MKS-Simulation einer dynamisch belasteten Lenksäule

Diplomarbeit von Andreas Lorenz

Gang der Untersuchung:

Aus den Crashversuchen können Aussagen zur potenziellen Insassensicherheit im Falle einer Kollision gewonnen werden. Zur separaten Prüfung der Lenkanlage eines Fahrzeuges dienen u.a. Fallturmversuche. Hierbei stößt ein Gewicht bestimmter Masse sowie definierter Fallhöhe auf eine raumfest angebrachte Lenksäule. Die während des Stoßes gemessenen Kräfte und Wege erlauben Rückschlüsse auf die potenzielle Gefährdung die von der Lenkanlage im Falle einer Kollision auf den Fahrer wirkt.

In der vorliegenden Arbeit wird nun untersucht, inwiefern sich die notwendigen Fallturmversuche auf Basis eines starren MKS brauchbar simulieren lassen und somit zu Zeit- und Kosteneinsparung in der Entwicklung neuer Systeme beitragen können. Im Mittelpunkt steht dabei die Generierung und Lösung der Bewegungsgleichung mit dem MKS - Tool ADAMS.

Die Arbeit beginnt mit einer Einführung in die Grundlagen der Simulation. Zunächst liefert die Beschreibung der Lenksäule einen Überblick zum Gegenstand des Modells. Zur Abnahme einer neuen Lenksäulenkonstruktion sind Fallturmversuche durchzuführen. Die dabei gemessenen Beschleunigungen und Kräfte dienen, sofern Grenzwerte eingehalten werden, als Nachweis des Insassenschutzes bei einem Unfall. Anschließend werden in allgemeiner Form die Elemente von Mehrkörpersystemen dargelegt und die Diskriptorform der Bewegungsgleichung eingeführt. Der Abschnitt schließt mit einer Einführung in ADAMS, in dem die Module des Programms sowie die allgemeine Vorgehensweise zur Modellierung dargelegt werden.

Das Kapitel Beschreibung des Modells zeigt das Vorgehen zur Generierung der Bewegungsgleichung, deshalb legt es die Körper, die Zwangsbedingungen und die wirkenden Kräfte des Modells dar. Der Schwerpunkt liegt bei der Dokumentation der Datenakquisition und der Herleitung von Kraftgesetzten. Zahlreiche Abbildungen illustrieren dabei die Implementierung in ADAMS.

Das Kapitel Solver beschäftigt sich mit der in ADAMS enthaltenen Numerik zur Ordnungsreduktion und Zeitintegration der diskreten Bewegungsgleichung. Die Diskussion konzentriert sich auf diejenigen impliziten Integrationsverfahren, die bei dem vorliegenden steifen System erfolgreich angewendet werden können. Schließlich erfolgt eine Auswahl eines am besten geeigneten Verfahrens mittels einer Nutzwertanalyse.

Abschließend präsentiert das letzte Kapitel ausgewählte Ergebnisse der Simulation. Sie demonstrieren die Güte der Simulation relativ zu den gemessenen Werten aus dem Fallturmversuch. Die Ergebnisse reichen von einer Darstellung der Stoßkraft, in Analogie zu den Messwerten, über eine Sensitivitätsbetrachtung zu einer kinematischen Auswertung der starren Körper. Daneben werden zur Diskussion der Ergebnisse Aussagen über die Numerik aus dem Kapitel Solver hinzugezogen.

Inhaltsverzeichnis: