Versuch 2 - Sicherheitsversuch

Abbildung 4-6: Schematische Darstellung der Aufnahmekonstellation bei einem Frontalcrashversuch (Aufsicht, nicht maßstäblich)

Die Aufnahmekonfiguration, d.h. die Positionierung der Kameras ist zum Teil vom Gesetzgeber und zum Teil durch den Versuchsingenieur vorgeschrieben. So sind die Positionen für die Ansichten von links (L1 und L2), von rechts (R1 und R2), von oben (O2) und vom Crashblock (O1) vordefiniert. Ebenso sind die Sichtbereiche der Kameras, d.h. die Brennweiten festgelegt: L1 und R1 = 17 mm, L2 und R2 = 35 mm, O1 = 10 mm, O2 = 8 mm. Die Positionen der beiden Kameras L2 und R2 entsprechen annähernd den Positionen der Kameras L1 und R1, haben allerdings deutlich längere Brennweiten, sodass sie nur bestimmte Bereiche, wie die Bewegung des Dummykopfs, und nicht die Bewegung des gesamten Fahrzeugs erfassen. Somit können die beiden Kameras L2 und R2 nicht für die Bestimmung der Fahrzeugkinematik genutzt werden. Für die photogrammetrische Auswertung stehen für diesen Versuch zwei weitere Kameras (L3 und R3) mit einer Brennweite von jeweils 16 mm zur Verfügung, die je nach Versuchsart unterschiedlich positioniert werden können. Da das Fahrzeug bei diesem Versuch mit dem rechten Teil der Front auf die Defo-Barriere trifft, dreht sich das Heck des Fahrzeugs nach dem Auftreffen nach links. Um für diese Drehung optimale Messwerte der Fahrzeugkinematik zu erhalten, wurden die beiden Kameras vorne links (L3) und hinten rechts (R3) positioniert.

Diese Kamerakonstellation, die zur photogrammetrischen Bildsequenzauswertung genutzt wird, besteht somit aus sechs Kameras und lässt sich in drei Kamerapaare aufteilen. Die beiden Kameras auf den Positionen L1 und L3 erfassen die linke Seite des Fahrzeugs, die Kameras auf den Positionen R1 und R3 entsprechend die rechte Seite und die Kameras auf den Positionen O1 und O2 nehmen das Fahrzeug von oben auf. Die Überlappungsbereiche zwischen den Sichtfeldern der drei Kamerapaare beschränken sich jeweils auf die Bereiche im vorderen Teil des Fahrzeugs.

4.3.3 Versuchsvorbereitung und -durchführung

Die photogrammetrische Auswertung dieser Versuchart wird zur Bestimmung der Fahrzeug- und Dummykinematik während des Versuchs durchgeführt. Bei dem verwendeten Versuch wird das Fahrzeug auf eine Geschwindigkeit von 15.6 m/s beschleunigt und trifft dann auf die Defo-Barriere. Dieser Vorgang wird von den sechs Kameras mit einer Frequenz von 1 000 Hz aufgenommen.

~ 2 m R1 R2

R3 L1

L2

Crashblock

Messvolumen

Defo-Barriere

L3 O1

O2

~ 3.5 m

~ 8 m Höhe

~ 5 m Höhe

~ 2.5 m

Im Vorfeld des Versuchs wurde die Kalibrierung der sechs digitalen Highspeed-Kameras durchgeführt. Dies geschah über eine Testfeldkalibrierung mit der SAE-Testtafel. Die Bestimmung der äußeren Orientierungen der Kameras erfolgt während des Versuchs über das in der Versuchshalle installierte Passpunktfeld, bestehend aus Zielmarken an den Hallenwänden und Golfbällen auf dem Boden. Die Einmessung der Passpunktkoordinaten erfolgte vorab mit einer Standardabweichung von 0.1 mm.

Die Bestimmung der Dummy- und Fahrzeugkinematik erfolgt über die Signalisierung von bestimmten Teilen der Versuchsobjekte mit zweidimensionalen Zielmarken. Diese werden räumlich verteilt auf das Fahrzeug und die Köpfe der beiden Dummys aufgebracht. Für die Signalisierung am Fahrzeug werden DOT-Marken und für die Signalisierung auf den Dummyköpfen MXT-5-Marken verwendet. Im Rahmen der photogrammetrischen Auswertung des Versuchs werden die Bewegungen der einzelnen Zielmarken während des analysierten Zeitbereichs ermittelt. Die ermittelten dreidimensionalen Trajektorien liegen zunächst im Hallenkoordinatensystem vor. Um die Bewegungen der einzelnen Zielmarken auf das Fahrzeug und die Dummys zu übertragen und somit die Bewegungen bewerten zu können, müssen die exakten Positionen der Marken auf dem Fahrzeug und den Dummyköpfen in ihren jeweiligen Koordinatensystemen bekannt sein.

Die Koordinaten der Zielmarken am Fahrzeug werden in einer photogrammetrischen Fahrzeugvorvermessung hochgenau im Fahrzeugkoordinatensystem bestimmt. Das Fahrzeugkoordinatensystem sowie die Verteilung der Zielmarken auf der linken Fahrzeugseite und auf der Fahrzeugoberseite sind schematisch in Abbildung 4-7 dargestellt.

Die Signalisierung der rechten Fahrzeugseite erfolgt analog zur linken Seite. Der Ursprung des Fahrzeugkoordinatensystems befindet sich in der Mitte der Vorderachse des Fahrzeugs. Die X-Achse zeigt vom Ursprung aus zum Heck des Fahrzeugs, die Y-Achse verläuft entlang der Vorderachse zum rechten Rad und die Z-Achse ergänzt das rechtshändige System. Die Standardabweichungen der in der Fahrzeugvorvermessung ermittelten Objektpunktkoordinaten liegen bei ca. 0.2 mm.

Die Zielmarken auf den Dummyköpfen werden ebenfalls vor dem Versuch in einem eigenen Koordinatensystem eingemessen. In der Regel werden auf jeder Seite des Dummykopfs drei Zielmarken vom Typ MXT-5 geklebt (siehe Abbildung 4-8). Die Position der mittleren Marken auf den beiden Kopfseiten ist exakt vorgegeben, da sie auf der Y-Achse des Kopfkoordinatensystems liegen sollen. Der Ursprung des Dummykopfkoordinatensystems liegt im Zentrum des Dummykopfs, also exakt zwischen den beiden mittleren Marken auf den Kopfseiten. Die X-Achse zeigt zur Rückseite des Dummykopfs, die Y-Achse verläuft vom Ursprung aus zur rechten Hälfte des Dummykopfs und die Z-Achse ergänzt wiederum das rechtshändige Koordinatensystem. Die Standardabweichungen der ermittelten Koordinaten der Zielmarken auf dem Dummykopf liegen bei ca. 0.1 mm.

Abbildung 4-7: Schematische Darstellung des Fahrzeugkoordinatensystems und der Verteilung der Zielmarken auf dem Fahrzeug, links: linke Fahrzeugseite, rechts: Fahrzeugoberseite

X

Z X

Y

Zur Steuerung der Synchronisation und der Bildaufnahme waren alle Kameras mit einer zentralen Steuereinheit verbunden. Da bei Sicherheitsversuchen auch Bilder vor dem Crashbeginn bzw. vor T0 benötigt werden, wurden die Kameras eine gewisse Zeit vor dem Crash mit der Defo-Barriere synchron gestartet und nahmen dann fortlaufend Bilder auf. Bei diesem Versuch wurde zur Synchronisation der Kameras das Frame-Sync Verfahren genutzt, bei dem ein freies Triggersignal zur Synchronisation verwendet wird (siehe Abbildung 2-3b). Die Funktionsweise dieses Verfahrens zur Synchronisation mehrerer Kamera ist schematisch in Abbildung 4-9 dargestellt.

Abbildung 4-9: Schematische Darstellung der Funktionsweise der Synchronisation der Kameras über das Frame-Sync Verfahren (Schematische Darstellung für drei Kameras)

Zum Zeitpunkt T0 wird ein Synchronisationstriggersignal von der zentralen Steuereinheit zu allen Kameras gesendet.

Das zum Zeitpunkt der Signalübertragung aufgenommene Bild der jeweiligen Kamera erhält dann den Zeitstempel für T0. Wird zum Zeitpunkt der Signalübertragung gerade kein Bild aufgenommen, erhält das nächste Bild, das aufgenommen wird, den Zeitstempel für T0. In Abbildung 4-9 sind die jeweiligen T0-Bilder mit einem * gekennzeichnet. Es kann bei diesem Synchronisationsverfahren dazu kommen, dass eine Kamera gerade am Anfang einer Belichtungszeit ist (Kamera 1), eine andere Kamera gerade am Ende der Belichtungszeit ist (Kamera 2) und eine weitere Kamera sich gerade in einem Status zwischen zwei Belichtungszeiten befindet (Kamera 3). Dadurch kann es bei diesem Synchronisationsverfahren durch den aktuellen internen Zustand, in dem sich die Kamera zum Zeitpunkt der Signalübertragung befindet, zu einer Asynchronität zwischen den Kameras von bis zu einem Bild kommen. Dies entspricht bei einer Aufnahmefrequenz von 1 000 Hz einer Asynchronität von bis zu 1 ms.

Abbildung 4-8: Schematische Darstellung des Dummykopfkoordinatensystems und der Verteilung der Zielmarken auf dem Dummykopf, linke Kopfseite

Z

X

* = T0-Bild T0

Kamera 1 *

Kamera 2

Kamera 3

1 000 µs (Bildfolgezeit) 500 µs

(Belichtungszeit)

*

* Sync-Signal