91 Fahrzeugkonstruktion
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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.
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 use of proper child restraint systems (CRS) is mandatory for children travelling in cars in most countries of the world. The analysis of the quantity of restrained children shows that more than 90% of the children in Germany are restrained. Looking at the quality of the protection, a large discrepancy between restrained and well protected children can be seen. Two out of three children in Germany are not properly restrained. In addition, considerable difference exists with respect to the technical performance of CRS. For that reason investigations and optimisations on two different topics are necessary: The technical improvement of CRS and the ease of use of CRS. Consideration of the knowledge gained by the comparison of different CRS in crash tests would lead to some improvements of the CRS. But improvement of child safety is not only a technical issue. People should use CRS in the correct way. Misuse and incorrect handling could lead to less safety than correct usage of a poor CRS. For that reason new technical issues are necessary to improve the child safety AND the ease of use. Only the combination of both parts can significantly increase child safety. For the assessment of the safety level of common CRS, frontal and lateral sled tests simulating different severity levels were conducted comparing pairs of CRS which were felt to be good and CRS which were felt to be poor. The safety of some CRS is currently at a high level. All well known products were not damaged in the performed tests. The performance of non-branded CRS was mostly worse than that of the well known products. Although the branded child restraint systems already show a high safety level it is still possible to further improve their technical performance as demonstrated with a baby shell and a harness type CRS.
Die schnell fortschreitende Entwicklung der Sensortechnologie und der Aktuatorik bietet Ansätze für neuartige Rückhaltesysteme und kann somit den Schutz des Insassen bei Unfällen erheblich verbessern. Kommende Generationen adaptiver Rückhaltesysteme werden eine dosierte Aktivierung der Schutzwirkung (z.B. mehrstufige Airbags oder Gurtstraffer) abhängig von der Unfallschwere und der Fahrzeugbesetzung erlauben. Um solche Systeme voll auszunutzen, werden Sensoren entwickelt, die die Schwere eines Unfalls in weitaus höherer Auflösung als bisher erkennen können und somit das Einleiten adaptiver Maßnahmen ermöglichen. Diese Systeme werden unter dem Begriff der intelligenten oder adaptiven Rückhaltesysteme zusammengefasst. Ziel des Projektes "Intelligente Rückhaltesysteme" ist es, die möglichen Verbesserungen der passiven Sicherheit durch die neuen Technologien zu analysieren und darzustellen. Außerdem sind die Auswirkungen auf die gesetzlichen Regelungen zu untersuchen, um so mögliche zusätzliche Schutzpotentiale schnell umzusetzen und eventuelle Risiken zu vermeiden. In einer umfangreichen Literaturrecherche wurde zum einen das Unfallgeschehen analysiert. Ergänzend wurden die Schwerpunkte des Pkw-Unfallgeschehens durch eine Auswertung von Unfalldaten der GIDAS untersucht und dargestellt. Zum anderen wurde der Stand der Technik heutiger und zukünftiger Rückhaltesysteme aufgearbeitet und systematisiert. Dabei wurden die bestehenden und zukünftigen Systeme in ihrer Funktionsweise analysiert und durch ein 3-Ebenen-Modell charakterisiert. Mit Hilfe des Abgleichs der Schwerpunkte des realen Unfallgeschehens mit den RHS und der bestehenden Gesetzgebung wurden Potenziale und Wirkbereiche möglicher Maßnahmen skizziert. Auf der Basis einer Expertenbefragung konnten der Entwicklungsstand der iRHS aufgezeigt und Vorschläge zur Erweiterung der bestehenden Sicherheitsgesetzgebung gemacht werden.
Aktive Systeme der passiven Fahrzeugsicherheit zum Fußgängerschutz, sogenannte crash-aktive Fußgängerschutzsysteme, werden seit 2005 zur Erfüllung der gesetzlichen Anforderungen (siehe Verordnung (EG) Nr. 78/2009 und 631/2009) in Serienfahrzeugen eingesetzt. Diese crash-aktiven Fußgängerschutzsysteme stellen im Gegensatz zu den rein passiven Systemen nur eine instationäre Lösung dar. Da die innerhalb der gesetzlichen Anforderungen definierten Testverfahren zur Bewertung stationärer Systeme entwickelt wurden, können derzeit mögliche Risiken instationärer Systeme nicht berücksichtigt werden. Im Rahmen dieses Forschungsprojektes soll ein Bewertungsverfahren für diese crash-aktiven Fußgängerschutzsysteme entwickelt werden, welches das reale Potential dieser Systeme möglichst gut wiedergibt. Basis hierfür soll eine umfangreiche Untersuchung zusätzlicher Risiken bilden. Die hier untersuchten instationären Schutzmaßnahmen werden nur im Falle eines Fahrzeuganpralls gegen Fußgänger aktiviert, der daher zuverlässig erkannt werden muss. Für die hierfür eingesetzten, kontaktbasierten Sensorsysteme stellen Fußgänger mit geringen Lasteinträgen in die Fahrzeugfront eine große Herausforderung dar. Die Lasteinträge hängen von zahlreichen Faktoren, wie bspw. der Höhe der entsprechenden Krafteinleitungspfade sowie der Größe und dem Gewichts des Fußgängers, ab. Mit Hilfe von umfangreichen Anprallversuchen und -simulationen wird gezeigt, dass die bisher eingesetzten Prüfkörper nur zum Teil für die Erfüllung dieser Anforderungen geeignet sind. Für ein geeignetes Prüfverfahren müssen daher neue Prüfkörper entwickelt werden. Durch die Aktivierung der Schutzmaßnahme soll bei den crash-aktiven Systemen vor allem das Verletzungsrisiko beim Kopfanprall verringert werden. Hierfür wird häufig die hintere Motorhaubenkante angehoben, um zusätzlichen Deformationsfreiraum zur Verfügung zu stellen. Die Haubenanhebung kann jedoch auch in zusätzlichen Verletzungsrisiken resultieren, bspw. durch die exponierte hintere Haubenkante oder die Verringerung des Deformationsfreiraums in Folge des Oberkörperanpralls. Ein Ersatzprüfverfahren zur Bewertung der Haubendeformation mit Hilfe des Hüftimpaktors wird vorgestellt. Ein hybrides Testverfahren bestehend aus Simulation und Versuch eignet sich für eine objektive Bewertung dieser Systeme, wobei die entsprechenden Versuchsparameter mit Hilfe der vorherigen Simulation bestimmt werden können.