Berichte der Bundesanstalt für Straßenwesen, Reihe F: Fahrzeugtechnik
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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.
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Die vorliegende Studie befasst sich mit der Untersuchung der aktiven Sicherheit von Motorradschutzhelmen. Es wurden auf einander abgestimmte Messungen in den Untersuchungsfeldern Aeroakustik, Aerodynamik, Temperaturverhalten (Belüftungssystem) und psychophysiologische Leistungs- und Befindlichkeitsparameter (Elektrokardiogramm, Elektromyogramm, elektrodermale Aktivität) sowohl in einem Windkanal und als auch in Form systematischer Fahrversuche (Messfahrten) durchgeführt. Grundsätzlich wurden die Messungen in den drei Geschwindigkeitsbereichen 80, 120 und 160 km/h mit einem unverkleideten Motorrad der Mittelklasse (650 ccm, ABS) absolviert. Untersuchungsgegenstand waren hierbei 12 unterschiedliche, entsprechend ausgewählte, aktuelle ECE-R 22.05 geprüfte Helme. Während auftretende Halskräfte mit einem Kraftmessroboter (dreiachsig) erfasst wurden, diente eine Messpuppe mit Head Acoustic Kunstkopf zur Aufzeichnung von Schalldruckpegeln Eine identische Akustikmesskette konnte in Verbindung mit In-Ear Mikrofonen bei den Messfahrten eingesetzt werden. Die psychophysiologischen Parameter wurden mittels einer mobilen, achtkanaligen Messkette und entsprechend adaptierten Modulen erfasst. Mit der gleichen Messkette wurden die Temperaturverläufe mittels sieben Temperatursensoren (davon ein Referenzwertgeber) zwischen Kopfoberfläche und Helminneren registriert. Der Helmaufbau wurde computertomographisch und zerlegend untersucht. Auf der Grundlage der Ergebnisse können folgende Empfehlungen bezüglich der aktiven Helmsicherheit gemacht werden: - Aeroakustik: Die Messungen lassen Gehör schädigende Schalldruckpegel (Maximalwerte 110 dB(A)) erkennen. - Aerodynamik: Bei einer Geschwindigkeit von 160 km/h wurden Werte für die Auftriebskraft (z-Richtung) zwischen 13 und 28 N ermittelt; für die Widerstandskraft (x-Richtung) solche zwischen 29 und 40 N. Ein akuter Bedarf an Anforderungsformulierungen wurde nicht erkennbar. Temperatur und Belüftungssystem: Maximaltemperaturen waren nicht höher als 36-°C. Nur bei fünf Helmen war unmittelbar nach öffnen der Belüftung ein Kühleffekt messbar. Anhand identifizierter Funktionsdefizite und Gestaltungsfehler von Belüftungssystemen konnten Verbesserungshinweise abgeleitet werden.
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Das New Car Assessment Program, kurz "NCAP", befasst sich mit der Bewertung von Neufahrzeugen. Dabei gehen die Bewertungskriterien über die vom Gesetzgeber geforderten Mindestvoraussetzungen hinaus und sollen dem Verbraucher als Hinweise für die Kaufentscheidung beim Neuwagenkauf dienen und die Sicherheit in der gesamten Fahrzeugflotte erhöhen. Im Auftrag der Bundesanstalt für Straßenwesen wurden deshalb unterscheidbare Beleuchtungsmerkmale, welche direkt die Sicherheit des Fahrzeuglenkers berühren, erarbeitet und daraus ein Bewertungssystem für die Beleuchtung am Fahrzeug entwickelt. Die gesetzlichen Bestimmungen erlauben es dem Hersteller von lichttechnischen Einrichtungen, sich innerhalb einer gewissen Bandbreite zu bewegen, die ein unterschiedliches Design und Erscheinungsbild der Kraftfahrzeuge ermöglicht. Heutige Systeme gehen meist deutlich über diese Mindeststandards hinaus. Gerade diese Situation rechtfertigt es, Bewertungskriterien zu erarbeiten, welche sich zum Beispiel mehr an der Erkennbarkeit von Hindernissen und der Blendung anderer Verkehrsteilnehmer, also an zusätzlicher Sicherheit, orientieren. Bei der Bewertung von Fahrzeugen werden zwei grundsätzliche Aspekte unterschieden, die aktive und die passive Sicherheit. Jeder dieser beiden Aspekte kann wiederum in verschiedene Teile aufgespaltet werden. Die Fahrzeugbeleuchtung ist ein Teilaspekt der aktiven Sicherheit. Im Rahmen dieses Projektes ist die Beleuchtung in folgende vier in der Bewertung unterschiedlich gewichtete Teilbereiche unterteil worden, die wiederum in weitere Unterkategorien untergliedert wurden: 1) Leistung: (Maximal 40% der Gesamtpunktzahl); Bewertet die Straßen- und Umfeldbeleuchtung, dient dem Sehen. 2) Sicherheit: (Maximal 40% der Gesamtpunktzahl); Bewertet die Sichtbarkeit und Signalqualität, dient dem Sehen und Gesehenwerden. 3) Verträglichkeit: (Maximal 10% der Gesamtpunktzahl); Bewertet soziale, ökonomische und ökologische Aspekte. 4) Komfort: (Maximal 10% der Gesamtpunktzahl); Bewertet Komponenten, die den Fahrer von Nebenaufgaben entlasten und die Konditionssicherheit betreffen. Zusammenfassung: Es wurde ein Bewertungssystem für die Beleuchtung des Kraftfahrzeugs erarbeitet und zur Verfügung gestellt. Die einzelnen Bewertungskriterien wurden auf der Basis wissenschaftlicher Erkenntnisse entwickelt und gehen über die gesetzlich vorgeschriebenen Mindestwerte hinaus. Somit ergibt sich unter anderem für ein NCAP die Möglichkeit, verschiedene Beleuchtungskonzepte von Fahrzeugen zu vergleichen.
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At the beginning of the year 2000 the European Commission set the goal to halve the number of road deaths till the year 2010. The main focus are passenger car and lorry traffic. A significant reduction of the accident data could be reached in these groups. The advancement of active vehicle safety systems is an important issue of the programme. The safety of the motorcycle traffic has been disregarded till now. Since 1991 the number of killed motorcycle riders per year has been constant. The number of killed passenger car occupants has been more than halved in the same period. This is why initiatives are caused for the increase of the motorcycle safety. A great safety potential is expected for the Antilock Brake System (ABS). ABS for motorcycles is considered from the economic view in this study. A cost-benefit analysis shall clarify whether the economic benefit of ABS for motorcycles is greater than the consumed resources. Moreover, a sensitivity analysis will determine the maximal justifiable consumption in resource for which ABS is worthwhile. After the sensitivity analysis is done a break-even analysis will determine the market price respectively the annual mileage from which on ABS is worthwhile on user level. For this the fair end consumer market price is calculated which the user is ready to pay. For the considered market prices the annual mileage is determined from which on ABS is worthwhile for the user. The considered time horizon for this analysis are the years 2015 and 2020. For each of these years the accident data is forecasted. At this, it is assumed that the frequency of having an accident per million registered motorcycles decreases based on the present trend. Thus, riding motorcycle gets safer. Hence, the accident data in the years 2015 and 2020 is lower than the accident data today. The cost-benefit analysis is done for each year for four scenarios. Two scenarios handle the market penetration. The first one is the trend scenario, the second one is the mandatory equipment from the year 2010 on. The other scenarios describe the effectiveness of ABS. The effectiveness rates are determined by a literature review. The only potential which can be considered due to the available data is the potential due to an avoiding of the downfall just before the real accident happens. According to this the number of accidents will decrease by 2.4 %. The number of fatalities will decrease by 12.1 %. The number of severe injuries decreases by 11.7 %. However, the number of slight injuries increases by 2.1 %. The mentioned effectiveness rates are valid for the scenarios with the high effectiveness. Even these figures underestimate the actual effectiveness because there are only considered the avoided accidents with downfall. The necessary consumption in resources depends on the produced volume. The more ABS systems are produced, the lower are the costs per system. This is due to realised effects of scale and effects out of learning curves. The system costs depend on the penetration rate. In the trend scenario the system costs for ABS are 120 Euro for the year 2015 respectively 105 Euro for the year 2020. In the mandatory scenario the system costs are 115 Euro for the year 2015 respectively 100 Euro for the year 2020. The benefit-cost ratios are all over the critical barrier of 1.0. Thus, ABS is worthwhile on economic level. In the scenarios with high effectiveness the benefit-cost ratios range between 4.6 and 4.9. Thus, the values are even above the barrier of 3.0. The result of the break-even analysis is that ABS is worthwhile on user level. The considered market prices are 400 Euro in 2015 and 300 Euro in 2020. They are clearly below the determined fair end consumer market prices. The fair end consumer price for the year 2015 is 701 Euro respectively 622 Euro for the year 2020. Thus, ABS is worthwhile for motorcycle riders with an annual mileage higher than 2,200 km (year 2015) respectively 1,900 km (year 2020). The annual mileage of a motorcycle rider is 3,900 km on average. Thus, ABS is worthwhile for most of the motorcycle riders. The mentioned results are valid for the high effectiveness scenarios.
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Aufgrund des demografischen Wandels werden in der Zukunft immer mehr ältere Menschen ein Kraftfahrzeug führen. Das vorliegende Projekt soll Erkenntnisse dazu liefern, wie unter Berücksichtigung der Verkehrssicherheit die Mobilität der älteren Fahrer so lange wie möglich erhalten werden kann. Unfallanalysen zeigen, dass ältere Kraftfahrer typische Fahrfehler bzw. Unfälle begehen. Unklar ist derzeit die genaue Ursache hierfür, vor allem vor dem Hintergrund der langjährigen Erfahrung älterer Kraftfahrer, welche eher eine äußerst geringe Unfallrate vermuten ließe. Ziel der vorliegenden Untersuchung war es, tiefere Erkenntnisse äber die Ursache von Fahrfehlern älterer Kraftfahrer zu gewinnen, um daraus Anforderungen an die technische Weiterentwicklung von Fahrerassistenzsystemen ableiten zu können. Diese Fahrerassistenzsysteme sollen speziell älteren Autofahrern Hilfestellung zum sicheren Führen von Kraftfahrzeugen bieten. In dem folgenden Laborexperiment wurde ein Doppeltätigkeits-Paradigma verwendet, indem eine Spurhalteaufgabe mit einer peripheren Lichtreizaufgabe kombiniert wurde. Die peripheren Lichtreize wurden den Probanden bilateral in zwei verschiedenen Abständen vom zentralen Punkt des Sehens (20 Grad und 60 Grad) präsentiert. Die Aufgaben wurden von älteren (65+) und jüngeren Kraftfahrern (22-45) zuerst einzeln, dann in Kombination durchgeführt. Um Aufschluss über mögliche Ursachen von Leistungsbeeinträchtigungen erhalten zu können, wurde neben der Erfassung von Verhaltensdaten (Spurabweichungen, Reaktionszeit, Anzahl der Auslassungen) ein Elektroenzephalogramm abgeleitet, welches Einblicke in die zugrunde liegenden neuronalen Verarbeitungsmechanismen ermöglicht. Wie erwartet, zeigten Ältere in der Spurhalteaufgabe schlechtere Leistungen als Jüngere, besonders bei gleichzeitiger Durchführung der Lichtreizaufgabe (Doppel-Aufgabe). In der Lichtreizaufgabe unterschieden sich die Leistungen der Altersgruppen nur bei Lichtreizen, die im 60 Grad Sehwinkel auftraten. Die Älteren reagierten hier langsamer und zeigten mehr Auslassungen als die Jüngeren. Überraschenderweise zeigten alle Versuchspersonen weniger Auslassungen in der Doppel-Aufgabe. Mittels Elektroenzephalogramm wurde anhand der ereigniskorrelierten Potenziale (EKP) deutlich, dass die Defizite Älterer nicht in einer Einschränkung der frühen Verarbeitung peripherer Reize (P1) liegen, da die P1 Amplitude bei Älteren sogar höher war als bei Jüngeren. Die N2 Amplitude, welche Hinweise auf die Verschiebung der Aufmerksamkeit gibt, war bei Jüngeren hingegen bei weiter peripher liegenden Reizen (60 Grad Sehwinkel) erhöht, was einen fronto-zentral fokussierten Kontrollprozess widerspiegelt. Die Orientierung auf den peripheren Reiz (P3a) war bei Älteren geringer ausgeprägt sowie auch die Zuordnung von Verarbeitungsressourcen (P3b) vor allem bei peripheren Lichtreizen. Es liegen zudem Hinweise darauf vor, dass Ältere verlängerte Reaktionszeiten aufgrund einer verzögerten Reaktionsaktivierung aufweisen. Mit dem vorliegenden Experiment konnte also gezeigt werden, dass die schlechteren Leistungen der älteren Versuchspersonen nicht auf periphere Sehleistungsmängel zurückzuführen sind, sondern einem späteren kognitiven Verarbeitungsprozess zuzuschreiben sind. Die Ergebnisse werden vor dem Hintergrund der Literatur und der Erfordernisse technischer Unterstützungen älterer Kraftfahrer diskutiert.
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Airbags sind ein wichtiger Bestandteil der passiven Sicherheitsausstattung von Fahrzeugen, haben sich in den letzten 30 Jahren stark weiterentwickelt und somit die Schutzwirkung für die Insassen weiter erhöht. Ziel dieser Arbeit ist es, auf Basis verschiedener Datensätze die Schutzwirkung von modernen Airbagsystemen aufzuzeigen und weiteres Opimtierungspotential offenzulegen. Dabei wurde der Fokus auf die Analyse von Realunfalldaten und Verletzungen durch Airbags und deren Schallpegel gesetzt.
Daten aus dem Unfallgeschehen im Straßenverkehr wurden auf Basis von GIDAS- und NASS-Daten ausgewertet. Mittels der ausgewerteten GIDAS-Daten konnte gezeigt werden, dass bei einem Delta-v von ca. 20 km/h bereits 50 % aller Airbags ausgelöst wurden, welches nicht den Erwartungshorizont der Auslöseschwelle von 25 bis 30 km/h nach KLANNER et al. (2004) entspricht. Außerdem wurde ein Trend erkannt, der zeigt, dass bei neueren Fahrzeugen die Anzahl der Airbagzündungen in einem Unfall steigt. Eine statistische Auswertung von airbaginduzierten Verletzungen ergab, dass keine statistisch signifikanten Ergebnisse in Bezug auf airbaginduzierte Verletzungen entnommen werden konnten, allerdings konnten in den analysierten Fällen leichte Verletzungen identifiziert werden, die durch die Airbagzündung verursacht wurden. Die festgestellten Verletzungen waren beispielsweise Schürfwunden, Prellungen und Verbrennungen bis maximal 2. Grades. Es wurden 14 Einzelfälle analysiert bei denen die Verletzungsschwere höher war, als es die Unfallschwere erwarten ließ. Davon waren elf Unfälle durch schlechte strukturelle Interaktion gekennzeichnet, beispielsweise Unterfahren, zentraler Stoß oder Stoß außerhalb der Längsträger. Im vorliegenden GIDAS-Datenmaterial und in der Analyse von MHH Patientinnen- und Patientendaten konnten Einzelfälle, bei denen es zu Hörschädigung in Folge einer Airbagzündung kam, identifiziert werden, allerdings konnte keine statistisch signifikante Verbindung zwischen Airbagzündung und einer Hörschädigung festgestellt werden.
Auf Basis der analysierten GIDAS-Fälle wurde eine Versuchsmatrix entwickelt, um die aufgezeigten Probleme mittels experimenteller Unfallrekonstruktion und akustischer Messungen zu adressieren. In der Unfallrekonstruktion mit zentralem Baumaufprall konnte gezeigt werden, dass bei dem vorliegenden Fall eine frühere Airbagzündung das Brustverletzungsrisiko hätte senken können und somit die vorliegende Brustverletzung wahrscheinlich vermieden hätte. In dem analysierten Auffahrunfall mit einer Unterfahrensituation konnte gezeigt werden, dass die Airbagauslösung unnötig war, da das Verletzungsrisiko durch die Airbagzündung nicht reduziert wurde. In diesem Fall hätte eine unterdrückte Airbagzündung die Hörschädigung des Fahrers verhindert.
Im Rahmen der durchgeführten akustischen Messungen wurden systematische Messungen von Schallpegeln in Fahrzeugen während eines Unfalls und im Stand gemessen. Es konnte gezeigt werden, dass die Crashbegleitgeräusche der Fahrzeugdeformation ausreichen, um den Stapediusreflex auszulösen, dadurch ist das Risiko einer Hörschädigung gering – trotz Pegel von über 160 dB. Das Risiko für eine Hörschädigung steigt mit der Anzahl der gezündeten Airbags durch die kurze Aneinanderreihung von Knallereignissen trotz ausgelösten Stapediusreflex. Auch bei frühen Zündzeitpunkten steigt das Risiko einer Hörschädigung, da der Stapediusreflex noch nicht ausgelöst ist oder sich in der Anschwellphase befindet und somit seine Schutzwirkung nicht komplett entfalten kann.
Mit den analysierten Daten konnte gezeigt werden, dass die Schutzwirkung von Airbags unumstritten ist, allerdings wurde Optimierungspotential in den Zündalgorithmen offengelegt. Das gilt für Unfälle mit schlechter struktureller Interaktion und daraus resultierendem nicht optimalen Zündzeitpunkt und für eine unnötige Airbagauslösung bei geringer Unfallschwere. Weiteres Optimierungspotential zur Reduzierung des Verletzungsrisikos besteht bei Airbags hinsichtlich ihres Potentials Schürfwunden, Prellungen, Verbrennungen und Hörschäden zu verursachen.