Please use this identifier to cite or link to this item: http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-4471
Main Title: Entwicklung einer Methodik zur Verbesserung der strukturellen Interaktion im Pkw-Pkw-Frontalaufprall
Translated Title: Development of a methodology to improve structural interaction in car-to-car frontal impact
Author(s): Stein, Mathias
Advisor(s): Schindler, Volker
Johannsen, Heiko
Referee(s): Schindler, Volker
Göhlich, Dietmar
Johannsen, Heiko
Granting Institution: Technische Universität Berlin, Fakultät V - Verkehrs- und Maschinensysteme
Type: Doctoral Thesis
Language: German
Language Code: de
Abstract: Obwohl das Risiko im Pkw tödlich zu verunglücken in Bezug zu anderen Straßenverkehrsteilnehmern gering ist, entfallen rund 50% aller im Straßenverkehr getöteten Personen auf Pkw-Insassen. Einzelfallanalysen von Pkw-Pkw-Frontalkollisionen zeigen, dass die mangelnde strukturelle Interaktion der Hauptgrund für schwere Verletzungen und Verletzungen mit Todesfolge darstellt. Umfangreiche Studien liefern den Nachweis, dass die Angleichung der vertikalen Lage der primären energieabsorbierenden Strukturen (PEAS) in beiden Kollisionspartnern zu einer Verbesserung der Crashperformance führt. Vor allem die sekundären energieabsorbierenden Strukturen (SEAS), können dabei in Pkw-Pkw-Frontalkollisionen einen deutlichen Beitrag leisten. Problematisch ist allerdings, dass die Anpassung der Lage der PEAS nicht für alle Fahrzeuge (bspw. Geländewagen) möglich ist. Darüber hinaus existieren zahlreiche Arten von SEAS, von denen nicht alle die gewünschten Vorteile im Falle einer Frontalkollision gewährleisten. Zur Identifikation crashwirksamer Strukturkonzepte bietet sich die numerische Simulation an. Um diese mit ertragbarem Modellierungs- und Berechnungsaufwand durchführen zu können, müssen die Modelle aber spezielle Anforderungen hinsichtlich Detailgrad bzw. Aussagegüte und Flexibilität (bezogen auf die Erzeugung neuer Strukturvarianten) erfüllen. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit werden vereinfachte parametrische Fahrzeugmodelle (PCMs) vorgestellt, mit deren Hilfe geometrische und topologische Eigenschaften von PEAS und SEAS untersucht werden, die in Pkw-Pkw-Frontalkollisionen zu einer Verbesserung der strukturellen Interaktion führen. Die Modellierung wurde mittels der implizit parametrischen CAD-Software SFE CONCEPT durchgeführt. Dies ermöglicht die Erstellung von strukturellen Varianten mit vertretbarem Aufwand sowie die Erzeugung rechenfähiger FEM-Modelle ohne weiteres Preprocessing. Auf Basis einer Geometriedatenbank, erstellt in den Forschungsprojekten VC-COMPAT, IMPROVER und FIMCAR, wurden die crashrelevanten Vorderwagenstrukturen von vier Fahrzeugklassen (Kleinwagen, Mittelklasse, Oberklasse und Geländewagen) modelliert. Die Validation der jeweiligen Crashperformance erfolgte für den niedrigen und hohen Geschwindigkeitsbereich an Hand verschiedener generischer Zielwerte, bspw. für den Geschwindigkeits- und Verzögerungsverlauf sowie der Intrusion. Die Bewertung des Verbesserungspotentials erfolgt an Hand von Indikatoren, welche in Bezug zur Crashperformance im ODB 64-Lastfall Aussagen über die Belastungen der Insassen (OLC++-Kriterium und Intrusionen) und der strukturellen Interaktion (Verteilung der Deformationsenergie zwischen Vorderwagen und Fahrgastzelle) liefern. Die wichtigsten konstruktiven Eigenschaften die identifiziert wurden, sind für die PEAS die Angleichung der Höhe an die gemeinsame Interaktionszone (CIZ) sowie die Überdeckung der CIZ. Für die SEAS ist eine weit vorn liegende vertikale Verbindung zu den PEAS entscheidend. Weiterhin haben auch vergrößerte SEAS-Profile einen positiven Einfluss im Crash gezeigt. Die Kombination der ermittelten Eigenschaften verbesserte neben der strukturellen Interaktion innerhalb der Modellflotte auch die Stabilität der crashrelevanten Strukturen während des Crashs, wodurch ein besseres Deformationsverhalten erreicht wurde. Parallel dazu wurden der europäische Vorschlag zur Bewertung der strukturellen Interaktion sowie die PDB-Metriken DDY und TV im Rahmen einer Sensitivitätsanalyse evaluiert. Für die Bewertungsmetrik der strukturellen Interaktion wurde außerdem ein Vorschlag zur Grenzwertanpassung bei einer reduzierten Testgeschwindigkeit von 50 km/h erarbeitet. Dieser sieht eine Verlängerung des Bewertungsintervalls für die Messung der Wandkräfte vor.
Although the risk of fatal car accidents in relation to other road users is low, about 50% of all killed road users are related to car occupants. In-depth studies of car-to-car frontal impacts identified poor structural interaction as one of the main reasons for severe and fatal injuries. Extensive investigations confirmed that vertical alignment of the primary energy absorbing structures (PEAS) of both collision partners have the potential to improve crash performance. Especially the secondary energy absorbing structures (SEAS) have the capability for significant contributions in car-to-car frontal impacts. However, alignment of the position of the PEAS is not possible for all vehicles (e.g. SUVs). Furthermore there are numerous types of SEAS, but not all offer advantages in frontal collisions. The identification of appropriate structural concepts necessitates the usage of numerical simulation. To reduce modelling and computational effort, the models must fulfil specific requirements with regards to level of detail and reliability and flexibility (in terms of creation of new structural concepts), respectively. Scope of the actual study is to present simplified parametric car models (PCMs) to analyse geometrical and topological characteristics of PEAS and SEAS to improve structural interaction in car-to-car frontal impacts. The modelling was done with SFE CONCEPT, an implicit parametric CAD software. This allows the creation of structural variants with reasonable effort and enables the generation of computable FEM models without further pre-processing. Based on a geometry database developed within the research projects VC-COMPAT, IMPROVER and FIMCAR, crash relevant structures of the frontal car of four vehicle classes (super mini, family car, executive car and SUV) were modelled. To validate the corresponding crash performance, generic threshold values e.g. for velocity and deceleration pulses and intrusion were defined for low and high speed ranges. The potential for improvements is assessed by indicators which are related to the crash performance of the ODB 64 load case to predict occupant loads (OLC++-criterion und intrusions) and structural interaction (proportion of absorbed energy within the frontal car part and the passenger compartment). The most important design characteristics of PEAS and SEAS that were identified are for the PEAS the alignment of the height with the common interaction zone (CIZ) and the overlap of the CIZ. A vertical connection to the PEAS located as far as possible to the front of the car is crucial to effective SEAS. Furthermore increased SEAS profiles also showed benefits in frontal collisions. The combination of all identified characteristics improved the structural interaction within the modelled vehicle fleet as well as the stability of the crash relevant structures during the crash to improve their deformation behaviour. In parallel the European approach to assess structural interaction and the PDB assessment metrics DDY and TV were evaluated within a sensitivity analysis. A proposal is made to adjust the structural interaction metric to a reduced impact velocity of 50 km/h based on an expansion of the assessment interval for the wall force measurement.
URI: urn:nbn:de:kobv:83-opus4-66422
http://depositonce.tu-berlin.de/handle/11303/4768
http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-4471
Exam Date: 13-Mar-2015
Issue Date: 22-May-2015
Date Available: 22-May-2015
DDC Class: 620 Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
Subject(s): Generische vereinfachte FEM Fahrzeugmodelle
Kompatibilität
Pkw-Frontalaufprall
Strukturelle Interaktion
Compatibility
Generic simplified FEM vehicle models
Structural interaction
Vehicle frontal impact
Creative Commons License: https://creativecommons.org/licenses/by/3.0/de/
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