Konstruktive und versuchstechnische Entwicklungswerkzeuge zur Gestaltung "fußgängerfreundlicher" Pkw-Vorderwagen

Röth, Thilo

Sowohl innerhalb der "Internationalen Standardization Organisation" (ISO) als auch in der Europäischen Union werden seit mehreren Jahren verstärkt Anstrengungen unternommen, passive Fußgängerschutzmaßnahmen bei Kraftfahrzeugen einzufordern. Hierbei kommen vier Einzelimpaktor-Prüfvorschriften für das Bein, den Oberschenkel sowie für den Kinder- und Erwachsenenkopf zur Anwendung. Die einzelnen Impaktoren werden mit Geschwindigkeiten bis zu 40km/h auf den Vorderwagen katapultiert. Die für die Impaktoren vorgeschriebenen, biomechanischen Erfüllungskriterien stellen in hohem Maße neue Herausforderungen an die kompatible Gestaltung von Pkw-Vorderwagen. Die Untersuchungen zum "Stand der Technik" in dieser Arbeit beschäftigen sich neben der unfallstatistischen Betrachtung vor allem mit konstruktiven Lösungsansätzen, welche bis dato für die Gestaltung "fußgängerfreundlicher" Pkw-Vorderwagen bekannt geworden sind. Für den wirtschaftlichen Großserieneinsatz erscheinen lediglich sogenannte permanente, starre Systeme (PSS) sinnvoll. PSS sind Schutzsysteme, die, ohne aktiviert werden zu müssen, bereits als deformationsoptimierte Bauteile bzw. Bauteilgruppen am Fahrzeug vorhanden sind (z.B. spezielle Motorhaubenstrukturen). Es wird der hohe Zielkonflikt von bereits existierenden gesetzlichen und kundenorientierten Forderungen mit den Anforderungen an einen "fußgängerfreundlichen" Pkw-Vorderwagen herausgearbeitet. Bei der Serienentwicklung von Personenkraftwagen gilt es daher, passive Fußgängerschutzmaßnahmen als Bestandteil eines integrativen Entwicklungsablaufes einzubinden. Hierfür werden bereits existierende Entwicklungswerkzeuge und -methoden aufgezeigt sowie fehlende Entwicklungswerkzeuge identifiziert. Neben der Darstellung und Anwendung von Design- und Konstruktionsrichtlinien sowie von CAE-Impaktoren und -Methoden werden zwei neue Entwicklungswerkzeuge vorgestellt, die im Rahmen dieser Arbeit entstanden sind. Hierbei handelt es sich um das CAE-Werkzeug "PILU" ("PedestrianImpactor Location Utility") und den "Ped Prot Testrig". Bei "PILU" handelt es sich um ein rechnergestütztes Prognose-Werkzeug. Es werden für die einzelnen Impaktoren auf semi-empirischem Weg die notwendigen Deformationsräume im Pkw-Vorderwagen automatisch bestimmt und dem Berechnungsmodul von PILU zur Verfügung gestellt. PILU selbst erzeugt die einzelnen Aufprallzonen und Eindringbereiche in mathematischer und graphischer Form. Die Anwendung sowie der Aufbau von PILU werden in dieser Arbeit dargestellt und exemplarisch an einem Pkw-Vorderwagen der Mittelklasse getestet. Das Einsatzpotential von PILU wird an mehr als 15 Fahrzeugmodellen bestätigt. Das zukünftige, hohe Einsatzpotential lässt sich abschätzen. Das sinnvolle Verifizieren von FEM-Analysen mit Testergebnissen liefert eine wichtige Basis für den kontinuierlichen Fortschritt in der Entwicklung. Der hierfür entwickelte "Ped Prot Testrig" als Substitutionsprüfstand für Pkw-Vorderwagenkomponenten schafft die Möglichkeit, eine Vielzahl von einzelnen Bauteilkombinationen zu testen. Er zeichnet sich dabei durch eine hohe Variabilität aus. Es wird nachgewiesen, dass die Pkw-Vorderwagenstruktur zum größten Teil in Form einer starren Testvorrichtung dargestellt werden kann. In einer Verifizierung wird der "Ped Prot Testrig" mittels Gesamtfahrzeugtests sowie FEM-Analysen für die beiden Kopf- sowie den Beinimpaktor bestätigt. Der integrative und vernetzte Ablauf der im Rahmen dieser Arbeit vorgestellten Werkzeuge und Methoden wird abschließend mit den einzelnen Entwicklungsphasen überlagert.

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Röth, Thilo: Konstruktive und versuchstechnische Entwicklungswerkzeuge zur Gestaltung "fußgängerfreundlicher" Pkw-Vorderwagen.

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