Bestimmung der prazisen dreidimensionalen Dummykopf-kinematik in einem Sicherheitsversuch - Fusion der Messwerte elektrischer und optischer Messtechnik zur prazisen und zuverlassigen Bestimmung von Position und Orientierung eines Objekts

摘要

Im Rahmen der Fahrzeugentwicklung werden Ergebnisse der Insassensimulation und der Strukturberechnung mit messtechnischen Auswertungen von realen Crashversuchen abgeglichen. Durch die Simulation werden Prognosen fur Insassenbelastungswerte und zusatzliche Bewertungskriterien wie z.B. die Airbagrestdicke generiert. Zur Validierung dieser Prognosen anhand der entsprechenden Versuchsergebnisse ist es u.a. wichtig, die Fahrzeug- und Insassenkinematik aus dem Versuch moglichst gut zu beschreiben. Hierfur ist die dreidimensionale photogrammetrische Analyse der Highspeed-Filmsequenzen zur Bestimmung der Fahrzeug- und Insassenkinematik im Versuch ein bewahrtes Werkzeug und wird bei Volkswagen und Audi standardmassig eingesetzt. Problematisch sind fur dieses Auswerteverfahren die Zeitbereiche, in denen die zu messenden Objekte verdeckt oder teilverdeckt sind. Dies ist beispielsweise der Bereich, in dem der Dummykopf dem Lenkradkranz am nachsten kommt, da der Dummykopf zu diesem Zeitpunkt nahezu vollstandig im Airbag eingetaucht ist. Eine prazise dreidimensionale Bewegungsanalyse rein uber photogrammetrische Auswerteverfahren ist in diesem Fall somit unmoglich. Es gibt verschiedene Ansatze, dieses Problem durch den Einsatz von Spezialmesstechnik zu losen. Bei diesen Systemen ist in der Regel der operationeile Aufwand, also die Vor- und Nachbereitung, extrem hoch, wobei sich ausreichende Genauigkeiten nur unter Laborbedingungen realisieren lassen. Eine andere Moglichkeit zur Bestimmung der Dummykopfkinematik ist die Integration der Messsignale der standardmassig im Dummykopf eingesetzten Be-schleunigungs- und Drehratensensoren. Ohne zusatzliches Wissen uber die Sensorparameter und weitere Randbedingungen fuhrt dieses Verfahren allerdings zu Fehlern in der Bahnkurve in der Grossenordnung von 10 cm und mehr und ist somit fur eine prazise Validierung der Kinematik nicht geeignet. In dem vorliegenden Artikel wird ein Verfahren beschrieben, welches die Vorteile zweier Messsysteme so kombiniert, dass eine prazise dreidimensionale Bestimmung der Dummy-kopfkinematik unter realen Versuchsbedingungen, auch in verdeckten Bereichen, moglich ist. Dazu werden die Messdaten der im Dummykopf verbauten Sensoren genutzt, um den photogrammetrisch nicht messbaren Zeitbereich der Dummykopfbewegung zu uberbrucken. Das notwendige Wissen uber die Sensorfehler und die weiteren Randbedingungen wird in einer Optimierung zwischen den optischen und elektrischen Messdaten simultan aus den Versuchsdaten ermittelt und bewertet. Als Ergebnis liegt eine prazise dreidimensionale Dummykopftrajektorie uber den gesamten relevanten Zeitbereich vor. Der erfolgreiche Einsatz des Verfahrens wird hier anhand der Analyse eines Sicherheitsversuchs aufgezeigt. Das beschriebene Verfahren wird bei Volkswagen und Audi als Standardverfahren im Rahmen des Abgleichs zwischen Simulations- und Versuchsergebnissen von Frontalcrashversuchen eingesetzt. Derzeit wird erganzend eine Methode entwickelt, dieses Verfahren auch auf weitere Dummykomponenten bzw. Versuchsobjekte zu ubertragen. Dazu werden weitere im Versuch erfasste Messdaten und Randbedingungen hinzugezogen, um eine Versuchsdatenanalyse zur vollstandigen, prazisen Bestimmung der Objektbewegungen im Versuch zu ermoglichen.