91 Fahrzeugkonstruktion
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Fahrerassistenzsystemen mit Umfeldwahrnehmung wird ein hohes Potenzial zur Unfallvermeidung zugeschrieben, wenn diese umfassender und intensiver in die Fahrdynamik von Fahrzeugen eingreifen und weiter vernetzt werden. Diese erweiterten Eingriffsmöglichkeiten erzeugen auch neue Risiken, welche vor der Genehmigung und Zulassung für den öffentlichen Straßenverkehr abgesichert werden müssen. Neuartig ist bei diesen Systemen, dass sie nur über eine Situationsrepräsentation die unfallvermeidenden Handlungen ableiten können. Somit kommt zum Risiko des Versagens von Systemkomponenten, das bereits durch die ISO 26262-Norm zur funktionalen Sicherheit adressiert ist, das Risiko aufgrund einer falschen Interpretation auftretenden, nicht situationsgemaessen Auslösung, z. B. durch Situationskonstellationen, die bei der Entwicklung nicht berücksichtigt wurden und daher in den Funktionsspezifikationen nicht enthalten sind. Um die Anforderungen an Absicherungsmethoden für diese Assistenzsysteme zu identifizieren, werden diese zusammengestellt und der Absicherungsaufwand mit bestehenden Methoden, bspw. aufbauend auf den Anforderungen der ISO 26262, bestimmt. Die Analyse zeigt, dass bisherige Ansätze sowohl hinsichtlich der objektiven Nachweisbarkeit der Vollständigkeit der theoretisch möglichen Situationen Lücken aufweisen als auch hinsichtlich des Umfangs der notwendigen Spezifikationen und deren Prüfung in Versuchen. Aufgrund des daher zu erwartenden Aufwands für den Nachweis eines sicheren Verhaltens der Systeme sind eine Priorisierung von Fahrsituationen und die Gewährleistung einer hohen Übertragbarkeit von Bewertungsergebnissen notwendig. Um die Vollständigkeitsproblematik zu adressieren, wird ein Ansatz vorgestellt, der eine objektive Bewertung und den Vergleich von Fahrsituationen ermöglicht. Abschließend werden die Erkenntnisse zusammengefasst und notwendige weitere Schritte für die Schaffung einer einheitlichen Absicherungsstrategie für Fahrerassistenzsysteme abgeleitet.
Accident research 2.0: New methods for representative evaluation of integral safety in traffic
(2013)
BMW has developed a procedure for rating Advanced Driver Assistance Systems (ADAS) benefits that integrates two distinct tools. The tool "S.A.F.E.R." is designed to analyze the pre-crash phase. The aim of S.A.F.E.R. is to simulate all relevant processes in sufficient detail to obtain reproducible estimates of key indicators (effectiveness, false positives, etc.). The relevant processes include not only traffic and vehicle dynamics, but also environmental and most importantly human factors. Representative distributions of factors and parameters are obtained by taking the stochastic variation of all relevant parameters into account in the simulations. The second tool, known as "ICOS", has been designed to provide a high-resolution, high-fidelity description of crash phase dynamics. If one converts the outputs of stochastic simulation into inputs for crash dynamics, the result is a comprehensive description of exactly how a safety system can reduce injuries. Applications currently focus on high-fidelity simulation of individual crashes in order to enhance our understanding and optimization of connected safety systems. An integrated simulation process thus allows an exact prediction of the effectiveness in individual cases in terms of injury severity. The development and rating of integral safety need to reflect the true efficiency in the field. The integrated approach described here could provide a valid and reproducible basis for rating connected systems of active and passive safety. In particular, "virtual experiments" using a traffic-based approach and incorporating models of all relevant processes constitute an essential element of the approach.
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.
Ziel dieser Arbeit war die Entwicklung eines numerischen Modells des menschlichen knöchernen Thorax, das insbesondere altersabhängige geometrische Faktoren berücksichtigt. Dieses Modell soll sowohl die männliche als auch die weibliche Population der über 64-Jährigen repräsentieren und eine an diese Altersgruppe angepasste Verletzungssimulation ermöglichen. Die vorliegende Studie identifiziert zunächst an Hand eines Kollektivs aus 126 postmortem und 40 klinischen computertomografischen Schnittbildaufnahmen eine ganze Reihe geometrischer Parameter, die sich mit dem Alter verändern. Zu den untersuchten Parametern gehören sowohl Winkel der Rippen im Raum und innerhalb des Rippenbogens, eine detaillierte Erfassung von Parametern der einzelnen Rippe (Querschnittsfläche, Krümmung, Longitudinale Verdrillung), Parameter der Wirbelsäule als Ganzes (Skoliose, Kyphose, Rotation) und einzelner Wirbel sowie des Brustbeins. Weiterhin wurden die Grundmasse des ganzen Thorax (Thoraxtiefe, Thoraxbreite) untersucht. Die hier gefundenen Altersabhängigkeiten dienten als Eingabeparameter zur Erstellung von insgesamt neun aus dem Menschmodell THUMS 3 gemorphter alter und junger Finite-Elemente Thoraxmodelle. Implementiert wurden hierbei sowohl Durchschnittsmaße als auch extreme Maße. Die Ergebnisse zeigen mehrere sich im Alter signifikant verändernde Parameter. Als wichtigste unter ihnen sind eine Zunahme der Thoraxtiefe und Thoraxbreite im Alter, die signifikante Veränderung einiger Rippenwinkel im Raum sowie der Krümmung der sechsten und siebten Rippe zu nennen. Zudem wird die Wirbelsäulenform kyphotischer und das Sternum am Übergang zwischen Manubrium und Corpus sternii gewinkelter. Die Menschmodelle THUMS 3, THUMS 4 und HUMOS 2 sind weder als typisch alt, noch typisch jung einzuordnen, dies unterscheidet sich teils von Parameter zu Parameter. Die auf Basis der Geometrie-Inputdaten durchgeführten Finite-Elemente Simulationen zeigen einen deutlichen Einfluss der zunehmenden Thoraxtiefe im Alter auf die posteriore Kraft an der Auflagefläche der Rippen sowie die Spannungsverteilung entlang der Rippen. Sie wirkt sich jedoch entgegen der Erwartungen protektiv aus und dominiert andere Faktoren wie die unterschiedlichen Rippenwinkel. Abschließend betrachtet wird ein Menschmodell, welches das 75. Perzentil der alten Bevölkerung repräsentiert, als ausreichend aussagekräftig hinsichtlich der im Alter veränderten Geometrie klassifiziert und gleichzeitig als mit angemessenem Aufwand realisierbar angesehen. Es wird daher für die Bewertung von Sicherheitssystemen empfohlen.
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.
The overall purpose of the ASSESS project is to develop a relevant and standardised set of test and assessment methods and associated tools for integrated vehicle safety systems, primarily focussing on currently available pre-crash sensing systems. The first stage of the project was to define casualty relevant accident scenarios so that the test scenarios will be developed based on accident scenarios which currently result in the greatest injury outcome, measured by a combination of casualty severity and casualty frequency. The first analysis stage was completed using data from a range of accident databases, including those which were nationally representative (STATS19, UK and STRADA, SE) and in-depth sources which provided more detailed parameters to characterise the accident scenarios (GIDAS, DE and OTS, UK). A common analysis method was developed in order to compare the data from these different sources, and while the data sets were not completely compatible, the majority of the data was aligned in such a way that allowed a useful comparison to be made. As the ASSESS project focuses on pre-crash sensing systems fitted to passenger cars, the data selected for the analysis was "injury accidents which involved at least one passenger car". The accident data analysis yielded the following ranked list of most relevant accident scenarios: Rank Accident scenario 1 Driving accident - single vehicle loss of control 2 Accidents in longitudinal traffic (same and opposite directions) 3 Accidents with turning vehicle(s) or crossing paths in junctions 4 Accidents involving pedestrians The ranked list highlights the relatively large role played by "accidents in longitudinal traffic", and "accidents with turning vehicle(s) or crossing paths in junctions" (the second and third most prevalent accident scenarios, respectively). The pre-crash systems addressed in ASSESS propose to yield beneficial safety outcomes with specific regard to these accident scenarios. This indicates that the ASSESS project is highly relevant to the current casualty crash problem. In the second stage of the analysis a selection of these accident scenarios were analysed further to define the accident parameters at a more detailed level .This paper describes the analysis approach and results from the first analysis stage.
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.
Over the past two decades the popularity of consumer crash test programs, commonly referred to as New Car Assessment Programs (NCAP), has grown across the world. They are popular among government regulators as they afford a means of promoting safety innovations and levels of vehicle performance beyond those dictated by national standards. They also fulfill the demand for information regarding the safety ranking of vehicles among consumers contemplating the purchase of a new vehicle. There is no question that consumer crash test programs greatly influence vehicle design changes as well as accelerate the fitment of new safety features. The extent to which these changes can be expected to reduce serious and potentially fatal injuries will be influenced by how well the testing protocols and associated rating schemes correctly reflect the nature of the residual safety problem they seek to address. Drawing on data contained primarily in the US National Automotive Sampling System (NASS), the field relevance of current and proposed testing and rating protocols addressing frontal crash test protection is examined. Emphasis is placed on examining how accurately injury rates computed from the dummy responses measured in consumer crash tests correspond to actual injury rates observed in the field. Additional data from Canadian field investigations and US databases such as the National Motor Vehicle Crash Causation Survey (NMVCCS) are examined to see how well frontal airbag firing times, crush pulse durations and other determinants of injury are replicated in consumer testing protocols. This portion of the analysis draws on data obtained from Event Data Recorders (EDR) in both field collisions and staged tests of the same vehicle model. Vehicle rankings and overall frontal crash test ratings were found to be particularly sensitive to the choice of injury risk functions employed in the test. This was particularly true in the case of injury risk functions used to assess neck injury potential. Neck injury risk derived from Nij was found to show the least agreement with the field. Agreement between field chest injury rates and those derived from crash tests was improved considerably when chest injury risk functions for "older" occupants were employed. The paper concludes with a discussion of how different current testing protocols could be improved to enhance their field relevance.
Assessment of the effectiveness of Intersection Assistance Systems at urban and rural accident sites
(2015)
An Intersection Collision Avoidance System is a promising safety system for accident avoidance or injury mitigation at junctions. However, there is still a lack of evidence of the effectiveness, due to the missing real accident data concerning Advanced Driver Assistance Systems. The objective of this study is the assessment of the effectiveness of an Intersection Collision Avoidance System based on real accidents. The method used is called virtual pre-crash simulation. Accidents at junctions were reconstructed by using the numerical simulation software PC-Crashâ„¢. This first simulation is called the baseline simulation. In a second step the vehicles of these accidents were equipped with an Intersection Collision Avoidance System and simulated again. The second simulation is called the system simulation. In the system simulation two different sensors and four different intervention strategies were used, based on a time-to-collision approach. The effectiveness of Intersection Collision Avoidance System has been evaluated by using an assessment function. On average 9% of the reviewed junction accidents could have been avoided within the system simulations. The other simulation results clearly showed a change in the principal direction of force, delta-v and reduction of the injury severity.
Die vom Bundesministerium für Verkehr, Bau und Stadtentwicklung (BMVBS) beauftragte Studie zu den Auswirkungen neuartiger Lastzugkombinationen auf die Infrastruktur, den Verkehrsablauf und die Verkehrssicherheit liegt jetzt vor. Die Untersuchungen der Arbeitsgruppe der Bundesanstalt für Straßenwesen (BASt) konzentrieren sich ausschließlich auf die technischen Fragestellungen. Die wesentlichen Ergebnisse: - Eine erhöhte Straßenschädigung ist wegen der zugrunde gelegten neuen Fahrzeugtypen mit acht Achsen nicht zu erwarten. Infolge der prognostizierten allgemeinen Transportleistungssteigerung ist dieser Effekt jedoch von begrenzter Dauer. - Die Beanspruchung der Brücken wird durch 60-Tonnen-Lastzugkombinationen deutlich erhöht, was Ersatz oder Verstärkungen erforderlich machen wird. - Für die Tunnel der Bundesfernstraßen können sich wegen des deutlich größeren Ladevolumens höhere Brandlasten ergeben, mit der Folge erhöhter Anforderungen an die Sicherheitsausstattung. - Probleme bei der Befahrbarkeit von Kreisverkehren, Straßenkreuzungen und -einmündungen sowie Parkplätzen auf Rastanlagen werden sich infolge der größeren Fahrzeuglängen ergeben. Durch zusätzliche fahrzeugtechnische Einrichtungen - wie Lenkachse oder zusätzliche Gelenke - können diese gemindert werden. - Nach den vorliegenden Erfahrungen aus dem Ausland sind für ausreichend motorisierte und mit zuverlässigen Bremsanlagen ausgerüstete Transportfahrzeuge keine gravierenden Probleme hinsichtlich des Verkehrsablaufs und der Verkehrssicherheit auf Autobahnen zu erwarten. Im nachgeordneten Straßennetz (insbesondere Landes-, Kreis- und Gemeindestraßen) ist mit negativen Auswirkungen der Lastzugkombinationen sowohl auf die Verkehrssicherheit als auch auf die Leistungsfähigkeit der Straßen zu rechnen. So muss beispielsweise mit längeren Überholwegen und längeren Räumzeiten - etwa beim Abbiegen und an Bahnübergängen - gerechnet werden. - Die derzeitigen Schutz- und Rückhaltesysteme sind nicht für 60-Tonnen-Lastzugkombinationen ausgelegt. Derartige Rückhaltesysteme müssten erst entwickelt werden. Aufgrund der höheren Fahrzeuggewichte könnte die Unfallschwere bei Auffahrunfällen deutlich zunehmen. Moderne Fahrerassistenzsysteme (Spurhalteassistent sowie Bremsassistent mit Abstandsradar) könnten jedoch grundsätzlich dazu beitragen, sowohl Unfallrisiko als auch Unfallschwere zu verringern.