Abteilung Fahrzeugtechnik
Airbags sind ein wichtiger Bestandteil der passiven Sicherheitsausstattung von Fahrzeugen, haben sich in den letzten 30 Jahren stark weiterentwickelt und somit die Schutzwirkung für die Insassen weiter erhöht. Ziel dieser Arbeit ist es, auf Basis verschiedener Datensätze die Schutzwirkung von modernen Airbagsystemen aufzuzeigen und weiteres Opimtierungspotential offenzulegen. Dabei wurde der Fokus auf die Analyse von Realunfalldaten und Verletzungen durch Airbags und deren Schallpegel gesetzt.
Daten aus dem Unfallgeschehen im Straßenverkehr wurden auf Basis von GIDAS- und NASS-Daten ausgewertet. Mittels der ausgewerteten GIDAS-Daten konnte gezeigt werden, dass bei einem Delta-v von ca. 20 km/h bereits 50 % aller Airbags ausgelöst wurden, welches nicht den Erwartungshorizont der Auslöseschwelle von 25 bis 30 km/h nach KLANNER et al. (2004) entspricht. Außerdem wurde ein Trend erkannt, der zeigt, dass bei neueren Fahrzeugen die Anzahl der Airbagzündungen in einem Unfall steigt. Eine statistische Auswertung von airbaginduzierten Verletzungen ergab, dass keine statistisch signifikanten Ergebnisse in Bezug auf airbaginduzierte Verletzungen entnommen werden konnten, allerdings konnten in den analysierten Fällen leichte Verletzungen identifiziert werden, die durch die Airbagzündung verursacht wurden. Die festgestellten Verletzungen waren beispielsweise Schürfwunden, Prellungen und Verbrennungen bis maximal 2. Grades. Es wurden 14 Einzelfälle analysiert bei denen die Verletzungsschwere höher war, als es die Unfallschwere erwarten ließ. Davon waren elf Unfälle durch schlechte strukturelle Interaktion gekennzeichnet, beispielsweise Unterfahren, zentraler Stoß oder Stoß außerhalb der Längsträger. Im vorliegenden GIDAS-Datenmaterial und in der Analyse von MHH Patientinnen- und Patientendaten konnten Einzelfälle, bei denen es zu Hörschädigung in Folge einer Airbagzündung kam, identifiziert werden, allerdings konnte keine statistisch signifikante Verbindung zwischen Airbagzündung und einer Hörschädigung festgestellt werden.
Auf Basis der analysierten GIDAS-Fälle wurde eine Versuchsmatrix entwickelt, um die aufgezeigten Probleme mittels experimenteller Unfallrekonstruktion und akustischer Messungen zu adressieren. In der Unfallrekonstruktion mit zentralem Baumaufprall konnte gezeigt werden, dass bei dem vorliegenden Fall eine frühere Airbagzündung das Brustverletzungsrisiko hätte senken können und somit die vorliegende Brustverletzung wahrscheinlich vermieden hätte. In dem analysierten Auffahrunfall mit einer Unterfahrensituation konnte gezeigt werden, dass die Airbagauslösung unnötig war, da das Verletzungsrisiko durch die Airbagzündung nicht reduziert wurde. In diesem Fall hätte eine unterdrückte Airbagzündung die Hörschädigung des Fahrers verhindert.
Im Rahmen der durchgeführten akustischen Messungen wurden systematische Messungen von Schallpegeln in Fahrzeugen während eines Unfalls und im Stand gemessen. Es konnte gezeigt werden, dass die Crashbegleitgeräusche der Fahrzeugdeformation ausreichen, um den Stapediusreflex auszulösen, dadurch ist das Risiko einer Hörschädigung gering – trotz Pegel von über 160 dB. Das Risiko für eine Hörschädigung steigt mit der Anzahl der gezündeten Airbags durch die kurze Aneinanderreihung von Knallereignissen trotz ausgelösten Stapediusreflex. Auch bei frühen Zündzeitpunkten steigt das Risiko einer Hörschädigung, da der Stapediusreflex noch nicht ausgelöst ist oder sich in der Anschwellphase befindet und somit seine Schutzwirkung nicht komplett entfalten kann.
Mit den analysierten Daten konnte gezeigt werden, dass die Schutzwirkung von Airbags unumstritten ist, allerdings wurde Optimierungspotential in den Zündalgorithmen offengelegt. Das gilt für Unfälle mit schlechter struktureller Interaktion und daraus resultierendem nicht optimalen Zündzeitpunkt und für eine unnötige Airbagauslösung bei geringer Unfallschwere. Weiteres Optimierungspotential zur Reduzierung des Verletzungsrisikos besteht bei Airbags hinsichtlich ihres Potentials Schürfwunden, Prellungen, Verbrennungen und Hörschäden zu verursachen.
Autonomous Emergency Braking (AEB) systems for pedestrians have been predicted to offer substantial benefit. On this basis, consumer rating programmes, e.g. Euro NCAP, are developing rating schemes to encourage fitment of these systems. One of the questions that needs to be answered to do this fully, is to determine how the assessment of the speed reduction offered by the AEB is integrated with the current assessment of the passive safety for mitigation of pedestrian injury. Ideally, this should be done on a benefit related basis. The objective of this research was to develop a benefit based methodology for assessment of integrated pedestrian protection systems with pre-crash braking and passive safety components. A methodology has been developed which calculates the cost of pedestrian injury expected, assuming all pedestrians in the target population (i.e. pedestrians impacted by the front of a passenger car) are impacted by the car being assessed, taking into account the impact speed reduction offered by the car’s AEB (if fitted) and the passive safety protection offered by the car’s frontal structure. For rating purposes, this cost can be normalised by comparing it to the cost calculated for selected cars. The methodology uses the speed reductions measured in AEB tests to determine the speed at which each casualty in the target population will be impacted. The injury to each casualty is then calculated using the results from standard Euro NCAP pedestrian impactor tests and injury risk curves. This injury is converted into cost using ‘Harm’ type costs for the body regions tested. These costs are weighted and summed. Weighting factors were determined using accident data from Germany and GB and the results of a benefit analysis performed by the EU FP7 AsPeCSS project. This resulted in German and GB versions of the methodology. The methodology was used to assess cars with good, average and poor Euro NCAP pedestrian ratings, with and without a current AEB system fitted. It was found that the decrease in casualty injury cost achieved by fitting an AEB system was approximately equivalent to that achieved by increasing the passive safety rating from poor to average. Also, it was found that the assessment was influenced strongly by the level of head protection offered in the scuttle and windscreen area because this is where head impact occurs for a large proportion of casualties. The major limitation within the methodology is the assumption used implicitly during weighting. This is that the cost of casualty injuries to body areas, such as the thorax, not assessed by the headform and legform impactors, and other casualty injuries such as those caused by ground impact, are related linearly to the cost of casualty injuries assessed by the impactors. A methodology for assessment of integrated pedestrian protection systems was developed. This methodology is of interest to consumer rating programmes which wish to include assessment of these systems. It also raises the interesting issue if the head impact test area should be weighted to reflect better real-world benefit.
Airbags are, together with the three-point belt, the most effective passive safety equipment of vehicles. However, literature shows that sound pressure levels of up to 170 dB can occur during airbag deployment. A literature review revealed no systematic experimental data on possible hearing loss by airbag deployment, that also takes any other crash accompanied noise into account, such as deformation and impact noise. Also the rising number of airbags per vehicle resulting in a higher number of deployed airbags in an accident was not addressed with respect to hearing loss. Thus, an extensive test matrix of noise measurements during airbag deployments was conducted including onboard measuring during crashes and static measurements. Dynamic and static experiments with single and multiple airbag deployments were conducted. The results of this study show, that in the analyzed crash constellations the acoustic emission of the collision as well as the car deformation can trigger the stapedius reflex before the airbag deployment. The stapedius reflex protects the inner ear at least partially in case of dangerous sound levels. However, it seems that multiple airbag deployments in a short sequence pose a considerable risk for hearing impairments despite the fully contracted stapedius muscle. Further and in line with Price et al. (2013) it was found that the risk of hearing loss is lower with closed windows. The analysis of patient and accident data showed no link between airbag deployment and hearing loss. This might be caused by low case numbers of reported hearing loss problems up to now. In conclusion the results show that a singular analysis of the sound pressure of airbag deployments without crash accompanied noises is not sufficient as the protective effect of the stapedius reflex is neglected. Still, successive airbag deployments in a short timeframe raise the risk of hearing loss. Further investigation on hearing impairment due to airbag deployment and triggering of the stapedius reflex is needed and the data acquisition of accidents and patients should consider hearing loss aspects.
Anhand von zwei verschiedenen Versuchskonfigurationen wurde das Schutzpotential von Kopfschutzsystemen (Fahrradhelm und airbagbasiertes System) untersucht. Hierbei wurden die resultierende Kopfbeschleunigung als Messwert sowie das Kopfverletzungskriterium HIC bei Versuchen ohne und mit Kopfschutzsystem vergleichend gegenübergestellt.