Entwicklung und Anwendung eines effizienten Simulationsmodells zur physikalischen Beschreibung von Fahrzeugcrashs

Heide, Jeannette

Im Rahmen der Klimaschutzauflagen für Europas Autoindustrie wurde der Europäischen Kommission ein Kompromissvorschlag vorgelegt, indem die durchschnittlichen CO2-Emissionen aller Neuwagen bis 2015 auf 120 g/km gesenkt werden sollen. Das entspricht einem Verbrauch von 4,9 l Diesel bzw. 5,6 l Benzin pro 100 km. Eine Studie des Institutes für Kraftfahrzeuge Aachen (IKA), welche in Zusammenarbeit mit der European Aluminium Association durchgeführt wurde, zeigt eine Möglichkeit zur Reduktion der Treibhausgasemis-sionen durch Gewichtsreduktion mit Aluminium. Dabei wurden neue progressive Ansätze zur Entwicklung tragender Frontstrukturen eingesetzt, mit denen eine Gewichtsreduktion von bis zu 41% erreicht wurde. Derartige Maßnahmen zur Gewichtsreduktion dürfen jedoch nicht zu einer Reduktion der Sicherheit führen. Um das Deformationsverhalten neuer innovativer Strukturen und deren Crashsignale zu ermitteln, müssen entweder kostenintensive Crashtests oder zeitintensive FEM-Simulationen durchgeführt werden. Bild 1: Mehrkörpermodell einer Fahrzeugfrontstruktur mit AZT 0° Barriere Dabei ist eine Nebenanforderung an die Frontstruktur, gut differenzierbare Beschleunigungs-signale zu liefern, die eine deutliche Unterscheidung zwischen einem Full-Frontal, AZT und ODB Crash ermöglichen. Nur so sind passive Sicherheitssysteme in der Lage, im Falle eines Frontalaufpralls zuverlässig auszulösen. Da die spezifische Ausprägung des Signals von den Eigenschaften der Fahr-zeugstruktur abhängig ist, ist es notwendig, in kurzer Zeit Erkenntnisse über den Signalverlauf zu gewinnen und daraus Entwurfskriterien für neue Fahrzeugtypen abzuleiten. Zu diesem Zweck wurde ein Mehrkörpermodell entwickelt, welches die wesentlichen Elemen-te der Fahrzeugfrontstruktur hinreichend genau beschreibt, um crashtypabhängige Signalverläufe zuverlässig zu simulieren. Der Beitrag beschreibt einerseits die mathematische Modellierung des Fahrzeugs und erläutert andererseits die Vorgehensweise anhand realer Crashdaten.

The ever-growing demands for weight reduction and passive safety are making the development of new vehicle structures an increasingly complex process. Nevertheless the primary design of these structures is still very often intuitive and classical methods like the Finite Element Analysis cannot be used efficiently due to lack of data at the very beginning of the design process. To effectively and systematically support the development of restraint systems for new vehicles, a multi-body model was developed which describes the essential elements of the vehicle front structure with sufficient accuracy to reliably simulate crash-type dependent signal characteristics. One requirement of forward structures is to deliver acceleration signals which allow a clear distinction between Full-Frontal, AZT and ODB crashes. This guarantees passive car safety features to activate reliably. Due to the dependence of signal characteristics on specific vehicle structural properties, it is possible, by means of fast simulations, to derive faster results about the signal progress and design criteria for new car types. To this end a method to generate multi-body crash analysis models has been developed, The models generated sufficiently describe the main elements of a car forward structure, required to get reliable simulation results of crash type dependent signals. The dissertation outlines the mathematical modeling of forward structures and explains and verifies this approach using real crash data.

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Heide, Jeannette: Entwicklung und Anwendung eines effizienten Simulationsmodells zur physikalischen Beschreibung von Fahrzeugcrashs. 2014.

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