Berichte der Bundesanstalt für Straßenwesen, Reihe F: Fahrzeugtechnik
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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.
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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.
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Neben den Airbags für den Frontalaufprall haben sich auch Seitenairbags in allen Fahrzeugklassen etabliert. Diese sind für viele Fahrzeugmodelle auch auf den äußeren Fondsitzplätzen, dem typischen Sitzplatz für Kinder im Auto, erhältlich. Seitenairbags können das Verletzungsrisiko für erwachsene Pkw-Insassen in einem Seitenaufprall reduzieren. Doch der Einfluss dieser Airbagsysteme auf Kinder, die mit Kinderrückhaltesystemen im Fahrzeug gesichert sind, war bislang weitgehend unbekannt. In dieser Studie wurden die Wechselwirkungen zwischen Seitenairbags und gesicherten Kindern experimentell untersucht. Zunächst wurden die Unfalldatenbanken der Medizinischen Hochschule Hannover und des GDV abgerufen. Dort waren jedoch keine Fälle registriert, bei denen ein Seitenairbag auf einem Sitzplatz mit installiertem Kinderrückhaltesystem ausgelöst wurde. Da nicht auf Unfalldaten zurückgegriffen werden konnte, wurde zunächst versucht, die Häufigkeit von Seitenairbagsystemen im deutschen Straßenverkehr so exakt wie möglich zu quantifizieren. Dabei sollten auch die konzeptionellen Unterschiede der Airbagsysteme berücksichtigt werden. Darüber hinaus wurden die möglichen Sitzpositionen von Kinderdummys in gebräuchlichen Kinderrückhaltesystemen untersucht. Ziel war es, Aufschluß über möglicherweise gefährliche Sitzpositionen zu erlangen. Basierend auf diesen Untersuchungen wurden fünf Konfigurationen für die experimentellen Untersuchungen festgelegt. Das Hauptaugenmerk lag dabei auf sogenannten Risiko-OoP-Situationen, bei denen sich das richtig gesicherte Kind im Rahmen seiner Bewegungsmöglichkeiten innerhalb des Sitzes dem Airbagmodul nähert. Aufgrund der in Deutschland herrschenden Pflicht, Kinder entsprechend ihrem Alter im Fahrzeug zu sichern, blieben die in den entsprechenden Richtlinien (ISO, 1999; LUND, 2000) definierten OoP-Konfigurationen unberücksichtigt. Auch gefährliche Misuse-Situationen, in denen das Kind aufgrund falsch installierter Rückhaltesysteme in den direkten Entfaltungsbereich des Seitenairbags gelangen kann, wurden nicht betrachtet. Da diese Sitzpositionen generell das Verletzungsrisiko für Kinder im einem Unfall erhöhen können, wurde sich in dieser Studie auf den Normalfall, das korrekt gesicherte Kind, konzentriert. Letztendlich sind fünf Fahrzeuge für die experimentellen Untersuchungen ausgewählt worden. Diese wurden in Stand- und full-scale-Versuchen mit verschiedenen Dummys der Hybrid III-Serie und Kinderrückhaltesystemen getestet. Ausgehend von den Resultaten der Airbagstandversuche wurden in den full-scale-Versuchen die Systeme mit dem vermeintlich geringsten Schutzpotential sowie der am meisten gefährdete Kinderdummy mit verschiedenen Seitenairbags kombiniert. Von jedem Fahrzeugmodell wurden zwei Fahrzeuge des gleichen Baujahres sowie mit gleicher Ausstattung beschafft. Jeweils ein Fahrzeug wurde mit Seitenairbag und das andere ohne Seitenairbag getestet. So konnten positive oder negative Effekte des Airbags im Seitenaufprall überprüft werden. Zur Beurteilung der Messwerte wurden die Belastungsgrenzen und Schutzkriterien der "Side Airbag Out-of-Position Injury Technical Working Group" (LUND, 2000) verwendet. Die in den Standversuchen ermittelten Dummybelastungen blieben zum Teil deutlich unter den Limits. In den full-scale-Versuchen konnte der Seitenairbag die Kopf- und Brustkorbbelastungen teilweise reduzieren. Jedoch führt der Seitenairbag zu einer starken Drehung des Dummykopfes um die z-Achse. Der Grenzwert von 17 Nm wurde jeweils überschritten. Die durchgeführten Analysen und Versuche lassen den Schluss zu, daß Seitenairbags gesicherte kindliche Insassen nicht außerordentlich gefährden. In bestimmten Situationen bieten sie dem Kind zusätzlichen Schutz. Dennoch ist ein Airbag kein harmloses System. Treffen ungünstige Randbedingungen zusammen, so kann der Seitenairbag das Verletzungsrisiko auch für gesicherte Kinder erhöhen. Als besonders sensibel erwies sich der Hals der Dummys. Hier kann ein ungünstiges Airbagdesign zu erhöhten Belastungen führen.