일반적으로 공지되어 있고 자동차 구성에 있어서 매우 짧은 개발 시간과 더 큰 수동적 안전 요건을 처리하는 역할을 한다. 그러한 테스트 디바이스에서는, 역충돌 테스트(inverse crash test)가 수행될 수 있다. 그러한 테스트에서는, 정상 작동 중에 또는 충돌의 경우에 발생할 수 있는 가속력이 시험될 자동차 부품에 작용하지 않는다. 대신에, 역충돌 테스트에서는, 발생할 수 있는 가속력에 대응하는 가속력이 시험될 자동차 부품에 인가된다.
따라서, 이 문맥에서, 시트, 조향 컬럼과 조향 휠, 윈드실드, 대시보드, 시트벨트와 그 부착 수단, 에어백 시스템 및 기타 부품 등의 시험될 자동차 부품은 다양한 사고 상황에 대응하는, 캐리지 상의 강화된 자동차 바디(탱크로서 지칭됨)에서 제어된 방식으로 가속되고, 파손 거동 또는 부품 신뢰성이 시험된다. 종래의 테스트 디바이스에서, 캐리지는 예컨대 가속도 유닛의 일부인 푸시로드를 이용하여 가속된다. 특히, 푸시로드를 실제 감속 곡선에 따라 구동 실린더의 실린더 튜브 밖으로 유압식으로 이동시키는 것이 공지되어 있다. 실제 감속 곡선을 시뮬레이션할 수 있도록, 여기서는 유압 밸브에 의해 푸시로드의 유압 하중을 제어하는 것이 시도된다.
예컨대, 구동 실린더가 피스톤 저장 유닛에 연결되는 4단 서보밸브에 의해 제어된다. 그러한 서보-유압 캐터펄트 시스템은 예컨대 Mannesmann-Rexroth의 work's periodical RIQ(1/1998 발행, 2 내지 4쪽)으로부터 공지되어 있다.
그러나, 요구되는 큰 가속도로 인해, 유압 밸브는 극히 높은 유량을 갖고 매우 빨리 반응될 수 있어야 한다. 이 문맥에서, 그러한 유압 밸브가 최대 대략 100 밀리초의 테스트 시간 내에 제어될 수 없기 때문에 실제 감속 곡선에 대한 적응을 달성하도록 다수의 교정 시도가 수행되어야 한다. 따라서, 이 종래의 방법은 매우 고가이다.
이 문제로 인해, 본 발명은 서두에 언급된 타입의 자동차 충돌을 시뮬레이션하기 위한 테스트 디바이스 뿐만 아니라 사고 상황의 시뮬레이션이 실시가 용이하지만 그럼에도 불구하고 재현성 있는 방식으로 개선될 수 있도록 그러한 테스트 디바이스를 작동시키는 방법을 개발하려는 목적을 기초로 한다. 특히, 유압 구동 실린더를 갖는 테스트 디바이스는 종래의 테스트 디바이스에 비해 테스트의 재현성 및 테스트의 시뮬레이션 정확도가 개선될 수 있고 필요한 반복 단계들의 갯수가 감소될 수 있도록 특정된다.
테스트 디바이스와 관련하여, 이 목적은, 구동 실린더의 피스톤측 구역에 작용하는 압력 및/또는 구동 실린더의 피스톤 로드측 구역에 작용하는 압력을 감지하기 위한 적어도 하나의 측정 픽업이 마련되고, 단위 시간당 캐리지 장치에 전달되는 가속력이 미리 정해지거나 정해질 수 있는 값을 취하도록 구동 실린더의 피스톤측 구역 또는 피스톤 로드측 구역으로 공급되거나, 구동 실린더에서 감지된 압력의 함수로서 피스톤측 구역 또는 피스톤 로드측 구역으로부터 배출되는 유압 유체의 양을 설정하도록 구성되는 제어 디바이스가 마련된다는 점에서 본 발명에 따라 달성된다.
여기서, 본 발명에 따른 해법의 한가지 바람직한 실시에서, 구동 실린더의 피스톤측 구역에 작용하는 압력을 감지하는 제1 측정 픽업이 마련되고, 구동 실린더의 피스톤 로드측 구역에 작용하는 압력을 감지하는 제2 측정 픽업이 마련되며, 제어 디바이스는, 피스톤측 구역에서 작용하는 압력과 피스톤 로드측 구역에서 작용하는 압력 간의 차이가 미리 정해지거나 정해질 수 있는 값을 취하도록, 단위 시간당 구동 실린더의 피스톤측 구역으로 공급되는 유압 유체의 양을 설정하도록 구성된다.
여기서, 가속도 유닛은 피스톤을 갖는 유압 구동 실린더와 가속될 캐리지 장치에 연결되는 피스톤 로드를 갖고, 유압 유체가 구동 실린더에 인가될 수 있게 하는 신속 반응형 제어 밸브, 예컨대 2-제어 에지 밸브 또는 1-제어 에지 밸브가 마련된다는 것이 예상될 수 있다. 2-에지 밸브 설계의 경우에, 피스톤측 구역에 연결되는 압력 제어 에지는 고압 유체 저장조와 유체 연통하고, 피스톤측 구역의 제2 복귀 유동 제어 에지는 압력 복귀 유동 라인과 유체 연통한다.
1-에지 밸브 설계의 경우에, 압력 제어 에지는 피스톤측 구역과 고압 유체 저장조의 유체 연통을 초래하고, 로드측 구역은 고압 또는 저압 유체 저장조와 직접 유체 연통한다.
여기서, 제어 디바이스는 캐리지 장치로 전달되는 가속력이 미리 정해지거나 정해질 수 있는 값을 취하도록 단위 시간당 구동 실린더로 공급되는 유압 유체의 양을 설정하도록 구성된다. 고압 유체 저장조는 고압이 인가될 수 있는 유압 유체를 이용할 수 있게 한다. 1-에지 설계의 경우에, 저압 유체 저장조는 피스톤 이동 시에 로드측 구역에 축적되는 유체의 양을 취한다.
고압을 받는 유체는 압력 제어 에지를 통해 구동 실린더의 피스톤측 구역으로 유동하고, 설계에 따라, 로드측 구역은 저압 저장조 또는 고압 저장조에 연결된다. 피스톤면과 피스톤 로드를 통해 2개의 실린더 챔버 내의 결과적인 압력에 의해 캐리지 장치로 힘이 인가되고, 그 결과 캐리지 장치가 가속된다.
본 발명에 따른 해법의 추가 실시에서, 구동 실린더의 피스톤측 구역에 작용하는 압력을 감지하는 제1 측정 픽업이 마련되고, 구동 실린더의 피스톤 로드측 구역에 작용하는 압력을 감지하는 제2 측정 픽업이 마련되며, 제어 디바이스는, 피스톤측 구역에서 작용하는 압력과 피스톤 로드측 구역에서 작용하는 압력 간의 차이가 미리 정해지거나 정해질 수 있는 값을 취하도록, 단위 시간당 구동 실린더의 피스톤 로드측 구역으로 공급되거나 피스톤 로드측 구역으로부터 배출되는 유압 유체의 양을 설정하도록 구성된다.
여기서, 가속도 유닛이 피스톤을 갖는 유압 구동 실린더와 가속될 캐리지 장치에 연결되는 피스톤 로드를 갖고, 유압 유체가 구동 실린더의 피스톤측 구역으로 인가될 수 있게 하는 제1 밸브가 마련되며, 또한 구동 실린더의 피스톤 로드측 구역으로 유압 유체가 인가될 수 있게 하는 제2 밸브가 마련된다는 것이 예상될 수 있다. 여기서, 제어 디바이스는, 캐리지 장치로 전달되는 가속력이 미리 정해지거나 정해질 수 있는 값을 취하도록 단위 시간당 구동 실린더의 피스톤 로드측 구역으로 공급되거나 피스톤 로드측 구역으로부터 배출되는 유압 유체의 양을 설정하도록 구성된다. 특히, 제1 밸브는 구동 실린더의 피스톤측 구역을 필요한 유체 저장조에 연결하는 역할을 한다. 고압 유체 저장조는 고압을 받는 유압 유체를 이용할 수 있게 한다. 제2 밸브는 또한 필요할 때에 구동 실린더의 피스톤 로드측 구역을 제2 고압 유체 저장조 또는 무압력 유체 저장조에 연결하는 역할을 한다. 제2 밸브에 할당되는 유체 저장조는 압력이 제1 밸브에 연결되는 유체 저장조와 함께 이용할 수 있게 하는 유압 유체의 압력보다 높은 유압 유체를 이용할 수 있게 한다.
고압을 받는 유체는 제1 밸브를 통해 구동 실린더의 피스톤측 구역으로 공급되고, 그 결과 피스톤면과 피스톤 로드를 통해 캐리지 장치로 힘이 인가되고, 그 결과로서 캐리지 장치가 가속된다. 제2 밸브를 통해, 유체는 정해진 방식으로 구동 실린더의 피스톤 로드측 구역 밖으로 유동할 수 있고/있거나 유체는 정해진 방식으로 구동 실린더의 피스톤 로드측 구역으로 유동할 수 있으며, 이 방식으로 압력 및 결과적인 가속도에 영향을 미친다.
가속도 유닛은 바람직하게는 한편으로 구동 실린더의 피스톤측 구역에서 우세한 압력과, 다른 한편으로 구동 실린더의 피스톤 로드측 구역에서 우세한 압력을 감지하도록 제1 및 제2 측정 픽업을 갖는다.
본 발명에 따른 테스트 디바이스의 한가지 바람직한 실시에서, 제어 디바이스는 설정점 변수로서 소정의 가속도 프로파일을 얻기 위하여 설정점 변수 입력부를 통해 개방 루프 제어 디바이스에 연결된다. 제어 디바이스의 제어 입력부는 피스톤의 기하학적 형태, 테스트 디바이스의 구조 및 캐리지 장치의 질량을 통해 가속도와 관련되는 제어된 변수로서 구동 실린더의 내부로부터의 압력들 간의 차이를 얻도록 신호 전달 연결부의 제1 및 제2 측정 변환기에 서브트렉터(subtractor)를 통해 연결된다. 제어 디바이스는 캐리지 장치의 결과적인 가속도가 가속도 프로파일을 따라가도록 밸브의 유량을 조정된 변수로서 조절하기 위하여 밸브에 대해 그 제어 출력부에 의한 신호 전달 연결부를 갖는다.
본 발명에 따른 테스트 디바이스의 변형예에서, 구동 실린더의 피스톤측 구역에 우세한 압력을 감지하기 위해 또는 구동 실린더의 피스톤 로드측 구역에 우세한 압력을 감지하기 위해 단일의 측정 픽업만이 마련되고, 이 측정 픽업의 측정 신호만이 제어된 변수로서 신호 라인을 통해 제어 디바이스의 제어 입력부에 직접 연결된다.
방법과 관련하여, 본 발명이 기초로 하는 목적은 아래에 특정된 방법 단계들에 의해 본 발명에 따라 해결된다:
1. 구동 실린더의 피스톤측 구역에 작용하는 압력이 제1 측정 픽업을 이용하여 측정되는 단계;
2. 구동 실린더의 피스톤 로드측 구역에서 작용하는 압력이 제2 측정 픽업을 이용하여 측정되는 단계; 및
3. 단위 시간당 구동 실린더의 피스톤측 구역으로 공급되는 유압 유체의 양은 구동 실린더의 피스톤측 구역에서 작용하는 압력과 구동 실린더의 피스톤 로드측 구역에서 작용하는 압력 간의 차이가 소정의 값을 취하도록 설정되는 단계.
대안적으로, 이하의 방법 단계가 단계 3 대신에 일어날 수 있다.
-단위 시간당 구동 실린더의 피스톤측 구역으로 일정량의 유압 유체가 공급되고, 그 결과 일정한 압력 레벨이 설정되는 단계; 및
-단위 시간당 구동 실린더의 피스톤 로드측 구역으로 공급되거나 피스톤 로드측 구역으로부터 배출되는 유압 유체의 양은, 구동 실린더의 피스톤측 구역에서 작용하는 압력과 구동 실린더의 피스톤 로드측 구역에서 작용하는 압력 간의 차이가 소정의 값을 취하도록 설정되는 단계.
본 발명에 따른 해법에 의해 달성될 수 있는 이점은 명백하다. 따라서, 본 발명에 따른 테스트 디바이스는 조정된 변수의 능동 제어의 결과로서 캐리지 장치의 결과적인 가속도가 보다 정확하게 소정의 가속도 프로파일을 따라가는 것을 특징으로 한다. 조정된 변수는 유압 유체의 유량이기 때문에, 마모 없이 고도의 재현성으로 제어가 발생한다.
도 1은 본 발명에 다른 테스트 디바이스의 2-제어 에지 실시예의 단일 플오루챠트를 도시하는 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 테스트 디바이스의 1-제어 에지 실시예의 단일 플로우챠트를 도시하는 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 테스트 디바이스의 다른 예시적인 1-제어 에지 실시예의 단일 플로우챠트를 도시하는 도면이다.
도 4는 2방향 밸브를 갖는 본 발명의 다른 예시적인 실시예의 단일 플로우챠트를 도시하는 도면이다.
이하에선, 본 발명에 따른 테스트 디바이스의 예시적인 실시예가 첨부 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명될 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 테스트 디바이스(100)의 예시적인 실시예의 단일 플로우챠트의 개략도이다. 예시된 바와 같이, 테스트 디바이스(100)는 캐리지 장치(110)와 가속도 유닛(120)을 갖는다. 캐리지 장치(110)와 가속도 유닛(120)은 힘 전달 디바이스(121)에 의해 연결된다. 도시된 실시예에서, 힘 전달 디바이스(121)는 푸시로드 또는 피스톤 로드이다. 테스트 대상물, 예컨대 자동차 또는 그 부품은 캐리지 장치(110)에 배치될 수 있다.
가속도 유닛(120)은 피스톤(123)이 있는 유압 구동 실린더(122)와 2-에지 밸브[압력 제어 에지(124), 복귀 유동 제어 에지(125)]를 갖는다. 피스톤(123)은 이 피스톤에 연결되는 피스톤 로드(121)와 함께 구동 실린더(122)의 축선을 따라 축방향으로 배치되어 2개의 실린더 구역, 즉 피스톤측 실린더 구역(128)과 피스톤 로드측 실린더 구역(129)을 서로 유밀식으로 분리시킬 수 있다.
특히, 도 1에 예시된 본 발명에 따른 테스트 디바이스(100)의 실시예에서는, 구동 실린더(122)가 이중 작용 실린더로서 구현된다는 점이 제공되고, 유압 유체가 구동 실린더(122)의 피스톤측 구역(128)에 인가될 수 있게 하는 유압 제어 에지(124; 이미 언급함)가 제공된다. 또한, 구동 실린더(122)의 피스톤 로드측 구역(129)이 복귀 유동 라인에 유체 연결되게 하는 동시 개방식 제2 복귀 유동 제어 에지(125; 또한 이미 언급됨)가 제공된다.
도 1에 개략적으로 예시된 본 발명에 따른 테스트 디바이스(100)의 실시예에서, 압력 제어 에지(124)는 [구동 실린더(122)의 피스톤측 구역(128)에 연결되지 않는] 측면에 의해 제1 고압 유체 저장조(140)에 유체 연결된다. 제1 유체 저장조(140)와 함께 이용할 수 있게 되는 유체(유압 유체)의 압력은 구동 실린더(122)의 피스톤측 구역(128)의 압력(P1)과 동일한 크기로 되거나, 바람직하게는 더 크다. 제1 유체 저장조(140)는 예컨대 피스톤 저장 유닛일 수 있다.
다른 한편으로, 복귀 유동 제어 에지(125)는 구동 실린더(122)의 피스톤 로드측 구역(129)에 연결되지 않는 그 측면에 의해 복귀 유동 저장조(141)에 유체 연결된다. 제2 유체 저장조(141)와 함께 이용할 수 있게 되는 유체(유압 유체)의 압력은 피스톤측 구역의 압력보다 낮다.
따라서, 고압 상태인 유압 유체는 압력 제어 에지(124)를 통해 구동 실린더(122)의 피스톤측 구역(128)으로 공급될 수 있고, 그 결과 구동 실린더(122)의 피스톤측 구역(128)에서 우세한 압력(P1)이 증가될 수 있고, 피스톤(123)과 피스톤 로드(121) 상에 작용하는 압력은 로드측 구역에서 낮은 대항력에 의해 감소된 후에 캐리지 장치(110)로 전달될 수 있다. 이 방식에서, 캐리지 장치가 가속될 수 있다.
압력 제어 에지(124)와 복귀 유동 제어 에지(125)는 선택적으로 또한 별개의 밸브들로 실시될 수 있다.
특히, 피스톤 로드(121) 상에 작용하는 압력은 구동 실린더(122)의 피스톤측 구역(128)에서 우세한 압력(P1)과 구동 실린더(122)의 피스톤 로드측 구역(129)에서 우세한 압력(P2) 간의 차이에 의해 결정된다. 또한, 피스톤(123) 상의 피스톤측 구역(128)에 존재하는 액티브 영역과, 피스톤(123) 상의 피스톤 로드측 구역(129)에 존재하는 액티브 영역은 피스톤 로드(121)에 작용하는 압력에 영향을 미친다.
이미 지적된 바와 같이, 유체, 예컨대 유압 유체는 제2 밸브(125)를 통해 구동 실린더(122)의 피스톤 로드측 구역(129) 밖으로 유동할 수 있다. 이 방식으로, 피스톤 로드측 구역(129)에서 발생하는 압력(P2)과 결과적인 가속도가 영향을 받을 수 있다.
도 1에 예시된 바와 같이, 본 발명에 따른 테스트 디바이스(100)의 예시적인 실시예는 또한 한편으로 구동 실린더(122)의 피스톤측 구역(128)의 압력(P1)을 감지하기 위해, 그리고 다른 한편으로 구동 실린더(122)의 피스톤 로드측 구역(129)의 압력(P2)을 감지하기 위해 측정 픽업(126, 127)을 갖는다.
또한, 도 1에 예시된 실시예에서, 신호 전달 연결부를 통해 제어 유닛(160), 예컨대 PC에 연결되는 제어 디바이스(150)가 제공된다. 미리 정해지고, 예컨대 수동으로 제어 유닛(160)에 입력될 수 있는 설정점 변수가 신호 전달 연결부를 통해 제어 유닛(160)으로부터 제어 디바이스(150)로 전달된다. 설정점 변수는 미리 정해질 수 있는 가속도 값 또는 달리 소정의 가속도 프로파일(즉, 시간 경과에 따라 소정의 가속도의 변동)일 수 있다.
제어 디바이스(150)는 설정점 변수에 따라 제어된 변수를 조절하도록 구성된다. 본 발명에 따른 테스트 디바이스(100)의 한가지 바람직한 실시예에서, 제어된 변수는 피스톤측 구역(128)에 작용하는 압력(P1)과 피스톤 로드측 구역(129)에 작용하는 압력(P2) 간의 차이이다. 유체 역학 및 물리학의 일반적인 법칙에 따른 차압은 피스톤(123)의 기하학적 형태, 테스트 디바이스(100)의 구조 및 캐리지 장치(110)의 질량을 통해 가속도에 관련된다. 특히, 차압이 가속도 유닛(120)을 통해 캐리지 장치(110)에 전달되는 가속력에 비례한다고 가정할 수 있다.
제어 디바이스(150)는 조정된 변수로서 2-에지 밸브[압력 제어 밸브(124), 복귀 유동 제어 에지(125)]의 유량을 변화시키고, 이에 따라 단위 시간당 피스톤측 구역(128)으로 공급되고 로드측 구역(129)으로 배출되는 유체의 양의 변화에 의해 구동 실린더(122)의 압력(P1, P2)에 영향을 미치도록 구성된다.
본 발명에 따른 테스트 디바이스(100)의 변형예에서, 제어 디바이스(150)는 단 하나의 측정 픽업(127)의 구동 실린더(122)의 피스톤측 구역(128)의 압력(P1)만을 감지하고 그 압력을 제어된 변수로서 평가하도록 구성된다.
자동차 충돌을 독창적으로 시뮬레이션하는 방법은 이하의 단계들을 갖는다.
제어 유닛(160)은 설정점 변수를 신호 전달 연결부를 통해 제어 디바이스(150)로 출력한다. 설정점 변수는 각각의 시간에서 캐리지 장치(110)의 원하는 가속도에 대응한다. 이 연대순 프로파일에서, 설정점 변수는 원하는 가속도 프로파일에 대응한다. 2개의 압력 측정 픽업(126, 127)의 신호들 간의 차이는 제어 디바이스(150)에서 제어된 변수로서 존재한다. 캐리지 장치(110)의 가속도는 피스톤(123)의 기하학적 형태와 캐리지 장치(110)의 질량을 통해 유체 역학과 물리학의 일반적인 법칙에 따라 제어된 변수와 관련된다.
제어 디바이스(150)는 캐리지 장치(110)의 결과적인 가속도가 원하는 가속도 프로파일을 따라가도록 2-에지 밸브[압력 제어 에지(124), 복귀 유동 제어 에지(125)]의 유량을 조정된 변수로서 제어한다. 이 목적을 위해, 제어 디바이스는 매 경우에 그렇게 크게 압축된 유체가 압력 저장조(140)로부터 제1 실린더 구역(128) 내로 유동하고 구역(128)으로부터 멀어지게 무압력 저장조(141)로 유동하는 정도까지 2-에지 밸브를 개방시키는데, 압력 저장조(141)에서는 제1 및 제2 실린더 구역(128, 129) 간의 압력차에 의해 피스톤으로 인가된 힘이 힘 전달 디바이스에 의해 캐리지 장치(110)의 원하는 가속도를 일으킨다.
테스트 디바이스(100)의 다양한 실시예에서, 특히 비례(P) 제어기, 비례 적분(PI; proportional integral) 제어기 또는 비례 적분 미분(PID; proportional integral differential) 제어기가 제어 디바이스(150)로서 사용될 수 있다.
테스트 디바이스(100)는 다시 테스트 단계 다음에 캐리지 장치(110)를 제동시키는 제동 수단을 더 구비할 수 있다. 더욱이, 가속도 단계 후에 캐리지 장치(110)가 피스톤(123)에 의해 힘 전달 유닛(121)으로부터 분리되고, 피스톤(123) 및 힘 전달 유닛(121)과 독립적으로 적절한 제동 수단에 의해 제동되도록 캐리지 장치(110)와 힘 전달 유닛(121) 사이의 연결을 구성할 수 있다.
1-제어 에지 밸브를 갖는 실시예가 도 2에 일례로서 예시되어 있다. 도 2에 개략적으로 예시된 본 발명의 테스트 디바이스(100)의 실시예에서, 제어 에지(124)는 구동 실린더(122)의 피스톤측 구역(128)에 연결되지 않는 그 측면에 의해 제1 고압 유체 저장조(140)에 유체 연결된다. 제1 유체 저장조(140)와 함께 이용할 수 있게 되는 유체(압력 유첵)의 압력은 구동 실린더(122)의 피스톤측 구역(128)의 압력(P1)과 동일한 크기가 되고, 바람직하게는 그보다 크다. 제1 유체 저장조(140)는 예컨대 피스톤 저장 유닛일 수 있다.
다른 한편으로, 구동 실린더(122)의 피스톤 로드측 구역(129)은 복귀 유동 저장조(170)에 유체 연결된다. 제2 유체 저장조(170)와 이용할 수 있게 되는 유체(유압 유체)의 압력은 피스톤 로드측 구역의 압력보다 낮다.
따라서, 고압 상태인 유압 유체는 제어 에지(124)를 통해 구동 실린더(122)의 피스톤측 구역(128)으로 공급될 수 있고, 그 결과 구동 실린더(122)의 피스톤측 구역(128)에서 우세한 압력(P1)이 증가될 수 있고, 피스톤(123)과 피스톤 로드(121) 상에 작용하는 압력은 로드측 구역에서 낮은 대항력에 의해 감소된 후에 캐리지 장치(110)로 전달될 수 있다. 이 방식으로, 캐리지 장치(110)가 가속될 수 있다. 이하의 문맥에서, 도 2에서 설명되는 디바이스는 도 1과 관련하여 이미 설명된 실시예에 대응한다.
따라서, 도 2로부터의 디바이스를 이용하는 방법은, 캐리지 장치(110)의 결과적인 가속도가 원하는 가속도 프로파일을 따라가도록 제어 디바이스(150)가 조정된 변수로서 1-에지 밸브[제어 에지(124)]의 유량을 제어한다는 점에서 상이하다.
도 3은 일례로서 1-제어 에지 밸브를 갖는 다른 실시예를 예시한다. 도 3에 개략적으로 예시되는 본 발명의 테스트 디바이스(100)의 실시예에서, 제어 에지(124)는 구동 실린더(122)의 피스톤측 구역(128)에 연결되지 않는 그 측면에 의해 제1 고압 유체 저장조(140)에 유체 연결된다. 제1 유체 저장조(140)와 함께 이용할 수 있게 하는 유체(유압 유체)의 압력은 구동 실린더(122)의 피스톤측 구역(128)의 압력(P1)과 동일한 크기로 되고, 바람직하게는 그보다 크다. 제1 유체 저장조(140)는 예컨대 피스톤 저장 유닛일 수 있다.
구동 실린더(122)의 피스톤 로드측 구역(129)은 또한 유체 저장조(140)에 유체 연결된다. 피스톤 로드측 구역에서 피스톤의 액티브 영역은 피스톤 로드의 단면과 동일한 값에 의해 감소되기 때문에, 가속도 단계에서, 피스톤 로드측의 대항력은 피스톤 로드측의 가속력보다 작거나 동일하다. 그 결과, 피스톤 로드측 구역으로부터의 유체는 유체 저장조(140)의 압력에 대항하여 반대로 유동할 수 있다.
따라서, 고압 상태인 유압 유체는 제어 에지(124)를 통해 구동 실린더(122)의 피스톤측 구역(128)으로 공급될 수 있고, 그 결과 구동 실린더(122)의 피스톤측 구역(128)에서 우세한 압력(P1)이 증가될 수 있고, 피스톤(123)과 피스톤 로드(121) 상에 작용하는 압력은 로드측 구역에서 낮은 대항력에 의해 감소된 후에 캐리지 장치(110)로 전달될 수 있다. 이 방식으로, 캐리지 장치(110)가 가속될 수 있다.
이하의 문맥에서, 도 3에서 설명되는 디바이스는 도 2와 관련하여 설명된 실시예에 대응한다.
도 4는 본 발명에 따른 테스트 디바이스(100)의 다른 예시적인 실시예의 개략적인 단일 플로우챠트를 도시한다. 도 1 내지 도 3과 동일한 부품들은 동일한 참조 부호로 나타낸다.
특히, 도 4에 예시된 본 발명의 테스트 디바이스(100)의 실시예에서는, 앞선 실시예에서와 같이, 구동 실린더(122)가 이중 작용 실린더로서 구현된다는 점이 제공되고, 유압 유체가 구동 실린더(122)의 피스톤측 구역(128)에 인가될 수 있게 하는 제1 밸브(124)가 제공된다. 또한, 유압 유체가 구동 실린더(122)의 피스톤 로드측 구역(129)으로 인가될 수 있게 하는 제2 밸브(125)가 제공된다.
도 4에 개략적으로 예시되는 본 발명의 테스트 디바이스(100)의 실시예에서, 제1 밸브(124)는 구동 실린더(122)의 피스톤측 구역(128)에 연결되지 않는 그 측면에 의해 제1 유체 저장조(140)에 유체 연결된다. 제1 유체 저장조(140)는 예컨대 피스톤 저장 유닛일 수 있다. 다른 한편으로, 제2 밸브(125)는 구동 실린더(122)의 피스톤 로드측 구역(129)에 연결되지 않는 그 측면에 의해, 구동 신호에 따라 제2 무압력 유체 저장조(141) 또는 고압 유체 저장조(170)에 유체 연결된다.
따라서, 고압 상태인 유압 유체는 제1 밸브(124)를 통해 구동 실린더(122)의 피스톤측 구역(128)으로 공급될 수 있고, 그 결과 구동 실린더(122)의 피스톤측 구역(128)에서 우세한 압력(P1)이 증가될 수 있고, 피스톤(123)과 피스톤 로드(121) 상에 작용하는 압력이 캐리지 장치(110)로 전달될 수 있다. 이 방식에서, 캐리지 장치(110)가 가속될 수 있다.
특히, 피스톤 로드(121) 상에 작용하는 압력은 구동 실린더(122)의 피스톤측 구역(128)에서 우세한 압력(P1)과 구동 실린더(122)의 피스톤 로드측 구역(129)에서 우세한 압력(P2) 간의 차이에 의해 결정된다. 또한, 피스톤(123) 상의 피스톤측 구역(128)에 존재하는 액티브 영역과, 피스톤(123) 상의 피스톤 로드측 구역(129)에 존재하는 액티브 영역은 피스톤 로드(121)에 작용하는 압력에 영향을 미친다.
이미 지적된 바와 같이, 예컨대 유압 유체 등의 유체는 제2 밸브(125)를 통해 구동 실린더(122)의 피스톤 로드측 구역(129) 내외로 유동할 수 있다. 이 방식으로, 피스톤 로드측 구역(129)에서 발생하는 압력(P2)과 결과적인 가속도가 결정적으로 영향을 받을 수 있다.
도 4에 예시된 바와 같이, 본 발명에 따른 테스트 디바이스(100)의 예시적인 실시예는 또한 한편으로 구동 실린더(122)의 피스톤측 구역(128)의 압력(P1)을 감지하기 위해, 그리고 다른 한편으로 구동 실린더(122)의 피스톤 로드측 구역(129)의 압력(P2)을 감지하기 위해 측정 픽업(126, 127)을 갖는다.
또한, 도 4에 예시된 실시예에서, 신호 전달 연결부를 통해 제어 유닛(160), 예컨대 PC에 연결되는 제어 디바이스(150)가 제공된다. 미리 정해지고, 예컨대 수동으로 제어 유닛(160)에 입력될 수 있는 설정점 변수가 신호 전달 연결부를 통해 제어 유닛(160)으로부터 제어 디바이스(150)로 전달된다. 설정점 변수는 소정의 가속도 값 또는 달리 소정의 가속도 프로파일(즉, 시간 경과에 따라 소정의 가속도의 변동)일 수 있다.
제어 디바이스(150)는 설정점 변수에 따라 제어된 변수를 조절하도록 구성된다. 본 발명에 따른 테스트 디바이스(100)의 한가지 바람직한 실시예에서, 제어된 변수는 피스톤측 구역(128)에 작용하는 압력(P1)과 피스톤 로드측 구역(129)에 작용하는 압력(P2) 간의 차이이다. 유체 역학 및 물리학의 일반적인 법칙에 따라, 차압은 피스톤(123)의 기하학적 형태, 테스트 디바이스(100)의 구조 및 캐리지 장치(110)의 질량을 통해 가속도에 관련된다. 특히, 차압이 가속도 유닛(120)을 통해 캐리지 장치(110)에 전달되는 가속력에 비례한다고 가정할 수 있다.
제어 디바이스(150)는 조정된 변수로서 제2 밸브(125)를 통해 유량을 변화시키고, 이에 따라 단위 시간당 피스톤 로드측 구역(129)으로 공급되거나 피스톤 로드측 구역으로부터 배출되는 유체의 양을 변화시킴으로써 구동 실린더(122)의 피스톤 로드측 구역(129)의 압력(P2)에 영향을 미치도록 구성된다.
본 발명에 따른 테스트 디바이스(100)의 변형예에서, 제어 디바이스(150)는 단 하나의 측정 픽업(127)으로부터 구동 실린더(122)의 피스톤 로드측 구역(129)의 압력(P2)만을 감지하고 그 압력을 제어된 변수로서 평가하도록 구성된다.
자동차 충돌을 독창적으로 시뮬레이션하는 방법은 이하의 단계들을 갖는다.
제어 유닛(160)은 설정점 변수를 신호 전달 연결부를 통해 제어 디바이스(150)로 출력한다. 설정점 변수는 각각의 시간에서 캐리지 장치(110)의 원하는 가속도에 대응한다. 이 연대순 프로파일에서, 설정점 변수는 원하는 가속도 프로파일에 대응한다. 2개의 압력 측정 픽업(126, 127)의 신호들 간의 차이는 제어 디바이스(150)에서 제어된 변수로서 존재한다. 캐리지 장치(110)의 가속도는 피스톤(123)의 기하학적 형태와 캐리지 장치(110)의 질량을 통해 유체 역학과 물리학의 일반적인 법칙에 따라 제어된 변수와 관련된다.
일정한 양의 유압 유체가 단위 시간당 구동 실린더(122)의 피스톤측 구역(128)으로 공급된다. 일정한 압력을 구동 실린더(122)의 피스톤측 구역(128)으로 공급하며 캐리지 장치(110)에 작용하는 일정한 가속력이 발생된다. 구동 실린더(122)의 피스톤 로드측 구역(129)의 압력을 동적으로 변화시킴으로써 동적인 가속력이 형성된다.
특히, 제어 디바이스(150)는 캐리지 장치(110)의 결과적인 가속도가 원하는 가속도 프로파일을 따라가도록 제2 밸브(125)의 유량을 조정된 변수로서 제어한다. 이 목적을 위해, 제어 디바이스는 매 경우에 그렇게 크게 압축된 유체가 고압 저장조(170)로부터 구동 실린더(122)의 피스톤 로드측 구역(129)으로 유동하거나 밸브(125)를 통해 무압력 저장조로 유동하는데, 밸브(125)에서는 피스톤측 구역(128)과 피스톤 로드측 구역(129) 간의 압력차에 의해 피스톤(123)으로 인가된 힘이 힘 전달 디바이스에 의해 캐리지 장치(110)의 원하는 가속도를 일으킨다.
테스트 디바이스(100)의 다양한 실시예에서, 예컨대 비례(P) 제어기, 비례 적분(PI; proportional integral) 제어기 또는 비례 적분 미분(PID; proportional integral differential) 제어기가 제어 디바이스(150)로서 사용될 수 있다.
제어 디바이스(150)는 다시 테스트 단계 다음에 캐리지 장치(110)를 제동시키는 제동 수단을 더 구비할 수 있다. 더욱이, 가속도 단계 후에 캐리지 장치(110)가 피스톤(123)에 의해 힘 전달 유닛(121)으로부터 분리되고, 피스톤(123) 및 힘 전달 유닛(121)과 독립적으로 적절한 제동 수단에 의해 제동되도록 캐리지 장치(110)와 힘 전달 유닛(121) 사이의 연결을 구성할 수 있다.
본 발명은 도 1 내지 도 4를 참조하여 일례로서 설명된 테스트 디바이스(100)의 실시예로 제한되지 않고, 대신에 상기 발명은 본 명세서에 설명된 모든 특징 및 이점의 조합으로부터 초래된다.

Claims (11)

  1. 자동차 충돌을 시뮬레이션하기 위한 테스트 디바이스(100)로서, 상기 테스트 디바이스(100)가
    - 레일 장치를 따라 변위 가능하도록 배치되는 캐리지 장치(110)와,
    - 캐리지 장치(110) 상에 배치되고 시험될 적어도 하나의 자동차 부품을 갖는 테스트 셋업과,
    - 캐리지 장치(110)를 가속시키도록 캐리지 장치(110)에 힘이 전달될 수 있게 하는 가속도 유닛(120)을 포함하고,
    상기 가속도 유닛(120)은 피스톤(123)을 갖는 유압 구동 실린더(122)와, 캐리지 장치(110)에 연결되는 피스톤 로드(121)를 가지며,
    유압 구동 실린더(122)의 피스톤측 구역(128)에 작용하는 압력(P1) 및/또는 유압 구동 실린더(122)의 피스톤 로드측 구역(129)에 작용하는 압력(P2)을 감지하도록 적어도 하나의 측정 픽업(126, 127)이 제공되고,
    캐리지 장치(110)에 전달되는 가속력이 미리 정해지거나 정해질 수 있는 값을 취하도록, 구동 실린더(122)에서 감지된 압력(P1, P2)의 함수로서 단위 시간당 구동 실린더(122)의 피스톤측 구역(128) 또는 피스톤 로드측 구역(129)으로 공급되거나, 피스톤측 구역(128) 또는 피스톤 로드측 구역(129)으로부터 배출되는 유압 유체의 양을 설정하도록 구성되는 제어 디바이스(150)가 제공되는 것을 특징으로 하는 테스트 디바이스.
  2. 제1항에 있어서, 구동 실린더(122)의 피스톤측 구역(128)에 작용하는 압력(P1)을 감지하도록 제1 측정 픽업(126)이 제공되고,
    구동 실린더(122)의 피스톤 로드측 구역(129)에 작용하는 압력(P2)을 감지하도록 제2 측정 픽업(127)이 제공되며,
    상기 제어 디바이스(150)는, 피스톤측 구역(128)에서 작용하는 압력(P1)과 피스톤 로드측 구역(129)에서 작용하는 압력(P2) 간의 차이가 미리 정해지거나 정해질 수 있는 값을 취하도록, 단위 시간당 구동 실린더(122)의 피스톤측 구역(128) 또는 피스톤 로드측 구역(129)으로 공급되거나, 피스톤측 구역(128) 또는 피스톤 로드측 구역(129)으로부터 배출되는 유압 유체의 양을 설정하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 테스트 디바이스.
  3. 제2항에 있어서, 상기 피스톤측 구역(128)에서 작용하는 압력(P1)과 피스톤 로드측 구역(129)에서 작용하는 압력(P2) 간의 차이는 가속도 유닛(120)을 통해 캐리지 장치(110)로 전달되는 가속력에 비례하며,
    피스톤측 구역(128)에서 작용하는 압력(P1)과 피스톤 로드측 구역(129)에서 작용하는 압력(P2) 간의 차이의 미리 정해지거나 정해질 수 있는 값은 가속력의 미리 정해지거나 정해질 수 있는 설정점 값에 대응하는 것을 특징으로 하는 테스트 디바이스.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 구동 실린더(122)는 이중 작용 실린더로서 구현되고,
    유압 유체가 구동 실린더(122)의 피스톤측 구역(128)에 인가될 수 있게 하는 제1 밸브(124)가 제공되고,
    구동 실린더(122)의 피스톤측 구역(128)에서 작용하는 압력(P1)은 제1 밸브를 구동시킴으로써 설정될 수 있고,
    유압 유체가 구동 실린더(122)의 피스톤 로드측 구역(129)에 인가될 수 있게 하는 제2 밸브(125)가 제공되고,
    구동 실린더(122)의 피스톤 로드측 구역(129)에서 작용하는 압력(P2)은 제2 밸브(125)를 구동시킴으로써 설정될 수 있으며,
    제어 디바이스(150)는 또한, 캐리지 장치(110)로 전달되는 가속력이 미리 정해지거나 정해질 수 있는 값을 취하도록, 단위 시간당 구동 실린더(122)의 피스톤측 로드측 구역(129)으로 공급되거나 피스톤측 로드측 구역(129)으로부터 배출되는 유압 유체의 양을 설정하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 테스트 디바이스.
  5. 제4항에 있어서, 상기 제어 디바이스(150)는 제어 변수로서 구동 실린더(122)의 피스톤 로드측 구역(129)의 압력(P2)을 이용하여 소정의 가속도 프로파일에 따라 캐리지 장치(110)의 가속도를 조절하도록 구성되며,
    제2 밸브(125)를 통과하는 유량은 제어 디바이스(150)의 조정된 변수인 것을 특징으로 하는 테스트 디바이스.
  6. 제4항 또는 제5항에 있어서, 소정의 값에 따라 제1 밸브(124)를 통과하는 유량을 제어하는 개방 루프 제어 디바이스(160)가 또한 제공되는 것을 특징으로 하는 테스트 디바이스.
  7. 제6항에 있어서, 소정의 일정한 값에 따라 제1 밸브(124)에 연결된 구동 실린더(122)의 피스톤측 구역의 압력(P1)을 조절하기 위한 추가의 제어 디바이스가 또한 제공되며,
    제1 밸브(124)를 통과하는 유량은 추가의 제어 디바이스의 조정된 변수인 것을 특징으로 하는 테스트 디바이스.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제어 디바이스(150)는, 임의의 시간에 캐리지 장치(110)로 전달되는 가속력이 미리 정해지거나 정해질 수 있는 값을 취하도록, 구동 실린더(122)에서 감지된 압력(P1, P2)의 함수로서 단위 시간당 구동 실린더(122)의 피스톤 로드측 구역(129)으로 공급되거나 피스톤 로드측 구역(129)으로부터 배출되는 유압 유체의 양을 설정하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 테스트 디바이스.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 소정의 가속도 프로파일에 따라 캐리지 장치(110)의 가속도를 제어하기 위해, 제어 디바이스(150)는 P(proportional) 제어기, PI(proportional integral) 제어기 또는 PID(proportional integral differential) 제어기를 가지며,
    구동 실린더(122)의 피스톤측 구역(128)에서 작용하는 압력(P1) 및/또는 구동 실린더(122)의 피스톤 로드측 구역(129)에서 작용하는 압력(P2)이 제어 변수인 것을 특징으로 하는 테스트 디바이스.
  10. 캐리지 장치(110)를 가속시키기 위해 캐리지 장치(110)로 힘이 전달될 수 있게 하는 가속도 유닛(120)을 갖는, 자동차 충돌을 시뮬레이션하기 위한 테스트 디바이스(100)의 작동 방법으로서,
    가속도 유닛(120)은 피스톤(123)을 갖는 유압 구동 실린더(122)와 캐리지 장치(110)에 연결되는 피스톤 로드(121)를 가지며,
    상기 테스트 디바이스(100)의 작동 방법은,
    - 구동 실린더(122)의 피스톤측 구역(128)에 작용하는 압력(P1)을 제1 측정 픽업(126)을 이용하여 측정하는 단계와,
    - 구동 실린더(122)의 피스톤 로드측 구역(129)에서 작용하는 압력(P2)을 제2 측정 픽업(127)을 이용하여 측정하는 단계와,
    - 일정한 단면을 갖는 유체 연결부를 통해 구동 실린더(122)의 피스톤측 구역(128)에 압축된 유압 유체를 적용하고, 단위 시간당 구동 실린더의 피스톤 로드측 구역(129)으로 공급되거나 피스톤 로드측 구역(129)으로부터 배출되는 유압 유체의 양을 구동 실린더(122)의 피스톤측 구역(128)에서 작용하는 압력(P1)과 구동 실린더(122)의 피스톤 로드측 구역(129)에서 작용하는 압력(P2) 간의 차이가 미리 정해지는 값을 취하도록 설정하거나, 단위 시간당 구동 실린더(122)의 피스톤측 구역(128)으로 공급되는 유압 유체의 양을 구동 실린더(122)의 피스톤측 구역(128)에서 작용하는 압력(P1)이 미리 정해지는 값을 취하도록 설정하는 단계와,
    - 단위 시간당 구동 실린더(122)의 피스톤 로드측 구역(129)으로 공급되거나 피스톤 로드측 구역(129)으로부터 배출되는 유압 유체의 양을 구동 실린더(122)의 피스톤측 구역(128)에서 작용하는 압력(P1)과 구동 실린더(122)의 피스톤 로드측 구역(129)에서 작용하는 압력(P2) 간의 차이가 미리 정해지는 값을 취하도록 설정하거나, 단위 시간당 구동 실린더(122)의 피스톤측 구역(128)으로 공급되는 유압 유체의 양을 구동 실린더(122)의 피스톤측 구역(128)에서 작용하는 압력(P1)과 구동 실린더(122)의 피스톤 로드측 구역(129)에서 작용하는 압력(P2) 간의 차이가 미리 정해지는 값을 취하도록 설정하는 단계를 포함하는,
    테스트 디바이스의 작동 방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 피스톤측 구역(128)에서 작용하는 압력(P1)과 피스톤 로드측 구역(129)에서 작용하는 압력(P2) 간의 차이는 가속도 유닛(120)을 통해 캐리지 장치(110)로 전달되는 가속력에 비례하며,
    피스톤측 구역(128)에서 작용하는 압력(P1)과 피스톤 로드측 구역(129)에서 작용하는 압력(P2) 간의 차이의 미리 정해지거나 정해질 수 있는 값은 가속력의 미리 정해지거나 정해질 수 있는 설정점 값에 대응하는, 테스트 디바이스의 작동 방법.
KR1020147006819A 2011-11-17 2012-11-15 자동차 충돌을 시뮬레이션하는 테스트 디바이스 및 테스트 디바이스의 작동 방법 KR20140097112A (ko)

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