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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.
There is a need for detecting characteristics of pedestrian movement before car-pedestrian collisions to trigger a fully reversible pedestrian protection system. For this purpose, a pedestrian sensor system has been developed. In order to evaluate the effectiveness of the sensor system, the in-depth knowledge of car-pedestrian impact scenarios is needed. This study aims at the evaluation of the sensor system. The accident data are selected from the STRADA database. The accident scenarios available in this database were evaluated and the knowledge of the most common scenarios was developed in terms of the pedestrian trajectory, the pedestrian speed, the car trajectory, the car velocity, etc. A mathematical model was then established to evaluate the sensor system with different detective angles. It was found that in order to detect all the pedestrians in the most common scenarios on time the sensor detective angle must be kept larger than 60 degrees.
Zur Zustandsbeurteilung von Brückenfahrbahnplatten ist es wichtig, die Feuchte und den Salzgehalt des bewehrten Betons zu kennen. Üblicherweise wird die Versalzung mittels Potenzialmessung bestimmt und durch Laboranalyse von Proben verifiziert. Diese Methode erfordert aber das Entfernen des Fahrbahnbelags. Um eine zerstörungsfreie Bestimmung des Betonzustandes und des Salzgehaltes des Betons mit einem fahrzeugbasierten Messsystem von der Fahrbahn aus durchführen zu können, wurde eine Kombinationsmethode aus Georadar und Magnetfeldmessung entwickelt. Ermittelt man die komplexe Dielektrizitätskonstante (DK) des Baustoffs im Mikrowellen-Bereich, so ist es möglich, über entsprechende Kalibrationskurven seine Feuchte und seinen Salzgehalt abzuleiten. Mit einem 1 GHz-Bodenradar wird die Laufzeit der elektromagnetischen Wellen von der Fahrbahnoberfläche bis zur oberflächennahen Bewehrung bestimmt. Die Tiefe dieser Bewehrungsstähle wird unabhängig durch eine magnetische Gleichfeld-Methode ermittelt. Nach Aufmagnetisierung werden mehrere Gradientenkomponenten des statischen magnetischen Feldes der Bewehrungsbügel gemessen und daraus die Bügeltiefe berechnet. Diese magnetische Tiefenbestimmung ist unabhängig von den dielektrischen Eigenschaften der dazwischen befindlichen Materialien. Durch Vergleich der Radar-Laufzeit mit der magnetisch gemessenen Tiefe lässt sich der Realteil der effektiven DK des überdeckenden Betons bestimmen. Die Analyse der reflektierten Radar-Amplitude erlaubt eine Abschätzung des Salzgehaltes. Zusätzlich wurde ein dielektrischer Resonator für die Feuchte- und Salzgehaltmessung von Baustoffen entwickelt, der aus einer zylindrischen Mikrowellenkeramik hoher DK in einem halboffenen Metallgehäuse besteht. Aus der Messung der Resonanzfrequenz und der Güte beim Aufbringen des Resonators auf den Baustoff lässt sich sein Feuchte- und Salzgehalt ableiten. Die an Beton-Probekörpern bekannter Feuchte und Versalzung durchgeführten experimentellen Untersuchungen bestätigten die Erwartungen. Ein Radar-Magnet-Messwagen wurde entwickelt und auf zwei Brückenbauwerken erfolgreich erprobt. Die effektive komplexe DK konnte gut bestimmt werden.
Ziel des Vorhabens war es, ausgehend von dem für XF4-Betone anerkannten CDF-Prüfverfahren ein Laborprüfverfahren zu entwickeln, das einen abgeschwächten Frost-Tausalzangriff gemäß XF2-Exposition erzeugt und eine Beurteilung des Frost-Tausalzwiderstandes bei mäßiger Sättigung zulässt. Die am IBPM der Universität Duisburg-Essen durchgeführten Laborergebnisse verdeutlichen, dass eine Beurteilung des Widerstandes gegenüber einer XF2-Exposition über die Einstellung eines mäßigeren Feuchtegehaltes beziehungsweise Sättigungsgrades nicht eindeutig möglich ist. Dagegen ergab die Kombination der drei Prüfparameter - Minimaltemperatur "10-°C, 3%ige NaCl-Lösung und 14 FTW Prüfdauer - eine geeignete Abschwächung des CDF-Prüfverfahrens auf die Erfordernisse von XF2-Mischungen. Aufgrund der geringen Datenmenge ließ sich jedoch noch kein allgemein gültiger Grenzwert als Abnahmekriterium festlegen. Im Rahmen der Untersuchungen am cbm der TU München wurden Betone, die aufgrund ihrer Zusammensetzung für die Klassen XF4 und XF2 beziehungsweise für geringere Klassen als XF2 geeignet sind, sowohl durch Untersuchungen im Labor als auch durch Auslagerungsversuche beurteilt. Anhand der durch Auslagerung ermittelten Feuchtedaten wird deutlich, dass die Schädigung über die verschiedenen Winterperioden kumulativ zu sehen ist und nicht aus einer zunehmenden Sättigung des gesamten Probekörpers über mehrere Winter hinweg resultiert. Die Schädigung ist die Folge einer lokalen Übersättigung der äußersten Randzone, die jedoch weder durch Wägung des gesamten Probekörpers noch durch Messungen mit der Multiringelektrode erfassen werden konnte. Die Aufsättigung des Zementsteingefüges erfolgt bei Außenbauteilen aufgrund sich ändernder thermischer Randbedingungen und des damit verbundenen dynamischen Prozesses scheinbar in einer geringeren Schichtdicke als beim CDF-Verfahren. Folglich entstehen in der Praxis trotz vergleichbarer Anzahl an Frost-Tau-Wechseln geringere Schädigungen. Unabhängig davon erwies sich die Korrelation der Schädigung im Labortest und in der Praxis als sehr gut. Der modifizierte CDF-Test mit einer reduzierten Prüfdauer von 14 Frost-Tau-Wechseln und einer Minimaltemperatur von "10-°C spiegelt das Verhalten von XF2 Betonen praxisgerecht wieder.
Ein zentrales Problem für den innerstädtischen Wirtschaftsverkehr stellt die Bereitstellung von Flächen für Be- und Entladevorgänge dar. Die ausgewiesenen Ladebereiche werden häufig zugeparkt, sodass der Lieferverkehr gezwungen ist, in der zweiten Reihe zu halten. Insbesondere im Zuge von Hauptverkehrsstraßen führt das Halten in zweiter Reihe zu erheblichen Behinderungen des fließenden Verkehrs und Beeinträchtigungen der Verkehrssicherheit. Probleme für den Wirtschaftsverkehr ergeben sich teilweise auch durch ein unzureichendes Angebot an Lieferverkehrsflächen. Auch sind die Spediteure häufig nicht bereit, längere Wege in Kauf zu nehmen und die ausgewiesenen Ladebereiche zu nutzen. Für die Beschilderung von Liefer- und Ladebereichen sieht die StVO das Zeichen 286 "Eingeschränktes Haltverbot" vor. Durch entsprechende Zusatzzeichen wird die Nutzung der Verkehrsfläche für bestimmte Nutzergruppen oder für bestimmte Zeiten eingeschränkt. Ein wesentlicher Nachteil dieser Beschilderung besteht in der Definition der zugelassenen Haltvorgänge mit der Folge, dass die mit Zeichen 286 StVO gekennzeichneten Bereiche häufig als "Kurzparkplätze" fehlgenutzt werden. Angesichts dieser Problematik haben inzwischen einige deutsche Städte von der StVO abweichende Regelungen getroffen und Ladebereiche mit Zeichen 283 StVO "Haltverbot" mit entsprechenden Zusatzzeichen ausgewiesen. Zum Einsatz kommen darüber hinaus verschiedene Markierungselemente, die die Funktion der Ladezonen auch optisch verdeutlichen sollen. Ziel des Forschungsvorhabens war es, zu untersuchen, welche der bereits angewendeten Maßnahmen zur Kennzeichnung der Liefer- und Ladebereiche sich in der Praxis bewährt haben, und darauf aufbauend, Empfehlungen für ein geeignetes Instrumentarium für die StVO auszuarbeiten. Die Untersuchung hat gezeigt, dass durch eine auffällige und eindeutige Kennzeichnung der Ladebereiche, die deren Funktion durch Beschilderung und/oder Markierung unmissverständlich darstellt, die Akzeptanz der Ladebereiche erhöht werden kann. Folgende Anforderungskriterien muss eine Beschilderung erfüllen: - Die Beschilderung muss für die Verkehrsteilnehmer allgemein verständlich sein. - Entgegen der "aufgeweichten" Wirkungsweise von Zeichen 286 StVO "Eingeschränktes Haltverbot" muss aus der Beschilderung eindeutig hervorgehen, dass nur Be- und Entladevorgänge zugelassen sind. - Die Beschilderung muss implizieren, dass das Parken in Ladebereichen möglicherweise stärker sanktioniert wird. - Die Beschilderung muss eine einfache Überwachung ermöglichen. - Das Kollektiv der zugelassenen Fahrzeuge muss eingegrenzt werden können. Die Bedeutung der Markierung der Ladebereiche liegt in der optischen Verdeutlichung der zugewiesenen Funktion und hat sich in Pilotprojekten bewährt. Die Erfahrungen aus der Praxis zeigen, dass die bessere Akzeptanz der Ladezonen eher der deutlichen Kennzeichnung der Ladebereiche als der Überwachung zuzuschreiben ist. Die Überwachung muss zwar gewährleistet sein, der Aufwand kann jedoch aufgrund der guten Akzeptanz auf das "ortsübliche" Maß reduziert werden. Ein weiterer nicht zu vernachlässigender Aspekt für die Akzeptanz der Ladebereiche ist deren räumliche Anordnung und die Anpassung der Lieferzeitfenster an den örtlichen Bedarf. Als Ergebnis der Untersuchung der Praxisbeispiele wird empfohlen, ein neues Verkehrszeichen "Ladebereich" zur Kennzeichnung der Ladebereiche in Analogie zum Zeichen 229 StVO "Taxenstand" in die StVO einzuführen, das mit einem Sinnbild eines Ladevorgangs versehen sein soll. Darüber hinaus sollen zur optischen Verdeutlichung der Ladebereiche auch Markierungen in Form einer weißen Umrandung der Fläche oder unter Verwendung des Zeichens 299 StVO (Zick-Zack-Linie) zum Tragen kommen. Die Markierung der Ladebereiche soll jedoch keine zwingende Vorschrift sein, sondern von den Städten situationsabhängig eingesetzt werden können.