8.5 Grundlagen im Fahrzeugcrash
8.5 Grundlagen im Fahrzeugcrash
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Passive Fahrzeugsicherheit<br />
<strong>8.5</strong> <strong>Grundlagen</strong> <strong>im</strong> <strong>Fahrzeugcrash</strong><br />
<strong>8.5</strong> <strong>Grundlagen</strong> <strong>im</strong> <strong>Fahrzeugcrash</strong><br />
Grundsätzliches<br />
Unfallforschung<br />
Biomechanik<br />
Aufprallarten<br />
<strong>8.5</strong> <strong>Grundlagen</strong> <strong>im</strong><br />
<strong>Fahrzeugcrash</strong><br />
<strong>Grundlagen</strong><br />
Selbstschutz<br />
Partnerschutz<br />
Versuchtechnik<br />
Prof. Dr.-Ing T. Röth<br />
Leichtbau und<br />
Karosserietechnik<br />
FB6 Luft- und<br />
Raumfahrttechnik<br />
Seite1 v. 47/26.03.2006
Passive Fahrzeugsicherheit<br />
<strong>8.5</strong> <strong>Grundlagen</strong> <strong>im</strong> <strong>Fahrzeugcrash</strong><br />
<strong>8.5</strong> <strong>Grundlagen</strong> <strong>im</strong> <strong>Fahrzeugcrash</strong><br />
<strong>8.5</strong> <strong>Grundlagen</strong> <strong>im</strong> <strong>Fahrzeugcrash</strong><br />
<strong>8.5</strong>.1 Vorgänge be<strong>im</strong> Crash und energetische Betrachtungen<br />
<strong>8.5</strong>.2 Versagensmechanismen von dünnwandigen Trägerstrukturen<br />
<strong>8.5</strong>.3 Typische Kenngrößen von Deformationsstrukturen<br />
<strong>8.5</strong>.4 Dynamische Effekte<br />
8.6 Sicherheitsmaßnahmen zum Selbstschutz<br />
8.6.1 Die Fahrzeugstruktur<br />
8.6.1.1 Der Strukturverlauf<br />
8.6.1.2 Betrachtung einzelner Strukturkomponenten<br />
8.6.1.3 Packageaspekte in der Fahrzeugsicherheit<br />
Grundsätzliches<br />
Unfallforschung<br />
Biomechanik<br />
Aufprallarten<br />
<strong>Grundlagen</strong><br />
Selbstschutz<br />
Partnerschutz<br />
Versuchtechnik<br />
Prof. Dr.-Ing T. Röth<br />
Leichtbau und<br />
Karosserietechnik<br />
FB6 Luft- und<br />
Raumfahrttechnik<br />
Seite2 v. 47/26.03.2006
Passive Fahrzeugsicherheit<br />
<strong>8.5</strong> <strong>Grundlagen</strong> <strong>im</strong> <strong>Fahrzeugcrash</strong><br />
<strong>8.5</strong>.1 Vorgänge be<strong>im</strong> Crash und energetische Betrachtungen<br />
Der <strong>Fahrzeugcrash</strong> ist ein dynamischer Vorgang und zeichnet<br />
sich durch hohe elasto-plastische Verformung aus. Er setzt sich<br />
aus einer Vielzahl in- und nacheinander verlaufender Reaktionen<br />
aus. Die wesentlichste Interaktion herrscht zwischen<br />
Fahrzeugstruktur und Insassenschutzsystemen.<br />
Verhalten des<br />
Insassenschutzsystems<br />
Grundsätzliches<br />
Unfallforschung<br />
Biomechanik<br />
Aufprallarten<br />
<strong>Grundlagen</strong><br />
Selbstschutz<br />
Partnerschutz<br />
Versuchtechnik<br />
Deformationsverhalten<br />
der Fahrzeugstruktur<br />
Insassenbelastungen entstehen entweder indirekt durch<br />
Verzögerungen oder direkt durch Kontaktkräfte!<br />
Prof. Dr.-Ing T. Röth<br />
Leichtbau und<br />
Karosserietechnik<br />
FB6 Luft- und<br />
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Passive Fahrzeugsicherheit<br />
<strong>8.5</strong> <strong>Grundlagen</strong> <strong>im</strong> <strong>Fahrzeugcrash</strong><br />
<strong>8.5</strong>.1 Vorgänge be<strong>im</strong> Crash und energetische Betrachtungen<br />
Prinzipielle Energetische Betrachtung<br />
Grundsätzliches<br />
m<br />
2<br />
∆E = *( v1 − v2)<br />
= F *<br />
2<br />
s<br />
Unfallforschung<br />
Biomechanik<br />
Aufprallarten<br />
∆E = Energieänderung, die auf den Insassen bei einem Unfall wirkt<br />
m = Insassen<br />
V1 = Geschwindigkeit vor dem Unfall<br />
V2 = Geschwindigkeit nach dem Unfall<br />
F = Kraft, die auf den Insassen während des Unfalls wirkt<br />
S = Anhalteweg, der dem Insassen unter Krafteinleitung zur Verfügung steht<br />
<strong>Grundlagen</strong><br />
Selbstschutz<br />
Partnerschutz<br />
F2<br />
Prinzipielle Betrachtung zur<br />
Kraft<br />
E2<br />
E1 = E2<br />
F2 > F1<br />
Versuchtechnik<br />
E1<br />
F1<br />
Kraft<br />
Deformationsweg / Zeit<br />
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Passive Fahrzeugsicherheit <strong>8.5</strong> <strong>Grundlagen</strong> <strong>im</strong> <strong>Fahrzeugcrash</strong><br />
<strong>8.5</strong>.1 Vorgänge be<strong>im</strong> Crash und energetische Betrachtungen<br />
Nutzbarer Anhalteweg für die Insassen:<br />
s vM<br />
s M<br />
s nM s Z<br />
s I<br />
Grundsätzliches<br />
Unfallforschung<br />
Biomechanik<br />
Aufprallarten<br />
Motor<br />
<strong>Grundlagen</strong><br />
Selbstschutz<br />
Partnerschutz<br />
Versuchtechnik<br />
s vM<br />
:<br />
s nM<br />
:<br />
s M<br />
:<br />
s Z<br />
:<br />
s I<br />
:<br />
Verformungsweg vor dem Motor<br />
Verformungsweg zwischen<br />
Spritzwand und Motor<br />
Abmaße des starren Motorgetriebeblocks<br />
Verformungsweg des Fahrgaszelle<br />
(Fußraumfreiheit!)<br />
Vorverlagerungsweg des Insassen<br />
Nutzbarer Anhalteweg für die Insassen:<br />
s = s vM + s nM + s Z + s I<br />
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Passive Fahrzeugsicherheit<br />
<strong>8.5</strong> <strong>Grundlagen</strong> <strong>im</strong> <strong>Fahrzeugcrash</strong><br />
<strong>8.5</strong>.1 Vorgänge be<strong>im</strong> Crash und energetische Betrachtungen<br />
Crashgeschwindigkeit<br />
Geschwindigkeit-Zeit-Diagramm<br />
Geschwindigkeit<br />
Physikalisches Opt<strong>im</strong>um<br />
Beispiel:<br />
Verformungsweg des Fahrzeug = 1 m<br />
Vorverlagerungsweg des Insassen = 0,25 m<br />
Crashgeschwindigkeit = 15,55 m/sec<br />
a<br />
a =<br />
=<br />
v<br />
2 *<br />
v ^2<br />
(2 * s)<br />
2<br />
s<br />
Grundsätzliches<br />
Unfallforschung<br />
Biomechanik<br />
Aufprallarten<br />
<strong>Grundlagen</strong><br />
Selbstschutz<br />
v-Brust<br />
15,55 ^2 2<br />
a-Brust 15 ,55<br />
a Brust<br />
=<br />
2<br />
* (1,0+ + 0,25) 0,25 )<br />
Partnerschutz<br />
v-Fahrzeug<br />
Vorverlagerungsweg des<br />
Insassen <strong>im</strong> Innenraum<br />
Mittlere Brustverzögerung<br />
a-Brust = 96,72 m/sec^2<br />
= 9,85 g<br />
Versuchtechnik<br />
Verformungsweg des Fahrzeuges<br />
Brustbeschleunigung<br />
Zeit<br />
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Passive Fahrzeugsicherheit<br />
<strong>8.5</strong> <strong>Grundlagen</strong> <strong>im</strong> <strong>Fahrzeugcrash</strong><br />
<strong>8.5</strong>.1 Vorgänge be<strong>im</strong> Crash und energetische Betrachtungen<br />
Insasse wird vom Schutzsystem<br />
nicht gehalten<br />
Geschwindigkeit-Zeit-Diagramm<br />
Mit Relativbewegung Fahrzeug / Insasse<br />
Geschwindigkeit<br />
v-Brust<br />
v-Fahrzeug<br />
Gurtlose<br />
Insasse wird vom Schutzsystem<br />
nicht gehalten<br />
Vorverlagerungsweg des<br />
Insassen <strong>im</strong> Innenraum<br />
Insasse wird vom<br />
Schutzsystem gehalten<br />
Beispiel:<br />
Verformungsweg des Fahrzeug = 1 m<br />
Vorverlagerungsweg des Insassen = 0,25 m<br />
Crashgeschwindigkeit = 15,55 m/sec<br />
Airbag+Straffer aktiviert = 0,045 sec<br />
Ergebnis:<br />
Freie Bewegung vom Insassen = 0,12 m<br />
Fahrzeugverformung während der freien<br />
Bewegung vom Insassen = 0,58 m<br />
Relativbewegung vom Insassen zum<br />
Fahrzeug mit Schutzsystem = 0,13 m<br />
Fahrzeugverformung während der<br />
Wirkung des Schutzsystems = 0,42 m<br />
Mittlere Brustverzögerung<br />
a-Brust = 219,9 m/sec 2<br />
= 22,4 g<br />
Grundsätzliches<br />
Unfallforschung<br />
Biomechanik<br />
Aufprallarten<br />
<strong>Grundlagen</strong><br />
Selbstschutz<br />
Partnerschutz<br />
Versuchtechnik<br />
Verformungsweg<br />
vom Fahrzeug<br />
Verzögerung<br />
des Insassen<br />
Insasse wird vom<br />
Schutzsystem gehalten<br />
physikalisches Opt<strong>im</strong>um<br />
Quelle: VW / Schwandt<br />
Zeit<br />
Verzögerung = Steigung<br />
Deformationsweg = Fläche<br />
Verdeutlichung: iBS-Software / Frontalcrash SIMULATION<br />
euruncap & SWT & heißer<br />
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Passive Fahrzeugsicherheit<br />
<strong>8.5</strong> <strong>Grundlagen</strong> <strong>im</strong> <strong>Fahrzeugcrash</strong><br />
<strong>8.5</strong>.1 Vorgänge be<strong>im</strong> Crash und energetische Betrachtungen<br />
Grundsätzliches<br />
Unfallforschung<br />
Biomechanik<br />
Aufprallarten<br />
<strong>Grundlagen</strong><br />
Selbstschutz<br />
Partnerschutz<br />
Versuchtechnik<br />
Quelle: AutoLiv<br />
Gurtlose<br />
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Passive Fahrzeugsicherheit<br />
<strong>8.5</strong> <strong>Grundlagen</strong> <strong>im</strong> <strong>Fahrzeugcrash</strong><br />
<strong>8.5</strong>.1 Vorgänge be<strong>im</strong> Crash und energetische Betrachtungen<br />
Geschwindigkeit<br />
Weg nicht nutzbar wegen Sensorauslösung<br />
Weg nicht nutzbar wegen Aktivierung<br />
des Schutzsystems<br />
Dem Insassen zur Verfügung<br />
stehender Anhalteweg<br />
t<br />
Zeit [msec]<br />
0<br />
t 1<br />
t 2<br />
Grundsätzliches<br />
Unfallforschung<br />
Biomechanik<br />
Aufprallarten<br />
<strong>Grundlagen</strong><br />
Selbstschutz<br />
Partnerschutz<br />
Versuchtechnik<br />
Bewegungsabläufe Fahrzeug/Insasse<br />
Quelle: Schwandt / VW<br />
t0 bis t1 = Sensorzeit<br />
t1 bis t2 = Aktivierungszeit für<br />
Schutzsystem<br />
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Passive Fahrzeugsicherheit<br />
<strong>8.5</strong> <strong>Grundlagen</strong> <strong>im</strong> <strong>Fahrzeugcrash</strong><br />
<strong>8.5</strong>.1 Vorgänge be<strong>im</strong> Crash und energetische Betrachtungen<br />
Grundsätzliches<br />
Zur Erreichung geringst möglicher Belastungen auf die Insassen<br />
stehen damit folgende Parameter zur Verfügung:<br />
1) Verlängerung des Verformungsweges<br />
2) Konstanteres Kraftniveau (höhere Struktureffektivität)<br />
3) Konstantere Haltekräfte des Gurtsystems (Gurteffektivität)<br />
4) Reduzierung der Crash-Sensorzeit<br />
5) Reduzierung der Aktivierungszeit des Insassenschutzsystems<br />
Unfallforschung<br />
Biomechanik<br />
Aufprallarten<br />
<strong>Grundlagen</strong><br />
Selbstschutz<br />
Partnerschutz<br />
Versuchtechnik<br />
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Leichtbau und<br />
Karosserietechnik<br />
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Raumfahrttechnik<br />
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Passive Fahrzeugsicherheit<br />
<strong>8.5</strong> <strong>Grundlagen</strong> <strong>im</strong> <strong>Fahrzeugcrash</strong><br />
<strong>8.5</strong>.1 Vorgänge be<strong>im</strong> Crash und energetische Betrachtungen<br />
Grundsätzliches<br />
Anmerkung:<br />
a max : Max<strong>im</strong>ale Verzögerung<br />
v e : Geschwindigkeit nach Stoß<br />
Unfallforschung<br />
Biomechanik<br />
Aufprallarten<br />
<strong>Grundlagen</strong><br />
Selbstschutz<br />
Partnerschutz<br />
Versuchtechnik<br />
a max<br />
v e<br />
Quelle: Seifert<br />
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Leichtbau und<br />
Karosserietechnik<br />
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Passive Fahrzeugsicherheit<br />
<strong>8.5</strong> <strong>Grundlagen</strong> <strong>im</strong> <strong>Fahrzeugcrash</strong><br />
<strong>8.5</strong>.1 Vorgänge be<strong>im</strong> Crash und energetische Betrachtungen<br />
Grundsätzliches<br />
Unfallforschung<br />
Biomechanik<br />
Aufprallarten<br />
<strong>Grundlagen</strong><br />
Selbstschutz<br />
Partnerschutz<br />
Versuchtechnik<br />
Fahrgastzellenverzögerung bezogen auf die Kopfverzögerung des<br />
angeschnallten Fahrers<br />
Quelle: Pipert<br />
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Leichtbau und<br />
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Seite12 v. 47/26.03.2006
Passive Fahrzeugsicherheit<br />
<strong>8.5</strong> <strong>Grundlagen</strong> <strong>im</strong> <strong>Fahrzeugcrash</strong><br />
<strong>8.5</strong>.1 Vorgänge be<strong>im</strong> Crash und energetische Betrachtungen<br />
Grundsätzliches<br />
Unfallforschung<br />
Biomechanik<br />
Aufprallarten<br />
<strong>Grundlagen</strong><br />
Selbstschutz<br />
Partnerschutz<br />
Versuchtechnik<br />
Prinzipielles Deformationsverhalten einer Fahrzeugstruktur<br />
älteren Baujahres mit inhomogener Vorderwagenkennung<br />
Quelle: Pipert<br />
Anmerkung:<br />
Verzögerung gemessen<br />
an der B-Säule<br />
a m<br />
= gemittelte Verzögerung<br />
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Leichtbau und<br />
Karosserietechnik<br />
FB6 Luft- und<br />
Raumfahrttechnik<br />
Seite13 v. 47/26.03.2006
Passive Fahrzeugsicherheit<br />
<strong>8.5</strong> <strong>Grundlagen</strong> <strong>im</strong> <strong>Fahrzeugcrash</strong><br />
<strong>8.5</strong>.1 Vorgänge be<strong>im</strong> Crash und energetische Betrachtungen<br />
Grundsätzliches<br />
40g<br />
Unfallforschung<br />
Biomechanik<br />
Aufprallarten<br />
<strong>Grundlagen</strong><br />
Selbstschutz<br />
40g<br />
Partnerschutz<br />
Versuchtechnik<br />
Quelle: VW<br />
Kleinwagen versus Mittelklasse<br />
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Leichtbau und<br />
Karosserietechnik<br />
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Raumfahrttechnik<br />
Seite14 v. 47/26.03.2006
Passive Fahrzeugsicherheit<br />
<strong>8.5</strong> <strong>Grundlagen</strong> <strong>im</strong> <strong>Fahrzeugcrash</strong><br />
<strong>8.5</strong>.1 Vorgänge be<strong>im</strong> Crash und energetische Betrachtungen<br />
Brustverzögerung<br />
Zellenverzögerung<br />
A: Deformation des<br />
Stoßfängersystems<br />
(Krafteinleitungszone) und des<br />
vorderen Längsträgers<br />
B: Biegekollaps des<br />
eingeschnürten Längsträgers in<br />
der Motorgegend<br />
C: Kontakt von Antriebseinheit<br />
mit Barriere<br />
D: Vorderer Bereich des<br />
Mitteltunnels beginnt zu<br />
verformen<br />
F: Deformation des Längsträgers<br />
hinter dem Motor<br />
E: Antriebseinheit kommt mit<br />
Fahrzeugkarosserie (Spritzwand)<br />
in Kontakt<br />
G/H: Deformation der Spritzwand<br />
& der Längsträgergabelung in<br />
die Bodengruppe<br />
I: Beginn der Rückprallphase<br />
Grundsätzliches<br />
Unfallforschung<br />
Biomechanik<br />
Aufprallarten<br />
<strong>Grundlagen</strong><br />
Selbstschutz<br />
Partnerschutz<br />
Versuchtechnik<br />
A B F G H<br />
Anmerkung: Älteres Serienfahrzeug von<br />
1990, getestet nach FMVSS208!<br />
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Leichtbau und<br />
Karosserietechnik<br />
FB6 Luft- und<br />
Raumfahrttechnik<br />
Seite15 v. 47/26.03.2006
Passive Fahrzeugsicherheit<br />
<strong>8.5</strong> <strong>Grundlagen</strong> <strong>im</strong> <strong>Fahrzeugcrash</strong><br />
<strong>8.5</strong>.1 Vorgänge be<strong>im</strong> Crash und energetische Betrachtungen<br />
mittlere Deformationssteifigkeit [kN]<br />
350<br />
300<br />
250<br />
200<br />
150<br />
100<br />
50<br />
0<br />
A<br />
11,5%<br />
B<br />
26,8%<br />
7,0%<br />
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900<br />
Deformationlänge [mm]<br />
Kalkulationsgrundlagen: Aufprall einer Mittelklasse-L<strong>im</strong>ousine (1250kg inkl.<br />
Testausstattung) auf eine starre Wand mit 56km/h (Ekin = 152,2kJ)<br />
Elastischer Anteil durch Rückprall ca. 10%<br />
F<br />
38,0%<br />
16,7%<br />
G<br />
A B F G<br />
Grundsätzliches<br />
Unfallforschung<br />
Biomechanik<br />
Aufprallarten<br />
<strong>Grundlagen</strong><br />
Selbstschutz<br />
Partnerschutz<br />
Versuchtechnik<br />
Prof. Dr.-Ing T. Röth<br />
Leichtbau und<br />
Karosserietechnik<br />
FB6 Luft- und<br />
Raumfahrttechnik<br />
Seite16 v. 47/26.03.2006
Passive Fahrzeugsicherheit<br />
<strong>8.5</strong> <strong>Grundlagen</strong> <strong>im</strong> <strong>Fahrzeugcrash</strong><br />
<strong>8.5</strong>.1 Vorgänge be<strong>im</strong> Crash und energetische Betrachtungen<br />
Grundsätzliches<br />
Kraft [kN]<br />
0 100 200 300 400<br />
Deformationsweg [m]<br />
0 0,1 0,2 0,3 0,4<br />
Unfallforschung<br />
Biomechanik<br />
Aufprallarten<br />
<strong>Grundlagen</strong><br />
Selbstschutz<br />
Kraft [kN]<br />
Partnerschutz<br />
Versuchtechnik<br />
Deformationsweg<br />
Steifigkeitskennung Vorderwagen<br />
älteres Modell (VW)<br />
Prof. Dr.-Ing T. Röth<br />
Leichtbau und<br />
Karosserietechnik<br />
FB6 Luft- und<br />
Raumfahrttechnik<br />
Seite17 v. 47/26.03.2006
Passive Fahrzeugsicherheit<br />
<strong>8.5</strong> <strong>Grundlagen</strong> <strong>im</strong> <strong>Fahrzeugcrash</strong><br />
<strong>8.5</strong>.1 Vorgänge be<strong>im</strong> Crash und energetische Betrachtungen<br />
Grundsätzliches<br />
Unfallforschung<br />
Biomechanik<br />
Aufprallarten<br />
<strong>Grundlagen</strong><br />
Selbstschutz<br />
Partnerschutz<br />
Versuchtechnik<br />
Steifigkeitsverteilung der einzelnen Zonen in Fahrzeugbreite: Messung der<br />
Flächenkraft auf der starren Barriere durch Kraftmessplatten<br />
Quelle: Seifert<br />
Prof. Dr.-Ing T. Röth<br />
Leichtbau und<br />
Karosserietechnik<br />
FB6 Luft- und<br />
Raumfahrttechnik<br />
Seite18 v. 47/26.03.2006
Passive Fahrzeugsicherheit<br />
<strong>8.5</strong> <strong>Grundlagen</strong> <strong>im</strong> <strong>Fahrzeugcrash</strong><br />
<strong>8.5</strong>.1 Vorgänge be<strong>im</strong> Crash und energetische Betrachtungen<br />
Grundsätzliches<br />
8<br />
Euro - NCAP<br />
Unfallforschung<br />
Biomechanik<br />
Zeitachse<br />
Euro - NCAP<br />
ADAC / AMS<br />
US - NCAP<br />
FMVSS 208<br />
ADAC / AMS<br />
US - NCAP<br />
FMVSS 208<br />
0<br />
0 100 136 200 270 300<br />
Aufprallarten<br />
<strong>Grundlagen</strong><br />
Selbstschutz<br />
Partnerschutz<br />
Versuchtechnik<br />
Spezifische Energieumsetzung <strong>im</strong> Fahrzeug<br />
Prof. Dr.-Ing T. Röth<br />
Leichtbau und<br />
Karosserietechnik<br />
FB6 Luft- und<br />
Raumfahrttechnik<br />
Seite19 v. 47/26.03.2006
Passive Fahrzeugsicherheit<br />
<strong>8.5</strong> <strong>Grundlagen</strong> <strong>im</strong> <strong>Fahrzeugcrash</strong><br />
<strong>8.5</strong>.1 Vorgänge be<strong>im</strong> Crash und energetische Betrachtungen<br />
Grundsätzliches<br />
FMVSS 208 (56km/h) 0°<br />
AMS 55km/h<br />
Unfallforschung<br />
Biomechanik<br />
ODB 56km/h<br />
Aufprallarten<br />
B-Säule<br />
<strong>Grundlagen</strong><br />
Selbstschutz<br />
Partnerschutz<br />
Versuchtechnik<br />
Prof. Dr.-Ing T. Röth<br />
Leichtbau und<br />
Karosserietechnik<br />
FB6 Luft- und<br />
Raumfahrttechnik<br />
Seite20 v. 47/26.03.2006
Passive Fahrzeugsicherheit<br />
<strong>8.5</strong> <strong>Grundlagen</strong> <strong>im</strong> <strong>Fahrzeugcrash</strong><br />
<strong>8.5</strong>.1 Vorgänge be<strong>im</strong> Crash und energetische Betrachtungen<br />
<strong>Fahrzeugcrash</strong>kinematik<br />
{<br />
a (t)<br />
mit α ≥ 0 und β ≥ 0 und α + β ≤ 1<br />
a<br />
a<br />
−<br />
αT<br />
max<br />
− a max<br />
t<br />
amax<br />
t<br />
− (<br />
α + β −1<br />
T<br />
−1)<br />
0 ≤<br />
t ≤ αT<br />
α T ≤ t ≤ ( α + β ) T<br />
( α + β ) T ≤ t ≤ T<br />
Grundsätzliches<br />
Unfallforschung<br />
Biomechanik<br />
Aufprallarten<br />
<strong>Grundlagen</strong><br />
Selbstschutz<br />
Partnerschutz<br />
Versuchtechnik<br />
Ersatzverzögerung<br />
Quelle: Y. Ni<br />
Prof. Dr.-Ing T. Röth<br />
Leichtbau und<br />
Karosserietechnik<br />
FB6 Luft- und<br />
Raumfahrttechnik<br />
Seite21 v. 47/26.03.2006
Passive Fahrzeugsicherheit<br />
<strong>8.5</strong> <strong>Grundlagen</strong> <strong>im</strong> <strong>Fahrzeugcrash</strong><br />
<strong>8.5</strong>.1 Vorgänge be<strong>im</strong> Crash und energetische Betrachtungen<br />
Grundsätzliches<br />
a<br />
a<br />
α=0 / β=0 α=0.5 / β=0<br />
Unfallforschung<br />
Biomechanik<br />
Aufprallarten<br />
T<br />
T<br />
<strong>Grundlagen</strong><br />
a<br />
α=1.0 / β=0<br />
a<br />
α=0 / β=1.0<br />
Selbstschutz<br />
Partnerschutz<br />
Versuchtechnik<br />
T<br />
T<br />
Darstellung von prinzipiellen Ersatzverzögerungen durch<br />
entsprechende Wahl von α und β<br />
Quelle: Y. NI<br />
Prof. Dr.-Ing T. Röth<br />
Leichtbau und<br />
Karosserietechnik<br />
FB6 Luft- und<br />
Raumfahrttechnik<br />
Seite22 v. 47/26.03.2006
Passive Fahrzeugsicherheit<br />
<strong>8.5</strong> <strong>Grundlagen</strong> <strong>im</strong> <strong>Fahrzeugcrash</strong><br />
<strong>8.5</strong>.1 Vorgänge be<strong>im</strong> Crash und energetische Betrachtungen<br />
Grundsätzliches<br />
175<br />
Unfallforschung<br />
150<br />
Biomechanik<br />
Verzögerung [g]<br />
125<br />
100<br />
75<br />
50<br />
F<br />
s<br />
F<br />
s<br />
Aufprallarten<br />
<strong>Grundlagen</strong><br />
Selbstschutz<br />
Partnerschutz<br />
25<br />
0<br />
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8<br />
Versuchtechnik<br />
Deformationsweg [m]<br />
Unterschiedliche mittlere Fahrgastzellenverzögerung bei<br />
prinzipiellen unterschiedlichen Vorderwagenkennungen (50km-<br />
Wandaufprall)<br />
Quelle: Kramer<br />
Prof. Dr.-Ing T. Röth<br />
Leichtbau und<br />
Karosserietechnik<br />
FB6 Luft- und<br />
Raumfahrttechnik<br />
Seite23 v. 47/26.03.2006
Passive Fahrzeugsicherheit<br />
<strong>8.5</strong> <strong>Grundlagen</strong> <strong>im</strong> <strong>Fahrzeugcrash</strong><br />
<strong>8.5</strong>.1 Vorgänge be<strong>im</strong> Crash und energetische Betrachtungen<br />
Gurtkraft<br />
Gurtkraft<br />
Quelle: TNO<br />
Wirksame Kräfte<br />
Kontaktkraft Airbag<br />
Kontaktkraft Lenksystem und<br />
Innenraum<br />
Austauschkraft Hals <br />
Kontaktkraft Airbag<br />
Kontaktkraft Lenksystem und<br />
Innenraum<br />
Austauschkraft Hals- und<br />
Lendenwirbel<br />
Kontaktkraft Thorax -Abdomen<br />
Kontaktkraft Airbag<br />
Austauschkraft Lendenwirbelsäule<br />
Kontaktkraft Thorax -Abdomen<br />
Kontaktkraft Sitz und Sitzrampe<br />
Oberschenkelkräfte<br />
Körperregionen<br />
Kopf /<br />
Halswirbelsäule<br />
Thorax<br />
Becken /<br />
Abdomen<br />
Aufteilung der Kräfte auf die einzelnen Körperregionen<br />
Grundsätzliches<br />
Unfallforschung<br />
Biomechanik<br />
Aufprallarten<br />
<strong>Grundlagen</strong><br />
Selbstschutz<br />
Partnerschutz<br />
Versuchtechnik<br />
Prof. Dr.-Ing T. Röth<br />
Leichtbau und<br />
Karosserietechnik<br />
FB6 Luft- und<br />
Raumfahrttechnik<br />
Seite24 v. 47/26.03.2006
Passive Fahrzeugsicherheit<br />
<strong>8.5</strong> <strong>Grundlagen</strong> <strong>im</strong> <strong>Fahrzeugcrash</strong><br />
<strong>8.5</strong>.1 Vorgänge be<strong>im</strong> Crash und energetische Betrachtungen<br />
Grundsätzliches<br />
Fahrer<br />
Unfallforschung<br />
Kopf<br />
Brust<br />
Hüfte<br />
Biomechanik<br />
Aufprallarten<br />
<strong>Grundlagen</strong><br />
Selbstschutz<br />
Beifahrer<br />
Verzögerungen am<br />
Fahrer- und Beifahrer-<br />
Dummy bei opt<strong>im</strong>iertem<br />
ISS<br />
Partnerschutz<br />
Versuchtechnik<br />
Prof. Dr.-Ing T. Röth<br />
Leichtbau und<br />
Karosserietechnik<br />
FB6 Luft- und<br />
Raumfahrttechnik<br />
Seite25 v. 47/26.03.2006
v st<br />
4<br />
Passive Fahrzeugsicherheit <strong>8.5</strong> <strong>Grundlagen</strong> <strong>im</strong> <strong>Fahrzeugcrash</strong><br />
<strong>8.5</strong>.1 Vorgänge be<strong>im</strong> Crash und energetische Betrachtungen<br />
5<br />
s R<br />
Deformation:<br />
s F<br />
: stoßendes Fahrzeug<br />
s T<br />
: Tür<br />
2,3,4,5<br />
s R<br />
: Rückhaltesystem d. Polster<br />
s A<br />
: freier Insassenraum<br />
6<br />
: v = f(t) des Insassen<br />
2,3 1,2,3,4,5<br />
s F<br />
Video!<br />
Grundsätzliches<br />
Unfallforschung<br />
Biomechanik<br />
Aufprallarten<br />
<strong>Grundlagen</strong><br />
v<br />
1<br />
ges<br />
0<br />
s A<br />
v gest<br />
t A t T<br />
t R<br />
t F<br />
t ges<br />
t<br />
v st<br />
Selbstschutz<br />
Partnerschutz<br />
Versuchtechnik<br />
Ziffern 1-6:<br />
Geschwindigkeits-Zeit-Verläufe<br />
Geschwindigkeits-Zeit-Darstellung für Fahrzeugstruktur und Insasse<br />
für eine rechtwinklige Seitenkollision<br />
Verdeutlichung: iBS-Software / Seiteneu.exe <br />
„realer Crash – neu“ F5/F6/F7/F9 -> F2 = anhalten<br />
Quelle: Seifert / Autoliv<br />
Prof. Dr.-Ing T. Röth<br />
Leichtbau und<br />
Karosserietechnik<br />
FB6 Luft- und<br />
Raumfahrttechnik<br />
Seite26 v. 47/26.03.2006
Passive Fahrzeugsicherheit<br />
<strong>8.5</strong> <strong>Grundlagen</strong> <strong>im</strong> <strong>Fahrzeugcrash</strong><br />
<strong>8.5</strong>.1 Vorgänge be<strong>im</strong> Crash und energetische Betrachtungen<br />
Grundsätzliches<br />
PU-Schaum (RD=69g/l)<br />
PP-Schaum (RD=69g/l)<br />
Unfallforschung<br />
Biomechanik<br />
Aufprallarten<br />
<strong>Grundlagen</strong><br />
Selbstschutz<br />
PU-Schaum<br />
Deformationsverhalten von PP- und PUR-<br />
Schäumen bei verschiedenen<br />
Temperaturen und Feuchtigkeitsaufnahmen<br />
Partnerschutz<br />
Versuchtechnik<br />
Verdeutlichung: iBS-Software / kopfaufprall / Energieaufnahme / PUR-RG-ARG<br />
80% und Opt<strong>im</strong>um!<br />
Quelle: Bayer<br />
Prof. Dr.-Ing T. Röth<br />
Leichtbau und<br />
Karosserietechnik<br />
FB6 Luft- und<br />
Raumfahrttechnik<br />
Seite27 v. 47/26.03.2006
Passive Fahrzeugsicherheit<br />
<strong>8.5</strong> <strong>Grundlagen</strong> <strong>im</strong> <strong>Fahrzeugcrash</strong><br />
<strong>8.5</strong> <strong>Grundlagen</strong> <strong>im</strong> <strong>Fahrzeugcrash</strong><br />
<strong>8.5</strong> <strong>Grundlagen</strong> <strong>im</strong> <strong>Fahrzeugcrash</strong><br />
<strong>8.5</strong>.1 Vorgänge be<strong>im</strong> Crash und energetische Betrachtungen<br />
<strong>8.5</strong>.2 Versagensmechanismen von dünnwandigen<br />
Trägerstrukturen<br />
<strong>8.5</strong>.3 Typische Kenngrößen von Deformationsstrukturen<br />
<strong>8.5</strong>.4 Dynamische Effekte<br />
8.6 Sicherheitsmaßnahmen zum Selbstschutz<br />
8.6.1 Die Fahrzeugstruktur<br />
8.6.1.1 Der Strukturverlauf<br />
8.6.1.2 Betrachtung einzelner Strukturkomponenten<br />
8.6.1.3 Packageaspekte in der Fahrzeugsicherheit<br />
Grundsätzliches<br />
Unfallforschung<br />
Biomechanik<br />
Aufprallarten<br />
<strong>Grundlagen</strong><br />
Selbstschutz<br />
Partnerschutz<br />
Versuchtechnik<br />
Prof. Dr.-Ing T. Röth<br />
Leichtbau und<br />
Karosserietechnik<br />
FB6 Luft- und<br />
Raumfahrttechnik<br />
Seite28 v. 47/26.03.2006
Passive Fahrzeugsicherheit<br />
<strong>8.5</strong> <strong>Grundlagen</strong> <strong>im</strong> <strong>Fahrzeugcrash</strong><br />
<strong>8.5</strong>.2 Versagensmechanismen von dünnwandigen Trägerstrukturen<br />
Der Versagensmechanismus von dünnwandigen Profilen hängt von einer<br />
Vielzahl von Faktoren ab. Diese sind i.B.:<br />
Konstruktionsparameter<br />
- Geometrie (Wandstärke, Querschnitt, Flanschlängen, Sicken)<br />
- Werkstoff (Fließspannung, Bruchdehnung)<br />
- Fügetechnik (Verbindungsart, Abstand Fügestellen, Fügeverbindungskraft)<br />
- Fertigungsqualität (Fügestellenqualität, Oberflächenqualität, Änderung der<br />
Materialeigenschaften durch die Fertigung)<br />
Versuchsparameter:<br />
- Aufprallgeschwindigkeit<br />
- Aufprallwinkel<br />
Grundsätzliches<br />
Unfallforschung<br />
Biomechanik<br />
Aufprallarten<br />
<strong>Grundlagen</strong><br />
Selbstschutz<br />
Partnerschutz<br />
Versuchtechnik<br />
Übergeordnetes Übergeordnetes Ziel Ziel be<strong>im</strong> be<strong>im</strong> „crashen“ „crashen“ von von Fahrzeugstrukturen ist ist es, es, klar klar<br />
definierte definierte und und kontrollierte kontrollierte Versagensformen Versagensformen zu zu erzeugen! erzeugen!<br />
Prof. Dr.-Ing T. Röth<br />
Leichtbau und<br />
Karosserietechnik<br />
FB6 Luft- und<br />
Raumfahrttechnik<br />
Seite29 v. 47/26.03.2006
Passive Fahrzeugsicherheit<br />
<strong>8.5</strong> <strong>Grundlagen</strong> <strong>im</strong> <strong>Fahrzeugcrash</strong><br />
<strong>8.5</strong>.2 Versagensmechanismen von dünnwandigen Trägerstrukturen<br />
Grundsätzliches<br />
Unfallforschung<br />
Biomechanik<br />
Aufprallarten<br />
<strong>Grundlagen</strong><br />
Selbstschutz<br />
Partnerschutz<br />
Versuchtechnik<br />
Regelmäßiges<br />
Faltenbeulen<br />
Unregelmäßiges<br />
Faltenbeulen<br />
Prinzipielle Deformationsarten unter axialer Belastung<br />
Biegekollaps<br />
Quelle: Schriever<br />
Prof. Dr.-Ing T. Röth<br />
Leichtbau und<br />
Karosserietechnik<br />
FB6 Luft- und<br />
Raumfahrttechnik<br />
Seite30 v. 47/26.03.2006
Axiallast F<br />
Passive Fahrzeugsicherheit<br />
<strong>8.5</strong> <strong>Grundlagen</strong> <strong>im</strong> <strong>Fahrzeugcrash</strong><br />
<strong>8.5</strong>.2 Versagensmechanismen von dünnwandigen Trägerstrukturen<br />
F max<br />
F cr<br />
Mechanismen des regelmäßigen Faltenbeulens<br />
F o<br />
F m<br />
F u<br />
0 1: Starke lineare<br />
Traglastzunahme<br />
1: Kritische Traglast F cr<br />
erreicht;<br />
örtliches Ausbeulen der<br />
schwächsten Stelle wird eingeleitet<br />
12: Ausbeulprozess setzt sich mit<br />
einer nichtlinearen<br />
Traglastzunahme fort;<br />
Ausbeulvorgang überträgt sich auch<br />
auf andere Flanke;<br />
Spannungszustand zu den Kannten<br />
n<strong>im</strong>mt zu, entsprechend in den<br />
Flanken ab; am Ende wird das Profil<br />
nur noch durch die Kanten gehalten.<br />
2: Erreichen der max<strong>im</strong>alen Traglast<br />
F max<br />
= Max<strong>im</strong>alspannung an<br />
den Kanten wird überschritten.<br />
23: Ausbildung der Faltenbeule<br />
mit Wellenlänge aus Phase 12 .<br />
3: Erreichen der unteren<br />
Faltenbeulenlast F u<br />
; Kanten<br />
kommen zur Anlage erneuter<br />
Ausbeulprozess wird eingeleitet.<br />
34: Ausbeulprozess setzt sich<br />
analog zu. 12 fort, bis obere<br />
Faltenbeulenlast F o<br />
erreicht wird.<br />
F m<br />
: Mittlere Faltenbeulenlast<br />
Quelle: Schriever<br />
Grundsätzliches<br />
Unfallforschung<br />
Biomechanik<br />
Aufprallarten<br />
<strong>Grundlagen</strong><br />
Selbstschutz<br />
Partnerschutz<br />
Versuchtechnik<br />
Prof. Dr.-Ing T. Röth<br />
Leichtbau und<br />
Karosserietechnik<br />
FB6 Luft- und<br />
Raumfahrttechnik<br />
Seite31 v. 47/26.03.2006
Passive Fahrzeugsicherheit<br />
<strong>8.5</strong> <strong>Grundlagen</strong> <strong>im</strong> <strong>Fahrzeugcrash</strong><br />
<strong>8.5</strong>.2 Versagensmechanismen von dünnwandigen Trägerstrukturen<br />
Grundsätzliches<br />
Unfallforschung<br />
Biomechanik<br />
Aufprallarten<br />
<strong>Grundlagen</strong><br />
Selbstschutz<br />
Partnerschutz<br />
Versuchtechnik<br />
An<strong>im</strong>ation des axialen Faltenbeulens<br />
Quelle: Imperia GmbH<br />
Prof. Dr.-Ing T. Röth<br />
Leichtbau und<br />
Karosserietechnik<br />
FB6 Luft- und<br />
Raumfahrttechnik<br />
Seite32 v. 47/26.03.2006
Passive Fahrzeugsicherheit<br />
<strong>8.5</strong> <strong>Grundlagen</strong> <strong>im</strong> <strong>Fahrzeugcrash</strong><br />
<strong>8.5</strong>.2 Versagensmechanismen von dünnwandigen Trägerstrukturen<br />
Grundsätzliches<br />
2<br />
Unfallforschung<br />
Biomechanik<br />
M max<br />
1<br />
Aufprallarten<br />
M cr<br />
<strong>Grundlagen</strong><br />
M 1<br />
Selbstschutz<br />
Partnerschutz<br />
M 3<br />
3<br />
Versuchtechnik<br />
1<br />
θ ′<br />
θ ′<br />
2<br />
ϕ<br />
Mechanismen des Biegekollapses<br />
Quelle: H. Mahmot<br />
Prof. Dr.-Ing T. Röth<br />
Leichtbau und<br />
Karosserietechnik<br />
FB6 Luft- und<br />
Raumfahrttechnik<br />
Seite33 v. 47/26.03.2006
Passive Fahrzeugsicherheit<br />
<strong>8.5</strong> <strong>Grundlagen</strong> <strong>im</strong> <strong>Fahrzeugcrash</strong><br />
<strong>8.5</strong>.2 Versagensmechanismen von dünnwandigen Trägerstrukturen<br />
Grundsätzliches<br />
Unfallforschung<br />
Biomechanik<br />
Aufprallarten<br />
<strong>Grundlagen</strong><br />
b<br />
Selbstschutz<br />
Partnerschutz<br />
b<br />
Versuchtechnik<br />
Darstellung der Druckspannungen in einer ausgebeulten<br />
Trägerwand b eines auf Biegung beanspruchten Trägerprofils<br />
Prof. Dr.-Ing T. Röth<br />
Leichtbau und<br />
Karosserietechnik<br />
FB6 Luft- und<br />
Raumfahrttechnik<br />
Seite34 v. 47/26.03.2006
Passive Fahrzeugsicherheit<br />
<strong>8.5</strong> <strong>Grundlagen</strong> <strong>im</strong> <strong>Fahrzeugcrash</strong><br />
<strong>8.5</strong>.2 Versagensmechanismen von dünnwandigen Trägerstrukturen<br />
B<br />
Grundsätzliches<br />
Unfallforschung<br />
Biomechanik<br />
Aufprallarten<br />
A<br />
<strong>Grundlagen</strong><br />
Ausbildung der Faltenformen<br />
Neue Falte wird durch voll ausgeformte Falte direkt <strong>im</strong> Anschlussbereich<br />
initiiert; Reststauchlänge ist 0,25-0,3l 0<br />
Selbstschutz<br />
Partnerschutz<br />
Versuchtechnik<br />
Beurteilung des Ausbeulverhaltens an Hand von<br />
Einzelplatten:<br />
A = Ausbeulende Platte<br />
B = Einspannende Platte<br />
Mechanismen des regelmäßiges Faltenbeulen<br />
Quelle: Schriever<br />
Prof. Dr.-Ing T. Röth<br />
Leichtbau und<br />
Karosserietechnik<br />
FB6 Luft- und<br />
Raumfahrttechnik<br />
Seite35 v. 47/26.03.2006
Passive Fahrzeugsicherheit<br />
<strong>8.5</strong> <strong>Grundlagen</strong> <strong>im</strong> <strong>Fahrzeugcrash</strong><br />
<strong>8.5</strong>.2 Versagensmechanismen von dünnwandigen Trägerstrukturen<br />
Die Energie zur Bildung einer Falte setzt sich aus zwei (weitestgehend) zeitlich<br />
nacheinander ablaufenden Vorgängen zusammen:<br />
1. Phase: Faltenbildung durch quasidehnungsfreie Biegung<br />
2. Phase : Endausformen der Falte durch Dehnung<br />
E Falte<br />
= E Biegung<br />
+ E Dehnung<br />
1. Phase: Dehnungsfreies Modell der Faltenbildung<br />
Zone 1: Bereiche bewegen sich ohne<br />
Beitrag zur E Falte<br />
ähnlich einem starren<br />
Körper.<br />
Zone2: ringförmiger Teilkörper -<br />
Energiedissipation durch Dehnung in<br />
Umfangsrichtung.<br />
Zone 3:Zylindrische Teilflächen -<br />
Energiedissipation durch dehnungslose<br />
Biegung in den festen Fließgelenklinien<br />
Zone 4: Zylindrische Teilflächen -<br />
Energiedissipation durch Schub- und<br />
Biegebelastung (Wechselbiegung)<br />
1. Phase: quasidehnungslos! (quasi-inextensional mode)<br />
Quelle: Schriever<br />
Grundsätzliches<br />
Unfallforschung<br />
Biomechanik<br />
Aufprallarten<br />
<strong>Grundlagen</strong><br />
Selbstschutz<br />
Partnerschutz<br />
Versuchtechnik<br />
Prof. Dr.-Ing T. Röth<br />
Leichtbau und<br />
Karosserietechnik<br />
FB6 Luft- und<br />
Raumfahrttechnik<br />
Seite36 v. 47/26.03.2006
Passive Fahrzeugsicherheit<br />
<strong>8.5</strong> <strong>Grundlagen</strong> <strong>im</strong> <strong>Fahrzeugcrash</strong><br />
<strong>8.5</strong>.2 Versagensmechanismen von dünnwandigen Trägerstrukturen<br />
M<br />
K<br />
Grundsätzliches<br />
Unfallforschung<br />
L<br />
A<br />
Biomechanik<br />
C<br />
H<br />
D *D<br />
B<br />
P<br />
O<br />
Bereich der Materialdehnung<br />
N<br />
1) Die kegelförmigen Teilflächen LDD*<br />
und ODD* dissipieren Energie durch<br />
Dehnung<br />
2) In den zylinderförmigen Teilflächen<br />
OB und LB erfolgt die<br />
Energiedissipation durch Biegung<br />
des Materials in festen,<br />
schrägstehenden Fließgelenklinien<br />
(Fortsetzung der Vorgänge aus Zone<br />
4 , aber nur in eine Richtung)<br />
Aufprallarten<br />
<strong>Grundlagen</strong><br />
Selbstschutz<br />
Partnerschutz<br />
Versuchtechnik<br />
Phase 2: Kinematisches Modell der Faltenbildung mit<br />
Dehnung<br />
2. Phase: mit Dehnung (extensional mode)!<br />
Quelle: Adams<br />
Prof. Dr.-Ing T. Röth<br />
Leichtbau und<br />
Karosserietechnik<br />
FB6 Luft- und<br />
Raumfahrttechnik<br />
Seite37 v. 47/26.03.2006
Passive Fahrzeugsicherheit<br />
<strong>8.5</strong> <strong>Grundlagen</strong> <strong>im</strong> <strong>Fahrzeugcrash</strong><br />
<strong>8.5</strong>.2 Versagensmechanismen von dünnwandigen Trägerstrukturen<br />
Grundsätzliches<br />
a) Asymmetrische Falten ( eine Seite nach innen, eine Seite nach außen)<br />
Unfallforschung<br />
b) Symmetrisches Falten (beide Seiten beulen nach außen)<br />
Biomechanik<br />
Aufprallarten<br />
c) Inverses Falten (beide Seiten beulen nach innen)<br />
Prinzipielle Modi der Faltenbildung<br />
<strong>Grundlagen</strong><br />
Selbstschutz<br />
Partnerschutz<br />
Versuchtechnik<br />
Faltungskompatibler Trägerprofil: Ohne<br />
Berührung der gegenüberliegenden<br />
Flanken bei der Faltenbildung<br />
Prof. Dr.-Ing T. Röth<br />
Leichtbau und<br />
Karosserietechnik<br />
FB6 Luft- und<br />
Raumfahrttechnik<br />
Seite38 v. 47/26.03.2006
Passive Fahrzeugsicherheit<br />
<strong>8.5</strong> <strong>Grundlagen</strong> <strong>im</strong> <strong>Fahrzeugcrash</strong><br />
<strong>8.5</strong> <strong>Grundlagen</strong> <strong>im</strong> <strong>Fahrzeugcrash</strong><br />
<strong>8.5</strong> <strong>Grundlagen</strong> <strong>im</strong> <strong>Fahrzeugcrash</strong><br />
<strong>8.5</strong>.1 Vorgänge be<strong>im</strong> Crash und energetische Betrachtungen<br />
<strong>8.5</strong>.2 Versagensmechanismen von dünnwandigen Trägerstrukturen<br />
<strong>8.5</strong>.3 Typische Kenngrößen von Deformationsstrukturen<br />
<strong>8.5</strong>.4 Dynamische Effekte<br />
8.6 Sicherheitsmaßnahmen zum Selbstschutz<br />
8.6.1 Die Fahrzeugstruktur<br />
8.6.1.1 Der Strukturverlauf<br />
8.6.1.2 Betrachtung einzelner Strukturkomponenten<br />
8.6.1.3 Packageaspekte in der Fahrzeugsicherheit<br />
Grundsätzliches<br />
Unfallforschung<br />
Biomechanik<br />
Aufprallarten<br />
<strong>Grundlagen</strong><br />
Selbstschutz<br />
Partnerschutz<br />
Versuchtechnik<br />
Prof. Dr.-Ing T. Röth<br />
Leichtbau und<br />
Karosserietechnik<br />
FB6 Luft- und<br />
Raumfahrttechnik<br />
Seite39 v. 47/26.03.2006
Passive Fahrzeugsicherheit<br />
<strong>8.5</strong> <strong>Grundlagen</strong> <strong>im</strong> <strong>Fahrzeugcrash</strong><br />
<strong>8.5</strong>.3 Typische Kenngrößen von Deformationsstrukturen<br />
Für flanschlose Rechteckprofile (a x b) mit der<br />
Wandstärke (t) lassen sich die charakteristischen<br />
Deformationskennwerte F cr , F max , F o , F u semiempirisch<br />
ermitteln. Die empirisch ermittelten<br />
Plattenkoeffizienten und Verfestigungsfaktoren sind<br />
den entsprechenden Grafiken zu entnehmen.<br />
σ = cr<br />
σ<br />
σ<br />
F cr<br />
A<br />
max, m,<br />
o,<br />
u<br />
=<br />
mit<br />
σ<br />
cr<br />
2<br />
K * π * E ⎛<br />
=<br />
* ⎜<br />
12*(1 −ν<br />
) ⎝<br />
0,43<br />
⎡<br />
t 2⎤<br />
⎢<br />
kmax,<br />
m,<br />
o,<br />
u<br />
* E *( )<br />
b ⎥<br />
max, m,<br />
o,<br />
u<br />
= ⎢<br />
*<br />
2<br />
(1 −ν<br />
e<br />
)* β * R<br />
⎥<br />
P0,2<br />
⎢<br />
⎣<br />
F<br />
max m,<br />
o,<br />
u<br />
A<br />
mit<br />
⎥<br />
⎦<br />
2<br />
e<br />
R<br />
t<br />
b<br />
P0,2<br />
2<br />
⎞<br />
⎟<br />
⎠<br />
F cr<br />
F max<br />
F o,u<br />
F m<br />
σ cr<br />
σ max<br />
σ o,u<br />
= Kritische Traglast<br />
= Max<strong>im</strong>ale Traglast<br />
= Ober/untere Faltenbeulenlast<br />
= Mittlere Faltenbeulenlast<br />
= Krit. elastische Beulspannung<br />
= Traglastspannung<br />
= Obere/untere<br />
Faltenbeulenspannung<br />
σ m = Mittlere Faltenbeulenspannung<br />
A = Trägerquerschnitt<br />
k p,m,o,u = Plattenkoeffizienten<br />
E = Elastizitätsmodul<br />
t = Wandstärke<br />
ν e = Querkontraktionszahl (elastisch)<br />
a = Kürzere Seite<br />
b = Längere Seite<br />
R P0,2 = Fließgrenze<br />
β = Verfestigungsfaktor<br />
Grundsätzliches<br />
Unfallforschung<br />
Biomechanik<br />
Aufprallarten<br />
<strong>Grundlagen</strong><br />
Selbstschutz<br />
Partnerschutz<br />
Versuchtechnik<br />
Prof. Dr.-Ing T. Röth<br />
Leichtbau und<br />
Karosserietechnik<br />
FB6 Luft- und<br />
Raumfahrttechnik<br />
Seite40 v. 47/26.03.2006
Passive Fahrzeugsicherheit<br />
<strong>8.5</strong> <strong>Grundlagen</strong> <strong>im</strong> <strong>Fahrzeugcrash</strong><br />
<strong>8.5</strong>.3 Typische Kenngrößen von Deformationsstrukturen<br />
Plattenkoeffizient k max<br />
k max<br />
Grundsätzliches<br />
Unfallforschung<br />
Biomechanik<br />
Aufprallarten<br />
<strong>Grundlagen</strong><br />
Selbstschutz<br />
Partnerschutz<br />
k o<br />
Versuchtechnik<br />
k m<br />
k u<br />
Falls die kritische (elastische) Beulspannung kleiner der Traglastspannung ist versagt das<br />
Trägerprofil <strong>im</strong> Querschnitt mit unregelmäßigem Faltenbeulen und i.d.R mit nachfolgendem<br />
Biegekollaps!<br />
σ<br />
cr<br />
≥ σ max Quelle: H. Mahmod<br />
Faltungskompatibler Querschnitt wenn gilt:<br />
Prof. Dr.-Ing T. Röth<br />
Leichtbau und<br />
Karosserietechnik<br />
FB6 Luft- und<br />
Raumfahrttechnik<br />
Seite41 v. 47/26.03.2006
Passive Fahrzeugsicherheit<br />
<strong>8.5</strong> <strong>Grundlagen</strong> <strong>im</strong> <strong>Fahrzeugcrash</strong><br />
<strong>8.5</strong>.3 Typische Kenngrößen von Deformationsstrukturen<br />
Grundsätzliches<br />
Weitere typische Kenngrößen sind:<br />
1) Längenspezifische Energieaufnahme:<br />
(= mittlere Faltenbeulenlast)<br />
E<br />
L<br />
c<br />
Def<br />
s<br />
1<br />
= * ∫<br />
s<br />
Def<br />
0<br />
F(<br />
s)<br />
ds<br />
=<br />
F<br />
m<br />
Unfallforschung<br />
Biomechanik<br />
Aufprallarten<br />
1) Massenspezifische Energieaufnahme:<br />
E =<br />
M<br />
c<br />
E<br />
m<br />
L<br />
C<br />
Def<br />
<strong>Grundlagen</strong><br />
Selbstschutz<br />
2) Struktureffektivität<br />
Isolierte Betrachtung der Trägergeometrie <br />
gut geeignet zur globalen und vergleichenden<br />
Beurteilung des Deformationsverhaltens<br />
unterschiedlichster Strukturen<br />
4) Peaküberhöhung:<br />
η =<br />
e<br />
PÜ<br />
σ<br />
R<br />
mittel<br />
=<br />
m<br />
F<br />
F<br />
max<br />
m<br />
Partnerschutz<br />
Versuchtechnik<br />
Prof. Dr.-Ing T. Röth<br />
Leichtbau und<br />
Karosserietechnik<br />
FB6 Luft- und<br />
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Seite42 v. 47/26.03.2006
Passive Fahrzeugsicherheit<br />
<strong>8.5</strong> <strong>Grundlagen</strong> <strong>im</strong> <strong>Fahrzeugcrash</strong><br />
<strong>8.5</strong>.3 Typische Kenngrößen von Deformationsstrukturen<br />
Weitere typische Kenngrößen sind:<br />
5) Relative Ungleichförmigkeit:<br />
6) Energieausbeute:<br />
e<br />
U<br />
=<br />
=<br />
F<br />
o, mittel<br />
−<br />
*<br />
F<br />
l<br />
m<br />
L 0<br />
EA<br />
Ec<br />
lEN<br />
F<br />
u,<br />
mittel<br />
Grundsätzliches<br />
Unfallforschung<br />
Biomechanik<br />
Aufprallarten<br />
<strong>Grundlagen</strong><br />
Selbstschutz<br />
7) Geometrischer Wirkungsgrad:<br />
η G<br />
=<br />
s Def<br />
l 0<br />
Partnerschutz<br />
Versuchtechnik<br />
l 0<br />
= Ausgangslänge des Trägers<br />
l En<br />
= Reststauchlänge<br />
s Def<br />
= Deformationslänge, bis Kraftanstieg am Ende<br />
der Deformation F max<br />
wieder übersteigt<br />
Prof. Dr.-Ing T. Röth<br />
Leichtbau und<br />
Karosserietechnik<br />
FB6 Luft- und<br />
Raumfahrttechnik<br />
Seite43 v. 47/26.03.2006
Passive Fahrzeugsicherheit<br />
<strong>8.5</strong> <strong>Grundlagen</strong> <strong>im</strong> <strong>Fahrzeugcrash</strong><br />
<strong>8.5</strong> <strong>Grundlagen</strong> <strong>im</strong> <strong>Fahrzeugcrash</strong><br />
<strong>8.5</strong> <strong>Grundlagen</strong> <strong>im</strong> <strong>Fahrzeugcrash</strong><br />
<strong>8.5</strong>.1 Vorgänge be<strong>im</strong> Crash und energetische Betrachtungen<br />
<strong>8.5</strong>.2 Versagensmechanismen von dünnwandigen Trägerstrukturen<br />
<strong>8.5</strong>.3 Typische Kenngrößen von Deformationsstrukturen<br />
<strong>8.5</strong>.4 Dynamische Effekte<br />
8.6 Sicherheitsmaßnahmen zum Selbstschutz<br />
8.6.1 Die Fahrzeugstruktur<br />
8.6.1.1 Der Strukturverlauf<br />
8.6.1.2 Betrachtung einzelner Strukturkomponenten<br />
8.6.1.3 Packageaspekte in der Fahrzeugsicherheit<br />
Grundsätzliches<br />
Unfallforschung<br />
Biomechanik<br />
Aufprallarten<br />
<strong>Grundlagen</strong><br />
Selbstschutz<br />
Partnerschutz<br />
Versuchtechnik<br />
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Leichtbau und<br />
Karosserietechnik<br />
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Raumfahrttechnik<br />
Seite44 v. 47/26.03.2006
Passive Fahrzeugsicherheit<br />
<strong>8.5</strong>.4 Dynamische Effekte<br />
<strong>8.5</strong> <strong>Grundlagen</strong> <strong>im</strong> <strong>Fahrzeugcrash</strong><br />
Der Crash ist ein hoch dynamischer Vorgang. Neben der Strukturgeometrie sind folgende<br />
dynamische Faktoren von maßgeblichem Einfluss bei großen, plastischen Deformationen:<br />
1) Massenträgheit<br />
2) Wellenausbreitungsphänomen<br />
3) Dehngeschwindigkeitsabhängige Materialverhalten<br />
Dynamische Lastüberhöhung<br />
Quelle: Schriever<br />
R dyn<br />
2<br />
1.5<br />
1<br />
0.5<br />
0<br />
Statisch<br />
Abramowicz<br />
Ohkubo<br />
Akerström<br />
W<strong>im</strong>mer<br />
0 10 20 30 40<br />
Aufprallgeschwindigkeit v 0 [km/h]<br />
Verschiedene Funktionen für die dynamische Lastüberhöhung<br />
Grundsätzliches<br />
Unfallforschung<br />
Biomechanik<br />
Aufprallarten<br />
<strong>Grundlagen</strong><br />
Selbstschutz<br />
Partnerschutz<br />
Versuchtechnik<br />
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Leichtbau und<br />
Karosserietechnik<br />
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Raumfahrttechnik<br />
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Passive Fahrzeugsicherheit<br />
<strong>8.5</strong>.4 Dynamische Effekte<br />
<strong>8.5</strong> <strong>Grundlagen</strong> <strong>im</strong> <strong>Fahrzeugcrash</strong><br />
Grundsätzliches<br />
Unfallforschung<br />
Biomechanik<br />
Aufprallarten<br />
<strong>Grundlagen</strong><br />
Selbstschutz<br />
Partnerschutz<br />
Versuchtechnik<br />
Geschwindigkeitseinfluss auf<br />
das Deformationsverhalten eines<br />
Rechteckprofiles (Quelle: S. Haß)<br />
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Passive Fahrzeugsicherheit<br />
<strong>8.5</strong> <strong>Grundlagen</strong> <strong>im</strong> <strong>Fahrzeugcrash</strong><br />
<strong>8.5</strong> <strong>Grundlagen</strong> <strong>im</strong> <strong>Fahrzeugcrash</strong><br />
Grundsätzliches<br />
Unfallforschung<br />
Biomechanik<br />
Aufprallarten<br />
Fragen & Antworten<br />
<strong>Grundlagen</strong><br />
Selbstschutz<br />
Partnerschutz<br />
Versuchtechnik<br />
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