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For a number of EU regulatory acts Virtual Testing (VT) is already allowed for type approval (see Commission Regulation No. 371/2010 of 16 April 2010 amending the Framework Directive 2007/46/EC). However, only a very general procedure on how to apply VT for type approval is provided. Technical details for specific regulatory acts are not given yet. The main objective of the European project IMVITER (IMplementation of VIrtual TEsting in Safety Regulations) was to promote the implementation of VT in safety regulations. When proposing VT procedures the new regulation was taken into account, in particular, addressing open issues. Special attention was paid to pedestrian protection as pilot cases. A key aspect for VT implementation is to demonstrate that the employed simulation models are reliable. This paper describes how the Verification and Validation (V&V) method defined by the American Society of Mechanical Engineers was adapted for pedestrian protection VT based assessment. or the certification of headform impactors an extensive study was performed at two laboratories to assess the variability in calibration tests and equivalent results from a set of simulation models. Based on these results a methodology is defined for certification of headform impactor simulation models. A similar study was also performed with one vehicle in the type approval test setup. Its bonnet was highly instrumented and subjected to 45 impacts in five different positions at two laboratories in order to obtain an estimation of the variability in the physical tests. An equivalent study was performed using stochastic simulation with a metamodel fed with observed variability in impact conditions of physical headforms. An estimation of the test method uncertainty was obtained and used in the definition of a validation corridor for simulation models. Validation metric and criteria were defined in cooperation with the ISO TC22 SC10 and SC12 WG4 "Virtual Testing". A complete validation procedure including different test setups, physical magnitudes and evaluation criteria is provided. A detailed procedural flowchart is developed for VT implementation in EC Regulation No 78/2009 based on a so called "Hybrid VT" approach, which combines real hardware based head impact tests and simulations. This detailed flowchart is shown and explained within this paper. Another important point within the virtual testing based procedures is the documentation of relevant information resulting from the verification and validation process of the numerical models used. For this purpose report templates were developed within the project. The proposed procedure fixes minimum V&V requirements for numerical models to be confidently used within the type-approval process. It is not intended to be a thorough guide on how to build such reliable models. Different modeling methodologies are therefore possible, according to particular OEM know-how. These requirements respond to a balance amongst the type-approval stakeholders interests. A cost-benefit analysis, which was also performed within the IMVITER project, supports this approach, showing the conditions in which VT implementation is beneficial. Based on the experience gained in the project and the background of the experts involved an outlook is given as a roadmap of VT implementation, identifying the most important milestones to be reached along the way to a future vehicle type approval procedure supported by VT. The results presented in this paper show an important step addressing open questions and fostering the future acceptance of virtual testing in pedestrian protection type approval procedures.
Die Untersuchung sollte erörtern, ob es empfehlenswert ist, das Testverfahren zum streifenden Anprall eines Motorradhelmes auf die Straßenoberfläche in die ECE-R 22 aufzunehmen. Dazu war zu klären, ob die Testmethode geeignet ist, rotatorische Kräfte auf den Prüfkopf zu erfassen und ob sich aufgrund der Unfallsituationen eine Notwendigkeit für ein solches Testverfahren ergibt. Die Messergebnisse zeigen, dass der Zusammenhang zwischen der verletzungswirksamen Rotationsbeschleunigung und der im Testverfahren gemessenen Tangentialkraft nicht ohne Zweifel belegbar ist. Somit wäre zu fordern, dass statt der Tangentialkraft die Rotationsbeschleunigung als Verletzungskriterium betrachtet wird. Dafür wird jedoch ein sehr hoher Anspruch an die Messtechnik im Labor gestellt. Aus der Sicht der Unfallforschung lässt sich sagen, dass bei derartigen Anprallsituationen, insbesondere bei Anprallgeschwindigkeiten von unter 40 km/h, die sich im Laborversuch realisieren lassen, nur mäßige Kopfverletzungen auftreten (AIS 2 oder geringer). Der hohe Aufwand des Testverfahrens scheint also nicht gerechtfertigt zu sein.
The United Nations Economic Commission for Europe Informal Group on GTR No. 7 Phase 2 are working to define a build level for the BioRID II rear impact (whiplash) crash test dummy that ensures repeatable and reproducible performance in a test procedure that has been proposed for future legislation. This includes the specification of dummy hardware, as well as the development of comprehensive certification procedures for the dummy. This study evaluated whether the dummy build level and certification procedures deliver the desired level of repeatability and reproducibility. A custom-designed laboratory seat was made using the seat base, back, and head restraint from a production car seat to ensure a representative interface with the dummy. The seat back was reinforced for use in multiple tests and the recliner mechanism was replaced by an external spring-damper mechanism. A total of 65 tests were performed with 6 BioRID IIg dummies using the draft GTR No.7 sled pulse and seating procedure. All dummies were subject to the build, maintenance, and certification procedures defined by the Informal Group. The test condition was highly repeatable, with a very repeatable pulse, a well-controlled seat back response, and minimal observed degradation of seat foams. The results showed qualitatively reasonable repeatability and reproducibility for the upper torso and head accelerations, as well as for T1 Fx and upper neck Fx. However, reproducibility was not acceptable for T1 and upper neck Fz or for T1 and upper neck My. The Informal Group has not selected injury or seat assessment criteria for use with BioRID II, so it is not known whether these channels would be used in the regulation. However, the ramping-up behavior of the dummy showed poor reproducibility, which would be expected to affect the reproducibility of dummy measurements in general. Pelvis and spine characteristics were found to significantly influence the dummy measurements for which poor reproducibility was observed. It was also observed that the primary neck response in these tests was flexion, not extension. This correlates well with recent findings from Japan and the United States showing a correlation between neck flexion and injury in accident replication simulations and postmortem human subjects (PMHS) studies, respectively. The present certification tests may not adequately control front cervical spine bumper characteristics, which are important for neck flexion response. The certification sled test also does not include the pelvis and so cannot be used to control pelvis response and does not substantially load the lumbar bumpers and so does not control these parts of the dummy. The stiffness of all spine bumpers and of the pelvis flesh should be much more tightly controlled. It is recommended that a method for certifying the front cervical bumpers should be developed. Recommendations are also made for tighter tolerance on the input parameters for the existing certification tests.
During the last 5 years, the number of cars fitted with side airbags has dramatically increased. They are now standard equipment, even on many smaller cars or less luxurious vehicles. While some side airbags offer thoracic protection alone, there are those that combine thoracic and head protection (of which most deploy from the seat). Other systems employ separate airbags for head and thorax protection, which are designed to be effective noticeably in a crash against a pole. This paper proposes an evaluation of the effectiveness of side airbags in preventing thoracic injuries to passenger car occupants involved in side crashes. First, the target population (who can take benefit of side airbag deployment and in what circumstances) is defined. Side airbags can be especially effective in cases of impacts on the door with intrusion at a certain impact speed. Then, an example case of a side impact with side airbag deployment is given were side airbag deployment is thought to have had a positive effect on injury outcome. A further case is presented where the impact configuration is likely to have reduced the effect of side airbag deployment on injury outcome. Finally, the estimation of side airbag effectiveness (in terms of additional occupant protection brought exclusively by the airbag) is proposed by comparing injury risk sustained by occupants in (more or less) similar cars (fitted or non fitted with airbags) because, during these years, car structure, and side airbag conception have considerably evolved. In-depth accident data from France, the UK and Germany has been collected. Out of 2,035 side impact accident cases available in the databases, we selected 435 occupants of passenger cars (built from 1998 onwards) involved in an injury accident between year 1998 and year 2004 for EES (Energy Equivalent Speed) values between 20km/h and 50km/h. The occupants, belted or not, were sat on the struck side, whatever the obstacle and type of accidents (intersection, loss of control, etc.). For multiple impact crashes, the side impact is assumed to be the more severe one. Passenger cars were fitted with (96) or without (339) side airbags. Most of the potential risk explanatory variables were correctly and reliably reported in the databases (velocity " impact zone " impact angle " occupant characteristics, etc.). The analysis compared injury risks for different levels of EES and different types of side airbags. A logistic regression model was also computed with injury variables (such as thoracic AIS 2+ or AIS 3+) as the dependant variable and other variables (including airbag type and EES) as explanatory injury risk factors. Results revealed statistically non-significant reductions in thoracic AIS 2+ and AIS 3+ injury risk in side airbag equipped cars in the impact violence range selected (odds ratio between 0.84 and 0.98 depending on types of airbags). The results are discussed. The non-significance is assumed to be due to a low number of cases. Statistical analysis for head injuries was not possible due to the low number of accident cases with passenger cars fitted with head airbags in the databases. Moreover, the discrepancies between the data coming from different countries (especially calculation of EES) might have introduced instability in the analysis.
Streuung von Schutzkriterien in kontrollierten Aufprallversuchen gegen die starre 30 Grad-Barriere
(1983)
Gegenstand der Arbeit ist die Ermittlung von Streubreiten von Fahrzeug- und Dummy-Messwerten in Aufprallversuchen bei Geschwindigkeiten von 50 km/h gegen eine starre 30-°-Barriere. Zu den fahrzeugseitigen Messwerten gehörten die Deformation der Frontstruktur, die maximale Fahrzeugverzögerung, die mittlere Fahrzeugverzögerung und Anforderungen der ECE-Regelung 33. Die gemessenen Standardabweichungen der Einzelwerte lagen mit zwei bis sieben Prozent deutlich unter zehn Prozent. Höhere Standardabweichungen der Messwerte wurden dann beobachtet, wenn Aufpralle nach den Mustern Kopf-Lenkrad (Fahrer), Brust-Lenkrad (Fahrer) und Knie-Armaturentafel (Fahrer und Beifahrer) nicht in allen Versuchen zu beobachten sind. Hohe Streubreiten für die Kopfbeschleunigung bzw. die Beschleunigung der Brust des Dummy auf dem Fahrersitz wurden dadurch verursacht, dass in einem Versuch eine unübliche Vorverlagerung des Dummys infolge mangelhafter Gurtwirkung mit nachfolgendem Brust-Lenkrad-Kontakt zu beobachten war.
Der Nutzen des Schutzhelmes für motorisierte Zweiradfahrer ist unumstritten. Die Grenzwerte für eine zulässige Kopfbeschleunigung bei der Prüfung des Dämpfungsverhaltens gemäß ECE-R 22 sind jedoch weiterhin in der Diskussion. In der vorliegenden Untersuchung wird deshalb die Kopfbelastung eines Dummys beim Pkw-Crash-Versuch mit den Belastungen des behelmten Prüfkopfes bei Fallversuchen gemäß ECE-R 22 verglichen. Bei den durchgeführten Fallversuchen besteht ein enger Zusammenhang zwischen HIC und maximaler Beschleunigung, der durch eine analytische Funktion beschrieben werden kann. Es kann gezeigt werden, dass die bei ECE-R 22 zulässige Kopfbeschleunigung von 300 g einem HIC von etwa 3400 entspricht. Zur Bewertung von Schutzhelmen mit verbesserten Stoßabsorptionseigenschaften erscheint es sinnvoll, wie anhand von Modellrechnungen gezeigt wird, den HIC als Schutzkriterium einzuführen. Bei einer Anprallgeschwindigkeit von 7 m/s kann ein HIC von 1500 als realistische Forderung angesehen werden, sofern bei der ECE-Regelung der sogenannte Zweitschlag entfällt. Bei den Pkw-Versuchen ist kein Zusammenhang zwischen HIC und maximaler Beschleunigung vorhanden. Hier ist der HIC als Verletzungskriterium etabliert, und das ist für den komplexen Verlauf des Signals der Kopfbeschleunigung sinnvoll. Eine Bewertung nach anderen Kopfschutzkriterien würde die Rangfolge der einzelnen Versuche ändern. Bei Helmversuchen auf den Stirnanprallpunkt B werden starke Rotationen des rückprallenden Systems Prüfkopf/Helm beobachtet. In Verbindung damit treten hohe Rotationsbeschleunigungen auf. Diese liegen, wie bei einem Teil der Helmversuche gemessen, zwischen 2,4 und 4,8 krad/s2.
Neben der zunehmenden Bedeutung der aktiven Sicherheit bleiben Maßnahmen der passiven Sicherheit bei der Entwicklung moderner Kraftfahrzeuge unabdingbar. Die Weiterentwicklung von Maßnahmen zum passiven Fußgängerschutz war zunächst größtenteils durch Verbraucherschutztests wie zum Beispiel Euro NCAP oder JNCAP getrieben und ist nun auch durch gesetzliche Regelungen verpflichtend geworden. Im vorangegangenen Forschungsprojekt der BASt FE 82.229/2002 Schutz von Fußgängern beim Scheibenaufprall ist die Grundlage eines modularen Prüfverfahrens für den Kopfaufprall im Bereich der Windschutzscheibe, bestehend aus einem Versuchs- und einem Simulationsteil, erarbeitet worden. Im Rahmen dieses Projektes wurde ein hybrides Testverfahren bestehend aus Versuch und Simulation ausgearbeitet, das den Bereich der Windschutzscheibe und dabei auch crashaktive Systeme wie Airbags berücksichtigt. Das Testverfahren kombiniert Komponentenversuche mit einem Simulationsteil, in dem Fahrzeug-Fußgänger-Simulationen und lmpaktorsimulationen durchgeführt werden. Zusätzliche Dummyversuche dienten zur Bewertung des Testverfahrens. Alle erarbeiteten virtuellen und realen Testmethoden wurden an einem Referenzfahrzeug (Opel Signum), welches repräsentativ für eine durchschnittliche Mittelklasselimousine steht, durchgeführt. Das Fahrzeug wurde mit einem Airbagsystem ausgerüstet und der Testprozedur mit und ohne diesem System vergleichend unterzogen. Innerhalb dieser Untersuchungen konnte gezeigt werden, dass neue Testmethoden unter Ausnutzung von Simulationen und Komponententests es erlauben, realistischere Versuchsbedingungen unter Berücksichtigung von potenziellen Kopfaufprallpositionen und -zeiten zu definieren. Dabei können sehr gute Übereinstimmungen zwischen Fußgängersimulation und Dummyversuch erreicht werden. Die Randbedingungen für den Kopfaufprall und die Aufprallzeit wurden durch den Einsatz von Fußgängermodellen ermittelt. Weiterhin ermöglichen die Simulationen, zusätzliche Einflussdaten wie Vektoren mit den Kopfaufprallgeschwindigkeiten und -winkeln zu bestimmen.
The head impact of pedestrians in the windscreen area shows a high relevance in real-world accidents. Nevertheless, there are neither biomechanical limits nor elaborated testing procedures available. Furthermore, the development of deployable protection systems like pop-up bonnets or external airbags has made faster progress than the corresponding testing methods. New requirements which are currently not considered are taken into account within a research project of BASt and the EC funded APROSYS (Advanced PROtection SYStems) integrated project relating to passive pedestrian protection. Testing procedures for head impact in the windscreen area should address these new boundary conditions. The presented modular procedure combines the advantages of virtual testing, including full-scale multi-body and finite element simulations, as well as hardware testing containing impactor tests based on the existing procedures of EEVC WG 17. To meet the efforts of harmonization in legislation, it refers to the Global Technical Regulation of UNECE (GTR No. 9). The basis for this combined hardware and virtual testing procedure is a robust categorization covering all passenger cars and light commercial vehicles and defining the testing zone including the related kinematics. The virtual testing part supports also the choice of the impact points for the hardware test and determines head impact timing for testing deployable systems. The assessment of the neck rotation angle and sharp edge contact in the rear gap of pop-up bonnets is included. For the demonstration of this procedure, a hardware sedan shaped vehicle was modified by integrating an airbag system. In addition, tests with the Honda Polar-II Dummy were performed for an evaluation of the new testing procedure. Comparing these results, it was concluded that a combination of simulation and updated subsystem tests forms an important step towards enhanced future pedestrian safety systems considering the windscreen area and the deployable systems.
Nach wie vor ist die Anzahl von Unfällen motorisierter Einspurfahrzeuge (MESFz) mit sehr schweren Verletzungsfolgen oder tödlichem Ausgang für die Aufsassen im Vergleich zu allen anderen getöteten Verkehrsteilnehmern alarmierend hoch. Im Jahr 2013 wurden bei insgesamt 42.427 Unfällen MESFz 641 Aufsassen getötet und 12.034 schwer verletzt. Um dieser hohen Zahl schwerverletzter und getöteter Aufsassen von MESFz entgegenzuwirken, hat die Bundesanstalt für Straßenwesen (BASt) das vorliegende Projekt initiiert. Zielsetzung des Projektes war es, durch eine Analyse von Unfalldaten von MESFz, durch ergänzende computergestützte FEM-Simulationen und durch eine kritische Bewertung der UN-Regelung UN-R 22/05 (vormals ECE-R 22/05) hinsichtlich verletzungs-biomechanischer Inhalte (Versuche und Prüfwerte) Erkenntnisse zu erarbeiten, Handlungsbedarf festzustellen und Änderungs- und Ergänzungsvorschläge zur Überarbeitung der UN-R 22/05 sowie hinsichtlich allgemeiner Maßnahmen zu formulieren. Auf der Grundlage der amtlichen Unfalldaten des Statistischen Bundesamtes, Wiesbaden (DESTATIS) erfolgte eine Unfalldatenauswertung im Allgemeinen. Für eine detaillierte Analyse wurden Daten der "German In-Depth Accident Study" (GIDAS, Dresden und Hannover) ausgewählt. Bei etwa der Hälfte der im Teilumfang (n=199) untersuchten Unfälle von MESFz kam es zu Kopfverletzungen, überwiegend bei benutztem Schutzhelm. In 18 % lagen die führenden Verletzungen am Kopf; in 48 % blieb der Kopf unverletzt bei sonstigen schweren bis schwersten und tödlichen Verletzungen am Körper. Etwa 10 % der Aufsassen benutzten ein MESFz ohne bzw. mit absolut ungeeignetem Helm. Eine kritische Bewertung und Alternativvorschläge der derzeitigen Fassung der UN-R 22/05 wurden bezüglich der Punkte Prüfumfang, Prüfausstattung, Prüfdurchführung, Prüfkriterien und eine fälschungssicheren Homologations-Kennzeichnung erarbeitet.
Pedestrian and cyclist are the most vulnerable road users in traffic crashes. One important aspect of this study was the comparable analysis of the exact impact configuration and the resulting injury patterns of pedestrians and cyclists in view of epidemiology. The secondary aim was assessment of head injury risks and kinematics of adult pedestrian and cyclists in primary and secondary impacts and to correlate the injuries related to physical parameters like HIC value, 3ms linear acceleration, and discuss the technical parameter with injuries observed in real-world accidents based documented real accidents of GIDAS and explains the head injuries by simulated load and impact conditions based on PC-Crash and MADYMO. A subsample of n=402 pedestrians and n=940 bicyclists from GIDAS database, Germany was used for preselection, from which 22 pedestrian and 18 cyclist accidents were selected for reconstruction by initially using PC-Crash to calculate impact conditions, such as vehicle impact velocity, vehicle kinematic sequence and throw out distance. The impact conditions then were employed to identify the initial conditions in simulation of MADYMO reconstruction. The results show that cyclists always suffer lower injury outcomes for the same accident severity. Differences in HIC, head relative impact velocity, 3ms linear contiguous acceleration, maximum angular velocity and acceleration, contact force, throwing distance and head contact timing are shown. The differences of landing conditions in secondary impacts of pedestrians and cyclists are also identified. Injury risk curves were generated by logistic regression model for each predicting physical parameters.