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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.
Active safety systems are aimed at accident prevention, hence the knowledge required for their development is different from that required for passive safety systems aimed at injury prevention. Particularly, knowledge about accident causation is required. When looking at existing accident causation data, it is argued it fails to explain in sufficient detail how and why the accidents occur. Therefore, there is a need for detailed micro-level descriptions of accident causation mechanisms, and also of methodologies suitable for creating such descriptions. One study addressing these needs is the Swedish project FICA (Factors Influencing the Causation of Accidents and Incidents), where an accident investigation methodology suitable for active safety is developed, and in-depth accident investigations following this methodology are carried out on-scene in the area of Gothenburg by a multidisciplinary team. A preliminary aggregated analysis of different cases shows that the methodology developed is adequate for pointing out common contributing factors and devising principal countermeasures.
This paper reviews briefly the evolution of the investigation of transport accidents from the early beginnings when individual events were studied but systematic data was not collected. In the transport modes other than on the roads, accident investigation early on, even of single events, was important in introducing safety improvements. Road accidents, however, evolved enormously with the growth of car ownership without any comparable political response to the consequent deaths and injuries, equivalent to what happened with the other modes. From the 1950s data bases started to contribute to our knowledge of the epidemiology of road traffic injuries, and in-depth sample studies have contributed much to the body of knowledge in the last 30 years. However, even the basic input and output variables of a crash, its severity and the seriousness of the outcomes in terms of injuries and their consequences are not complete or agreed upon. Issues of experimental design and sampling are discussed. It is proposed that the most important area for current research to address is the effect of population variations on injury outcomes. The need for the establishment of good data bases for active safety issues is emphasised with the consequent need for better links between the research community and the police.
Vehicle crash research at different levels is currently being conducted by several investigation groups in Spain, in some instances within various EU-funded projects. However there is a clear opportunity for increasing compatibility and maximizing usefulness, both at national and European levels, of the information collected by these groups. After reviewing on-going activities and programs in different countries, a framework for a nationwide crash investigation project is proposed: an organizational scheme is suggested as part of a future National Road Safety Strategic Plan; a map of investigation teams located in technological centres, universities and police agencies in Spain is presented; alternatives for several practical aspects such as team composition, deployment and operational budgets and project developmental stages are also discussed.
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.
Im Beitrag wird zunächst der Begriff "Orthotrope Fahrbahnplatte" erläutert: Früher war das Konstruktionsprinzip des Brückenbaus so, dass jedes Tragglied die ihm eigene und zugewiesene Last allein zu tragen hatte und die daraus entstandenen Auflagerbelastungen an das nächste unterstützende Bauteil weitergab. So ging es von der Fahrbahn ueber Längs- und Querträger zu den Hauptträgern, und von da aus zu den Auflagern, Pfeilern, Fundamenten bis zum Baugrund. Nach dem 2. Weltkrieg wurden andere Lastabtragungsmodelle entwickelt. Bei der "Orthotropen Platte" handelt sich um eine für den Stahlbrückenbau entwickelte Bauweise, die aus einem oberen ebenen Stahlblech besteht, welches die Abdichtung und den Fahrbahnbelag trägt. Dieses wird auch Deckblech genannt. Das Deckblech wird durch ein rechtwinkliges System von längs und quer angeordneten Stahlprofilen unterschiedlicher Steifigkeit (Laengssteifen und Querträger) unterstützt. Das aus den drei Bestandteilen bestehende kombinierte System der Fahrbahntafel ist ausserdem mittragender Bestandteil des Gesamttragsystems der Brücke. An Beispielen werden die verschiedenen Möglichkeiten der konstruktiven Ausbildung der Fahrbahntafel mit ihren Vor- und Nachteilen erläutert. Es werden Hinweise zur Berechnung und baulichen Durchbildung insbesondere der Schweissverbindungen zwischen Deckblech und Längsrippen und des Stosses der Rippen (Fensterstoß) sowie zur Steifigkeit der Querträger gegeben. So genannte Trapezprofile haben sich als die günstigste Form für die Längsrippen ergeben. Sie werden auch vorteilhaft als Beulsteifen für Stege und Bodenplatten bei Kastenträgerbrücken aus Stahl und bei Verbundbrücken angewendet.
Aktuell werden Brücken intensiv in festgelegten Zyklen untersucht, wodurch hohe Kosten entstehen, jedoch das Zusammenwirken der Konstruktionsteile und Systemabhängigkeiten nur unzureichend berücksichtigt werden. Durch eine risikobasierte Bauwerksprüfung ist es möglich, den Prüfumfang jeder Bauwerksprüfung auf Basis wissenschaftlich basierter Risikobetrachtungen auf Schadensebene festzulegen und nur bei Vorliegen einer entsprechenden Schädigungswahrscheinlichkeit zu prüfen. Hierzu wird das betrachtete Bauwerk mithilfe mehrerer Untergliederungsebenen bis zu den möglichen Schäden aufgegliedert. Für sämtliche Schäden werden auf Grundlage mechanischer oder physikalischer/chemischer Überlegungen Schädigungsmodelle definiert und für alle Schäden verschiedene Schädigungsniveaus, bezogen auf die Auswirkungen auf die Standsicherheit, Verkehrssicherheit und Dauerhaftigkeit, festgelegt. Durch eine Darstellung der Schäden mittels probabilistischer Modelle, lässt sich die Wahrscheinlichkeit, dass ein Schaden ein bestimmtes Schädigungsniveau erreicht, errechnen. Wenn die Wahrscheinlichkeit, dass ein Schaden ein bestimmtes Schädigungsniveau erreicht hat, eine zugehörige Grenzwahrscheinlichkeit erreicht, ist eine Bauwerksprüfung zur Bestätigung dieses Schadensniveaus durchzuführen. Es wird eine Systematik vorgeschlagen, die für jedes Schädigungsniveau, die Ermittlung der Grenzwahrscheinlichkeit ermöglicht. Durch die Bauwerksprüfung kann der tatsächliche Bauwerkszustand festgestellt und die Schädigungsprognose durch Einbezug dieser Erkenntnisse in die Schädigungsmodelle, angepasst werden. Durch das vorgeschlagene Modell ist es möglich, beim Umfang der Bauwerksprüfung den tatsächlichen und den prognostizierten Bauwerkszustand zu berücksichtigen. Die für die Bauwerksprüfung bereitstehenden Mittel lassen sich effizienter einsetzen und "Schwachpunkte" eines Bauwerks werden gemäß ihrer Schädigungswahrscheinlichkeit häufiger geprüft.
Transportable Schutzeinrichtungen werden in Deutschland im Bereich von Autobahnbaustellen eingesetzt, um entgegengesetzt gerichtete Verkehrsströme zu trennen und Arbeitsstellen gegenüber dem laufenden Verkehr zu sichern. Bei schweren Unfällen kann es erforderlich werden, dass Schutzeinrichtungen geöffnet werden müssen, um den Rettungskräften den Zugang zur Unfallstelle zu erleichtern. Die deutschen Regelwerke sehen bislang keinen Einsatz von Notöffnungsmöglichkeiten in transportablen Schutzeinrichtungen vor. Ziel des Projektes war es, zu ermitteln, ob und wo durch die Verwendung von Öffnungsmöglichkeiten die Zugänglichkeit zum Unfallort erleichtert werden kann. Im zweiten Schritt sollten Vorgaben für eine einheitliche Gestaltung von Notöffnungen erarbeitet werden, die mit den marktgängigen Schutzeinrichtungen umsetzbar sind, und die es den Einsatzkräften ermöglichen, ohne Vorkenntnisse und ohne Werkzeuge die Öffnungen schnell und einfach zu bedienen. Dazu sollten sowohl Verschlussmechanismen wie auch eine visuelle Kennzeichnung betrachtet werden. Die Untersuchungen haben gezeigt, dass Notöffnungen mit sehr vielen marktgängigen Schutzeinrichtungen realisiert werden können. Das größte Problem bei der Umsetzung stellt für die meisten Systeme das hohe Eigengewicht der Elemente dar. Von einer grundsätzlichen Verwendung von Notöffnungen an Arbeitsstellen auf Autobahnen ist abzuraten. Jedoch können unter bestimmten Voraussetzungen, die in einem Kriterienkatalog zusammengefasst wurden, durch den Einsatz von Notöffnungen die Zugriffsmöglichkeiten bei Unfällen verbessert werden. Aus Gründen der Verkehrssicherheit empfiehlt es sich, Notöffnungen jeweils am Beginn und am Ende einer Baustelle zu platzieren. Sind zusätzliche Öffnungspunkte dazwischen erforderlich, muss sehr gut abgewägt werden zwischen dem Faktor Zeitgewinn und dem erhöhten Risiko für Einsatzkräfte und den nachfolgenden Verkehr.
Ziel des Forschungsprojektes war die quantitative Vorausschätzung des Straßenverkehrsunfallgeschehens der Jahre 2015 und 2020 in Deutschland mit Hilfe eines eigens entwickelten Prognoseverfahrens. Das Verfahren sollte eine größtmögliche Differenzierung des zukünftigen Unfallgeschehens nach Schweregrad, Art der Verkehrsbeteiligung und Alter der Verkehrsteilnehmer erlauben. Das Modell sollte grundsätzlich in der Lage sein, Ursache - Wirkungszusammenhänge differenzierter als in herkömmlichen Ansätzen der Zeitreihenanalyse und deren Trendfortschreibung abzubilden. Den Prognosehorizont bilden die Jahre 2015 und 2020. Im Rahmen des vorliegenden Projekts erfolgte für Deutschland erstmals eine Prognose der Unfall- und Verunglücktenzahlen über eine Risikoanalyse maßgebender Unfallkonstellationen. Dabei wurde sowohl nach Ortslagen, Unfallbeteiligten und Alter der Verkehrsteilnehmer unterschieden. Mit Hilfe des vorgestellten Prognosemodells lässt sich der künftige Grad der Straßenverkehrssicherheit differenziert beurteilen. Auswirkungen der sich ändernden Rahmenbedingungen auf das Unfallgeschehen werden sowohl auf der Ebene der Unfallentstehung als auch auf der Ebene der Unfallschwere berücksichtigt. Dabei kann insbesondere der Einfluss aus Demografie und sich verändernder Zugangsvoraussetzungen zu Verkehrsmitteln auf das Unfallgeschehen abgebildet werden. Der vorgestellte erste Entwicklungsstand des Modells bietet daher bereits sehr gute Möglichkeiten, Wirkungsanalysen bei veränderten Einflussgrößen durchzuführen. Das Unfallprognosemodell wurde modular aufgebaut. Dadurch konnte eine logische und hierarchische Modellstruktur realisiert werden. In der Folge werden die einzelnen Module im Gesamtmodell sequentiell durchlaufen, sind in sich geschlossen und folgen eigenen Berechnungsvorschriften. Eine Umsetzung des Modells erfolgte auf Basis verknüpfter Excel-Dateien mit Hilfe von VBA-Makros. Hierbei wurde auf eine stark getrennte Struktur der einzelnen Berechnungsschritte Wert gelegt, um die einzelnen Dateien übersichtlich und nachvollziehbar zu gestalten. Gleichzeitig erfüllt das Modell die Forderung einer größtmöglichen Variabilität. So können sowohl geänderte Eingangsdaten zugrundegelegt werden als auch die Auswahl der differenzierten Trendberechnung beliebig getroffen werden. Im Ergebnis ist auf Basis der getroffenen Annahmen, der historischen Entwicklung und der konstellationenfeinen Fortschreibung der Risikofaktoren ein deutlicher Rückgang der Unfall- und Verunglücktenzahlen in Deutschland für den Prognosezeitraum gegenüber 2006 zu erwarten. Bei den Unfällen mit Personenschaden ist bis 2020 mit einer Abnahme um nahezu 30 % zu rechnen, bei den Verunglückten kann von einer Reduzierung um 13 % ausgegangen werden. Die Zahl getöteter Personen sinkt dabei voraussichtlich von ca. 5.100 Personen (2006) auf 2.700 Personen (2020). In Bezug auf die Schwerverletzten ist im gleichen Zeitraum mit einem Rückgang um ca. 33.000 Personen zu rechnen (2006: 74.500 Personen). Ebenso sinkt gegenüber dem Analysejahr 2006 die Anzahl Leichtverletzter um etwa 6 % auf etwa 326.000 Personen. Die Rückgänge der Verunglücktenzahlen liegen zwischen 2006 und 2015 sowie zwischen 2015 und 2020 zahlenmäßig auf einem vergleichbaren Niveau (55.000 bzw. 58.000 V). Somit wird etwa die Hälfte der Gesamtrückgänge im Prognosezeitraum allein in den letzten fünf Jahren der insgesamt fünfzehnjährigen Zeitspanne erreicht.
Der Bericht liefert einen Überblick über die Gefährdung von stählernen Fahrbahnplatten hinsichtlich Ermüdungsschäden, ordnet diese Gefährdungen in Gefährdungskategorien ein und gibt Strategien und Verfahren zu einer nachhaltigen Instandsetzung vor allem von Deckblechschäden und Schäden an der Verbindung zwischen Längsrippe und Deckblech an. Im Einzelnen geht der Bericht auf die Entwicklung stählerner Fahrbahnplatten bis zur heutigen Standardlösung ein, auf deren Weg sich einige Konstruktionen als besonders schadensanfällig erwiesen haben. Eine Aufgabe ist es daher, bestehende Brücken und die heutige Standardlösung zukunftssicher zu machen. Für die Zukunftssicherung ist besonders die Dauerhaftigkeit des Deckblechs und seiner Verbindungen zu Rippen und Querträgern wichtig. Zur Verringerung der Ermüdungsbelastung des Deckblechs gibt es Verfahren zur direkten Deckblechverstärkung und zur Effizienzsteigerung des Fahrbahnbelags zur Verbesserung der Verbundwirkung mit dem Deckblech. Die vorgestellten und untersuchten Verfahren zur direkten Deckblechverstärkung sind: - Aufbringen einer Elastomersandwichstruktur mit einem neuen zusätzlichen Stahldeckblech (Sandwich Plate System (SPS) , Pilotprojekt in NRW), - Stahlfaserbewehrter hochfester Beton mit Stahlbewehrungseinlagen (Pilotprojekte in den Niederlanden), - Aufkleben von Zusatzblechen (Versuchsstadium). Zur Effizienzsteigerung des Fahrbahnbelags ist es nötig, eine Optimierung zwischen zwei sich widersprechenden Zielsetzungen zu erreichen: 1. Dauerhaftigkeit des Belages durch ausreichende Elastizität des Belags und Reduktion der Verbundwirkung, 2. Dauerhaftigkeit des Stahlblechs und der Verbindungsnaht mit der Längsrippe durch höhere Steifigkeit des Belags und Verbesserung der Verbundwirkung. Dazu sind Versuche mit Belägen mit modifiziertem Bitumen (PmB25A) und mit hohlraumreichem Asphalttraggerüst mit nachträglichem Verguss (HANV) durchgeführt worden, die Tendenzen zu Verbesserungen erkennen lassen. Für eine weitere Optimierung der beiden Varianten sind gezielte Kleinteilversuche zur Bestimmung von temperatur- und frequenzabhängigen Stoffeigenschaften, die sich für Grenzzustandsberechnungen eignen, erforderlich. Die Berechnungsmodelle müssten an bauteilähnlichen Prüfkörpern überprüft werden. Der Bericht gibt Empfehlungen wie eine Verbesserung der Verbundeigenschaften zwischen Stahldeckblech Asphaltbelag erreicht werden kann.