DE102006010468A1 - Deformierbare Barriere für Aufpralltests - Google Patents

Abstract

Zum Durchführen eines Fahrzeug-Crashversuchs wird einer Barriere (1) mit einem Kraftfahrzeug in Kontakt gebracht. Die Barriere (1) hat eine Grundplatte (2) sowie ein erstes Teilsimulationselement (6, 7, 10, 11), das über Widerstandselemente (8, 9, 12, 13) elastisch nachgiebig abgestützt ist. Zusätzlich ist ein plastisch verformbares Verformungselement (14) im Bereich des ersten Teilsimulationselements (6, 7, 10, 11) vorgesehen.

Description

• Die Erfindung betrifft eine Barriere für Fahrzeug-Aufprallversuche.
• Eine solche Barriere ist aus der US 5 779 389 bekannt. Dort ist ein Impaktor für eine bewegliche und deformierbare Barriere gezeigt, die zum Simulieren eines Kraftfahrzeugs dient. Der Impaktor hat eine Vielzahl von Energie absorbierenden Segmenten, die von einer Grundplatte abstehen. Wenn man Barrieren mit solchen wabenförmigen Impaktoren verwendet, dann kann sich bei Versuchen ein unrealistisches Verformungsverhalten ergeben. Dies erschwert eine Übertragung von Versuchsergebnissen auf die Realität.
• Die US 4 352 484 zeigt eine Vorrichtung, die Schaum- und Wabenförmige Bereiche aufweist. Diese Vorrichtung wird zur Simulation von Fahrzeug-Crashversuchen eingesetzt. Die damit simulierten Fahrzeugcrashs lassen sich nur sehr aufwändig mit der Realität in Übereinstimmung bringen.
• Die JP 10-123009 zeigt eine wabenförmige Vorrichtung zur Simulation von seitlichen Fahrzeugcrashs. Die damit erzielten Versuchsergebnisse sind wenig realistisch.
• Die DE 102 31 823 A1 zeigt einen Fahrzeug-Aufprallversuch mit einer nicht-deformierbaren Barriere. Damit ausgeführte Versuche sind ebenfalls wenig realistisch und aussagekräftig.
• Der Aufsatz „NHTSA Vehicle Compatibility Research Program" 199-01-0071 von Stephen Summers, Aloke Prasad, William T. Hollowell von der National Highway Traffic Safety Administration zeigt die Verwendung eines Bulletfahrzeugs bei der Simulation von Aufprallversuchen. Konstruktive Ausgestaltungen für ein realistisches Bulletfahrzeug werden dort nicht gegeben.
• Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Barriere für Fahrzeug-Aufprallversuche, ein Bulletfahrzeug sowie ein Verfahren zum Durchführen von realistischen Fahrzeug-Crashversuchen anzugeben.
• Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen.
• Gemäß der Erfindung wird eine Barriere vorgesehen, die eine steife Grundplatte aufweist. An der Grundplatte stützt sich wenigstens ein steifes erstes Teilsimulationselement ab, das über ein oder mehrere Widerstandselemente elastisch nachgiebig ausgestaltet ist, was die Abstützung angeht. Zusätzlich ist wenigstens ein im Wesentlichen plastisch verformbares Verformungselement vorgesehen, und zwar im Bereich des ersten Teilsimulationselements.
• Gemäß der Erfindung sind die Angaben „steif", „elastisch nachgiebig" und „plastisch verformbar" im Licht derjenigen Belastungen zu sehen, wie sie bei typischen Fahrzeug-Aufprallversuchen auftreten. Gemäß einem der Erfindung zugrunde liegenden Gedanken wird nämlich eine solche Barriere bzw. ein Aufprallvorsatz konstruktiv dem Vorderbau eines Fahrzeugs angepasst. Mit einem solchen Aufprallvorsatz werden dann Crashversuche durchgeführt, wobei hierfür zu testende Kraftfahrzeuge mit der Barriere in Kontakt gebracht werden. Wenn dabei von einer steifen Grundplatte die Rede ist, dann bedeutet dies, dass die Grundplatte nach dem Durchführen eines Crashversuchs ihre Gestalt nicht wesentlich geändert hat. Dasselbe gilt für die steifen ersten Teilsimulationselemente, die sich über Widerstandselemente elastisch nachgiebig an der Grundplatte abstützen. Wenn diese ersten Teilsimulationselemente einem Crashversuch unterzogen werden, dann sind diese nach dem Durchführen des Crashversuchs gegenüber ihrer ursprünglichen Gestalt nicht wesentlich verformt. Typische erste Teilsimulationselemente dienen demnach dazu, einen Motorblock oder ein Getriebegehäuse im Crashversuch zu simulieren. Ebenso werden Räder, besonders die Radfelgen von Rädern, eines wirklichen Kraftfahrzeugs als relativ steifes erstes Teilsimulationselement ausgebildet, denn diese werden in Crashversuchen häufig nicht besonders verformt und können so gut simuliert werden.
• Dem gegenüber sind häufig noch plastisch verformbare Verformungselemente vorgesehen, die beispielsweise als Schaum-Wabenkonstruktion in den oben stehend im Stand der Technik bekannten Versuchen beschrieben sind.
• Durch eine solche Kombination von relativ steifen ersten Teilsimulationselementen und plastisch verformbaren Verformungselementen kann eine Gestaltung einer Barriere erreicht werden, die besonders realistische Versuche erlaubt.
• Als Grundsatz gilt dabei, dass frontale Crashtests durchgeführt werden.
• Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung haben die Widerstandselemente eine verstellbare Erstreckung. Dies gestattet es zum einen, Widerstandselemente wieder zu verwenden, nachdem diese in einem Crashtest verwendet wurden. Durch die verstellbare Erstreckung ist sichergestellt, dass etwaige bleibende plastische Verformungen der Widerstandselemente ausgeglichen werden können. Es sind auch Widerstandselemente mit verstellbaren Elastizitäten denkbar, denn damit können Verformungsverhalten von Barrieren besser an reale Gegebenheiten angepasst werden.
• In einem besonders einfachen Fall ist das Widerstandselement als vorspannbare Spiralfeder ausgebildet. Solche Federn haben einen einfachen Aufbau und sind einfach herzustellen. Eine Verstellung der Erstreckung bzw. der Länge der Feder lässt sich leicht mit einem Schraubenmechanismus erreichen. Die Erfindung lässt sich auch mit anderen Federn umsetzen, wenn eine bestimmte Kennlinie oder eine Funktion gewünscht ist. Hierbei können auch Blattfedern und Tellerfedern in Betracht gezogen werden.
• In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist wenigstens ein elastisch und plastisch verformbares zweites Teilsimulationselement vorgesehen, das sich unmittelbar an der Grundplatte abstützt. Solche elastisch und plastisch verformbare zweite Teilsimulationselemente können beispielsweise dazu verwendet werden, um Fahrzeuglängsträger zu simulieren. Dabei können sich die ersten Teilsimulationselemente – auch mit Federn oder mit plastisch verformbaren Verformungselementen – an den elastisch und plastisch verformbaren zweiten Teilsimulationselementen abstützen. Auf diese Weise kann das Verformungsverhalten einer Vorderachse leicht an der erfindungsgemäßen Barriere nachgebildet werden. Damit lassen sich auch schräge Crashversuche durchführen, bei denen nicht nur Kräfte in Längsrichtung der Barriere sondern auch Querkräfte simuliert werden können.
• Es ist selbstverständlich, dass auch mehrere erste Teilsimulationselemente und mehrere Verformungselemente zusammen mit mehreren zweiten Teilsimulationselementen vorgesehen werden können. Insofern können beliebige Anzahlen von ersten und zweiten Teilsimulationselementen mit beliebigen Anzahlen von Verformungselementen kombiniert werden. Aus den verschiedenen Kombinationen lassen sich besonders realistische Versuchsergebnisse erzielen, die mit den wahren Verhältnissen gut übereinstimmen.
• Das zweite Teilsimulationselement kann dabei auch an der Grundplatte befestigt sein. Dadurch lässt sich ein besonders realistisches Verhalten eines Fahrzeuglängsträgers simulieren.
• In einer Weiterbildung der Erfindung kann auch ein elastisch und plastisch verformbares drittes Teilsimulationselement vorgesehen sein, das sich an wenigstens einem zweiten Teilsimulationselement abstützt. Mit einem solchen dritten Teilsimulationselement kann ein Pkw-Frontquerträger besonders realistisch simuliert werden. Hierzu wird das dritte Teilsimulationselement mit zwei zweiten Teilsimulationselementen fest verbunden, die an der Grundplatte befestigt sind.
• Schließlich kann die erfindungsgemäße Barriere im Bereich der Grundplatte mit einer Fahrzeughaut aus Metallblech versehen sein, wobei der Begriff Metallblech nicht eng auszulegen ist. Es sind auch Ausgestaltungen denkbar, in denen die Fahrzeughaut Kunststoff aufweist, wenn dies zur Erzielung eines realistischen Versuchsergebnisses notwendig ist. In der Fahrzeughaut kann dabei eine zu öffnende Karosserieklappe angebracht sein.
• Ein mit der erfindungsgemäßen Barriere ausgerüstetes Bulletfahrzeug wird vorzugsweise auf einer beweglichen Rampe montiert, wobei es genügt, die erfindungsgemäße Barriere auf der Rampe vorzusehen.
• Mit einem solchen Bulletfahrzeug kann ein Crashversuch ganz einfach dadurch durchgeführt werden, dass die Barriere auf der Rampe auf das Kraftfahrzeug zu bewegt wird.
• Mit der Erfindung kann auch ein Crashtest in der Weise durchgeführt werden, dass ein sich bewegendes Kraftfahrzeug auf die stehende oder sich mit langsamerer Geschwindigkeit vom Kraftfahrzeug wegbewegende Rampe auffährt. Hierzu wird die Barriere auf einer Rampe montiert, die auch beweglich ausgebildet sein kann. Dabei können die Räder, auf der sich die Rampe bewegt, auch so eingestellt werden, dass ein parkendes Fahrzeug mit im Leerlauf befindlichem Schaltgetriebe simuliert wird. Der Crashversuch wird dann dadurch erzeugt, dass das Kraftfahrzeug auf die Barriere zu bewegt wird und mit dieser in Kontakt gebracht wird.
• Mit der Erfindung können Barrieren bereitgestellt werden, bei denen durchschnittliche Abmessungen aller Fahrzeuge einer Klasse wie beispielsweise Pkw nachgebildet werden. Dabei können Strukturelemente des Vorderbaus dieser Fahrzeuge in die Barriere integriert werden. Festigkeitsmäßig nicht zu vernachlässigende Bauteile werden nicht durch eine Waben-/Schaumkonstruktion nachgebildet, sondern erfindungsgemäß durch steife oder plastisch/elastisch verformbare Simulationselemente, die durch Widerstandselemente gelagert sind. Dies gilt insbesondere für die vorderen Längsträger, für den vorderen Querträger bzw. Bumperquerträger, für den Motorblock, für den Getriebeblock und für die Vorderräder, insbesondere für die Felgen der Vorderräder.
• Darüber hinaus wird mit der Erfindung die Kontur der Barriere derjenigen eines Pkws angepasst.
• Die erfindungsgemäße Barriere hat in einer besonders bevorzugten Ausführungsform zwei Längsträger mit ähnlichen Deformationseigenschaften wie diejenigen eines Pkw-Längsträgers. Die Barriere enthält einen Querträger mit den Eigenschaften des Pkw-Frontquerträgers und sie weist innen mittig einen steifen Kern zur Imitation eines Motor-/Getriebeblocks auf. Die Barriere hat an den Außenseiten zwei runde, der Einfachheit halber als Halbschalen-Elemente ausgebildete Teilsimulationselemente, die ähnliche Eigenschaften aufweisen wie Radfelgen. Im Profil hat die Barriere eine Kontur, die dem Vorderabschnitt eines Pkws ähnelt. Alle Elemente haben die Abmaße und die Zuordnung so gewählt, dass sie an ermittelte Durchschnittswerte einer Fahrzeugklasse wie beispielsweise Pkw oder mittlere Kompaktfahrzeuge angelehnt sind.
• Erfindungsgemäß sind die quasi-steifen Kerne wie Motor-/Ge- triebeblock oder Radfelgen mittels jeweils eines dreidimensionalen Federsystems aufgehängt, so dass die realen Verschiebungen dieser Elemente denjenigen ähneln, die bei wirklichen Aufprallen ermittelt werden, und zwar so, dass eine gute Übereinstimmung mit Car-to-Car-Tests gewährleistet ist. Dadurch kann beispielsweise ein Bulletfahrzeug durch eine deformierbare Barriere ersetzt werden.
• Mit der Erfindung ist es möglich, weltweit eine Entwicklung durchzuführen, ohne dass etwaige Parameterveränderungen einen negativen Einfluss haben. Es ergibt sich auch eine verbesserte Wiederholbarkeit von Crashversuchen. Dadurch ist eine weltweite Entwicklung möglich, ohne dass aufwändige Transporte von Bulletfahrzeugen durchgeführt werden müssen. Bei einem Modellauslauf braucht das Bulletfahrzeug nicht durch ein neues Modell ersetzt werden, vielmehr genügt es, den Aufbau der erfindungsgemäßen Barriere abzuändern. Daraus ergeben sich verbesserte Crashergebnisse mit einer höheren Qualität hinsichtlich der Innovation für den Partnerschutz bzw. eine Verbesserung der Kompatibilität. Ebenso ergeben sich vereinfachte Simulationselemente, wie sie häufig mit einer Finiten-Elemente-Methode errechnet werden. Außerdem wird ein universeller Einsatz eines Barrierentyps für alle Aufprallkonfigurationen möglich. Mit der Erfindung ist es erstmals möglich, Fahrzeug-Testkonfigurationen bereitzustellen, mit denen eine Airbagauslösung im Seitenaufprall getestet wird.
• Gemäß einem der Erfindung zugrunde liegenden Gedanken wird somit die erfindungsgemäße Barriere durch mehrere Komponenten gebildet, von denen einige mittels eines elastischen Federsystems nachgiebig gelagert sind. Diese können sich an der Grundplatte abstützen, wobei in einer besonders bevorzugten Ausführungsform auch eine mehrdimensionale Abstützung vorgesehen ist. Mit einer solchen mehrdimensionalen Abstützung können beispielsweise Verformungen einer realen Radaufhängung nachgebildet werden. Außerdem können Teilsimulationselemente vorgesehen sein, die an der Grundplatte befestigt werden. Besonders bei Fahrzeuglängsträgern kann dies dadurch bewerkstelligt werden, dass diese an der Grundplatte montiert werden. Nach einem Crashtest diese entfernt werden, worauf neue Fahrzeuglängsträger montiert werden. Die Fahrzeuglängsträger werden an der Vorderseite durch einen Fahrzeugquerträger verbunden, der mit diesen verschweißt ist. Dieser muss nach einem Crashtest ebenfalls ersetzt werden. Etwaige Zwischenräume zwischen den Teilsimulationselementen können entweder freigelassen werden oder soweit durch eine Waben-/Schaumkonstruktion aufgefüllt werden, dass sich realistische Versuchsergebnisse ergeben.
• Wenn Federn als Widerstandselemente vorgesehen werden, dann können diese einfach verstellt werden. Es kann auch vorgesehen sein, diese nach einer bestimmten Anzahl von Crashtests zu erneuern.
• Die Erfindung ist in der Zeichnung anhand eines Ausführungsbeispiels näher veranschaulicht.
• 1 zeigt einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Barriere,
• 2 zeigt einen weiteren Querschnitt durch die Barriere aus 1 und
• 3 zeigt eine Draufsicht auf eine geöffnete Barriere gemäß 1.
• 1, 2 und 3 zeigen eine erfindungsgemäße Barriere. Die Barriere 1 hat eine Grundplatte 2 aus beispielsweise Stahl, an der nach vorne ein linker Fahrzeuglängsträger 3 und ein rechter Fahrzeuglängsträger 4 befestigt sind. Hierfür können Schweißnähte vorgesehen werden. An ihrer Vorderseite sind der linke Fahrzeuglängsträger 3 und der rechte Fahrzeuglängsträger 4 durch einen Fahrzeugquerträger 5 miteinander verbunden. Der linke Fahrzeuglängsträger 3 und der rechte Fahrzeuglängsträger 4 sowie der Fahrzeugquerträger 5 sind aus Profilen, beispielsweise Stahlblech, hergestellt und miteinander verbunden.
• In der Barriere 1 sind mittig noch Motorblock 6 über Getriebeblock 7 angeordnet. Der Motorblock 6 und Getriebeblock 7 sind als stabile und steife Metallkästen ausgebildet, die beispielsweise in einem Gussverfahren hergestellt sind. Es können auch Leer blöcke verwendet werden, wie sie als Abfallprodukt in der Motorenfertigung auftreten. Der Motorblock 6 und der Getriebeblock 7 sind dabei über elastische Federelemente 8 gegenüber der Grundplatte 2 abgestützt. Die elastischen Federelemente 8 sind dabei sowohl hinsichtlich ihrer Federhärte als auch hinsichtlich ihrer Ausdehnung verstellbar, so dass sowohl die Position und Nachgiebigkeit des Getriebeblocks 7 als auch diejenigen des Motorblocks 6 hinsichtlich der Grundplatte 2 einstellbar sind. An der Unterseite sind der Motorblock 6 und der Getriebeblock 7 über Federelemente 9 an einer hier nicht gezeigten horizontalen Trägerplatte abgestützt, an der die Grundplatte 2 befestigt ist. Die Federelemente 9 sind dabei ebenso einstellbar ausgebildet.
• Die Barriere 1 weist noch einen linken Radkörper 10 und einen rechten Radkörper 11 auf, die als steife Kästen ausgebildet sind. Dabei können auch Originalfelgen aus einer Radproduktion verwendet werden. Der linke Radkörper 10 und der rechte Radkörper 11 sind über Federelemente 12 an der Grundplatte und an der Tragplatte elastisch verstellbar abgestützt. Zusätzliche Querfederelemente 13 sind zur Abstützung des linken Radkörpers 10 und des rechten Radkörpers 11 gegenüber dem Motorblock 6 bzw. gegenüber dem Getriebeblock 7 vorgesehen. Die Quer-Federelemente 13 sind ebenfalls verstellbar ausgebildet.
• Außerdem sind im Bereich der Barriere 1 noch Waben-/Schaum-Elemente 14 angebracht, mit denen sich eine Fahrzeughaut 15 aus Stahlblech an den Komponenten der Barriere 1 abstützt. Die Fahrzeughaut 15 ist dabei an ihrer Rückseite mit der Grundplatte 2 verbunden.
• Zum Durchführen eines Crashversuchs wird dabei zunächst die Barriere 1 aus den vorstehend genannten Einzelteilen aufgebaut. Dabei wird die Konstruktion in einer Auslegungsphase so ver ändert, dass sich möglichst realitätsgetreues Verformungsverhalten in einem Crashversuch ergibt. Danach werden die vorbestimmten Positionen der elastisch gelagerten Elemente der Barriere 1 eingestellt. In einem Fahrzeugcrashversuch wird daraufhin die Barriere 1 auf einem beweglichen Träger gegen ein Kraftfahrzeug gefahren, so wie im Stand der Technik mit Bulletfahrzeugen vorgegangen worden ist. Alternativ dazu kann auch eine feststehende Barriere 1 vorgesehen sein, auf die ein Testfahrzeug aufgefahren wird.

1

Barriere

2

Grundplatte

3

Linker Fahrzeuglängsträger

4

Rechter Fahrzeuglängsträger

5

Fahrzeugquerträger

6

Motorblock

7

Getriebeblock

8

Federelement

9

Federelement

10

Linker Radkörper

11

Rechter Radkörper

12

Federelement

13

Quer-Federelement

14

Waben-/Schaumelement

15

Fahrzeughaut

Claims (15)

1. Barriere (1) für Fahrzeug-Aufprallversuche, die die folgenden Merkmale aufweist: – eine Grundplatte (2), – ein erstes Teilsimulationselement (6, 7, 10, 11), das über ein oder mehrere Widerstandselemente (8, 9, 12, 13) elastisch nachgiebig abgestützt ist, – wenigstens ein plastisch verformbares Verformungselement (14), das im Bereich des ersten Teilsimulationselements (6, 7, 10, 11) vorgesehen ist.
2. Barriere nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Widerstandselement (8, 9, 12, 13) eine verstellbare Erstreckung aufweist.
3. Barriere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Widerstandselement (8, 9, 12, 13) eine verstellbare Elastizität aufweist.
4. Barriere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Widerstandselement (8, 9, 12, 13) eine vorspannbare Spiralfeder aufweist.
5. Barriere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das plastisch verformbare Element (14) einen Waben- oder Schaumbereich aufweist.
6. Barriere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein elastisch und plastisch verformbares zweites Teilsimulationselement (3, 4, 5, 15) vorgesehen ist, das an der Grundplatte (2) abgestützt ist.
7. Barriere nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Teilsimulationselement (3, 4, 15) an der Grundplatte (2) befestigt ist.
8. Barriere nach Anspruch 6 oder Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein drittes elastisch und plastisch verformbares Teilsimulationselement (5) vorgesehen ist, das sich an wenigstens einem zweiten Teilsimulationselement (3, 4) abstützt.
9. Barriere nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das dritte Teilsimulationselement (5) mit dem zweiten Teilsimulationselement bzw. mit den zweiten Teilsimulationselementen (3, 4) verbunden ist.
10. Barriere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der Grundplatte (2) eine Fahrzeughaut (15) aus Metallblech vorgesehen ist.
11. Barriere nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Fahrzeughaut eine öffenbare Karosserieklappe aufweist.
12. Bulletfahrzeug mit einer auf einer beweglichen Rampe montierten Barriere (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
13. Verfahren zum Durchführen eines Fahrzeug-Crashversuchs, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: – Bereitstellen einer Barriere (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, – in Kontakt bringen eines Kraftfahrzeugs mit der Barriere (1).
14. Verfahren zum Durchführen eines Fahrzeug-Crashversuchs nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Kraftfahrzeug vor einem Kontakt mit der Barriere (1) auf die Barriere zu bewegt wird.
15. Verfahren zum Durchführen eines Fahrzeug-Crashversuchs nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Barriere (1) vor einem Kontakt mit der Barriere (1) auf das Kraftfahrzeug zu bewegt wird.