Integration numerischer Insassen-Simulation in die Fahrzeug-Crashberechnung
Die Auslegung von Rückhaltesystemen in Kraftfahrzeugen kann bereits in der Konzeptphase durch numerische Crashsimulationen unterstützt werden. Voraussetzung dafür ist, daß die Interaktionen zwischen Dummy und Fahrzeugstruktur realitätsnah erfaßt werden. D
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Zusammenfassung Die Auslegung von Rückhaltesystemen in Kraftfahrzeugen kann bereits in der Konzeptphase durch numerische Crashsimulationen unterstützt werden. Voraussetzung dafür ist, daß die Interaktionen zwischen Dummy und Fahrzeugstruktur realitätsnah erfaßt werden. Dann ist es möglich, Zeit, Kosten und schließlich das Entwicklungsrisiko insgesamt zu reduzieren, da die anschließenden Sicherheitsversuche mit Fahrzeugprototypen bereits mit voroptimierten Komponenten erfolgen können. Bisher erfolgte die Simulation des Struktur- und Insassenverhaltens meistens sequentiell hintereinander, d.h. ohne Berücksichtigung von Wechselwirkungen zwischen Fahrzeugstruktur und Insasse. Dabei wurde zunächst die Verzögerung der Fahrgastzelle durch eine Finite Element Simulation ermittelt. Diese Ergebnisse wurden anschließend als Input für eine Insassen-Simulation verwendet. Dieser Artikel beschreibt die verschiedenen Methoden numerischer Insassen-Simulation, er zeigt aber auch eine Innovationsrichtung auf dem Gebiet der Insassensicherheit für die nächsten Jahre auf, die integrierte Finite Element Crashberechnung einer Fahrgastzelle mit lenksäule, Airbag, Kniepolster und Hybrid III-Dummy. Über Erfahrungen mit solchen integrierten FEM-Simulationen wird berichtet.
1. Einleitung Bei der Entwicklung von neuen Automobilen hat die passive Sicherheit neben Kriterien wie Komfort, leistung und Umweltfreundlichkeit seit Jahren einen hohen Stellenwert. Forderungen nach Verkürzung der Entwicklungszeiten bei gleichzeitiger Steigerung der Produktqualität erfordern bereits in einer frühen Entwicklungsphase den Einsatz moderner und effizienter Werkzeuge zur Fahrzeugauslegung /1/. Hierbei sind computerunterstützte Simulationsverfahren (CAE), wie beispielsweise Finite Element Methoden (FEM) , Boundary Element Methoden (BEM) und Mehrkörpersysteme (MKS), von besonderer Bedeutung. Zu Beginn wurden solche Methoden ausschließlich für statische und dynamische Struktur-Analysen im Rahmen der Fahrzeugentwicklung eingesetzt. In der Zwischenzeit hat sich ihr Einsatzspektrum beträchtlich ausgeweitet.
W. Dirschmid (ed.), Rechenmethoden in der Fahrzeugentwicklung © Springer Fachmedien Wiesbaden 1992
20 Die Simulation von komplexen Crash vorgängen zählt zu den jüngsten Disziplinen. Sie hat sich innerhalb kürzester Zeit einen festen Platz im Entwicklungsablauf erobert 11,2/. In den letzten Jahren lag der Schwerpunkt bei der Simulation des Front- und Heckaufpralls /3/. Heute konzentriert sich das Interesse mehr und mehr auch auf den Seitenaufprall 141 und die Insassen-Fahrzeug Crashsimulation 15,6/.
2. Methoden numerischer Insassen-8imulation Numerische Crash-Simulationstechniken auf der Basis von Finite Element Modellen werden heute bei allen Automobilentwicklungen intensiv und schon in einer frühen Entwicklungsphase für die Fahrzeugstrukturauslegung eingesetzt. Programme wie LSDYNA3D, PAM-CRASH, RADIOSS-CRASH und MSC-DYTRAN kommen dabei zum Einsatz und werden ständig weiterentwickelt.
Insasse (Dummy) WKS-SlmuleUon
und eln8elU,e
P'EY-IOCS-Kopplun,
MADYM02
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