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Testverfahren zur Bewertung und Verbesserung von Kinderschutzsystemen beim Pkw-Seitenaufprall
(2003)
Die gegenwärtige europäische Regelung zur Prüfung und Zulassung von Kinderschutzsystemen (KSS) für Pkw (ECE-R44-03) beinhaltet dynamische Tests zur Frontal- und Heckaufprallsimulation. Der Seitenaufprall ist bisher nicht berücksichtigt, obwohl die Verletzungsschwere und die Folgekosten groß sind. Im Gegensatz zum Frontal- und Heckaufprall ist der Seitenaufprall gekennzeichnet durch eine direkte Lasteinleitung durch intrudierende Strukturen. Das Kinderschutzsystem und das Kind werden durch große Kontaktkräfte direkt beaufschlagt. Verletzungen des Kopfes und Halsbereichs von Kindern in KSS sind hierbei häufig und schwer. Seit 1993 beschäftigt sich daher eine ISO-Arbeitsgruppe (International Standardization Organisation) mit der Entwicklung eines Testverfahrens zur Prüfung von KSS beim Seitenaufprall. Die Ziele und entsprechende Ideen sowie Konzepte beteiligter Parteien sind bis heute kontrovers, so dass bisher keine endgültige Einigung im Rahmen der Arbeitsgruppe erzielt werden konnte. Ziel der vorliegenden Arbeit als Abschluss eines Projekts der BASt (Bundesanstalt für Straßenwesen) und dem Fachgebiet Kraftfahrzeuge der TU Berlin ist es, die komplexe Problematik zu dem Thema umfassend darzustellen und gleichzeitig einen ganzheitlichen Lösungsvorschlag anzubieten. Hierzu sind die Teilergebnisse der ISO-Arbeitsgruppe im ersten Schritt strukturiert und analysiert worden. Wissenslücken wurden detektiert und in einem weiteren Schritt beseitigt. Alle Teilergebnisse wurden im Rahmen der ISO-Arbeitsgruppe präsentiert, diskutiert und größtenteils auch akzeptiert. Der aktuelle Stand der ISO-WG1 ist somit maßgeblich von den hier erzielten Ergebnissen beeinflusst. Als Kern der vorliegenden Arbeit ist an der TU Berlin das Konzept für ein Testverfahren entwickelt, umgesetzt und geprüft worden. Die wesentlichen Parameter des realen Seitenaufpralls wie: - Beschleunigungsniveau des gestoßenen Pkw, - Delta-v des gestoßenen Pkw, - Maximalintrusion beim gestoßenen Pkw sowie - die maximale Intrusionsgeschwindigkeit im Kopfbereich sind wiedergegeben. In Abgrenzung zu aktuellen, komplexen Schlittentestverfahren, die z.B. zur Entwicklung von Seitenairbags dienen, ist die statische und dynamische Intrusionsgestalt einer realen Pkw-Seitenstruktur hingegen stark vereinfacht, aber ausreichend dargestellt. Die Ergebnisse zeigen, dass es prinzipiell möglich ist, das Schutzpotential von rückwärtsgerichteten sowie vorwärtsgerichteten KSS mit dieser Prozedur zu analysieren. Die Seitenaufprallabbildungsgüte ist hoch bei einer gleichzeitig sehr guten Reproduzierbarkeit der Messergebnisse. So zeigen die Tests, dass die Kinematik des Kopf- und Halsbereichs im Wesentlichen von der Gestalt des KSS im Seitenbereich abhängig ist. Ausreichend große Seitenwangen können den Kopf flächig stützen und vermeiden so den direkten Kontakt zu intrudierenden Strukturen. Gleichzeitig wird die starke laterale Inklination der Halswirbelsäule reduziert. Die Belastungen am Kopf sind aber bei allen getesteten KSS hoch und liegen deutlich oberhalb diskutierter Grenzwerte. Bei genauer Betrachtung der KSS-Seitenwangenpolsterung fällt auf, dass diese entweder gar nicht oder nur rudimentär vorhanden ist. Modifikationen, die abschließend an KSS vorgenommen wurden, zeigen aber auf, dass bereits durch einfache technische Maßnahmen die Belastungen im Kopfbereich signifikant gesenkt werden können. Das mit dieser Arbeit vorgelegte Testverfahren bietet KSS-Herstellern wie auch dem Gesetzgeber die Möglichkeit, Schwächen von KSS aufzudecken und Modifikationen zielgerichtet durchzuführen. Durch die Berücksichtigung des realen Seitenaufpralls ist gewährleistet, dass alle Optimierungen seitens der KSS-Hersteller auch positiven Einfluss auf die passive Sicherheit von Kindern in Pkw haben können. Eine maximale Reduktion der schwer bzw. tödlich verletzten Kinder als Pkw-Insassen in Höhe von ca. 10% ist bei 100%-iger Marktdurchdringung mit optimal gestalteten Produkten realistisch. Dies entspricht einer Verringerung der Anzahl getöteter Kinder um ca. 10 sowie schwerverletzter Kinder um ca. 200 pro Jahr in Deutschland.
Im Rahmen der Optimierung des Sicherheitssystems Reisebusverkehr beauftragte die Bundesanstalt für Straßenwesen (BASt) das Institut für Fahrzeugtechnik an der Fachhochschule Trier eine Schwachstellenanalyse zur Optimierung des Notausstiegssystems bei Reisebussen durchzuführen. Die Bearbeitung des Projektes geschah in den folgenden Einzelschritten: Die entsprechenden Paragraphen des nationalen und europäischen Regelwerkes wurden in Anlage V systematisch zusammengestellt und verglichen. Ergänzend wurden die teilweise erheblich abweichenden Regelungen in den USA, Japan und Australien betrachtet. Eine erste Schwachstellenanalyse aus Hersteller- bzw. Konstrukteurssicht wurde erstellt. Darauf folgten Expertengespräche in der Fahrzeug- und Zulieferindustrie sowie international tätigen Prüforganisationen. Hier wurden die bestehenden bzw. sich in der Entwicklung befindlichen konstruktiven Lösungen von Rohbau, Umbau und Innenausstattung von Reisebussen ermittelt und systematisiert. Eine zweite Schwachstellenanalyse beinhaltete die Sicht des Gebrauchs und Missbrauchs sowie des Notfalls und der Rettung. Als Ausgangslage dienten Einsatzberichte und Befragungen von Feuerwehr und Technischem Hilfswerk (THW) sowie Unfallgutachten. Als nächster Schritt wurden Evakuierungsversuche am Reisebus in Seitenlage durchgeführt. Sie dienten dazu, die bisher gewonnenen Erkenntnisse näher zu untersuchen, zu ergänzen und zu belegen sowie neue Erkenntnisse zu gewinnen. Die Evakuierungsversuche wurden durch CAD-Simulationen erweitert. In einem Workshop mit Experten aller betroffenen Bereiche wurden die erarbeiteten Schwachstellen und Lösungsmöglichkeiten diskutiert, systematisiert und hinsichtlich ihrer Relevanz bewertet. Die gewonnenen Erkenntnisse wurden zu einem "Lastenheft für ein optimiertes Notausstiegssystem bei Reisebussen" zusammengefasst. Die nach der Bearbeitung der oben genannten Arbeitspunkte noch offenen Fragen wurden als Forschungsbedarf formuliert. Der Originalberichte enthält als Anlagen einen Auszug aus den Federal Motor Vehicle Safety Standards (FMVSS 217, USA) (I), die Fragenkataloge für Bushersteller (II), Busunternehmen (III) und Feuerwehren (IV), eine Zusammenfassung der europäischen Regelungen (V), den Fragebogen Gruppenversuche (VI) sowie die Teilnehmerliste des Expertengespräches (VII). Auf die Wiedergabe dieser Anlagen wurde in dieser Veröffentlichung verzichtet. Sie liegen bei der Bundesanstalt für Straßenwesen vor und sind dort einsehbar. Verweise auf die Anlagen im Berichtstext wurden beibehalten.
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.
Sedan type vehicles in which adult rear seat passengers were present and which were involved in frontal collisions were investigated, and the influence of unbelted rear seat passengers on the injuries of front seat occupants was studied. Unbelted rear seat passengers move forward during impact. It was observed that there were not only cases in which front seat occupants sustained injuries caused by direct contact with rear seat passengers, but also cases where front seat occupants received severe injuries due to additional force from rear seat passengers, either impacting directly or indirectly as a result of deformation of the front seat. Severe injuries of front seat occupants were observed in the latter cases. This research validates the importance of seat-belt use for rear seat passengers, not only to protect themselves but also to mitigate injuries of front seat occupants.
In-depth road traffic accident research in Spain is a fairly recent activity. In the past, only accident data that had been retrospectively processed by the national and regional traffic police forces was available. In 1999 Applus+IDIADA set up a permanent accident research unit to carry out indepth analysis of road accidents in Spain. Since then accidents involving cars, motorcycles, coaches and vulnerable road users have been thoroughly studied. The Applus+IDIADA accident research team has carried out work for the various traffic polices in Spain and it is currently involved in several research projects in which accidentology is one of the main tasks. The working methodology of the team is presented in the first part of the paper. In the framework of the European research project "Rollover" (GRD2-2001-50086), Applus+IDIADA has collected data, inspected scenarios and performed virtual reconstructions of twenty-six of the total seventy-six rollover accidents studied. The second half of the paper describes how these accident investigations were used to develop a test procedure for identifying possible improvements to the vehicle structure which augment occupant protection in a rollover scenario. In particular, a proposal for a new drop test for rollover assessment is presented. The cases were analysed for severity, in terms of injury to the occupants and damage to the vehicle, and taking into account whether a seatbelt was worn or not. The worst possible cases were identified as those that had severe occupant injuries and sizable damage to the occupant compartment when seatbelts had been worn. The most severe cases were then analysed further for impact position (roll and pitch angles) and the impact velocity. With these parameters taken into account, the most representative combinations could be found. This resulted in a series of configurations for possible drop tests. The results of the tests indicate where passenger vehicle structures need to be improved in order to increase occupant safety in the event of a rollover crash.
The improvement of passive car security devices led to a reduction of injuries, especially of the head, the neck and the torso mainly due to the airbag function. The passenger's foot and ankle could not profit from this development. Some investigators even reported a progression of leg injuries (1). In this study, we investigated a current collective of patients with foot and ankle fractures or severe soft tissue injuries in relation with defined crash parameters. Special interest was paid to the car's footwell.
Empirical vehicle crashworthiness studies are usually based on national or in-depth traffic accident surveys: Data on accident-involved cars/drivers are analysed in order to quantify the chance of driver injury and to assess certain risk factors like car make and model. As the cars/drivers involved in the same accident form a "cluster", where the size of the cluster equals the number of accident-involved parties, traffic accident survey data are typical multi-level data with accidents as first-level or primary and cars/drivers as secondlevel or secondary units (car occupants in general are to be considered as third level units). Consequently, appropriate statistical multi-level models are to be used for driver injury risk estimation purposes as these models properly account for the cluster structure of traffic accident survey data. In recent years various types of regression models for clustered data have been developed in the statistical sciences. This paper presents multi-level statistical models, which are generally applicable for vehicle crashworthiness assessment in the sense that data on single and multiple car crashes can be analysed simultaneously. As a special case of multi-level modelling driver injury risk estimation based on paired-by-collision car/driver data is considered. It is demonstrated that assessment results may be seriously biased, if the cluster structure inherent in traffic accident survey data is erroneously ignored in the data analysis stage.
The number of injuries sustained by car occupants involving the head, thorax, spine, pelvis and the upper limbs have been reduced significantly during recent years. This is probably due to better safety features in the cars, especially the availability and usage of safety belts, airbags etc. Therefore one can notice clinically a relative increase in survivors of severe frontal crashes, but many of them have injuries to the lower extremities. To verify this, we analyzed the foot and ankle injuries of front seat passengers.
The increase in light duty trucks (LDT) on the road in the US is a safety concern because of their aggressivity, or risk they present to occupants of cars, especially in side impacts. We use FARS data to look at fatality trends in frontal and side impacts between cars and LDT. FARS data is also used to determine risk, or fatalities per registered vehicle, imposed on car drivers from other vehicle types. We use NASS CDS data to investigate sources of serious injuries in vehicles with side impact. These sources of injury are categorized into three major groups: 1) contact without intrusion, 2) contact with intrusion, and 3) restraints. We find a greater fraction of intrusion related injuries in cars struck on their side by SUV or pick-up trucks than when they are struck by other cars.
Mit der flächendeckenden Einführung des Beifahrerairbags ergab sich das Problem der nachträglich festgestellten Inkompatibilität mit rückwärts gerichten Kindersitzen. Zahlreiche tödliche Unfälle mit Babyschalen, insbesondere in den USA, führten unter anderem dazu, dass in den Mitgliedsstaaten der Europäischen Union die Beförderung von Kindern in einem rückwärtsgerichteten Kinderschutzsystem auf einem mit Frontairbag geschützten Autositz untersagt wurde, sofern der Airbag nicht deaktiviert wurde. Heute gibt es eine Vielzahl an Möglichkeiten, die dem Nutzer zur Abschaltung des Airbags zur Verfügung stehen. Mit der Notwendigkeit der Abschaltung ergibt sich die Gefahr zweier Arten der Fehlbenutzung: die Beförderung eines Kindes in einer Babyschale trotz aktivierten Airbags beziehungsweise die Mitfahrt eines erwachsenen Insassen trotz deaktivierten Airbags. Im Rahmen dieser Studie wurden zu den beiden Fehlbenutzungsarten Beobachtungs- und Befragungsstudien durchgeführt, Unfalldaten in Hinblick auf die Problematik der Fehlbenutzung der Airbagabschaltung analysiert und Versuche zur erneuten Bewertung des Risikos, das durch heutige und zukünftige Airbagsysteme ausgeht, durchgeführt. In den Umfragen ließen sich nur schwer Daten zum Missbrauch bei der Beförderung von Kindern mit Airbag auf dem Beifahrersitz erfassen. Es kommt insgesamt zu nur wenigen Fällen des Transports eines Kindes auf dem Beifahrersitz mit aktivem Airbag, was zum einen an der hohen Abschaltquote des Beifahrerairbags liegt, zum anderen an der Präferenz der Eltern, die Kinder auf dem Rücksitz zu transportieren. Der Großteil dieser Fehlbenutzungsfälle entsteht in älteren Pkw, die einen Werkstattaufenthalt für die Deaktivierung/Aktivierung erfordern. Keine Missbräuche beziehungsweise technische Fehler fanden sich bei den Systemen mit automatischer Sitzerkennung. Der überwiegende Anteil der Missbrauchsfälle bei den Modellen mit manueller Umschaltmöglichkeit geht offenbar auf Vergessen zurück. Der Missbrauch zweiter Art wird ebenfalls wirkungsvoll durch automatische Systeme verhindert. Bei dieser Beförderungskonstellation ergibt sich jedoch praktisch immer ein Problem, wenn der Beifahrerairbag in einer Werkstatt deaktiviert wurde. Die dadurch für einen erwachsenen Mitfahrer entstehende Gefährdung wird als weniger gravierend eingeschätzt. Bei der manuellen Umschaltung im Fahrzeug verbleibt ebenfalls ein Vergessensproblem wie beim Missbrauch erster Art. Auch die Unfallanalyse deutet auf eine geringe Fehlbenutzungsquote hin. Von den untersuchten GIDAS-Frontalaufprallunfällen mit über 300 betroffenen Kindern nutzten lediglich 24 Kinder den Beifahrerplatz in einem Auto, das mit einem Beifahrerairbag ausgestattet war. In den meisten Fällen war der Airbag vorschriftsmäßig deaktiviert. In den nachgewiesenen Fehlbenutzungsfällen waren die Unfallfolgen für die betroffenen Babys gering. Die untersuchten Einzelfälle zeigen jedoch die tödliche Gefahr, die vom Beifahrerairbag ausgehen kann. Auf der technischen Seite gab es im Lauf der letzten Jahre grundsätzliche Veränderungen im Bereich der Gestaltung des Beifahrerairbags. Während bei der früheren Einbauposition des Airbags die Schale direkt angeschossen wurde, entfaltet sich dieser heutzutage eher nach oben, stützt sich an der Windschutzscheibe ab und kommt danach erst mit der Schale in Kontakt. Da er in diesem Zustand aber schon weitestgehend voll entfaltet ist, besitzt er zu diesem Zeitpunkt kaum noch die Aggressivität, die bei den Beifahrerairbags der ersten Generation beobachtet werden konnte, und stellt somit wahrscheinlich eine geringere Gefahr für das Kleinkind in der Babyschale dar. Damit lässt sich ein deutlicher Trend in Richtung weniger gefährlicher Airbags erkennen. Der Originalbericht enthält als Anhänge den Abdruck des Expertenfragebogen, die Zusammenfassung der Expertenbefragung, den Umdruck der Online-Befragung sowie den Fragebogen der Feldbefragung "Kindersitze und Airbag auf dem Beifahrersitz". Auf die Widergabe dieser Anhänge wurde in der vorliegenden Veröffentlichung verzichtet. Sie liegen bei der Bundesanstalt für Straßenwesen vor und sind dort einsehbar. Verweise auf die Anhänge im Berichtstext wurden zur Information des Lesers beibehalten.