3.7 Sicherheitsmaßnahmen zum Partnerschutz - Karosserietechnik ...

3.7 Sicherheitsmaßnahmen zum PartnerschutzProf. Dr.-Ing. T. Röth / Lehr- und Forschungsgebiet „Karosserietechnik“ / FB6: Luft- und Raumfahrttechnik /Fachhochschule Aachen / Hohenstaufenallee 6 / 52064 Aachen / www.karosserietechnik.fh-aachen.de

Passive Fahrzeugsicherheit3.7 Sicherheitsmaßnahmen zumPartnerschutz3.7.1 Fahrzeugkompatibilität von Pkw3.5 Grundlagen im Fahrzeugcrash3.6 Sicherheitsmaßnahmen zum Selbstschutz3.6.1 Die Fahrzeugstruktur und das Package3.6.1.1 Der Strukturverlauf3.6.1.2 Betrachtung einzelner Strukturkomponenten3.6.1.3 Packageaspekte in der Fahrzeugsicherheit3.6.2 Schutzsysteme im Fahrzeuginnenraum3.6.2.1 Sicherheitsgurte3.6.2.2 Airbags3.6.2.3 Sonstige Innenraumschutzsysteme3.6.2.4 Sensorik in der passiven Fahrzeugsicherheit3.7 Sicherheitsmaßnahmen zum Partnerschutz3.7.1 Kompatibilität von Pkw3.7.2 Fußgänger- und Zweiradfahrerschutz3.8 Experimenteller Fahrzeugcrash© Prof. Dr.-Ing. T. Röth / Lehr- und Forschungsgebiet „Karosserietechnik“ / FB6 / Fachhochschule Aachen 2/BIS

Passive Fahrzeugsicherheit3.7 Sicherheitsmaßnahmen zumPartnerschutz3.7.1 Fahrzeugkompatibilität von PkwUnter Kompatibilität versteht man die Verträglichkeit der Unfallgegner.Es wird unterschieden in: Massenaggressivität Steifigkeitsaggressivität Geometrische AggressivitätGrundsätzliches: EES (Energy Equivalent Speed) = energie-äquivalente-Geschwindigkeit m 1 /m 2 =1,6 für 90% der Pkw-Pkw-Unfälle Beschränkung der durchschnittlichen, maximalen Zellenverzögerung a max≤ 30gm 1= Masse großes Fahrzeugm 2= Masse kleines FahrzeugVerteilungsfunktion P [%]120100806040200400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000Crash- Masse [kg]© Prof. Dr.-Ing. T. Röth / Lehr- und Forschungsgebiet „Karosserietechnik“ / FB6 / Fachhochschule Aachen 3/BIS

Passive Fahrzeugsicherheit3.7 Sicherheitsmaßnahmen zumPartnerschutz3.7.1 Fahrzeugkompatibilität von PkwPrinzipieller Zielkonflikt zwischen Selbstschutz und Pkw/Pkw-KompatibilitätWandaufprall(Selbstschutz)PKW /PKW -Kollision(Partnerschutz)Fa k= a g= 39gF g= 1157 kNa g= 68gF kF gF k= F g= 333 kNa g= 23gF k= 386 kN0,5 mSS k0,87 m0,29 mS gFahrzeugparameter : m k = 500 kg ; m g = 1500 kg ; v k = v g= 50km/hAuslegung der Vorderwagenkennung auf die „Auslegungsgeschwindigkeit v B“(bzw. „Barrier Impact Speed“)© Prof. Dr.-Ing. T. Röth / Lehr- und Forschungsgebiet „Karosserietechnik“ / FB6 / Fachhochschule Aachen 4/BIS

Passive Fahrzeugsicherheit3.7 Sicherheitsmaßnahmen zumPartnerschutz3.7.1 Fahrzeugkompatibilität von PkwHauptsatz der Kompatibilität:Für den Fall, dass zwei Fahrzeuge kollidieren und ihre Aufprallgeschwindigkeit kleiner istals die doppelte Auslegegeschwindigkeit, dann ist für diesen speziellen Crash genügendDeformationsenergie vorhanden. Diese gilt, egal welches Massenverhältnis die beidenWagen aufweisen.Herleitung dieser Aussage durch:12 12E before= * m1 * v1+ * m2* v22 2( m + m )* vafter = m * v + m vE1 21 1 2*afterD ==Emit:12before*( m1 + m2)* v− Eafterv c2after= v 1− v 22Energieerhaltungssatz+ImpulserhaltungssatzDeformationsenergieRelativgeschwindigkeit v cv 1v BvΔv 1Δv 2v aftertund solange gilt:vc≤ 2*v BAuslegungsgeschw. v Bv 2kann der Hauptsatz der Kompatibilität hergeleitet werden:1 m mm mm mD =1 * 22 1 1 * 2 2 1 1 * 22 12* *( v1− v2)= * * vc ≤ * *(2* vB) ≤ *( m1+ m2)vB= E2 m + m2 m + m 2 m + m2*1212© Prof. Dr.-Ing. T. Röth / Lehr- und Forschungsgebiet „Karosserietechnik“ / FB6 / Fachhochschule Aachen 5/BIS12

Passive Fahrzeugsicherheit3.7 Sicherheitsmaßnahmen zumPartnerschutz3.7.1 Fahrzeugkompatibilität von PkwDer Hauptsatz der Kompatibilität zeigt die prinzipielle Lösbarkeit des Problems. Zielder Kompatibilität ist es daher, beide Vorderwagen adäquat zu verformen. Dieseserfolgt durch die Steifigkeitskennung der Vorderwagen.21m 2 = 500kgv 2 = 50km/hm 1 = 1500kgv 1 = 50km/hDaten für den Frontalaufprall zweier Fahrzeuge© Prof. Dr.-Ing. T. Röth / Lehr- und Forschungsgebiet „Karosserietechnik“ / FB6 / Fachhochschule Aachen 6/BIS

Passive Fahrzeugsicherheit3.7 Sicherheitsmaßnahmen zumPartnerschutz3.7.1 Fahrzeugkompatibilität von PkwPkw/Barriere-KollisionF 2F 1s 2s 1F 2F 1s 1s 2DeformationswegZellenverzögerungStruktur-KraftDeformationsenergies 2= 0,64ma 2= 30gF 2= 150kND 2= 47kJs 1= 0,64ma 1= 30gF 1= 450kND 1= 142kJs 2= 0,32ma 2= 30gF 2= 150kND 2= 47kJs 1= 0,32ma 1= 30gF 1= 450kND 1= 142kJEESEES 2= 50km/hEES 1= 50km/hEES 2= 50km/hEES 1= 50km/hGeschwindigkeitsänd.Δv 2= 50km/hΔv 1= 50km/hΔv 2= 50km/hΔv 1= 50km/h© Prof. Dr.-Ing. T. Röth / Lehr- und Forschungsgebiet „Karosserietechnik“ / FB6 / Fachhochschule Aachen 7/BIS

Passive Fahrzeugsicherheit3.7 Sicherheitsmaßnahmen zumPartnerschutz3.7.1 Fahrzeugkompatibilität von PkwPkw/Pkw-KollisionF 1F F21F 2s 2s 1s 2s 1DeformationswegZellenverzögerungStruktur-KraftDeformationsenergies 2= 0,96ma 2= 45gF 2= 225kND 2= 109kJs 1= 0,32ma 1= 15gF 1= 225kND 1= 36kJs 2= 0,96ma 2= 30gF 2= 150kND 2= 145kJs 1= 0ma 1= 10gF 1= 150kND 1= 0kJEESGeschwindigkeitsänd.EES 2= 75km/hΔv 2= 75km/hEES 1= 25km/hΔv 1= 25km/hEES 2= 100km/hΔv 2= 75km/hEES 1= 0km/hΔv 1= 25km/h© Prof. Dr.-Ing. T. Röth / Lehr- und Forschungsgebiet „Karosserietechnik“ / FB6 / Fachhochschule Aachen 8/BIS

Passive Fahrzeugsicherheit3.7 Sicherheitsmaßnahmen zumPartnerschutz3.7.1 Fahrzeugkompatibilität von PkwAnsätze zur Lösung der Kompatibilität beim Pkw/Pkw-Aufprall:1. Selbsteinstellbare Vorderwagenkennungen (theoretisch, aber technisch nichtumsetzbar)2. weicher Vorderwagenauslegung des großen Fahrzeugs( große Verformungen im Barrierentest / bzw. langer Vorderwagen nötig)1. Auslegung beider Vorderwagen auf gleiche Steifigkeit, bzw. gl. Defo.-energie( hohe Belastungen des kleinen Fzg. beim Barrierentest und Pkw/Pkw-Aufprall)F 2F 1s 1F 2F 1s 2s 1s 2DeformationswegZellenverzögerungStruktur-KraftDeformationsenergieEESGeschwindigkeitsänd.s 2= 0,37m s 1= 0,64ma 2= 52g a 1= 30gF 2= 261kN F 1= 450kND 2= 47kJ D 1= 142kJEES 2= 50km/h EES 1= 50km/hΔv 2= 50km/h Δv 1= 50km/hPkw/Barriere-Kollisions 2= 0,45m s 1= 0,45ma 2= 63g a 1= 21gF 2= 320kN F 1= 320kND 2= 72kJ D 1= 72kJEES 2= 61km/h EES 1= 35km/hΔv 2= 75km/h Δv 1= 25km/hPkw/Pkw-Kollision© Prof. Dr.-Ing. T. Röth / Lehr- und Forschungsgebiet „Karosserietechnik“ / FB6 / Fachhochschule Aachen 9/BIS

Passive Fahrzeugsicherheit3.7 Sicherheitsmaßnahmen zumPartnerschutz3.7.1 Fahrzeugkompatibilität von Pkw600Maximum 570 mm550Deformation [mm]500450400Inkompatibler Bereich„weiche Auslegung“Inkompatibler Bereich„steife Auslegung“350Minimum 330 mm300500 700 900 1100 1300 1500 1700 1900Fahrzeugmasse [kg]Kurve der Kompatibilität bei Auslegung der Vorderwagen auf gleiche Steifigkeit[Anm.: Außerhalb des definierten Massenbereiches werden 330mm bzw. 570mm angenommen)[Quelle: Zeidler]© Prof. Dr.-Ing. T. Röth / Lehr- und Forschungsgebiet „Karosserietechnik“ / FB6 / Fachhochschule Aachen 10/BIS

Passive Fahrzeugsicherheit3.7 Sicherheitsmaßnahmen zumPartnerschutz3.7.1 Fahrzeugkompatibilität von Pkw4. Ansatz nach dem Prinzip: Auslegung der Vorderwagensteifigkeit nach demMassenverhältnis (Renault)saus 1m1D =und 1m1F=werden ermittelt: 1 unds2m2D2m2F2EESEES125. Ansatz nach dem Prinzip der gleichen EES durch unterschiedliche Kennlinien:∫ F1ds1∫ F2ds2=2 1 2m1vBm2v B122∫∫F ds1F ds212=mm12=DD12undEESEES1=21Gilt nur punktuell für die Auslegung v c= 2v B, da die Kräfte F 1und F 2zu jedemZeitpunkt etwa identisch sein müssen, d.h. die Kraft-Weg-Kennung ist alslineare Kennung vorgegeben. Bei niedrigeren Geschwindigkeiten ist dann eineüberproportionale Reduzierung der Verzögerungen nicht möglich© Prof. Dr.-Ing. T. Röth / Lehr- und Forschungsgebiet „Karosserietechnik“ / FB6 / Fachhochschule Aachen 11/BIS

Passive Fahrzeugsicherheit3.7 Sicherheitsmaßnahmen zumPartnerschutz3.7.1 Fahrzeugkompatibilität von PkwSteifigkeit [kN/m]4000350030002500200015001000500konventionelle AuslegungDC- KonzeptRenault- Konzept0500 700 900 1100 1300 1500 1700 1900Fahrzeugmasse [kg]© Prof. Dr.-Ing. T. Röth / Lehr- und Forschungsgebiet „Karosserietechnik“ / FB6 / Fachhochschule Aachen 12/BIS

Passive Fahrzeugsicherheit3.7 Sicherheitsmaßnahmen zumPartnerschutz3.7.1 Fahrzeugkompatibilität von PkwDeformation [mm]1000900800700600500400300konventionelle AuslegungDC- KonzeptRenault- Konzept200500 700 900 1100 1300 1500 1700 1900Fahrzeugmasse [kg]© Prof. Dr.-Ing. T. Röth / Lehr- und Forschungsgebiet „Karosserietechnik“ / FB6 / Fachhochschule Aachen 13/BIS

Passive Fahrzeugsicherheit3.7 Sicherheitsmaßnahmen zumPartnerschutz3.7.1 Fahrzeugkompatibilität von Pkw6. Ansatz durch stufenweise abgestimmte Kennlinien (zielführend für Fahrzeugeunterschiedlicher Masse sowie allen Geschwindigkeiten v c≤ 2v B)Vorderwagen1FS 1Vorderwagen2S 2DeformationswegFahrzeug 1DeformationswegFahrzeug 2© Prof. Dr.-Ing. T. Röth / Lehr- und Forschungsgebiet „Karosserietechnik“ / FB6 / Fachhochschule Aachen 14/BIS

Passive Fahrzeugsicherheit3.7 Sicherheitsmaßnahmen zumPartnerschutz3.7.1 Fahrzeugkompatibilität von PkwPrinzipielles Verhalten von Vorderwagen mit unterschiedlicher Kraft-Weg-Kennungbeim Pkw/Pkw-Aufprall unter Berücksichtigung verschiedener GeschwindigkeitenKraftKraft-Weg-Kennung Fzg. 1(1500kg)Kraft-Weg-Kennung Fzg. 2(1000kg)v c= 37 km/hRelativgeschwindigkeit Vc = 37km/hVerformungVerformung Fzg. 1Verformung Fzg. 2© Prof. Dr.-Ing. T. Röth / Lehr- und Forschungsgebiet „Karosserietechnik“ / FB6 / Fachhochschule Aachen 15/BIS

Passive Fahrzeugsicherheit3.7 Sicherheitsmaßnahmen zumPartnerschutz3.7.1 Fahrzeugkompatibilität von PkwRelativgeschwindigkeit Vc = 68km/h?x?Relativgeschwindigkeit Vc = 78km/hRelativgeschwindigkeit Vc = 105km/hRelativgeschwindigkeit Vc = 109km/hx = Höhere Zellenbelastung für kleineres Fzg. Rückhaltesystem ist u.U. nicht mehr abgestimmt!© Prof. Dr.-Ing. T. Röth / Lehr- und Forschungsgebiet „Karosserietechnik“ / FB6 / Fachhochschule Aachen 16/BIS

Passive Fahrzeugsicherheit3.7.1 Fahrzeugkompatibilität von PkwKonstruktive Umsetzung1. Krafteinleitung- Abstützen der beiden Vorderwagen- Kompensation unterschiedlicherGeometrie- und Strukturverhältnisse- Einbeziehen der stoßabgewandtenSeite d. Stoßfängerträger- Kompensation von Nickbewegung(Abgleitblech für „Verkeilen“ in Z)- Axiales Einleiten von Kräften aufden Längsträger (durch Bolzengelenkige und momentenfreieLagerung desStoßfängerquerträgers)3.7 Sicherheitsmaßnahmen zumPartnerschutz2. Deformationszone- Absorption des größten Teils der Energie- Progressive Auslegung der Kennlinie, um gleichzeitiges Verformen zu erzeugen(Vermeidung des Beschleunigungssprunges für beide Fahrzeuge)3. Kompatibilitätszone- Vermeidung weitergehender Deformation des Überlebensraums- Kraft der K.-zone muss über der Deformationskraft des Gegners liegen- Wenn K.-Zone doch verformt (i.B. bei Unfällen v c > v B ), dann so, dass Verzögerungnicht über die Auslegungsschwellen des RHS steigt(Quelle VW)© Prof. Dr.-Ing. T. Röth / Lehr- und Forschungsgebiet „Karosserietechnik“ / FB6 / Fachhochschule Aachen 17/BIS

Passive Fahrzeugsicherheit3.7 Sicherheitsmaßnahmen zumPartnerschutz3.7.1 Fahrzeugkompatibilität von Pkw4050% Offset zw. VW Lupo und VW Passat- Verformung Lupo bei 45msec zuEnde (Passat verformt alleine)- nach 45msec Rotation um Y-Achse45 msec40(Quelle VW)© Prof. Dr.-Ing. T. Röth / Lehr- und Forschungsgebiet „Karosserietechnik“ / FB6 / Fachhochschule Aachen 18/BIS

Passive Fahrzeugsicherheit3.7 Sicherheitsmaßnahmen zumPartnerschutz3.7.1 Fahrzeugkompatibilität von PkwÜberlagerung der Ausgleichskurven(näherungsweise ausVerzögerungsverlauf bestimmt)(Quelle VW)Kraft-Weg-Kurve- Synchrone Verformung der beidenVorderwagen bis Lupo vollständigverformt ist- Passat verformt weitere ca. 65mm© Prof. Dr.-Ing. T. Röth / Lehr- und Forschungsgebiet „Karosserietechnik“ / FB6 / Fachhochschule Aachen 19/BIS

Passive Fahrzeugsicherheit3.7 Sicherheitsmaßnahmen zumPartnerschutz3.7.2 Fußgänger- und Zweiradfahrerschutz3.5 Grundlagen im Fahrzeugcrash3.6 Sicherheitsmaßnahmen zum Selbstschutz3.6.1 Die Fahrzeugstruktur und das Package3.6.1.1 Der Strukturverlauf3.6.1.2 Betrachtung einzelner Strukturkomponenten3.6.1.3 Packageaspekte in der Fahrzeugsicherheit3.6.2 Schutzsysteme im Fahrzeuginnenraum3.6.2.1 Sicherheitsgurte3.6.2.2 Airbags3.6.2.3 Sonstige Innenraumschutzsysteme3.6.2.4 Sensorik in der passiven Fahrzeugsicherheit3.7 Sicherheitsmaßnahmen zum Partnerschutz3.7.1 Kompatibilität von Pkw3.7.2 Fußgänger- und Zweiradfahrerschutz3.8 Experimenteller Fahrzeugcrash© Prof. Dr.-Ing. T. Röth / Lehr- und Forschungsgebiet „Karosserietechnik“ / FB6 / Fachhochschule Aachen 20/BIS

Passive Fahrzeugsicherheit3.7 Sicherheitsmaßnahmen zumPartnerschutz3.7.2 Fußgänger- und ZweiradfahrerschutzSchaufelstoßfänger zum Schutz desFußgängers aus dem Jahre 1902"Fangvorrichtung an Kraftfahrzeugen“aus dem Jahre 1924© Prof. Dr.-Ing. T. Röth / Lehr- und Forschungsgebiet „Karosserietechnik“ / FB6 / Fachhochschule Aachen 21/BIS

Passive Fahrzeugsicherheit3.7 Sicherheitsmaßnahmen zumPartnerschutz3.7.2 Fußgänger- und ZweiradfahrerschutzUnterschenkelHüfte/OberschenkelKopf(Hals/Arme/Oberkörper)rper)Veränderung derAußengeometrieDefiniertesDeformationsverhaltenPrimäraufprallraufprallSekundäraufprallAktiv, variablesSystem (AVS)Passiv, variablesSystem (PVS)Permanent, starresSystem (PSS)AVS: Vor oder während der Anfangsphase des Fußgängeraufpralls wird ein geometrischveränderbares Schutzsystem durch einen Sensor ausgelöst und aktiviert.PVS: Durch den Anfangsimpuls des aufprallenden Fußgängers selbst wird eingeometrisch veränderbares Schutzsystem aktiviert.PSS: Unter PSS versteht man jede am Fahrzeug montierte Schutzmaßnahme, die ohnegeometrisch aktiviert zu werden - also ständig aktiv – ist und somit unmittelbar füreine Verletzungsreduzierung beim Fußgängeraufprall sorgt.© Prof. Dr.-Ing. T. Röth / Lehr- und Forschungsgebiet „Karosserietechnik“ / FB6 / Fachhochschule Aachen 22/BIS

Passive Fahrzeugsicherheit3.7 Sicherheitsmaßnahmen zumPartnerschutz3.7.2 Fußgänger- und ZweiradfahrerschutzAllgemeiner Einfluss der Außengeometrie© Prof. Dr.-Ing. T. Röth / Lehr- und Forschungsgebiet „Karosserietechnik“ / FB6 / Fachhochschule Aachen 23/BIS

Passive Fahrzeugsicherheit3.7 Sicherheitsmaßnahmen zumPartnerschutz3.7.2 Fußgänger- und ZweiradfahrerschutzEinfluss der Vorderwagengeometrie auf die benötigte Energieabsorption derFahrzeugstruktur beim Aufprall eines Fußgängeroberschenkels50HK RPkw I(Mittelklasse)Pkw II(Sub-Kompakt)75100125Haubenkantenrückversatz [mm]AKein Test < 200JHK H150700675650625600Höhe der Haubenvorderkante [mm]200J - 300J300J - 400J 400J - 500J 500J - 600JA = Fahrzeug mit flach abfallendem Vorderwagen (z.B. Sportfahrzeug)© Prof. Dr.-Ing. T. Röth / Lehr- und Forschungsgebiet „Karosserietechnik“ / FB6 / Fachhochschule Aachen 24/BIS

Passive Fahrzeugsicherheit3.7 Sicherheitsmaßnahmen zumPartnerschutz3.7.2 Fußgänger- und ZweiradfahrerschutzHK RKP o oP uHK HS HSPSPHK URUmsetzung einer fußgängerfreundlichenAußengeometriean einem Serienfahrzeug zurVerbesserung des passivenFußgängerschutzes gemäßEEVC/WG17 (III/5021/00EN)© Prof. Dr.-Ing. T. Röth / Lehr- und Forschungsgebiet „Karosserietechnik“ / FB6 / Fachhochschule Aachen 25/BIS

Passive Fahrzeugsicherheit3.7 Sicherheitsmaßnahmen zumPartnerschutz3.7.2 Fußgänger- und ZweiradfahrerschutzSchutzmaßnahmen für den BeinaufprallGeometrische Parameter G1/G2G1x,y,zG2x,y,zK1K2Beinverzögerung: a L = f(K1,K2)Winkel im Gelenk: α L = f(K1,K2,G1,G2)Knieverschiebung: u L = f(K1,K2,G1,G2)Deformationscharakteristik K1/K2© Prof. Dr.-Ing. T. Röth / Lehr- und Forschungsgebiet „Karosserietechnik“ / FB6 / Fachhochschule Aachen 26/BIS

Passive Fahrzeugsicherheit3.7 Sicherheitsmaßnahmen zumPartnerschutz3.7.2 Fußgänger- und ZweiradfahrerschutzE Lkin= E FdefsL( tend)=12⋅vaL( t0)Lmax2Theoretische Minimaleindringung:- Keine Reststauchlänge berücksichtigt- Keine Energieabsorptionseffizienz berücksichtigtMindest-Packagebedarf:- Reststauchlänge: 30% (der Ausgangslänge)- Energieabsorptionseffizienz: 80%a(t)150gx tar≈ 75mms(t)sLtheo( tend) = 41, 9mmE Lkin : Kinetische Energie Bein,E Fdef : Deformationsenergie,s L : Beineindringung,v L : Aufprallgeschwindigkeit (=40km/h)a L : Beinverzögerung (max. 150g)s Ltheo : Geringste Beineindringungx tar : Mindest-Packagebedarf© Prof. Dr.-Ing. T. Röth / Lehr- und Forschungsgebiet „Karosserietechnik“ / FB6 / Fachhochschule Aachen 27/BIS

Passive Fahrzeugsicherheit3.7.2 Fußgänger- und ZweiradfahrerschutzAuslegung: Fußgängerbeinaufprall300250200Verzögerungacc [g]1501005000 10 20 30 40Intrusion in Bum per Foam [m m ]302520Keine Erfüllung der Vorschrift! Beinaufprallauf amerikanisches Serienfahrzeug mit60mm PP-Schaum (NEA für FMVSS 581)ang [°]1510500 5 10 15 20 25 30 35t [m sec]Biegung© Prof. Dr.-Ing. T. Röth / Lehr- und Forschungsgebiet „Karosserietechnik“ / FB6 / Fachhochschule Aachen 28/BIS

Passive Fahrzeugsicherheit3.7.2 Fußgänger- und ZweiradfahrerschutzAuslegung: FußgängerbeinaufprallVerzögerungFür den Beinaufprall optimiertes, europäischesStoßfängersystem mit PUR-SchaumstoffenBiegung© Prof. Dr.-Ing. T. Röth / Lehr- und Forschungsgebiet „Karosserietechnik“ / FB6 / Fachhochschule Aachen 29/BIS

Passive Fahrzeugsicherheit3.7.2 Fußgänger- und ZweiradfahrerschutzAuslegung: Fußgängerbeinaufprall am Beispiel Fiat 500© Prof. Dr.-Ing. T. Röth / Lehr- und Forschungsgebiet „Karosserietechnik“ / FB6 / Fachhochschule Aachen 30/BIS

Passive Fahrzeugsicherheit3.7 Sicherheitsmaßnahmen zumPartnerschutz3.7.2 Fußgänger- und Zweiradfahrerschutz200150100Schutzmaßnahmen für den Beinaufprall: VerzögerungaBmaxaB75%Verzögerung [g]500-50-100aBraBse0 10 Zeit [ms]20aB1aB2Zur Erreichung einer niedrigen Beinverzögerung bedarfes einer optimierten Deformationsstruktur aus: Schaumstoff (i.B. PUR, PP) Kunststoffrippen oder Wabenstruktur Dünnwandigen bzw. sehr offenporigen MetallstrukturenRIM Schale mit PUR Schaumstoff(Prototyp - BAYER AG)© Prof. Dr.-Ing. T. Röth / Lehr- und Forschungsgebiet „Karosserietechnik“ / FB6 / Fachhochschule Aachen 31/BIS

Passive Fahrzeugsicherheit3.7 Sicherheitsmaßnahmen zumPartnerschutz3.7.2 Fußgänger- und ZweiradfahrerschutzPrinzip zur Reduzierung der Biegung im Gelenk4 03 5Biegung im Gelenk [°]3 02 52 01 51 050F a h r z e u gT e s tvo rric h tu n gC A E - S i mZ e it [m s ]0 1 0 2 0 3 0 4 0© Prof. Dr.-Ing. T. Röth / Lehr- und Forschungsgebiet „Karosserietechnik“ / FB6 / Fachhochschule Aachen 32/BIS

Passive Fahrzeugsicherheit3.7 Sicherheitsmaßnahmen zumPartnerschutz3.7.2 Fußgänger- und ZweiradfahrerschutzSchutzmaßnahmen für den Beinaufprall: Biegung im GelenkSpoilerträger als RohrSpoilerstrukturHinterlegteSchaumstoffstrukturZur Erreichung einer niedrigen Biegung im Gelenk gilt: Strukturspoiler mit hoher Steifigkeit Spoiler auf Höhe der Stoßfängerkante (SP R~ ±30mm)© Prof. Dr.-Ing. T. Röth / Lehr- und Forschungsgebiet „Karosserietechnik“ / FB6 / Fachhochschule Aachen 33/BIS

Passive Fahrzeugsicherheit3.7 Sicherheitsmaßnahmen zumPartnerschutz3.7.2 Fußgänger- und ZweiradfahrerschutzVariable Systeme für den BeinaufprallAVS: StoßfängerairbagsAVS: Per Sensor aktivierbarer Spoiler© Prof. Dr.-Ing. T. Röth / Lehr- und Forschungsgebiet „Karosserietechnik“ / FB6 / Fachhochschule Aachen 34/BIS

Passive Fahrzeugsicherheit3.7 Sicherheitsmaßnahmen zumPartnerschutz3.7.2 Fußgänger- und ZweiradfahrerschutzSchutzmaßnahmen für den Oberschenkel- und HüftaufprallTheoretischidealeStrukturFH obenMH obenMH mitteMH untenFH untenBiegemomentSummenkraft© Prof. Dr.-Ing. T. Röth / Lehr- und Forschungsgebiet „Karosserietechnik“ / FB6 / Fachhochschule Aachen 35/BIS

Passive Fahrzeugsicherheit3.7 Sicherheitsmaßnahmen zumPartnerschutz3.7.2 Fußgänger- und Zweiradfahrerschutz5,0Schutzmaßnahmen für den Oberschenkel- und Hüftaufprall4,0FHmaxHüftkraft [kN]3,02,01,0FH75%FHr-obenFHr-untenFHr-sumTheoretischeMinimaleindringung[23,9mm; 135,6mm]:0,00,0 10,0 20,0 30,0 40,0 50,0Impaktzeit [ms]s H : Hüftimpaktoreindringungm H = f(HKR, HKH): Masse Hüftimpaktorm HV = 2,55kg: Trägermasse vor Kraftmessdosenv H = f(HKR, HKH): Aufprallgeschwindigkeit [20kmh; 40kmh]E U = Energiedissipation d. Ummantelung [65J; 115J]sHt( t)=122[ ( m − m ) v ( t ]HHVFHH max0 )−EU© Prof. Dr.-Ing. T. Röth / Lehr- und Forschungsgebiet „Karosserietechnik“ / FB6 / Fachhochschule Aachen 36/BIS

Passive Fahrzeugsicherheit3.7 Sicherheitsmaßnahmen zumPartnerschutz3.7.2 Fußgänger- und ZweiradfahrerschutzSchutzmaßnahmen für den Oberschenkel- und HüftaufprallHK R200Min. DeformationswegSHse [mm] bei 75% E eff15010050HK HHKR=0mmHKR=50mmHKR=100mmHKR=150mm0Minimaleindringung S HSE : [31,9mm; 197,5mm]:600 650 700 750 800Haubenkantenhöhe HKH [mm]HKR=200mm© Prof. Dr.-Ing. T. Röth / Lehr- und Forschungsgebiet „Karosserietechnik“ / FB6 / Fachhochschule Aachen 37/BIS

Passive Fahrzeugsicherheit3.7 Sicherheitsmaßnahmen zumPartnerschutz3.7.2 Fußgänger- und ZweiradfahrerschutzSchutzmaßnahmen für den Oberschenkel- und HüftaufprallSummenkraft F [kN]1210864200 200 400 600 800Biegemoment MHmax [Nm]Nissan Micra / Bj.95Daewoo Lanos / Bj.97Saab 900 / Bj.97Saab 9-5 / Bj.98Renault Laguna / Bj.98Mercedes E200 / Bj.98Mercedes C180 / Bj.97Ford Mondeo / Bj.97Hyundai Accent / Bj.97Suzuki Baleno / Bj.97Toyota Corolla / Bj.97Volvo S70 / Bj.97Toyota Yaris Bj99Renault Clio BJ99Skoda Fabia / Bj.99VW Polo / Bj.99© Prof. Dr.-Ing. T. Röth / Lehr- und Forschungsgebiet „Karosserietechnik“ / FB6 / Fachhochschule Aachen 38/BIS

Passive Fahrzeugsicherheit3.7 Sicherheitsmaßnahmen zumPartnerschutz3.7.2 Fußgänger- und ZweiradfahrerschutzSchutzmaßnahmen für den Oberschenkel- und HüftaufprallUmpositionierung vonharten KomponentenHaubenairbagsa) b)Deformationselemente ander Motorhaubea) Verschiebbar gelagerte Lampeb) Deformierbares LampengehäuseKinematisches Frontendmodul(Quelle: Imperia)© Prof. Dr.-Ing. T. Röth / Lehr- und Forschungsgebiet „Karosserietechnik“ / FB6 / Fachhochschule Aachen 39/BIS

Passive Fahrzeugsicherheit3.7 Sicherheitsmaßnahmen zumPartnerschutz3.7.2 Fußgänger- und ZweiradfahrerschutzSchutzmaßnahmen für den KopfHPC2,5t 2⎡ 1⎤= ⎢ ( ) ⎥ 2⎣ 2−∫ gKτ dt tt t1t1⎦max( t − ) ≤10001mit( t − t ) 15ms2 1≤Verzögerung g in [g]3002001000gKsegKtg Kt( t)0 5 10 15Zeit [ms]≤ 9,51⋅t−0,4gKse = Semi-empirischeZielkurveAnmerkung:1) Eindringungen sind direkt in Impaktrichtung2) Maximal ertragbarer Verzögerungspeak 250g© Prof. Dr.-Ing. T. Röth / Lehr- und Forschungsgebiet „Karosserietechnik“ / FB6 / Fachhochschule Aachen 40/BIS

Passive Fahrzeugsicherheit3.7 Sicherheitsmaßnahmen zumPartnerschutz3.7.2 Fußgänger- und ZweiradfahrerschutzSchutzmaßnahmen für den Kopf3000S Ksλ25002000α Kλββ KxX KHIC150010005000KinderkopfErwachsenenkopf20 30 40 50 60 70 80 90 100Deformationsraum x K [mm]Kopfaufprall nach III/5021/96EN: HIC-Werte ermittelt aus realen KopfaufprallversuchenAnmerkung: Eindringungen sind „Offsets“ zur Außenfläche© Prof. Dr.-Ing. T. Röth / Lehr- und Forschungsgebiet „Karosserietechnik“ / FB6 / Fachhochschule Aachen 41/BIS

Passive Fahrzeugsicherheit3.7 Sicherheitsmaßnahmen zumPartnerschutz3.7.2 Fußgänger- und ZweiradfahrerschutzSchutzmaßnahmen für den KopfErwachsenenkopfSRLREKinderkopf Kinderkopf1500 WAD1000 WADBLEBRLErwachsenenkopfKinderkopfKinder- und ErwachsenenkopfaufprallzonenDurchdringungen der Aufprallzonen mitMotorraumkomponentenOptimierte Haubeninnenstruktur nach dem Prinzipder homogenen Massen- und Steifigkeitsverteilung© Prof. Dr.-Ing. T. Röth / Lehr- und Forschungsgebiet „Karosserietechnik“ / FB6 / Fachhochschule Aachen 42/BIS

Passive Fahrzeugsicherheit3.7 Sicherheitsmaßnahmen zumPartnerschutz3.7.2 Fußgänger- und ZweiradfahrerschutzSchutzmaßnahmen für den Kopfa) b) c)max. 40mmd) d) e)a) Außenliegende Haubenöffnungslinie d) Verformbare obere Kotflügelkanteb) Abgedeckte und verformbare Wischerachsen e) Deformationsweich gelagerte Einbauteilec) Verformbarer Wasserkasten© Prof. Dr.-Ing. T. Röth / Lehr- und Forschungsgebiet „Karosserietechnik“ / FB6 / Fachhochschule Aachen 43/BIS

Passive Fahrzeugsicherheit3.7 Sicherheitsmaßnahmen zumPartnerschutz3.7.2 Fußgänger- und ZweiradfahrerschutzSchutzmaßnahmen für den Kopf: AirbagsVideo!© Prof. Dr.-Ing. T. Röth / Lehr- und Forschungsgebiet „Karosserietechnik“ / FB6 / Fachhochschule Aachen 44/BIS

Passive Fahrzeugsicherheit3.7 Sicherheitsmaßnahmen zumPartnerschutz3.7.2 Fußgänger- und ZweiradfahrerschutzSchutzmaßnahmen für den Kopf: „Pop Up“-MotorhaubenKopfaufprallKopfaufprallKopfaufprallVideo!HüftaufprallHüftaufprallHüftaufprallaktivierter Zustandaktivierter ZustandAktivierterRuhezustandZustandRuhezustandPVS (Quelle: Ford)© Prof. Dr.-Ing. T. Röth / Lehr- und Forschungsgebiet „Karosserietechnik“ / FB6 / Fachhochschule Aachen 45/BIS

Passive Fahrzeugsicherheit3.7 Sicherheitsmaßnahmen zumPartnerschutz3.7.2 Fußgänger- und ZweiradfahrerschutzSchutzmaßnahmen für den Kopf: Motorhaube als PSS(Quelle: Röth)© Prof. Dr.-Ing. T. Röth / Lehr- und Forschungsgebiet „Karosserietechnik“ / FB6 / Fachhochschule Aachen 46/BIS

Passive Fahrzeugsicherheit3.7 Sicherheitsmaßnahmen zumPartnerschutz3.7.2 Fußgänger- und ZweiradfahrerschutzSchutzmaßnahmen für den Kopf:Gleichmäßigkeitsverteilung der Aufprallergebnisse an einer Motorhaube (PSS)(Quelle: Röth)© Prof. Dr.-Ing. T. Röth / Lehr- und Forschungsgebiet „Karosserietechnik“ / FB6 / Fachhochschule Aachen 47/BIS

Passive Fahrzeugsicherheit3.8 Experimenteller Fahrzeugcrash3.5 Grundlagen im Fahrzeugcrash3.6 Sicherheitsmaßnahmen zum Selbstschutz3.6.1 Die Fahrzeugstruktur und das Package3.6.1.1 Der Strukturverlauf3.6.1.2 Betrachtung einzelner Strukturkomponenten3.6.1.3 Packageaspekte in der Fahrzeugsicherheit3.6.2 Schutzsysteme im Fahrzeuginnenraum3.6.2.1 Sicherheitsgurte3.6.2.2 Airbags3.6.2.3 Sonstige Innenraumschutzsysteme3.6.2.4 Sensorik in der passiven Fahrzeugsicherheit3.7 Sicherheitsmaßnahmen zum Partnerschutz3.7.1 Kompatibilität von Pkw3.7.2 Fußgänger- und Zweiradfahrerschutz3.8 Experimenteller Fahrzeugcrash© Prof. Dr.-Ing. T. Röth / Lehr- und Forschungsgebiet „Karosserietechnik“ / FB6 / Fachhochschule Aachen 48/BIS

Passive Fahrzeugsicherheit3.8 Experimenteller FahrzeugcrashZukünftige Crash-Anlage der FH-Aachen:Schlitten mit 80km/h und Ganzfahrzeugcrash bis ca. 20km/h (Stiftung der BMW AG)Seilzugschlitten mit Verzögerungseinrichtung (Quelle:Kramer)© Prof. Dr.-Ing. T. Röth / Lehr- und Forschungsgebiet „Karosserietechnik“ / FB6 / Fachhochschule Aachen 49/BIS

Passive Fahrzeugsicherheit3.8 Experimenteller FahrzeugcrashPunktverfolgung!!! VIDEO© Prof. Dr.-Ing. T. Röth / Lehr- und Forschungsgebiet „Karosserietechnik“ / FB6 / Fachhochschule Aachen 50/BIS

Fragen &AntwortenEmpfohlene QuelleTitel: Passive Sicherheit von KraftfahrzeugenISBN: 3-528-06915-5Autor: Florian KramerPreis: ca. 30,- €Verlag: Vieweg VerlagsgesellschaftProf. Dr.-Ing. T. Röth / Lehr- und Forschungsgebiet „Karosserietechnik“ / FB6: Luft- und Raumfahrttechnik /Fachhochschule Aachen / Hohenstaufenallee 6 / 52064 Aachen / www.karosserietechnik.fh-aachen.de

© Prof. Dr.-Ing. T. Röth / Lehr- und Forschungsgebiet „Karosserietechnik“ / FB6 / Fachhochschule Aachen 52/BISPassive Fahrzeugsicherheit3.7.1 Kompatibilität von Pkw3.7 Sicherheitsmaßnahmen zumPartnerschutzImpulserhaltungssatzEnergieerhaltungssatz222211 **21**21vmvmE before +=[ ][ ])***2***(() **() **(*1*21)**() **() **(*1*21)**(*21***21***21)**) *(*(21**21**212121222221212221222121212122211222122121121212222122212122121211221221121222211vvmmvmvmvmmmvmmmmmvmvmvmmmvmmmmmmmvmvmvmmmmmvmmmmmmmvmvmmmvmvmD++−++++=+−++++=++−+++++=+++−+=212211221121****)*(mmvmvmvvmvmvmmafterafter++=⇒+=+afterbeforeafterafterEEDvmmE−=+=221 *)*(21Deformationsenergie

Passive Fahrzeugsicherheit3.7.1 Kompatibilität von Pkw3.7 Sicherheitsmaßnahmen zumPartnerschutz==1*21*21m + m1m1* mm + m1222*( m*( v121* m+ v222* v21− 2* v+ m * m11* v2)2* v22− 2* m2* v1* m2* v2)Dv c=12m*m= v 1− v 2* m1 22*( v1− v2)1+ m2Deformationsenergie DRelativgeschwindigkeit VcSolange gilt:vc≤ 2*v BAuslegungsgeschwindigkeit V BIn diesem Fall ist die verfügbare Deformationsenergie der beiden Fahrzeuge1 1 1E = * m+2 2 2221* vB+ * m2* vB= *( m1m2)*Die von der Kollision benötigte Deformationsenergie ist:1 m * m22 1 m1* m22 1 m1* mD = * *( v1− v2)= * * v ≤ *2 m + m2 m + m 2 m + m1 22c*(2* v B)1 21 21 2v2B© Prof. Dr.-Ing. T. Röth / Lehr- und Forschungsgebiet „Karosserietechnik“ / FB6 / Fachhochschule Aachen 53/BIS

Passive Fahrzeugsicherheit3.7.1 Kompatibilität von PkwEs ist zu beweisen, dass D ≦ E( m1⇒ ( m⇒ ( m⇒ ( m⇒ m− m1212112)2+ m+ m+ m+ m2≥ 022222)2− 2* m11+ 2* m1≥ 4* m1* m* m4* m1* m≥m + m2222* m) ≥ 02)3.7 Sicherheitsmaßnahmen zumPartnerschutz(da m 1 = Masse gr. Fzg. und m 2 = Masse kl. Fzg.)≥ 4* m1* m2⇒1*( m21+ m2) * v1m* m21 2B≥ * *(2* v B2 m1+ m2Das Ergebnis ist eine Grundlage für KompatibilitätD =12m*m* m+ m1 m= *2 m* m+ m)22 1 m1* m22 12* vc ≤ * *(2* vB) ≤ *( m1+ m2)vB= E2 m + m21 221 2*( v1− v2)*1 21 21 2Solange gilt:v − v = v c2*v1 2≤B© Prof. Dr.-Ing. T. Röth / Lehr- und Forschungsgebiet „Karosserietechnik“ / FB6 / Fachhochschule Aachen 54/BIS