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Detailed investigations and reconstructions of real accidents involving vulnerable road users
(2005)
The aim of this research is to improve knowledge about vulnerable road users accidents and more specifically pedestrians or cyclists. This work has been based on a complete analysis of real accidents. From accidents chosen from an in-depth multidisciplinary investigation (psychology, technical, medical), we have tried to identify the configuration of the impact: car speed, pedestrian or cyclist orientations. Then, we have made a numerical modelling of the same configuration with a multibody software. In particular, we have reproduced the anthropometry of the victim and the front shape of the car. A first simulation has been performed on this starting configuration. Next, effects of some parameters such as car velocity or victim position at impact have been numerically studied in order to find the best correlations with all indications produced by the in-depth analysis. Finally, the retained configuration was close to the presumed real accident conditions because it reproduces in particular the same impact points on the car, the same injuries, and is according to the driver statement. This double approach associating an in-depth accident analysis and a numerical simulation has been applied on pedestrian-to-car and bicyclist-tocar accidents. It has allowed us to better understand the real kinematics of such impacts. Even if this method is based on a case to case study, it underlines which parameters are relevant on a vulnerable road user accident investigation and reconstruction.
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.
Steigende Transportleistungen im Straßenverkehr stehen derzeit stagnierenden Investitionen in die Straßeninfrastruktur gegenüber. Aus der dadurch erhöhten Verkehrsdichte auf Bundesautobahnen folgt zwangsläufig, dass es zunehmend schwerer wird, die für Unterhaltungs- und Instandsetzungsarbeiten erforderlichen Fahrstreifensperrungen vorzunehmen, ohne dabei massive Störungen im Verkehrsablauf hervorzurufen. Daher war das Ziel des vorliegenden Forschungsvorhabens, neue Empfehlungen zur Planung und Organisation von Arbeitsstellen kürzerer Dauer im Hinblick auf eine möglichst weitgehende Stauvermeidung zu geben. Inhalt des ersten Teils ist die Erarbeitung praxisverwertbarer und standardisierter Maßnahmen zur Stauvermeidung für den Regelbetrieb in Autobahnmeistereien. Neben der Auswertung bereits vorhandener Forschungsergebnisse erfolgt auch ein Abgleich mit den internationalen Regelwerken zur Sicherung von Arbeitsstellen. Mit Hilfe von Feldversuchen werden die betrieblichen und verkehrlichen Auswirkungen solcher Maßnahmen erfasst und Hinweise für ihren Einsatz im Alltagsbetrieb gesammelt. In einem zweiten Teil werden die erhobenen Verkehrsdaten aus den Feldversuchen für die Berechnung der Reisezeitverluste an Arbeitsstellen kürzerer Dauer genutzt. Über ein mikroskopisches Simulationsmodell erfolgt eine Erweiterung der Datenbasis, ohne die negativen Konsequenzen von zusätzlichen Feldversuchen in Kauf nehmen zu müssen. Anschließend dient ein makroskopisches Simulationsmodell zur Ermittlung der auftretenden Zeitverluste im Vergleich der Fälle mit und ohne Einsatz von Maßnahmen zur Staureduktion. Der dritte und letzte Teil der Untersuchung führt die Ergebnisse zusammen und nimmt, auf der Grundlage einer Systematik zur objektiven Bewertung von Maßnahmen zur Staureduktion, eine Analyse und Beurteilung vor. Sie ist die Basis der am Schluss gegebenen organisatorischen Detail- und übergeordneten Strategieempfehlungen.
An fünf Forschungseinrichtungen wurden statische und dynamische Versuche durchgeführt, um mit den Ergebnissen ein neues Stoffmodell für Asphalt zu validieren. Zur Untersuchung des Verformungswiderstandes wurden neben Triaxialversuchen mit dynamischer Radialspannung auch Versuche in dem Spurbildungsgerät durchgeführt. Diese Untersuchungen wurden durch Spurbildungsversuche an Ausbauplatten im Großmaßstab mit praxisgerechten Reifen ergänzt. Das Ermüdungsverhalten wurde mittels einaxialer Zug-Schwell-Versuche sowie dynamischer Spaltzugversuche untersucht. Sowohl die dynamischen Spaltzugversuche als auch die einaxialen Zug-Schwell-Versuche sind geeignet, das Ermüdungsverhalten von Asphalt zu untersuchen. Die aus einer Versuchsstraße entnommenen Probekörper wiesen große Unterschiede im Hohlraumgehalt auf, die zu relativ hohen Streuungen der Ergebnisse der Versuche führten. Die Zug-Schwellversuche wurden bei Temperaturen zwischen "15 -°C, -2,5 -°C sowie +10 -°C und die Spaltzugversuche bei "5 -°C, +5 -°C und +20 -°C durchgeführt. Durch Variationen der Prüfbedingungen in den dynamischen Spaltzugversuchen wurde festgestellt, dass das Aufbringen einer Unterlast zur Simulation kryogener Unterspannungen zu einer deutlichen Reduzierung der Resistenz gegenüber Ermüdung führt. Weiterhin konnten Einflüsse durch verschiedene Lastimpuls- und Lastpausenlängen auf das Ermüdungsverhalten nachgewiesen werden. Bei der Ermittlung der statischen Zugfestigkeit und des Elastizitätsmoduls wurden unterschiedliche Aussagen der beiden Versuchsarten festgestellt. Der unterschiedliche Spannungszustand in den Versuchen hat einen großen Einfluss auf die ermittelten Parameter. Mit dem an Hand der Ergebnisse der axialen Zug-Schwell-Versuche validierten Stoffmodell konnte der komplexe Beanspruchungszustand im Spaltzugversuch erfolgreich simuliert werden.
Um das oft komplexe Zusammenwirken von einzelnen betriebstechnischen Einrichtungen zur Detektion von Brandereignissen und Steuerung der Lüftung sowie den übrigen sicherheitstechnischen Systemen überprüfen zu können, werden nach ZTV-ING im Rahmen der Abnahme Funktionsprüfungen gefordert, indem Brände simuliert und die zu prüfenden Größen messtechnisch erfasst werden. Reale Brandversuche in Straßentunnel sind jedoch unter dem Aspekt der Wirtschaftlichkeit und des notwendigen technischen Aufwandes zur Erfassung der interessierenden Branddaten und zum Schutz der betriebstechnischen Einrichtungen sowie des Bauwerkes in der Anzahl der Szenarien wie in der Energiefreisetzung begrenzt. Die unter vertretbarem Aufwand erreichbare Brandleistung beträgt zirka 5 MW. Um dennoch Aussagen über das Verhalten des Systems bei höheren Brandleistungen und unterschiedlichen, realen Randbedingungen (Brandorte, Verkehrsbelegung, Windverhältnisse und so weiter.) zu erhalten, sollten Simulationsrechnungen durchgeführt werden können. Diese erlauben eine sehr flexible Modellierung des Tunnels und die Ermittlung sämtlicher relevanter Größen an beliebigen Punkten im Untersuchungsgebiet. Da die Randbedingungen sehr tunnelspezifisch sein können, sind zur Kalibrierung entsprechender Rechenprogramme Eingangswerte aus standardisierten Brandversuchen hilfreich. Ziel der Untersuchung war es daher, mit Hilfe eines geeigneten Rechenprogramms Anforderungen an einen Brandversuch hinsichtlich der notwendigen Daten zur Funktionsüberprüfung und zur Brandhochrechnung zu definieren. Zur Durchführung der Simulationsrechnungen wurde der "Fire Dynamics Simulator" (FDS) verwendet, der über das National Institute of Standards and Technology als 0pen Source-Rechenprogramm erhältlich ist. Grundlage des Rechenprogramms bilden die Gleichungen für die Massen-, Impuls-, Energie- und Stofferhaltung, die im 3-dimensionalen Raum numerisch gelöst werden und als Ergebnis Geschwindigkeits-, Temperatur- und Konzentrationsfelder bereitstellen. Im Rahmen dieser Untersuchung wurden verschiedene Versuchsreihen des Memorial-Tunnel-Fire-Ventilation-Test-Program (MTFVTP) zur Verifizierung der Rechenergebnisse herangezogen. Die vergleichende Gegenüberstellung der einen Brand charakterisierenden Größen Geschwindigkeit und Temperatur ergaben eine überwiegend gute Übereinstimmung der Messwerte aus den Brandversuchen mit den Simulationsergebnissen. Basierend auf den Berechnungen zu den Temperatur- und Geschwindigkeitsverteilungen wurden schließlich unter den Aspekten der Funktionsüberprüfung der betriebstechnischen Einrichtungen und der Erfassung von Eingangsgrößen für Simulationsrechnungen Anforderungen zur Versuchsanordnung, Branddauer, Brandgut und Erfassung der relevanten Messgrößen im Längs- und Querschnitt sowie Anforderungen zu Schutzvorkehrungen abgeleitet. Die Untersuchung hat gezeigt, dass die Definition "eines" Standardbrandversuchs nicht zweckmäßig ist, da die Zielsetzungen sich zu sehr unterscheiden. Dagegen konnten konkrete Grundlagen und Empfehlungen zur Festlegung standardisierter Brandversuche für die gemäß RABT und ZTV-ING vorgesehenen Funktionstests erarbeitet werden. Außerdem konnte gezeigt werden, dass das für die Simulationsrechnungen verwendete Programm FDS derzeit ein adäquates Instrument bildet, nicht nur bezüglich der Simulation von Tunnelbränden unter realen Gegebenheiten und der resultierenden Strömungs- und Temperaturverhältnissen sowie Rauchkonzentrationen, sondern auch in Bezug auf die benötigte Rechner- und Speicherkapazität.
Automotive Engineering, Mechanical Engineering and TechnologyrnAbstract: The degrees of injury severity, as a rule injuries scaled by AIS of specific regions of the human body, investigated out of road traffic accidents correspond to the body-specific loading values, which are found out with the aid of experimental or mathematical simulation of crash tests with motor vehicles or with sled tests. The coherence between the injured human being on the one hand and the physical and the theoretical model respectively on the other hand is established by the risk function, which describes the probability of degrees of injury severity in dependence on the protection criteria. Due to the different physical characteristics in the simulation, e.g. accelerations, forces, compressions and their velocity, the compilation of these quantities, comparable to the MAIS, the maximal occurred single AIS obtained in accident analysis is much more difficult in the simulation than in the accident occurrence. Therefore it is obvious to normalize the loading values gained out of simulation and to summarise them to an entire value in a suitable manner, the safety index.rn
In recent years the boundaries between active and passive safety blurred more and more. Passive safety in the traditional term includes all safety aspects to prevent occupants to be injured or at least injury severity should be reduced. Passive Safety starts with the collision (first vehicle contact) and ends with rescue (open vehicle doors). Within this phase the occupant has to be protected by the passenger compartment whereby no intrusion should occur. Active safety on the other side was developed to interact prior to the collision whereby the goal is to prevent accidents. The extensive interaction between active and passive safety led to the terminologies "Primary" and "Secondary" safety whereas the expression Integrated Safety Concept was generated. Within this study the most well documented single vehicle accidents with cars not equipped with ESP were identified from the PENDANT database and reconstructed. Additional cases were found in the database ZEDATU of TU Graz. In comparison each case was simulated with the assumption that the cars were equipped with ESP. The differences regarding accident avoidance or crash severity as well as reduction of injury risk were analysed.
Im Rahmen des vorliegenden Projekts wurden die verschiedenen Steuerungsverfahren einer Koordinierung untersucht. Dabei wurden im Schwerpunkt die festzeitgesteuerte Koordinierung, die verkehrsabhängige Steuerung mit Rahmenzeitplan und die vollverkehrsabhängige Steuerung miteinander verglichen. Zur Erfassung des Standes der Technik wurden Quellenanalysen durchgeführt. Zusätzlich fanden Expertengespräche statt, um auch Erfahrungen aus der Praxis in die Untersuchung einzubeziehen. Dabei stellte sich heraus, dass in der Fachwelt die Meinung vorherrscht, dass eine festzeitkoordinierte Steuerung nicht mehr dem Stand der Technik entspricht, da sie zu unflexibel ist. Um die tatsächliche Wirkung der Steuerungsverfahren zu überprüfen, wurden zehn Straßenzüge durch empirische Messungen und Simulationen untersucht. Die auf den Straßenzügen in der Realität vorhandenen Steuerungen wurden in den Simulationsmodellen exakt nachgebildet und neue Steuerungen wurden entwickelt. Dadurch konnten umfangreiche Vergleiche zwischen vorhandenen und optimierten Steuerungen sowie zwischen verkehrsabhängigen und festzeitgesteuerten Koordinierungen angestellt werden. Die Bewertung der Verfahren erfolgte anhand eines Performance Index, der die Anzahl der Halte und die Wartezeiten in jeder Knotenpunktzufahrt des Netzes berücksichtigt. Die Untersuchungen führten zu dem Ergebnis, dass die verkehrsabhängige Steuerung keineswegs nur Vorteile gegenüber der Festzeitsteuerung hat. Es ergaben sich je nach Verkehrssituation sehr unterschiedliche Qualitäten der Steuerungsverfahren. In der Simulation wurde außerdem deutlich, dass eine vollverkehrsabhängige Steuerung ohne Rahmenplan nicht geeignet ist für die Steuerung eines Straßenzuges. In den deutschen Richtlinien wird bisher kein Verfahren zur Bestimmung der Verkehrsqualität verkehrsabhängiger Steuerungen beschrieben. In dieser Untersuchung wurde zusätzlich zu den Simulationen ein theoretisches Verfahren zur Bewertung verkehrsabhängiger Steuerungen vorgestellt. Aus den so gewonnenen Untersuchungsergebnissen wurden schließlich Kriterien für die Einsatzbereiche der verschiedenen Steuerungsverfahren entwickelt, die eine Entscheidungsfindung zukünftiger Planungsvorhaben erleichtern sollen.
Motorcycle safety research
(2007)
Honda- global motorcycle sales exceeded the 10 million units mark since 2004, and further expansion is expected. As a responsibility for a company to provide mobility, Honda is focusing on motorcycle safety as top priority and has been working on various activities for both aspects of hardware and software. Here, we present Honda- activity for the safety technology of motorcycles. At present, Honda is promoting motorcycle safety in the four themes of prevention and collision safety such as safety education, recognition assistance, accident prevention and injury reduction. First, in the area of the safety education, the "Honda Safety Driving Promotion Center" was established in 1970, and motorcycle riders and vehicle driver trainings have been organized, and the traffic training centers are used as an actual practice field not only in Japan but also in many other regions in the world. Through our training activities, the new area of safety training with hardware assistance was developed and Honda- unique technology was accumulated such as the riding simulator which can provide experience of potentially dangerous situations without risk. Especially, the "riding trainer", the popular version of the riding simulator, was introduced at several motor shows in various countries and launched in September 2005. It was distributed first in Europe and is expected to expand globally aiming at 3000 units worldwide.. And in Europe, the newest version, which includes the suburban roads program, jointly developed with ADAC, will be released in near future. In the area of recognition assistance, "vehicle to vehicle communication technology" is under development using the advantage of being a manufacturer of both motorcycles and cars. This technology is under research as Honda "ASV-3" in Japan, and as part of C2C activity in Europe. As for the accident prevention, advanced brake systems for motorcycles to assist more effective brake operation have been expanded, Honda signed the European Road Safety Charter in April 2004 with the advanced brake systems commitment and furthermore, they are expanding according to vehicle characteristics and region. Then all models above 250 cc will have a version of the system by 2010. And as the last theme, "motorcycle airbag system" is introduced which is equipped on a mass production motorcycle for the first time in the world. It has been researched and developed for a long time as an injury reduction technology for collision accidents. Honda automobile technology was used for the research and development of the motorcycle airbag, and many specific issues such as the analysis of the collision conditions particular to motorcycles have been solved to realize today- success. It might be known that ADAC in-house crash test held in August this year confirmed the high effectiveness of the airbag system and showed a positive result. This motorcycle airbag system is equipped to the Honda Gold Wing and launched in North America in August, 2006. Also in Europe, it will be sold by the end of this year. Each theme of Honda motorcycle safety technology can be seen at the Honda booth.
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.