91 Fahrzeugkonstruktion
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The sequence of accident events can be classified by three essential phases, the pre-crash-sequence, the crash-sequence and the post-crash-sequence. The level of reliability of the information in the GIDAS-database (German In Depth Accident Study) is provided predominantly on the passive side. The period to evaluate active safety systems begins already in the pre-crash-sequence. The assessment of the potential of sensor- or communication-based active safety systems can only be accomplished by a detailed analysis of the pre-crash-phase. Hence the necessity to analyze the early period of the accident event in detail arises. This is possible with the help of the digital sketches of the accident site and the simulation of the accident by a simulation method of the VUFO GmbH. After simulating the pre-crash scenario it is possible to generate additional and standardized data to describe the pre-crash-sequences of an accident in a very high detail. These data are documented in a second database called the GIDAS Pre-Crash-Matrix (PCM). The PCM contains various tables with all relevant data to reproduce the pre-crash-sequence of traffic accidents from the GIDAS database until 5 seconds before the first collision. This includes parameters to describe the environment data, participant data and motion or dynamic data. This paper explains the creation of the PCM, the simulation itself and the contents and structure of the PCM. With this information of the pre-crash-sequence for various accident scenarios an improved benefit estimation and development of active safety systems can be made possible.
The focus of the technical innovation in the automobile industry is currently changing to sensor based safety systems, which are operating in the pre-crash phase of an accident. To get more information about this pre-crash phase for real accidents a simulation of this phase using the GIDAS database is done. The basics for this simulation are geometrical information about the accident location and the exact accident data out of the GIDAS database. This aggregated information gives the possibility to simulate an exact motion for every accident participant, using MATLAB / SIMULINK, in the pre-crash phase. After the simulation the information about the geometrical positions, the velocities and maneuvers of the drivers to an individual TTC (time to collision) are available. With those results it is possible to develop new useful sensor geometries using pre-crash scatter plots or estimate the efficiency of implemented active safety systems in combination with sensor characteristics. This simulation can be done for every reconstructed accident included in the GIDAS database, so these results can represent a wide spread basis for the further development of active safety systems and sensor geometries and characteristics
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.
Test and assessment procedures for passive pedestrian protection based on developments by the European Enhanced Vehicle-safety Committee (EEVC) have been introduced in world-wide regulations and consumer test programmes, with considerable harmonization between these programmes. Nevertheless, latest accident investigations reveal a stagnation of pedestrian fatality numbers on European roads running the risk of not meeting the European Union- goal of halving the number of road fatalities by the year 2020. The branch of external road user safety within the EC-funded research project SENIORS under the HORIZON 2020 framework programme focuses on investigating the benefit of modifications to pedestrian test and assessment procedures and their impactors for vulnerable road users with focus on the elderly. Injury patterns of pedestrians and cyclists derived from the German In-Depth Accident Study (GIDAS) show a trend of AIS 2+ and AIS 3+ injuries getting more relevant for the thorax region in crashes with newer cars (Wisch et al., 2017), while maintaining the relevance for head and lower extremities. Several crash databases from Europe such as GIDAS and the Swedish Traffic Accident Data Acquisition (STRADA) also show that head, thorax and lower extremities are the key affected body regions not only for the average population but in particular for the elderly. Therefore, the SENIORS project is focusing on an improvement of currently available impactors and procedures in terms of biofidelity and injury assessment ability towards a better protection of the affected body regions, incorporating previous results from FP 6 project APROSYS and subsequent studies carried out by BASt. The paper describes the overall methodology to develop revised FE impactor models. Matched human body model and impactor simulations against generic test rigs provide transfer functions that will be used for the derivation of impactor criteria from human injury risk functions for the affected body regions. In a later step, the refined impactors will be validated by simulations against actual vehicle front-ends. Prototyping and adaptation of test and assessment procedures as well as an impact assessment will conclude the work of the project at the final stage. The work will contribute to an improved protection of vulnerable road users focusing on the elderly. The use of advanced human body models to develop applicable assessment criteria for the revised impactors is intended to cope with the paucity of actual biomechanical data focusing on elderly pedestrians. In order to achieve optimized results in the future, the improved test methods need to be implemented within an integrated approach, combining active with passive safety measures. In order to address the developments in road accidents and injury patterns of vulnerable road users, established test and assessment procedures need to be continuously verified and, where needed, to be revised. The demographic change as well as changes in the vehicle fleet, leading to a variation of accident scenarios, injury frequencies and injury patterns of vulnerable road users are addressed by the work provided by the SENIORS project, introducing updated impactors for pedestrian test and assessment procedures.
Das Fahrzeugsegment der leichten Nutzfahrzeuge (LNF) hat in den vergangenen Jahren in Deutschland stark an Bedeutung gewonnen. Der Bestand ist im Jahr 2014 auf rund 2,1 Mio. Fahrzeuge angewachsen " das entspricht einem Wachstum von +133 % gegenüber 1990. Die Fahrleistungen der LNF haben nach den Annahmen für TREMOD im gleichen Zeitraum sogar um +170 % zugenommen. Die zunehmende Bedeutung der LNF sowie die heutige Vielfalt der Einsatzzwecke spiegeln sich in der Modellierung der Emissionen von LNF in Deutschland zum Teil nicht wieder. Die Datengrundlagen für das Verkehrsemissionsmodell TREMOD (Transport Emission Model) sowie für das Handbuch für Emissionsfaktoren des Straßenverkehrs (HBEFA) sind teilweise mehr als 20 Jahre alt. Die Aufteilung der Fahrleistung nach Verkehrssituationen und Längsneigungsklassen geht beispielsweise auf eine Analyse von HEUSCH/BOESEFELDT aus dem Jahr 1996 zurück. Die Fahrzyklen, die den Verkehrssituationen und damit auch den Emissionsfaktoren zugrunde liegen, basieren gerade für leichte Nutzfahrzeuge auf wenigen Daten oder sind von Pkw abgeleitet. Zudem stehen nur eine beschränkte Anzahl von Emissionsmessungen für LNF zur Verfügung, auf deren Basis die Emissionsfaktoren für HBEFA abgeleitet werden. Die Gesamtfahrleistung (Inlandsfahrleistung) der LNF in TREMOD basiert im Wesentlichen noch auf der Fahrleistungserhebung (FLE) 2002. Die Inlandsfahrleistung der LNF war hierbei etwa gleich hoch wie die Inländerfahrleistung. Jedoch wurde nur ca. die Hälfte der Fahrleistungen auf den freien Strecken gemäß Straßenverkehrszählung der BASt erfasst und die Differenz den Innerorts- und Gemeindestraßen in TREMOD zugeordnet. Die Fortschreibung der Fahrleistungen von 2002 bis 2014 erfolgte u.a. über die Straßenverkehrszählungen und die Bestandsentwicklung. Auswertungen der (bei Berichtslegung noch nicht definitiv vorliegenden) Fahrleistungserhebung 2014 müssen zeigen, ob die angenommenen Entwicklungen der Gesamtfahrleistung der LNF sowie pro Straßenkategorie plausibel sind. Vorläufige Ergebnisse der FLE 2014 zeigen deutlich höhere LNF-Inlandsfahrleistungen als aktuell in TREMOD hinterlegt. Eine Detailanalyse und Interpretation der Ergebnisse konnte aber im Rahmen dieses Projektes noch nicht erfolgen. Neben den bisher in TREMOD verwendeten Quellen wurden weitere Fahrleistungsdaten untersucht. Für das Jahr 2013 veröffentlichte das Kraftfahrtbundesamt (KBA) erstmals Inländerfahrleistungen je Fahrzeugkategorie und Fahrzeugalter, basierend auf Tachostandinformationen von 26,5 Mio. deutschen Kraftfahrzeugen. Es wird empfohlen die Fahrleistungsstatistik vom KBA in zukünftige TREMOD-Aktualisierungen einzubeziehen. Für die Herleitung der in HBEFA den LNF zugrunde gelegten Fahrmustern wurde bislang nicht nach Pkw und LNF unterschieden. Vergleiche der verfügbaren LNF- und Pkw-Fahrmuster bezüglich der Geschwindigkeit und der Wegedauer zeigen leichte Abweichungen in der Form, dass LNF tendenziell öfter mit geringeren Geschwindigkeiten und kürzerer Wegedauer unterwegs sind als Pkw. Die Unterschiede sind jedoch durchwegs gering. Es können auf der Basis der verfügbaren Datengrundlagen keine eigenständigen LNF-Fahrzyklen abgeleitet werden. Die Emissionsfaktoren in HBEFA werden über das Simulationsmodell PHEM der FVT-TU Graz generiert. Aufgrund der unzureichenden Datenlage konnten bisher für PHEM keine LNF-spezifischen Emissionskennfelder verwendet werden, d.h. es wurden modifizierte Pkw-Kennfelder für die Modellierung der Emissionsfaktoren verwendet. Mittlerweile stehen weitere LNF-Messungen für die Herleitung von Emissionskennfeldern zur Verfügung. Für die hinsichtlich der heutigen Fahrleistungen relevanten LNF-Fahrzeugschicht (N1-III-Diesel-Euro-5) liegen beispielsweise aktuell 10 zeitlich hochaufgelöste Emissionsmessungen vor, welche bei der nächsten Aktualisierung von HBEFA genutzt werden können.
The presentation deals with the simulation tool rateEFFECT which intends to answer the following questions: Which active safety systems should be developed to maximize safety benefit in real traffic accidents? What is the effectiveness of a specific active safety system in the real world? How many casualties could be avoided by such a system? It is shown that a lot of information is required to simulate existing accidents in order to estimate ADAS effects. This particularly includes numerical values for the pre-crash and in-crash phase. The database GIDAS provides a required minimum number of these parameters for a statistically significant sample.
Das Ziel des Forschungsprojekts "Quantifizierung der Passiven Sicherheit für Pkw-Insassen" besteht darin, Messergebnisse in Form von Dummybelastungswerten zu einem Sicherheitsindex zu verdichten. Zur Formulierung des dazu erforderlichen Bewertungsalgorithmus wurden folgende Zusammenhänge erarbeitet: 1. Beziehung zwischen Verletzungsschwere und Dummybelastungsgröße für relevante Körperteile, 2. Relevanzfaktoren zur Wichtung der Teilergebnisse und 3. Zusammenhang zwischen körperteilspezifischen Schutzkriterien und dem entsprechenden Erfüllungsgrad. Die wesentliche Aufmerksamkeit erforderte die Bereitstellung der Relevanzstruktur, da mit den einzelnen Relevanzfaktoren die gemessenen Belastungen entsprechend der Bedeutung der im realen Unfallgeschehen beobachteten Verletzungen bewertet werden sollten. Im Bereich der experimentellen Simulation lag das Hauptaugenmerk auf der Bereitstellung der Versuchsbedingungen, wobei die gesetzlich vorgeschriebenen Sicherheitsversuche zu berücksichtigen waren. Daraus ergab sich die Festlegung auf folgende Versuchskonstellationen: 1. Frontaler Wandaufprall, 2. Seitenaufprall einer fahrbaren Barriere auf den stehenden Pkw und 3. Kompatibilitätsversuch, bei dem ein Fahrzeug seitlich mit einem anderen Fahrzeug gleichen Typs kollidiert. Mit Hilfe eines erarbeiteten Bewertungsalgorithmus werden die versuchstechnisch gemessenen Belastungswerte normiert und der Bewertungsfunktion zugeführt. Die so ermittelten Erfüllungsgrade erhalten durch die Relevanzfaktoren eine unfallspezifische Wichtung und lassen sich über Teilsicherheitsindizes zu einem Gesamt-Sicherheitsindex zusammenfassen. Dieser Sicherheitsindex soll Aufschluss über das Niveau der inneren Sicherheit von Pkw geben.
Für eine Reihe von EU Regelungen im Bereich Fahrzeugsicherheit erlaubt eine Verordnung bereits seit dem Jahr 2010 virtuelles Testen für die Typzulassungsprüfung. Technische Details bzw. konkrete Prozeduren für spezifische Regelungen sind in dieser Verordnung jedoch nicht enthalten. Das Hauptziel des europäischen Projekts IMVITER (lmplementation of Virtual Testing in Safety Regulations) war es, basierend auf der neuen Verordnung ein virtuelles Testverfahren auszuarbeiten und dabei offene Fragen zu berücksichtigen. Um die im Projekt-Konsortium unter Berücksichtigung der Anliegen aller Interessensgruppen wie Autohersteller, Zulassungsbehörden und technischer Dienste erarbeiteten offenen Punkte zu adressieren, wurde ein generisches Flussdiagramm entwickelt, das den Ablauf einer virtuell basierten Typprüfung darstellt. ln diesem Diagramm ist der virtuelle Typgenehmigungsprozess in drei aufeinander folgende Phasen aufgeteilt, die Verifikations-, Validierungs- und Typgenehmigungsphase. Von entscheidender Bedeutung ist die Phase der Validierung des Simulationsmodells, für die im IMVITER-Projekt eine Methodik vorgeschlagen wurde. Mit der im Projekt vorgeschlagenen Validierungsmethode ist kein Austausch des Simulationsmodells zwischen Fahrzeughersteller und technischem Dienst notwendig, so dass die Vertraulichkeit von Betriebsgeheimnissen nicht gefährdet ist. Zur Validierung des Modells werden jedoch immer Versuche notwendig sein. Dies gilt sowohl für die Überpruefung von passiven als auch aktiven Fahrzeugsicherheitssystemen. Eine zusammenfassende Betrachtung der Erfahrungen aus dem IMVITER-Projekt ergab, dass mit der Einführung von virtuellem Testen keine Erhöhung der Anforderungen an die Fahrzeugsicherheit bzgl. bestehender Regelungen verbunden sein sollte. Jedoch werden auch weiterhin neue zusäztliche Regelungen erforderlich sein, da sich das Unfallgeschehen und die Fahrzeugtechnologie weiterentwickeln und ändern werden. Diese sollten von Beginn an die Möglichkeiten des virtuellen Testens nutzen, insbesondere bei Testverfahren für neue Technologien, z.B. aktiver Fahrzeugsicherheitssysteme. Hier bieten virtuelle Testverfahren nicht nur eine Kosten- oder Zeitersparnis, sondern ermöglichen teilweise erst die sinnvolle Abprüfung von neuen Sicherheitssystemen, die mit aktuellen auf Hardware-Test basierenden Verfahren überhaupt nicht möglich wären.
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.
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.