Abteilung Fahrzeugtechnik
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Der Anteil von Geländefahrzeugen an der Gesamtzahl von Personenkraftwagen betrug im Juli 1991 in den alten Bundesländern ca. 1,1 Prozent. Nach eigenen Erhebungen sind etwa 62 Prozent der Geländefahrzeuge mit einem Frontschutzbügel ausgestattet. Der Bundesminister für Verkehr hat die BASt beauftragt zu prüfen, ob solche Konstruktionen einen Einfluss auf die Verletzungen bei Kollisionen mit Fußgängern und Zweiradbenutzern haben. Dazu wurde das Datenmaterial der Unfallerhebung der Medizinischen Hochschule Hannover ausgewertet und die um fahrzeugtechnische Angaben ergänzten Unfalldaten aus Nordrhein-Westfalen betrachtet. Weiterhin wird von Komponententests berichtet, die den Anprall menschlicher Körperteile an das Fahrzeug simulieren. Mit den Ergebnissen dieser Untersuchung wurde ein Frontschutzbügel hergestellt, der weniger aggressiv gegenüber ungeschützten Verkehrsteilnehmern ist. Zur Quantifizierung der Gefährdung von Fußgängern wurden zwei gängige Geländefahrzeugtypen mit und ohne Frontschutzbügel gemäß dem Prüfvorschlag der EEVC-WG 10 zur Bestimmung der Fußgängerverträglichkeit von Pkw-Frontflächen getestet. Die Ergebnisse aus den Versuchsreihen wurden mit Ergebnissen aus Versuchen an normalen Pkw verglichen.Es kann festgestellt werden, dass bei einem Unfall mit Kopfanprall eines Kindes an ein mit Frontschutzbügel ausgestattetes Geländefahrzeug bei 20 km/h mit gleichen Kopfbelastungen zu rechnen ist, wie bei einem Unfall mit 30 km/h mit einem Geländefahrzeug ohne Frontschutzbügel, beziehungsweise mit 40 km/h mit einem normalen Pkw. Für den Hüftanprall eines Erwachsenen an die Haubenkante ist bei einer Fahrzeuggeschwindigkeit von 25 km/h bei einem Fahrzeug mit Frontschutzbügel mit gleichen Belastungen zu rechnen, wie bei einem Unfall mit einem Fahrzeug ohne Frontschutzbügel bei 40 km/h (Pkw oder Geländewagen). Für die Belastungen des Knies eines Erwachsenen lässt sich keine Verschlechterung durch montierte Frontschutzbügel ableiten.
Beschrieben wird die Evaluierung eines Testverfahrens der Arbeitsgruppe 10 des European Experimental Vehicle Committee, mit dem die "Fußgängerverträglichkeit" von Frontflächen von Personenkraftwagen bestimmt werden kann. Dabei werden verschiedene Anprallarten von Fußgängern an Fahrzeugen simuliert: der Anprall eines Beines an den Stoßfänger, der Anprall des Oberschenkels an die Vorderkante der Fronthaube und der Anprall des Kopfes auf die Fronthaube. Im Beitrag wird auf die Durchführung von Tests zum Oberschenkelanprall und zum Beinanprall an drei verschiedenen Fahrzeugtypen eingegangen. Beschrieben werden Testverfahren, Versuchsaufbau und Versuchsdurchführung. Die Versuchsreihe zeigte, dass das entwickelte Testverfahren praktikabel ist.
Es wurden Versuchsreihen mit Trageeinrichtungen von Motorrad- und Fahrradhelmen durchgeführt. Trageeinrichtungen sollen bei einem Unfall verhindern, dass es zu einem Verlust des Helms kommt. Zur Prüfung der Belastbarkeit von Trageeinrichtungen wurde ein Prüfstand entwickelt und aufgebaut, mit dem die Kraft, der ein Tragesystem standhalten kann, bestimmt werden kann. Die Ergebnisse belegen, dass Tragesysteme von Motorradhelmen Kräften widerstehen können, die fast dreimal so hoch sind, wie die unter Standardbedingungen der ECE-R 22 aufgebrachten. Vier der fünf getesteten Fahrradhelme widerstanden höheren Kräften als im Normentwurf gefordert.
Die Untersuchung sollte erörtern, ob es empfehlenswert ist, das Testverfahren zum streifenden Anprall eines Motorradhelmes auf die Straßenoberfläche in die ECE-R 22 aufzunehmen. Dazu war zu klären, ob die Testmethode geeignet ist, rotatorische Kräfte auf den Prüfkopf zu erfassen und ob sich aufgrund der Unfallsituationen eine Notwendigkeit für ein solches Testverfahren ergibt. Die Messergebnisse zeigen, dass der Zusammenhang zwischen der verletzungswirksamen Rotationsbeschleunigung und der im Testverfahren gemessenen Tangentialkraft nicht ohne Zweifel belegbar ist. Somit wäre zu fordern, dass statt der Tangentialkraft die Rotationsbeschleunigung als Verletzungskriterium betrachtet wird. Dafür wird jedoch ein sehr hoher Anspruch an die Messtechnik im Labor gestellt. Aus der Sicht der Unfallforschung lässt sich sagen, dass bei derartigen Anprallsituationen, insbesondere bei Anprallgeschwindigkeiten von unter 40 km/h, die sich im Laborversuch realisieren lassen, nur mäßige Kopfverletzungen auftreten (AIS 2 oder geringer). Der hohe Aufwand des Testverfahrens scheint also nicht gerechtfertigt zu sein.
Der Nutzen des Schutzhelmes für motorisierte Zweiradfahrer ist unumstritten. Die Grenzwerte für eine zulässige Kopfbeschleunigung bei der Prüfung des Dämpfungsverhaltens gemäß ECE-R 22 sind jedoch weiterhin in der Diskussion. In der vorliegenden Untersuchung wird deshalb die Kopfbelastung eines Dummys beim Pkw-Crash-Versuch mit den Belastungen des behelmten Prüfkopfes bei Fallversuchen gemäß ECE-R 22 verglichen. Bei den durchgeführten Fallversuchen besteht ein enger Zusammenhang zwischen HIC und maximaler Beschleunigung, der durch eine analytische Funktion beschrieben werden kann. Es kann gezeigt werden, dass die bei ECE-R 22 zulässige Kopfbeschleunigung von 300 g einem HIC von etwa 3400 entspricht. Zur Bewertung von Schutzhelmen mit verbesserten Stoßabsorptionseigenschaften erscheint es sinnvoll, wie anhand von Modellrechnungen gezeigt wird, den HIC als Schutzkriterium einzuführen. Bei einer Anprallgeschwindigkeit von 7 m/s kann ein HIC von 1500 als realistische Forderung angesehen werden, sofern bei der ECE-Regelung der sogenannte Zweitschlag entfällt. Bei den Pkw-Versuchen ist kein Zusammenhang zwischen HIC und maximaler Beschleunigung vorhanden. Hier ist der HIC als Verletzungskriterium etabliert, und das ist für den komplexen Verlauf des Signals der Kopfbeschleunigung sinnvoll. Eine Bewertung nach anderen Kopfschutzkriterien würde die Rangfolge der einzelnen Versuche ändern. Bei Helmversuchen auf den Stirnanprallpunkt B werden starke Rotationen des rückprallenden Systems Prüfkopf/Helm beobachtet. In Verbindung damit treten hohe Rotationsbeschleunigungen auf. Diese liegen, wie bei einem Teil der Helmversuche gemessen, zwischen 2,4 und 4,8 krad/s2.
A biofidelic flexible pedestrian legform impactor (FlexPLI) has been developed from the year 2000 onwards and evaluated by a technical evaluation group (Flex-TEG) of UN-ECE GRSP. A recently established UN-ECE GRSP Informal Group on GTR9 Phase 2 is aiming at introducing the FlexPLI within world-wide regulations on pedestrian safety (Phase 2 of GTR No. 9 as well as the new UN regulation 127 on pedestrian safety) as a test tool for the assessment of lower extremity injuries in lateral vehicle-to-pedestrian accidents. Besides, the FlexPLI has already been introduced within JNCAP and is on the Euro NCAP roadmap for 2014. Despite of the biofidelic properties in the knee and tibia sections, several open issues related to the FlexPLI, like the estimation of the cost benefit, the feasibility of vehicle compliance with the threshold values, the robustness of the impactor and of the test results, the comparability between prototype and production level and the finalization of certification corridors still needed to be solved. Furthermore, discussions with stakeholders about a harmonized lower legform to bumper test area are still going on. This paper describes several studies carried out by the Federal Highway Research Institute (BASt) regarding the benefit due to the introduction of the FlexPLI within legislation for type approval, the robustness of test results, the establishment of new assembly certification corridors and a proposal for a harmonized legform to bumper test area. Furthermore, a report on vehicle tests that previously had been carried out with three prototype legforms and were now being repeated using legforms with serial production status, is given. Finally, the paper gives a status report on the ongoing simulation and testing activities with respect to the development and evaluation of an improved test procedure with upper body mass for assessing pedestrian femur injuries.
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.
A legform impactor with biofidelic characteristics (FlexPLI) which is being developed by the Japanese Automobile Research Institute (JARI) is being considered as a test tool for legislation within a proposed Global Technical Regulation on pedestrian protection (UNECE, 2006) and therefore being evaluated by the Technical Evaluation Group (TEG) of GRSP. In previous built levels it already showed good test results on real cars as well as under idealised test conditions but also revealed further need for improvement. A research study at the Federal Highway Research Institute (BASt) deals with the question on how leg injury risks of modern car fronts can be revealed, reflected and assessed by the FlexPLI and how the impactor can be used and implemented as a legislative instrument for the type approval of cars according to current and future legislations on pedestrian protection. The latest impactor built level (GTα ) is being evaluated by a general review and assessment of the certification procedure, the knee joint biofidelity and the currently proposed injury criteria. Furthermore, the usability, robustness and durability as a test tool for legislation is examined and an assessment of leg injuries is made by a series of tests with the FlexPLI on real cars with modern car front shapes as well as under idealised test conditions. Finally, a comparison is made between the FlexPLI and the current european legislation tool, the legform impactor according to EEVC WG 17.
Supported by field accident data and monitoring results of European Regulation (EC) No. 78/2009, recent plans of the European Commission regarding a way forward to improve passive safety of vulnerable road users include, amongst other things, an extension of the head test area. The inclusion of passive cyclist safety is also being considered by Euro NCAP. Although passenger car to cyclist collisions are often severe and have a significant share within the accident statistics, cyclists are neither considered sufficiently in the legislative nor in the consumer ratings tests. Therefore, a test procedure to assess the protection potential of vehicle fronts in a collision with cyclists has been developed within a current research project. For this purpose, the existing pedestrian head impact test procedures were modified in order to include boundary conditions relevant for cyclists as the second big group of vulnerable road users. Based on an in-depth analysis of passenger car to cyclist accidents in Germany the three most representative accident constellations have been initially defined. The development of the test procedure itself was based on corresponding simulations with representative vehicle and bicycle models. In addition to different cyclist heights, reaching from a 6-year-old child to a 95%-male, also four pedal positions were considered. By reconstruction of a real accident the defined simulation parameters could be validated in advance. The conducted accident kinematics analysis shows for a large portion of the constellations an increased head impact area, which can reach beyond the roof leading edge, as well as high average values for head impact velocity and angle. Based on the simulation data obtained for the different vehicle models, cyclist-specific test parameters for impactor tests have been derived, which have been further examined in the course of head and leg impact tests. In order to study the cyclist accident kinematics under real test conditions, different full scale tests with a Polar-II dummy positioned on a bicycle have been conducted. Overall, the tests showed a good correlation with the simulations and support the defined boundary test conditions. Typical accident scenarios and simulations reveal higher head impact locations, angles and velocities. An extended head impact area with modified test parameters will contribute to an improved protection of vulnerable road users including cyclists. However, due to significantly differing impact kinematics and postures between the lower extremities of pedestrians and cyclists, these injuries cannot be addressed by the means of current test tools such as the flexible pedestrian legform impactor FlexPLI. Based on the findings obtained within the project as well as the existing pedestrian protection requirements a cyclist protection test procedure for use in legislation and consumer test programmes has been developed, whose requirements have been transferred into a corresponding test specification. This specification provides common head test boundary conditions for pedestrians and cyclists, whereby the existing requirements are modified and two parallel test procedures are avoided.
A flexible pedestrian legform impactor (FlexPLI) with biofidelic characteristics is aimed to be implemented within global legislation on pedestrian protection. Therefore, it is being evaluated by a technical evaluation group (Flex-TEG) of GRSP with respect to its biofidelity, robustness, durability, usability and protection level (Zander, 2008). Previous studies at the Federal Highway Research Institute (BASt) and other laboratories already showed good progress concerning the general development, but also the need for further improvement and further research in various areas. An overview is provided of the different levels of development and all kinds of evaluation activities of the Flex-TEG, starting with the Polar II full scale pedestrian dummy as its origin and ending up with the latest legform impactor built level GTR that is expected to be finalized by the end of the year 2009. Using the latest built levels as a basis, gaps are revealed that should be closed by future developments, like the usage of an upper body mass (UBM), the validation of the femur loads, injury risk functions for the cruciate knee ligaments and an appropriate certification method. A recent study on an additional upper body mass being applied for the first time to the Flex-GT is used as means of validation of recently proposed modified impact conditions. Therefore, two test series on a modern vehicle front using an impactor with and without upper body mass are compared. A test series with the Flex-GTR will be used to study both the comparability of the impact behavior of the GT and GTR built level as well as the consistency of test results. Recommendations for implementation within legislation on pedestrian protection are made.