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Validation of human pedestrian models using laboratory data as well as accident reconstruction
(2007)
Human pedestrian models have been developed and improved continually. This paper shows the latest stage in development and validation of the multibody pedestrian model released with MADYMO. The biofidelity of the multibody pedestrian model has been verified using a range of full pedestrian-vehicle impact tests with a large range in body sizes (16 male, 2 female, standing height 160-192cm, weight 53.5-90kg). The simulation results were objectively correlated to experimental data. Overall, the model predicted the measured response well. In particular the head impact locations were accurately predicted, indicated by global correlation scores over 90%. The correlation score for the bumper forces and accelerations of various body parts was lower (47-64%), which was largely attributed to the limited information available on the vehicle contact characteristics (stiffness, damping, deformation). Also, the effects of the large range in published leg fracture tolerances on the predicted risk to leg fracture by the pedestrian model were evaluated and compared with experimental results. The validated mid-size male model was scaled to a range of body sizes, including children and a female. Typical applications for the pedestrian models are trend studies to evaluate vehicle front ends and accident reconstructions. Results obtained in several studies show that the pedestrian models match pedestrian throw distances and impact locations observed in real accidents. Larger sets of well documented cases can be used to further validate the models especially for specific populations as for instance children. In addition, these cases will be needed to evaluate the injury predictive capability of human models. Ongoing developments include a so-called facet pedestrian model with a more accurate geometry description and a more humanlike spine and neck and a full FE model allowing more detailed injury analysis.
This study is aimed to investigate the correlations of impact conditions and dynamic responses with the injuries and injury severity of child pedestrians by accident reconstruction. For this purpose, the pedestrian accident cases were selected from Sweden and Germany with detailed information about injuries, accident cars, and accident environment. The selected accident cases were reconstructed using mathematical models of pedestrian and passenger car. The pedestrian models were generated based on the height, weight, and age of the pedestrian involved in accidents. The car models were built up based on the corresponding accident car. The impact speeds in simulations were defined based on the reported data. The calculated physical quantities were analyzed to find the correlation with injury outcomes registered in the accident database. The reconstruction approaches are discussed in terms of data collection, estimating vehicle impact speeds, pedestrian moving speeds and initial posture, secondary ground impact, validity of the mathematical models, as well as impact biomechanics.
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.
Die Radfahrausbildung (RA) im vierten Schuljahr ist der wichtigste Baustein der Verkehrssicherheitsarbeit in der Schule. Ihr Stellenwert entspricht der Bedeutung, die das Fahrrad für Kinder und Jugendliche zunächst als Spielgerät, dann zunehmend als Verkehrsmittel hat. Die Verkehrsteilnahme von Kindern hat sich in den letzten Jahren jedoch stark verändert, die eigenständige Mobilität hat abgenommen. Das Fahrrad stellt zwar weiterhin ein für Kinder aller Altersgruppen wichtiges Verkehrsmittel dar, Kinder haben jedoch insbesondere in den Städten immer weniger Gelegenheit, es eigenständig zu nutzen. Auch deshalb nehmen Kinder heute mit anderen motorischen Voraussetzungen an der schulischen RA teil als früher. Im vorliegenden Forschungsprojekt war zu untersuchen, mit welchen Inhalten und Vorgehensweisen die heutige Radfahrerziehung in der Grundschule arbeitet. Andererseits war auch zu klären, wie sich individuelle Leistungsunterschiede und -schwächen von Kindern beim Beherrschen des Fahrrads empirisch erfassen lassen und von welchen individuellen, sozialen oder physischen Randmerkmalen sie vorrangig beeinflusst werden; der derzeitige Forschungsstand hierzu wurde diskutiert und bildete die Grundlage für die Planung der breit ausgelegten empirischen Erhebungen. Auf der Grundlage der Erkenntnisse sollten Vorschläge für eine künftige Radfahrausbildung in der Schule erarbeitet werden. Dazu wurden während laufender Kurse zur Radfahrausbildung Polizisten, Lehrerinnen, Eltern und Kinder (insgesamt etwa 3.000) schriftlich befragt, zusätzlich erfolgte eine bundesweit repräsentative Online-Befragung von 1.000 Eltern 8-10-jähriger Kinder. In einer weiteren Befragung von Polizeiverkehrslehrern wurde nach innovativen Modellen der motorischen Förderung gesucht, von denen 17 Polizeidienststellen, die zuständigen Klassenlehrerinnen, Eltern sowie Kindern als zweite Welle der Hauptbefragung näher untersucht wurden. Zur qualitativen Analyse der Abläufe bei der Radfahrausbildung und zur Entwicklung von Vorschlägen wurden vier Fachkonferenzen und ergänzende Interviews bundesweit durchgeführt. Die Auswertung der Befragungen zeigte, dass die Radfahrausbildung nach wie vor flächendeckend im ganzen Land durchgeführt wird, in der Regel in der Arbeitsteilung von Schule und Polizei. Allerdings gibt es auf Seiten der Polizei in den letzten Jahren Veränderungen. Die Inklusion wird zunehmend wichtiger, stößt aber bei der praktischen Radfahr-Ausbildung vor allem im Verkehrsraum an ihre Grenzen. Die von allen Beteiligten intensiv diskutierten motorischen Schwächen der Kinder beim Radfahren lassen sich anhand der erhobenen Kenngrößen (Einschätzungen von Eltern, Selbsteinschätzungen der Kinder, Ergebnisse von experimentellen Kurztests, Schulnoten) ausreichend präzise erfassen, wobei eine Fülle verschiedener Faktoren als Ursachen anzusehen sind. Allerdings ist das Thema für die Polizei wichtiger als für Lehrkräfte, die motorische Schwächen der Kinder vergleichsweise seltener erkennen. Eine vielfältige motorische Förderung gehört heute zur Praxis der Schulen, ist aber oft nicht umfassend und kontinuierlich genug. In einem Umfeld, das Bewegungserfahrungen der Kinder einschränkt, wird vermehrt eine besonders intensive Förderung angeboten, wie die Untersuchung belegt. Fast alle Kinder haben ein Kinderrad (im Mittel seit dem Alter von 3,6 Jahren), 50 % der Kinder haben vorher mit einem Laufrad gespielt. Die Laufradnutzung wirkt sich positiv auf die motorischen Fertigkeiten aus. Etwa 1/6 der Kinder hat im Umfeld der Wohnung keine Möglichkeit zum Radfahren. Der Großteil der Eltern hat mit dem Kind das Radfahren geübt, am intensivsten zwischen dem 5. und 8. Lebensjahr. Ein Drittel der Eltern hatte die Kinder dabei jedoch nicht oder nur wenig unterstützt. Die Autoren empfehlen, wegen des großen Stellenwertes der Polizei-Mitwirkung diese unbedingt zu erhalten. In Bundesländern, wo Kürzungen nicht verhindert werden können, sollte vorab versucht werden, durch Absprachen zwischen allen Beteiligten (Schule, Polizei, Elternvertreter, außerschulische Unterstützer) Erfolg und Qualität der Ausbildung langfristig zu sichern. Unabhängig davon sollte auch überlegt werden, wie Eltern in stärkerem Maße selber unterstützen können und in stärkerem Maße beteiligt werden können. Ein gewisses grundlegendes Maß an Polizeiunterstützung ist aber aus Sicht der Autoren unverzichtbar, damit das System funktionsfähig bleibt. Optimierungspotenziale werden auch bei einer intensiveren Abstimmung und Kommunikation zwischen allen Beteiligten (Kindergärten, Schulen, Polizei, Eltern), bei einer umfassenderen motorischen Förderung sowie bei der Lehrerausbildung gesehen. Eltern sollten frühzeitig schon im Kindergarten informiert werden (z. B. über den Nutzen von Laufrädern) und klare Hinweise sowie Übungsangebote erhalten, z.B. in Form von Hausaufgaben mit Bewegungsanteil oder zu Radfahrübungen.
The so-called "seat-belt injuries" or "seat-belt syndromes", described as 2-point seat-belt injuries, contain heavy inflection injuries of the lumbal spinal column, combined with heavy abdominal injuries as rupture of the upper intestinal bold or heavy injuries of the upper entrails. With "playing" children in the font of the car, with inappropriate plant of 3-point belts, identical injuries can occur.
Since the compulsory use of child restraints for children up to 5 years of age was introduced in 2000, restraint use among younger children has increased significantly. However, the observed rate of child restraint use plateaus at around 50%, and apparently little spillover effect has been found for older children who are not covered by the law. This report examines the restraint use patterns for children who were injured in cars in relation to driver and child passenger characteristics. Univariate and multivariate analyses were conducted to describe the association between the outcome measure (the proper use of restraints for children) and relevant variables. Better ways for parents and caregivers to improve the use of restraints for children are also discussed.
Eine Umschau in sechs Ländern Europas lässt grobe Trends und jeweils nationale Schwerpunkte der Verkehrssicherheitsarbeit für Kinder im lokalen und regionalen Rahmen erkennen. Die Bemühungen um mehr Verkehrssicherheit für Kinder haben inhaltlich häufig die Verbesserung der Nachhaltigkeit kindlicher Mobilität zum Ziel. Kinder sollen sich häufiger selbst aktiv zu Fuß oder mit dem Fahrrad fortbewegen und seltener passiv als Pkw-Mitfahrer. In der praktischen Umsetzung bilden (inter-)nationale Aktionstage oder -wochen häufig den organisatorischen Rahmen. Darüber hinaus finden sich auch Verkehrssicherheitsmaßnahmen, die sich nicht primär der Zielgruppe Kinder widmen, jedoch durch Engineering-Maßnahmen die Verkehrsumwelt von Kindern mit beeinflussen. Kinder profitieren dann im Zuge der Produktion von mehr Verkehrssicherheit als öffentliches Gut für alle Bewohner eines Gemeinwesens, von dessen "Konsum" niemand ausgeschlossen werden kann. In Ländern mit national quantifizierten Zielgrößen zur Reduzierung der Verkehrsunfallopfer ist die Einbeziehung der Gemeinden zur Zielerreichung besonders stark und die Verbesserung der Verkehrssicherheit besonders erfolgreich. In allen Ländern sind Schulen herausgehobene Akteure der lokalen Verkehrssicherheitsarbeit für Kinder. Für die weitere Diskussion in Deutschland erscheinen zum Beispiel die im Ausland verbreiteten Schul-Mobilitätspläne und Fußgänger- oder Fahrrad-Busse interessant. Auch die Verbindung von Enforcement- mit Education-Maßnahmen erscheint bedenkenswert. Die auf Dauer gestellte Einrichtung eines Observatoriums für Verkehrssicherheit könnte wertvolle Hilfe für die Programm- und Aktionsentwicklung leisten. Auch Maßnahmen der Qualitätssicherung und des Benchmarkings lassen Erfolge in der Verkehrssicherheitsarbeit erwarten. Sowohl die Denk- und Handlungsweise "vom Kind aus" als auch die Vernetzung mit Akteuren aus anderen Handlungsfeldern mit ähnlichen Zielen sollten verstärkt werden. Der Originalbericht enthält als Anhänge Synopsen der lokalen Verkehrssicherheitsmaßnahmen in tabellarischer Form für Kinder in Belgien, Frankreich, den Niederlanden, Österreich, Schweden, im Vereinigten Königreich sowie supranationale Maßnahmen. Auf die Wiedergabe 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.
Das Ziel dieses Projektes war die Gewinnung neuer Einsichten zum Zusammenspiel der Sozialisationsbedingungen und entwicklungspsychologischen Voraussetzungen von Kindern bei deren Straßenverkehrsbeteiligung, vor dem Hintergrund ihrer aktuellen Lebenssituation in Deutschland sowie der Möglichkeit der Verkehrssicherheitsarbeit für Kinder, darauf zu reagieren. Dem stetig zunehmenden Straßenverkehr werden negative Auswirkungen auf die Entwicklung von Kindern unterstellt, die sich aufgrund zunehmend fehlender Freiräume und einer permanenten Unfallgefahr immer seltener im Freien aufhalten, und so in ihrer gesunden Entwicklung benachteiligt und in ihrem Lebensraum eingeschränkt werden. Die Verkehrssicherheitsforschung greift meist auf die Entwicklungspsychologie zurück. Vermehrt wird die Rigidität der dort gebräuchlichen Altersgrenzen kritisiert. Nicht das Alter der Kinder, sondern die Angemessenheit der Trainingsmethode wird als kritischer Faktor der Wirksamkeit von Verkehrserziehung gesehen, wobei praxisorientierte Trainingsprogramme favorisiert werden. Gegenwärtig kommt die Beschulung von Kindern hinsichtlich einer sicheren Fahrradnutzung zu spät, es lassen sich Defizite hinsichtlich des praktischen Übens ausmachen und ein Übergewicht des Mediums "Druckerzeugnisse" feststellen. Die kindliche Verkehrsbeteiligung und die Verunfallung von Kindern im Straßenverkehr konzentrieren sich im innerörtlichen Bereich. Deshalb sollte auch die Verkehrssicherheitsarbeit für Kinder in den Kommunen gebündelt werden. Freizeitparks als Orte für Verkehrssicherheitsarbeit und das Internet als neues Medium der Verkehrserziehung werden propagiert. Die "Verbundstrategie" aus Education, Engineering und Enforcement beziehungsweise nicht-edukatorische Aspekte der Verkehrssicherheitsmaßnahmen für Kinder werden betont. Die Dauerbeobachtung relevanter Indikatoren der kindlichen Verkehrsbeteiligung und Verunfallung in Form thematischer Landkarten auf Kreisebene (Verkehrssicherheitsatlas) wird vorgeschlagen.
This study examines the severity and types of injuries sustained by child pedestrians aged 18 years and below in order to identify the body regions at greatest risk for injury in a pedestrian accident. Detailed medical diagnoses were reviewed retrospectively for 572 child pedestrians admitted to an urban pediatric trauma center with injuries during the time period from January 2001 to December 2005. Eighty percent of these children sustained AIS 2 or greater injuries, most commonly to the lower extremity (41%) and head (34%). Fortyfour percent of admitted children had more significant AIS 3 or greater injuries primarily to the head (58%), thorax (17%) and lower extremities (14%). Testing procedures to assess the child- interaction with the motor vehicle should include injury assessment for the pediatric head, thorax and lower extremities. This understanding of how child pedestrians interact with motor vehicles may provide insight into effective countermeasures with potential for implementation in vehicle designs world-wide.
The main objective of EC CASPER research project is to reduce fatalities and injuries of children travelling in cars. Accidents involving children were investigated, modelling of human being and tools for dummies were advanced, a survey for the diagnosis of child safety was carried out and demands and applications were analysed. From the many research tasks of the CASPER project, the intention of this paper is to address the following: • In-depth investigation of accidents and accident reconstruction. These will provide important points for the injury risk curve, in order to improve it. Different accident investigation teams collected data from real road accidents, involving child car passengers, in five different European countries. Then, a selection of the most appropriate cases for the injury risk curve and the purposes of the project was made for an in-depth analysis. The final stage of this analysis was to conduct an accident reconstruction to validate the results obtained. The in-depth analysis included on-scene accident investigation, creating virtual simulations of the accident/possible reconstruction, and conducting the reconstruction. In the cases of successful reconstructions, new points were introduced to the injury risk curves. Accident reconstructions of selected cases were carried out in test laboratories as the next step following in-depth road accident investigation. These cases were reconstructed using similar child restraint systems (CRS) and the same type make and model as in the real accidents. Reconstructing real cases has several limitations, such as crash angle, cars" approximation paths and crash speed. However, a few changes and applications on the testing conditions were applied to reduce the limitations and improved the representations of the real accidents. After conducting the reconstructions, a comparison between the deformations of the cars on the real accident and the vehicles from the reconstructions was made. Additionally, a correlation between the data captured from the dummies and the injury data from the real accident was sought. This finalises an in-depth analysis of the accident, which will provide new relevant points to the injury risk curve. The CASPER project conducted a large research programme on child safety. On technical points, a promising research area is the developing injury risk curves as a result of in-depth accident investigations and reconstructions. This abstract was written whilst the project was not yet finished and final results are not yet known, but they will be available by the time of the conference. All the works and findings will not necessarily be integrated in the industrial versions of evaluation tools as the CASPER project is a research program.