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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.
Von der Bundesanstalt für Straßenwesen (BASt) und dem Rheinisch-Westfälischen TÜV wurde 1988/89 eine Pilotstudie zum Einfluss der Korrosion auf die passive Sicherheit von Pkw bei drei unterschiedlichen Fahrzeugtypen durchgeführt. Es wurde je ein dem Alter entsprechend durchschnittlich durch Korrosion geschädigtes älteres und ein möglichst gering geschädigtes jüngeres Fahrzeug bezüglich des Korrosionszustandes vermessen und im Aufprallversuch getestet. Bei den von der BASt durchgeführten Wandaufpralltests versagten insbesondere bei den älteren Fahrzeugen sicherheitsrelevante Fahrzeugteile. Es wurde daraufhin beschlossen, die Pilotstudie mit der vorliegenden zweiten Untersuchung unter den folgenden zwei Vorgaben fortzuführen: - Verbreiterung der Datenbasis von Tests mit weiteren Fahrzeugtypen mit starker Korrosion. - Prüfung von Fahrzeugen des gleichen Typs wie in der Pilotstudie, jedoch sollten an ihnen Korrosionsschutzmaßnahmen verwirklicht sein, welche die Automobilindustrie mit Beginn der 80er Jahre in die Fertigung eingeführt hatte. Die stark korrodierten Fahrzeuge der jetzt vorliegenden Untersuchung zeigten ein ähnliches Versagensspektrum wie die stark korrodierten Fahrzeuge der Pilotstudie. An den korrosionsgeschützten und auch jüngeren Nachfolgemodellen der Fahrzeuge der Pilotstudie konnte kein korrosionsbedingter Einfluss auf die passive Fahzeugsicherheit mehr gefunden werden.
Teil 1: Ziel des vorliegenden Forschungsprojektes ist es, Schutzeinrichtungen auf Brücken mit einem sehr hohen Aufhaltevermögen nach DIN EN 1317 zu testen und dabei die auftretenden Kräfte zu messen. Gleichzeitig sollen Erkenntnisse über das Verhalten der Schutzeinrichtungen mit einem sehr hohen Aufhaltevermögen bei begrenzten Platzverhältnissen gewonnen werden. In diesem Forschungsprojekt haben sechs Schutzeinrichtungen den Nachweis ihrer Funktionsfähigkeit gemäß DIN EN 1317 erbracht. Anhand der insgesamt durchgeführten 27 Anprallprüfungen an 14 Systemen zeigt sich, dass die Entwicklung von Schutzeinrichtungen mit einem sehr hohen Aufhaltevermögen bei gleichzeitig begrenztem Wirkungsbereich schwierig ist. Kommen weitere Randbedingungen, wie z.B. Lärmschutz oder Fortführung auf der Strecke hinzu, so zeigt sich, dass derzeit keines der geprüften Systeme universell einsetzbar ist. Für die Verwendung muss vielmehr im Einzelfall geprüft werden, ob und welches System eingesetzt werden kann. Vor diesem Hintergrund wird empfohlen, dass möglichst frühzeitig eine enge Abstimmung der Brückenplanung mit der Streckenplanung erfolgt, um sinnvolle und verkehrssichere Lösungen zu bekommen. Daher sollte nach Möglichkeit bereits in der Planung eines Brückenbauwerkes die Schutzeinrichtung unter Berücksichtigung aller anderen Randbedingungen einbezogen werden. Eine separate Planung der Schutzeinrichtung im Anschluss oder gar die Berücksichtigung als letztes Element des Bauwerks kann dazu führen, dass keine geeignete Schutzeinrichtung zur Verfügung steht. Die Kraftmessungen beruhen auf Einzelereignissen, zeigen aber dennoch die Größenordnung der beim Anprallvorgang entstehenden Einwirkungen und bestätigen damit die vorherigen Untersuchungen. Aus den Messwerten wurden Vorschläge erarbeitet, für welche Einwirkungen Brücken bemessen werden sollen, auf denen die hier diskutierten Schutzeinrichtungen installiert werden sollen. Die Größenordnung der Werte zeigt, dass die Einwirkungen bei H4b-Systemen um bis zu sechsmal höher liegen als der seinerzeitige Lastansatz des DIN-Fachberichts 101 "Einwirkungen" Ausgabe 2003. Damit wurden wichtige Eckwerte für die zukünftige Bemessung neuer Brücken beziehungsweise für das Nachrüsten bestehender Brücken gewonnen. Die Ergebnisse wurden bereits in der Fortschreibung des neuen DIN-Fachberichtes von 2009 berücksichtigt. Die untersuchten und hier vorgestellten Schutzeinrichtungen erfüllen die Anforderungen an Aufhaltefähigkeit und Insaßenschutz und weisen Kraftmessungen auf. Wünschenswert wären weitergehende Entwicklungen, die auch weitere Anforderungen erfüllen, die in diesem Bericht aufgeführt sind. Da die Anforderungen an die Verkehrssicherheit nicht gleichbleibend sind, sondern sich den Anforderungen der Entwicklung anpassen, wird auch zukünftig eine Weiterentwicklung der Schutzeinrichtungen mit sehr hohem Aufhaltevermögen erforderlich sein. So werden die Anforderungen an das Aufhaltevermögen steigen, wenn zum Beispiel Schwerfahrzeuge mit höheren Lasten auf den Straßen fahren werden. rnTeil 2: Die Untersuchungen haben das Ziel, Schutzeinrichtungen bereitzustellen, die in der Lage sind, auch sehr schwere LKW vor dem Absturz von Brücken zu bewahren. Dazu galt es, technische Randbedingungen für die Entwicklung von Schutzeinrichtungen durch die Industrie vorzugeben und geeignete Prüfverfahren zur Sicherstellung der Einsatzfähigkeit auf deutschen Brückenbauwerken zu entwickeln. Im Rahmen des vorliegenden Projektes konnte erstmals gezeigt werden, dass Schutzeinrichtungen, die in einer realen Anprallprüfung der höchsten Aufhaltestufe entsprechend DIN EN 1317 für sehr schwere LKW nachgewiesen haben, auf Brückenbauwerken in Deutschland installiert werden können, ohne inakzeptable Schäden an den Brückenkappen befürchten zu müssen. Darüber hinaus konnten erstmals die Kräfte gemessen werden, die beim Anprallvorgang auf das Bauwerk einwirken. Eine Anprallprüfung stellt zwar ein Einzelergebnis dar. Dennoch zeigen diese Messungen die Größenordnung der beim Anprallvorgang entstehenden Einwirkungen. Aus den Messwerten wurde ein Vorschlag zur Festlegung der bei der statischen Auslegung eines Brückenbauwerks anzusetzenden Einwirkungen (Kräfte und Momente) erarbeitet, wenn auf dem Bauwerk Schutzeinrichtungen mit sehr hohem Aufhaltevermögen installiert werden sollen. Die genauen Werte der ermittelten Einwirkungsgrößen gelten spezifisch für die untersuchte Schutzeinrichtung. Die Größenordnung der Werte lässt sich jedoch auf andere Schutzeinrichtungen mit sehr hohem Aufhaltevermögen auf Brücken übertragen. Der Vorschlag sieht Einwirkungen vor, die etwa 3 bis 4 mal höher liegen, als der derzeitige Lastansatz des DIN-Fachberichts 101 "Einwirkungen".
A series of drop tests and vehicle tests with the adult head impactor according to Regulation (EC) 631/2009 and drop tests with the phantom head impactor according to UN Regulation No. 43 have been carried out by the German Federal Highway Research Institute (BASt) on behalf of the German Federal Ministry of Transport, Building and Urban Development (BMVBS). Aim of the test series was to study the injury risk for vulnerable road users, especially pedestrians, in case of being impacted by a motor vehicle in a way described within the European Regulations (EC) 78/2009 and (EC) 631/2009. Furthermore, the applicability of the phantom head drop test described in UN Regulation No. 43 for plastic glazing should be investigated. In total, 30 drop tests, thereof 18 with the adult head impactor and 12 with the phantom head impactor, and 49 vehicle tests with the adult head impactor were carried out on panes of laminated safety glass (VSG), polycarbonate (PC) and laminated polycarbonate (L-PC). The influence of parameters such as the particular material properties, test point locations, fixations, ambient conditions (temperature and impact angle) was investigated in detail. In general, higher values of the Head Injury Criterion (HIC) were observed in tests on polycarbonate glazing. As the HIC is the current criterion for the assessment of head injury risk, polycarbonate glazing has to be seen as more injurious in terms of vulnerable road user protection. In addition, the significantly higher rebound of the head observed in tests with polycarbonate glazing is suspected to lead to higher neck loads and may also cause higher injury risks in secondary impacts of vulnerable road users. However, as in all tests with PC glazing no damage of the panes was observed, the risk of skin cut injuries may be expected to be reduced significantly. The performed test series give no indication for the test procedure prescribed in UN Regulation No. 43 as a methodology to approve glass windscreen not being feasible for polycarbonate glazing, as all PC panes tested fulfilled the UN R 43 requirements. The performance of the windscreen area will not be relevant for vehicle type approval according to the upcoming UN Regulation for pedestrian protection. However, it is recommended that pedestrian protection being considered for plastic windscreens to ensure at least the same level of protection as glass windscreens.
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.
Abstract: Für Kinder in Deutschland existiert im Pkw weiterhin ein höheres Risiko, im Straßenverkehr bei einem Unfall schwer verletzt oder getötet zu werden, als es für ungeschützte Verkehrsteilnehmer wie Fahrradfahrer oder Fußgänger besteht. Dies erscheint auf den ersten Blick nicht nachvollziehbar, da der Pkw und die vorgeschriebenen Kindersitze den Kindern eine hohe Sicherheit bieten müssten. Der vorliegende Projektbericht gibt Aufschluss über den aktuellen Stand der Sicherheit von Kindern im Pkw in Deutschland und zeigt Optimierungspotenzial auf. Die Schutzwirkung der Kindersitze hängt von mehreren Faktoren ab. Dabei stehen technische Aspekte, die hier detailliert untersucht wurden, im Vordergrund. Doch vor allem in den letzten Jahren zeigte sich immer wieder in Feldstudien, aber auch in der Unfallanalyse, dass Kinderschutzsysteme (KSS) oftmals nicht nach den Vorgaben installiert wurden. Wenn der Kindersitz und/oder das Kind nicht entsprechend der Bedienungsanleitung gesichert werden, kann sich das Schutzpotenzial der KSS reduzieren und gegen Null gehen. Im schlimmsten Fall stellt eine fehlerhafte Benutzung von KSS eine Gefahr sowohl für das Kind als auch für andere Pkw-Insassen dar. Die Unfallanalyse ergab keine Aussage darüber, ob verschiedene KSS-Modelle zu unterschiedlichen Verletzungsmustern führen, da die Unfallkonstellationen pro KSS-Modell zu verschieden waren. Des Weiteren wurde analysiert, inwieweit heutige Testverfahren mit diesen Konstellationen übereinstimmen. Das Ziel, mit wenigen Verfahren möglichst alle relevanten Unfälle abzubilden, wurde zum Teil ereicht. Zu viele Testverfahren mit unterschiedlichen Bewertungssystemen stellen heutzutage die Endverbraucher vor das Problem, dass nicht klar ist, welches KSS wirklich das beste ist. In der Realität hängt die Schutzwirkung zudem noch wesentlich von der KSS-Pkw-Kombination ab, die nur annähernd durch Versuche überprüft werden kann, da sich eine zu hohe Anzahl von Kombinationsmöglichkeiten ergibt. Anhand von mehr als 100 Versuchen wurde das Schutzpotenzial von verschiedenen aktuellen Kindersitzmodellen untersucht. Dabei wurden immer vermeintlich gute und schlechte KSS gegenübergestellt und unter gleichen Randbedingungen getestet. Ziel dieses Vorgehens war es, anhand der Messergebnisse Maßnahmen zu erkennen, die dem Schutz der Kinder dienlich sind. Zusammenfassend kann gesagt werden, dass prinzipiell für Kinder ein gutes Schutzniveau durch KSS besteht, was aber von KSS zu KSS verschieden sein kann. Die teureren KSS wiesen keine mechanische Zerstörung auf und überstanden alle Tests ohne ernsthafte Beschädigungen. Lediglich das oftmals als Dämpfungsmaterial eingesetzte Polystyrol nahm Energie auf und verformte sich wie vorgesehen plastisch. Bei den "Billig-Kindersitzen" ergab sich leider ein komplett anderes Bild. Sobald die Anforderungen über die der Gesetzgebung hinausgehen, ist immer weniger Schutz für die Kinder vorhanden. Besonders im Seitenaufprall offenbarten sich erhebliche Lücken in der Sicherheit. Dies reichte von mechanischem Versagen mancher Plastikteile bis hin zu konstruktiven Unzulänglichkeiten. Vor allem die Gurtführung muss deutlicher gekennzeichnet und mechanisch verstärkt werden. Trotz des hohen Schutzpotenzials einiger Kindersitze ist das Ende der Entwicklung noch nicht abzusehen. In allen Kindersitzklassen ist es prinzipiell möglich, die Belastungswerte weiter zu reduzieren. Dazu werden am Ende des Berichtes verschiedene Möglichkeiten aufgezeigt. Zum einen ist dies eine optimierte Babyschale, die durch eine Trägheitsbewegung gezielt Energie abbaut und das Baby in eine günstigere Position bringt, in der die Belastungen des Körpers reduziert sind. Zum anderen wird gezeigt, dass durch die feste Anbindung des KSS an den Pkw und die Reduzierung der Rotation um die Y-Achse die Belastungen für Kinder reduziert werden können. Größtes Entwicklungspotenzial bietet dabei das ISOFIX-System. Es ist bekannt, dass ISOFIX die Fehlbedienung des Kindersitzes und die Belastungen der Kinder deutlich reduzieren kann. Trotzdem ist die bisherige Marktdurchdringung von ISOFIX eher gering. Obwohl insgesamt ein positives Fazit gezogen werden kann, darf nicht aufgehört werden, die Kindersicherheit weiter zu verbessern. Denn nicht alle Kindersitze schützen heute gleich gut. Einige genügen lediglich den Gesetzesansprüchen und finden in vielen Fällen durch einen sehr geringen Verkaufspreis Zugang in die Pkw. Durch verschärfte Testbedingungen sollten diese Kindersitze abgeschafft und der Weg für neue und bessere Kinderschutzsysteme frei gemacht werden.
Es ist zu beobachten, dass trotz einer Abnahme der Zahl der Verletzungen und der Verletzungsschwere der Insassen bei Pkw-Unfällen Halswirbelsäulen (HWS)-Distorsionen, speziell im unteren Geschwindigkeitsbereich häufiger auftreten. Neben anderen Faktoren werden auch veränderte Beschleunigungs- und Verzögerungsimpulse, die im Crashfall auf die Insassen wirken, als möglicherweise ursächlich für die Entstehung von HWS-Distorsionen angesehen. In der vorliegenden Arbeit wird untersucht, welchen Einfluss konstruktive Veränderungen, die durch Versicherungseinstufungstests bedingt werden, auf die Beschleunigungs- und Verzögerungsimpulse im Fahrzeuginnenraum haben. Versuche zum Fußgängerschutz wurden einvernehmlich nicht durchgeführt, da die Fahrzeuge noch nicht konsequent nach Fußgängerschutzkriterien konzipiert werden. Die Untersuchungsmethode lässt sich gliedern in: - Analyse von internationalen Versicherungssystemen und Analyse der aus den Versicherungseinstufungstests resultierenden Veränderungen von Fahrzeugstrukturen; - Durchführung und Analyse von eigenen Aufprallversuchen mit Fahrzeugteilstrukturen und vergleichende Analyse von Vollfahrzeugversuchen der Versicherungswirtschaft; Zusammenführen der getätigten Schritte. Bei der Ersteinstufung eines Pkw in die Vollversicherung dient der Versicherungseinstufungstest des RCAR/AZT (Prüfgeschwindigkeit 15 km/h) zur Bestimmung der Schadenshöhe und damit zur Einstufung in eine Typklasse. In vielen weiteren Staaten dienen dieser oder ähnliche Tests zur Bewertung der Reparaturfreundlichkeit von Pkw. Um bei einem Versicherungseinstufungstest den Schaden möglichst gering zu halten, haben nahezu alle Neufahrzeuge Querträgersysteme mit kostenarm wechselbaren Absorptionselementen, die die Crashenergie gezielt auf kurzem Weg aufnehmen. Durch die neu EG-Richtlinie 2003/102/EG zum Fußgängerschutz müssen zukünftig hinter der Stoßfängeraußenhaut und vor dem massiven Querträger weiche Schäume untergebracht werden. Der Bauraum für Querträger und Energieabsorptionselemente wird dadurch weiter eingeschränkt. Diese Anforderungen veranlassen die Hersteller dazu, die Energieabsorptionselemente steifer zu gestalten, um einen effektiven Energieabbau bei kurzen Stopplängen zu gewährleisten. Durch diese Maßnahmen wird zwar der Insassenschutz bei Frontalaufprallen im Hochgeschwindigkeitsbereich verbessert, es werden aber zugleich höhere Innenraumverzögerungen (schnellerer Anstieg, höhere mittlere Verzögerung) bei Crashs im gesamten Geschwindigkeitsbereich erzeugt. Eine durchgeführte Korrelation zwischen konstruktiven Veränderungen am Fahrzeug und empirisch bestimmten Verzögerungsverläufen zeigte, dass eine günstigere Einstufung in der Fahrzeugvollversicherung nicht zwangsläufig höhere Verzögerungsimpulse für den Innenraum bedingen muss. Bei der Analyse von 172 Crashversuchen des Allianz Zentrums für Technik mit Neufahrzeugen aus den Jahren 1992 bis 2003 zeichnen sich aber statistisch bedeutsame ßnderungen in den Verzögerungsverläufen über die Prüfjahre ab: - Anstieg der Verzögerung wird steiler; - Mittelwert der Verzögerung wird grösser; - Zeitdauer bis zum Auftreten der maximalen Verzögerung wird kürzer; - dynamische Gesamtdeformation wird kleiner. Die steife Auslegung der für den Versicherungseinstufungstest relevanten Crashteile verbessert den Insassenschutz bei Hochgeschwindigkeitscrashs. Wenn es sich aber durch weitere Untersuchungen bestätigt, dass höhere Verzögerungs- beziehungsweise Beschleunigungsimpulse die Auftretenswahrscheinlichkeit von HWS-Verletzungen im Niedriggeschwindigkeitsbereich vergrößern, so sollten gezielt Maßnahmen zur Verringerung dieser Verletzungsrisiken ergriffen werden. Dazu gehören die weitere Optimierung der Sitzstrukturen einschließlich der Kopfstützen und die Entwicklung adaptiver Crashstrukturen, die dem Crashfall angepasste Kraft-Weg-Kennlinien ermöglichen.
Werden die in Deutschland gebräuchlichen Stahlschutzplanken umgestaltet um das Verletzungsrisiko für Motorradfahrer zu verringern, zeigt sich ein Kompatibilitätsproblem: Die Erhöhung der Sicherheit für Motorradfahrer wird mit Einschränkungen der Sicherheit von Pkw-Insassen erkauft. Um dieses Kompatibilitätsproblem zu lösen wurden unter Federführung der Bundesanstalt für Straßenwesen (BASt) neue Nachrüstkomponenten für Stahlschutzplanken entwickelt. Dabei lag der Schwerpunkt auf der Senkung der Verletzungsschwere für Motorradfahrer. Im vorliegenden Projekt sollten die Nachrüstkomponenten des Systems "EuskirchenPlus" ihre Tauglichkeit auch für Pkw-Insassen in Anprallprüfungen (Crashtests) beweisen. Dies gelang zunächst nicht. Daher wurden die Nachrüstkomponenten zu neuen Konstruktionen ("ESP-Motorrad" und "EDSP-Motorrad") weiterentwickelt, und es gelang, die "ESP-Motorrad" erfolgreich zu prüfen. Die Eignung der "EDSP-Motorrad" wurde aus den vorliegenden Forschungsergebnissen und den Erfahrungen der BASt abgeleitet. Das Kompatibilitätsproblem konnte zwar nicht umfassend gelöst, jedoch soweit beseitigt werden, dass keine relevanten Einsatzbeschränkungen mehr aufrecht erhalten werden müssen. Die "ESP-Motorrad" und die "EDSP-Motorrad" sind auf nahezu allen für Motorradunfälle relevanten Strecken grundsätzlich geeignet, die klassischen Stahlschutzplanken ESP beziehungsweise EDSP zu ersetzen.