This study investigates the protection offered by passive head-restraints with different stiffness and energy dissipation properties. For this purpose, computational multi-body models of a generic car seat and a biofidelic 50thpercentile male human for rear impact are used to study different seat designs and passive head-restraints. The validated seat-occupant model is also used in the design of two different car-seat models which are shown to effectively mitigate whiplash by utilising a crash-energy distribution technique. Five different passive head-restraints with varying stiffness (low-medium-high) and energy dissipation percentages (low-high) are successively attached to four different car-seat models. The simulation results indicate that the protection offered by head restraints is strongly dependent on the seat design. It has also been shown that the stiffness of the passive head-restraint has much more influence on whiplash-risk in comparison to its energy dissipation capacity.
Bei der Entwicklung moderner Pkw werden erhebliche Anstrengungen unternommen, die Fahrerarbeitsplätze nach ergonomischen Gesichtspunkten zu gestalten. Bei Krafträdern finden diese Kriterien nur bedingt Anwendung. Die unzureichende ergonomische Gestaltung des Motorrad-Fahrerplatzes wurde am Institut für Kraftfahrwesen Aachen bereits vor etwa 20 Jahren umfassend untersucht, dabei wurden jedoch die Spiegelanordnung und das rückwärtige Sichtfeld nur am Rande analysiert. Die vorliegende Arbeit soll nun diesen Fragestellungen genauer nachgehen. Einleitend wird in einem ersten Arbeitsschritt der durch Literatur und aktuelle Gesetzgebung repräsentierte Stand der Technik bei Spiegelanordnungen untersucht. In einem zweiten Schritt werden mit einer geeigneten objektiven Messmethodik die seitlichen und rückwärtigen Sichtfelder von Kraftradfahrern ermittelt. Hierzu werden die am Markt angebotenen Fahrzeuge in die Klassen Tourenkrafträder, Sport-/Rennsportkrafträder, Geländekrafträder/Enduro, Chopper und Roller unterteilt. Aus jeder dieser Kategorien werden mindestens zwei repräsentative Fahrzeuge ausgewählt und auf die gegebenen Sichtverhältnisse hin untersucht. Zur Abschätzung der Abhängigkeit des rückwärtigen Sichtfelds von der Fahrerstatur werden diese Untersuchungen nacheinander mit zwei verschiedenen großen Fahrern (5 %-Frau und 95 %-Mann) mit typischer Motorrad-Schutzbekleidung auf der institutseigenen Teststrecke durchgeführt. Die Analyse ergibt, dass bei allen Fahrzeugen der Sichtwinkel bei circa 20 Grad liegt. Zur ausreichenden Erfassung des Verkehrs ist dieser Bereich zu gering; seitlich hinter dem Motorrad befindliche Fahrzeuge können nicht erkannt werden. Um einen vollständigen Überblick über das Verkehrsgeschehen zu erlangen, ist ein Schulterblick unerlässlich, der jedoch bei hohen Fahrgeschwindigkeiten problematisch ist. In einem weiteren Schritt wird eine Lasermesspuppe entwickelt, mit der es möglich ist, die rückwärtigen Sichtverhältnisse anhand einer reproduzierbaren Prüfmethode zu untersuchen. An einem variablen Versuchsträger werden anschließend verschiedene Spiegelpositionen und -arten, darunter auch asphärische Spiegel, auf ihr Einsatzpotenzial hin untersucht. Diese Messungen werden zum einen mit der Lasermesspuppe und, zur Erlangung einer objektiven Vergleichsmöglichkeit, nach Angaben des Fahrers durchgeführt. Aufbauend auf diesen Ergebnissen werden Verbesserungsvorschläge zur Spiegelanordnung sowie Mindestanforderungen an zukünftige Spiegelauslegungen formuliert. Die universelle Tauglichkeit des Lasermessverfahrens zur Anwendung bei verschiedenen Kraftradtypen wird anhand einer breiten Auswahl überprüft. Dieses Verfahren und die Erkenntnisse aus den vorhergehenden Arbeitsschritten dienen schließlich als Grundlage für einen Änderungsvorschlag zur Überarbeitung der aktuellen Gesetzesvorlage.
The European Enhanced Vehicle-safety Committee wants to promote the use of more biofidelic child dummies and biomechanical based tolerance limits in regulatory and consumer testing. This study has investigated the feasibility and potential impact of Q-dummies and new injury criteria for child restraint system assessment in frontal impact. European accident statistics have been reviewed for all ECE-R44 CRS groups. For frontal impact, injury measures are recommended for the head, neck, chest and abdomen. Priority of body segment protection depends on the ECE-R44 group. The Q-dummy family is able to reflect these injuries, because of its biofidelity performance and measurement capabilities for these body segments. Currently, the Q0, Q1, Q1.5, Q3 and Q6 are available representing children of 0, 1, 1.5, 3 and 6 years old. These Q-dummies cover almost all dummy weight groups as defined in ECE-R44. Q10, representing a 10 year-old child, is under development. New child dummy injury criteria are under discussion in EEVC WG12. Therefore, the ECE-R44 criteria are assessed by comparing the existing P-dummies and new Q-dummies in ECE-R44 frontal impact sled tests. In total 300 tests covering 30 CRSs of almost all existing child seat categories are performed by 11 European organizations. From this benchmark study, it is concluded that the performance of the Q-dummy family is good with respect to repeatability of the measurement signals and the durability of the dummies. Applying ECE-R44 criteria, the first impression is that results for P- and Q-dummy are similar. For child seat evaluation the potential merits of the Q-dummy family lie in the extra measurement possibilities of these dummies and in the more biofidelic response.
Females sustain Cervical Spine Distortion injury (CSD) more often than males. Most work dealing with the biomechanics background (e.g. injury mechanism/criteria) as well as the application in seat design/testing, focuses on the occupant model of an average male. Therefore the EU-Project ADSEAT (Adaptive Seat to Reduce Neck Injuries for Female and Male Occupants) is aimed at adding a female model for gender balanced research of CSD and improving seat design. An extensive literature review, searching for risk factors and injury criteria for males and females, was accompanied by the evaluation of different databases containing CSD cases. The database evaluations suggests that an anthropometry quite close to the 50%ile female anthropometry as known from crash test dummy design is appropriate. The results presented here form the basis for the future development of a computational female model and the improvement of seat design for better protection of both males and females in the frame of the ADSEAT-Project.
Although the statistics show a decreasing rate of child injuries and fatalities in German road accidents more efforts can be made to protect children in cars e.g. by developing appropriate child restraint systems. An important part in of this work can be achieved with the help of crash tests using child dummies. However these crash tests cannot completely reflect the situation of real world crashes as factors like children moving out of the optimal position or children incorrectly fastened by their parents are difficult to predict. Therefore this study gives an overview over the current accident and injury situation of child occupants in cars in German road accidents.
Mit der flächendeckenden Einführung des Beifahrerairbags ergab sich das Problem der nachträglich festgestellten Inkompatibilität mit rückwärts gerichten Kindersitzen. Zahlreiche tödliche Unfälle mit Babyschalen, insbesondere in den USA, führten unter anderem dazu, dass in den Mitgliedsstaaten der Europäischen Union die Beförderung von Kindern in einem rückwärtsgerichteten Kinderschutzsystem auf einem mit Frontairbag geschützten Autositz untersagt wurde, sofern der Airbag nicht deaktiviert wurde. Heute gibt es eine Vielzahl an Möglichkeiten, die dem Nutzer zur Abschaltung des Airbags zur Verfügung stehen. Mit der Notwendigkeit der Abschaltung ergibt sich die Gefahr zweier Arten der Fehlbenutzung: die Beförderung eines Kindes in einer Babyschale trotz aktivierten Airbags beziehungsweise die Mitfahrt eines erwachsenen Insassen trotz deaktivierten Airbags. Im Rahmen dieser Studie wurden zu den beiden Fehlbenutzungsarten Beobachtungs- und Befragungsstudien durchgeführt, Unfalldaten in Hinblick auf die Problematik der Fehlbenutzung der Airbagabschaltung analysiert und Versuche zur erneuten Bewertung des Risikos, das durch heutige und zukünftige Airbagsysteme ausgeht, durchgeführt. In den Umfragen ließen sich nur schwer Daten zum Missbrauch bei der Beförderung von Kindern mit Airbag auf dem Beifahrersitz erfassen. Es kommt insgesamt zu nur wenigen Fällen des Transports eines Kindes auf dem Beifahrersitz mit aktivem Airbag, was zum einen an der hohen Abschaltquote des Beifahrerairbags liegt, zum anderen an der Präferenz der Eltern, die Kinder auf dem Rücksitz zu transportieren. Der Großteil dieser Fehlbenutzungsfälle entsteht in älteren Pkw, die einen Werkstattaufenthalt für die Deaktivierung/Aktivierung erfordern. Keine Missbräuche beziehungsweise technische Fehler fanden sich bei den Systemen mit automatischer Sitzerkennung. Der überwiegende Anteil der Missbrauchsfälle bei den Modellen mit manueller Umschaltmöglichkeit geht offenbar auf Vergessen zurück. Der Missbrauch zweiter Art wird ebenfalls wirkungsvoll durch automatische Systeme verhindert. Bei dieser Beförderungskonstellation ergibt sich jedoch praktisch immer ein Problem, wenn der Beifahrerairbag in einer Werkstatt deaktiviert wurde. Die dadurch für einen erwachsenen Mitfahrer entstehende Gefährdung wird als weniger gravierend eingeschätzt. Bei der manuellen Umschaltung im Fahrzeug verbleibt ebenfalls ein Vergessensproblem wie beim Missbrauch erster Art. Auch die Unfallanalyse deutet auf eine geringe Fehlbenutzungsquote hin. Von den untersuchten GIDAS-Frontalaufprallunfällen mit über 300 betroffenen Kindern nutzten lediglich 24 Kinder den Beifahrerplatz in einem Auto, das mit einem Beifahrerairbag ausgestattet war. In den meisten Fällen war der Airbag vorschriftsmäßig deaktiviert. In den nachgewiesenen Fehlbenutzungsfällen waren die Unfallfolgen für die betroffenen Babys gering. Die untersuchten Einzelfälle zeigen jedoch die tödliche Gefahr, die vom Beifahrerairbag ausgehen kann. Auf der technischen Seite gab es im Lauf der letzten Jahre grundsätzliche Veränderungen im Bereich der Gestaltung des Beifahrerairbags. Während bei der früheren Einbauposition des Airbags die Schale direkt angeschossen wurde, entfaltet sich dieser heutzutage eher nach oben, stützt sich an der Windschutzscheibe ab und kommt danach erst mit der Schale in Kontakt. Da er in diesem Zustand aber schon weitestgehend voll entfaltet ist, besitzt er zu diesem Zeitpunkt kaum noch die Aggressivität, die bei den Beifahrerairbags der ersten Generation beobachtet werden konnte, und stellt somit wahrscheinlich eine geringere Gefahr für das Kleinkind in der Babyschale dar. Damit lässt sich ein deutlicher Trend in Richtung weniger gefährlicher Airbags erkennen. Der Originalbericht enthält als Anhänge den Abdruck des Expertenfragebogen, die Zusammenfassung der Expertenbefragung, den Umdruck der Online-Befragung sowie den Fragebogen der Feldbefragung "Kindersitze und Airbag auf dem Beifahrersitz". Auf die Widergabe dieser Anhänge wurde in der vorliegenden Veröffentlichung verzichtet. Sie liegen bei der Bundesanstalt für Straßenwesen vor und sind dort einsehbar. Verweise auf die Anhänge im Berichtstext wurden zur Information des Lesers beibehalten.
Sedan type vehicles in which adult rear seat passengers were present and which were involved in frontal collisions were investigated, and the influence of unbelted rear seat passengers on the injuries of front seat occupants was studied. Unbelted rear seat passengers move forward during impact. It was observed that there were not only cases in which front seat occupants sustained injuries caused by direct contact with rear seat passengers, but also cases where front seat occupants received severe injuries due to additional force from rear seat passengers, either impacting directly or indirectly as a result of deformation of the front seat. Severe injuries of front seat occupants were observed in the latter cases. This research validates the importance of seat-belt use for rear seat passengers, not only to protect themselves but also to mitigate injuries of front seat occupants.
Nowadays airbags are part of the standard equipment in almost all new cars. While airbags are saving an increasing number of people from severe injuries and death in moderate and high speed crashes, they do not completely prevent dashboard injuries. The most common mechanism in dashboard injuries is a posteriorly directed force to the proximal tibia with the knee flexed. This may occur during a motor vehicle frontal impact accident when a knee of the driver or the front-seat passenger strikes the dashboard. The posterior force can be combined with a abducting or rotational force leading to concomitant lateral or posterolateral injury. Car and airbag manufacturers therefore develop special inflatable systems to reduce the impact force in dashboard injuries. Every new inflatable system, however, has to be evaluated in out of position situations in which the system might cause injuries to certain body areas. Therefore, we investigated a new kneebag system in different critical seating positions of post mortem test subjects (PMTS). The tested knee airbag module is a folded airbag (18 litre volume) which is installed below the lower section of the instrument panel of a passenger car. Using four PMTS (2 male, 2 female, age 36"67) the following positions were tested: normal seating position, knee flexed >90 degrees and knee flexed <60 degrees in static deployment tests with direct contact. In addition a dynamic test (48.8kph, AAMA-pulse) was carried out with the PMTS belted in a normal seating position. The inflation phase and the impact of the system on the knee/lower leg were analysed by high speed videos. After the test the lower legs of the PMTS were examined by Xray and autopsy. All soft tissue injuries and bone fractures were recorded. All the tests could be evaluated. Except some superficial skin lesions in the impact area no fracture of the bones around the knee and no knee ligament and tendon injuries were observed. Neither video analysis nor autopsy of the PMTS showed any critical contact injuries caused by the inflation process of the bag. Therefore, it can be concluded that in the tested seating positions which are the most critical for the knee area the knee bag system is safe.
Within the process of integrating passenger airbags in the vehicle fleet a problem of compatibility between the passenger airbag and rear-facing child restraint systems was recognised. Especially in the US several accidents with children killed by the passenger airbag were recorded. Taking into account these accidents the deactivation of a present passenger airbag is mandatory if a child is carried in a rear-facing child restraint system at the front passenger seat in all member states of the European Union. This rule is in force since the deadline of 2003/20/EC at the latest. In the past a passenger airbag either could not be disabled or could only be disabled by a garage. Today there are a lot of different possibilities for the car driver himself to disable the airbag. Solutions like an on/off-switch or the automatic detection of a child restraint system are mentioned as an example. Taking into account the need for the deactivation of front passenger airbags two types of misuse can occur: transportation of an infant while the airbag is (still) enabled and transportation of an adult, while the airbag is disabled, respectively. Within a research project funded by BASt both options of misuse were analysed utilising two different types of surveys amongst users (field observations and interviews, Internet-questionnaires). In addition both analysis of accident data and crash tests for an updated assessment of the injury risk caused by the front passenger airbag were conducted. Both surveys indicate a low risk of misuse. Most of the misuse cases were observed in older cars, which offer no easy way to disable the airbag. For systems, which detect a child seat automatically, no misuse could be found. The majority of misuses in cars equipped with a manual switch were caused by reasons of oblivion. Also the accident analysis indicates a minor risk of misuse. From more than 300 cases of the GIDAS accident sample that were analysed, only 24 children were using the front passenger seat in cars equipped with a front passenger airbag. In most of these cases the airbag was deactivated. When misuse occurred the injury severity was low. However, when analysing German single accidents the fatality risk caused by the front passenger airbag became obvious. From the technical point of view, there were important changes in the design of passenger airbags in recent years. Not only volume and shape were modified, but also the mounting position of the entire airbag module was changed fundamentally. Even if these findings do not allow obtaining general conclusions, a clear tendency of less danger by airbags could be identified. For future vehicle development a safe combination of airbags and rear faced baby seats seems to be possible in the long term. This would mean that both types of misuse could be eliminated. For parents an easier use of child seat and car would be the result.
From an automotive safety occupant protection standpoint, effective occupant restraint requires a system capable of providing non-injurious occupant ride down of anticipated crash forces. This is not only the case for frontal collisions, where occupant restraint is provided primarily by seatbelts and airbags, but is also critical for other crash modes such as side impacts, rear impacts, rollovers, as well as multiple impact events. In the rear impact crash mode, occupant restraint is provided primarily by the seatbacks and to some extent the seatbelts. Foundationally, therefore, what becomes fundamental to the seatback's role in rear occupant protection is its ability to contain the occupant within the seat, preventing occupant ramping, as well as preventing the seat's, and/or its occupant's, dangerous intrusion into the rear occupant's survival space where contact with rear compartment components and/ or rear seated occupants can present a significant injury risk. An analysis is presented of a series of rear impact sled testing conducted by the authors that evaluates the timing, position and extent of the front seatback's reward displacement toward and into the rear occupant compartment as well as consideration of the front seat occupant' ramping potential and its injury potential relative to the rear compartment. Additionally, three other series of testing are presented which assess various seat designs occupant retention capabilities. Lastly, a matched-pair comparison test series is presented which evaluates occupant motion in rear impact with and without use of a typical vehicle body mounted 3-point seatbelt. Discussion of restraint system performance observed in all the testing is included along with ATD biofidelity and thigh-gap considerations. The data collected and presented includes accelerometer instrumentation and high speed video analysis.