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Fußgängerschutzpotenzial von Leichtbau-Motorhauben = Pedestrian protection potential of lightweight engine hoods
2021
Dissertation, Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen, 2021
Veröffentlicht auf dem Publikationsserver der RWTH Aachen University
Genehmigende Fakultät
Fak04
Hauptberichter/Gutachter
;
Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2021-03-24
Online
DOI: 10.18154/RWTH-2021-04079
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/817755/files/817755.pdf
Einrichtungen
Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
Faserverbundkunststoff (frei) ; Fußgängerschutz (frei) ; Kohlenstofffaser (frei) ; composite (frei) ; pedestrian protection (frei) ; sandwich (frei)
Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 620
Kurzfassung
Weltweit sterben jährlich über 1,3 Millionen Menschen im Straßenverkehr. Fußgänger gehören dabei sowohl hinsichtlich ihrer statistischen Relevanz als auch aufgrund der oft sehr hohen Verletzungsschwere zu den besonders gefährdeten Verkehrsteilnehmern. Zur weiteren Verbesserung der Sicherheit von Fußgängern und anderer ungeschützter Verkehrsteilnehmer steht neben der Förderung aktiver Sicherheitssysteme auch zukünftig die weitere Optimierung der passiven Sicherheit im Fokus von Gesetzgebung und Verbraucherschutz sowie folglich auch der Fahrzeugentwicklung. Im Bereich der Motorhaube stellt der im Sinne von Effizienz und Fahrdynamik angestrebte Leichtbau aufgrund der reduzierten Massenträgheit einen Zielkonflikt zu einem auf die Einhaltung biomechanischer Belastungsgrenzen im Kopfaufprall bei gleichzeitig minimalem Platzbedarf hin optimierten Deformationsverhalten dar, welches durch einen raschen Kraftanstieg mit anschließender Degression charakterisiert wird. Bekannte passive Strukturmaßnahmen zur Verbesserung des Fußgängerschutzes weisen in dieser Hinsicht spezifische Nachteile auf. Im Rahmen dieser Arbeit wurde daher ein serienfähiges Konzept zur Realisierung des Fußgängerschutzes einer Leichtbau-Motorhaube auf Basis kohlenstofffaserverstärkter Kunststoffe entwickelt, prototypisch realisiert und versuchstechnisch abgesichert. Das entwickelte Konzept einer CFK-Motorhaube (CFK – carbon-/kohlenstofffaserverstärkter Kunststoff) in integraler Sandwichbauweise mit kompressions- und schubfestem Schaumkern erzielt gegenüber einer Stahlreferenz eine Gewichtsreduktion von 57,6 %. Gleichzeitig kann die im Hinblick auf eine optimale Abbremsung des Kopfes nachteilige reduzierte Massenträgheit durch gezielte Erhöhung der lokalen Biegesteifigkeit in Kombination mit einer hohen Energieabsorption kompensiert werden. Darüber hinaus wird gezeigt, dass der Beschleunigungsverlauf beim Kopfaufprall durch Variation der Schaumkerntopografie gezielt entsprechend der theoretisch optimalen Charakteristik hin optimiert werden kann. Insbesondere lässt sich durch eine hohe lokale Steifigkeit der erforderliche Deformationsweg reduzieren, was insbesondere bei anspruchsvollen Package-Situationen vorteilhaft sein kann. Neben dem Nachweis der funktionellen und sicherheitsrelevanten Eigenschaften des Konzeptes wird auch die serienfähige Fertigung und Lackierfähigkeit des Bauteils demonstriert. Die integrale CFK-Sandwichkonstruktion bietet verglichen mit bisherigen Lösungen somit für einen Serieneinsatz ein hohes Potenzial für den Fußgängerschutz bei gleichzeitig deutlicher Gewichtsreduktion.Every year more than 1.3 million people die in road traffic worldwide. Pedestrians are among the most vulnerable road users, both in terms of their statistical relevance and because of the often very high severity of injuries. In addition to promoting active safety systems, legislation, consumer protection organisations and vehicle development continue to focus on the advanced optimisation of passive safety in order to further improve the protection of pedestrians and other unprotected road users. In the bonnet area, due to the reduced mass inertia, lightweight design required to improve efficiency and driving dynamics, represents a conflict of objectives with the pedestrian protection during head impact scenarios. A favourable deformation behaviour needs to be optimised for compliance with biomechanical limits during head impact while also minimising the required deformation space and is characterised by a rapid increase in force with subsequent degression. Current passive structural measures to improve pedestrian protection show specific disadvantages in this respect. Within the scope of this work, a series-capable concept for the realisation of pedestrian protection of a lightweight engine hood based on carbon fibre reinforced plastics has been developed, realised as prototypes and validated by physical testing. The developed concept of an engine hood in integral CFRP sandwich design with a compression- and shear-resistant foam core achieves a weight reduction of 57.6 % compared to the steel reference. At the same time the negative effect of the reduced mass inertia with regard to an optimised deceleration of the head can be compensated by a tailored increase of the local stiffness in combination with a high energy absorption. In addition, it is shown that the acceleration curve during head impact can be optimised by varying the foam core topography according to a theoretically optimal characteristic. In particular, the required deformation space can be reduced by increasing the local stiffness, which can be particularly advantageous in demanding package situations. In addition to demonstrating the functional and safety-relevant properties of the concept, the suitability for series-production and a-class paint quality are demonstrated as well. Compared to other solutions, the integral CFRP sandwich design thus offers a high potential for pedestrian protection and weight saving in series production.
OpenAccess: 
PDF
(additional files)
Dokumenttyp
Dissertation / PhD Thesis/Book
Format
online
Sprache
German
Externe Identnummern
HBZ: HT020946922
Interne Identnummern
RWTH-2021-04079
Datensatz-ID: 817755
Beteiligte Länder
Germany
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