Crash Simulation
Simulation der Crashsicherheit für LKW-Kabinen
Die Crashsicherheit ist einer der wichtigsten Punkte im Entwicklungsprozess von Lkw-Kabinen. Daher müssen viele Sicherheitsanforderungen berücksichtigt werden.
Für die Crashsicherheit sind die geltenden Sicherheitsanforderungen in der Regelung Nr. 29 der Wirtschaftskommission für Europa der Vereinten Nationen (UN/ECE) definiert.
Diese Regelung enthält einheitliche Vorschriften für die Genehmigung von Fahrzeugen im Hinblick auf den Schutz der Insassen. Es besteht aus 3 Tests, die dazu beitragen, Überlebensraum von Fahrer und Beifahrer in einer LKW-Kabine zu gewährleisten.
Test A
Pendel trifft mit einer vorgegebenen Kraft auf die Kabinenfront
Test B
Pendel trifft auf die A-Säule (ca. in der Mitte der Windschutzscheibe)
Test C
Pendel trifft seitlich auf die Kabine mit anschließender statischer Dachlastkabine
Alle diese drei Tests werden bestanden, wenn die folgenden Bedingungen erfüllt sind:
- Angemessener Überlebensraum für die Insassen nach dem Test
- Bleibende Verbindung der Kabine mit dem Rahmen
- Kein Öffnen der Türen während des Tests
Die Beurteilung der letzten 2 Bedingungen erfordert eine zuverlässige Berechnung der Kräfte in den Bolzen, Türscharnieren und Türschlössern. Unsere Ingenieure entwickelten Ersatzmodelle für die Türscharniere und Türschlösser, um eine Bewertung zu ermöglichen. Darüber hinaus wurde ein Modell entwickelt, das die Schraubenvorspannung und den Bolzenausfall berücksichtigen kann.
Der Nachweis der Einhaltung der ECE R29 kann durch kostenintensive Hardwaretests erbracht werden, da die Prüfungen A bis C jeweils mit einer neuen Kabine durchgeführt werden müssen. Die ECE R29 ermöglicht aber auch eine Verifikation anhand von Simulationsergebnissen. Dies setzt voraus, dass die verwendete Berechnungsmethode von einem Homologationsinstitut wie dem TÜV zertifiziert ist. Das Engineering Center Steyr (ECS) erhielt diese Zertifizierung aufgrund des Vergleichs der Simulationsergebnisse mit dem in Abbildung 2 gezeigten Test. Die transparente Struktur zeigt das synchrone Simulationsergebnis.
Die ECE R29-Simulationen werden mit ABAQUS durchgeführt. Für die erforderlichen Materialdaten (dehnungsratenabhängige Spannungs-Dehnungs-Kurven) können unsere Ingenieure auf eine eigene Datenbank zugreifen, die die üblichen Standardstähle und Gusswerkstoffe für Kabinen- und Aufhängungsbügel enthält. Werden für strukturell relevante Bauteile andere Werkstoffe eingesetzt, lassen sich entsprechende Werkstoffdaten aus ähnlichen Werkstoffen ableiten.
Simulation eines Seitencrash
Ein weiteres Feld der Crashsimulation im Lkw-Bereich ist die Seitencrashsimulation. Im Fokus der Untersuchungen steht dabei der Schutz der für neue Antriebsstrangkonzepte benötigten Einheiten wie Batterieboxen oder H2-Tanks. Im Gegensatz zum Kabinencrash gibt es für diese Anwendung derzeit keine Regelwerke oder Normen, die Lasten und Kriterien für die Konformitätsbewertung definieren. Aus diesem Grund werden derzeit Barrieremodelle und Crashszenarien aus dem Pkw-Bereich angepasst und die Bewertungskriterien gemeinsam mit dem OEM oder Zulieferern definiert.
Auch im Lkw-Bereich gewinnen Crashsimulationen zunehmend an Bedeutung. Es ist daher ständig notwendig, die Methoden, Ersatzmodelle und Materialcharakterisierungen (Stichwort: Verbindungstechniken wie Kleben) durch regelmäßige Forschungs- und Entwicklungsarbeiten zu verbessern.
Unsere Engineering-Dienstleistungen
Durch die jahrelange Erfahrung im Bereich der Crashsimulation nach ECE R29 können wir den Entwicklungsprozess effizient unterstützen und Kosten für die Homologation einsparen. Nicht alle Konstruktionen erfüllen sofort die oben genannten Kriterien.
In diesem Fall entwickelt das Team auf Basis der Berechnungsergebnisse gemeinsam mit dem Kunden Verbesserungsvorschläge, die in Variantenanalysen ausgewertet werden, bis alle Bedingungen erfüllt sind. Aus den entsprechend dokumentierten Endergebnissen des zertifizierten Berechnungsprozesses kann auf Basis von Simulationsergebnissen die ECE R29-Homologation erlangt werden.