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Beschrieben wird die Evaluierung eines Testverfahrens der Arbeitsgruppe 10 des European Experimental Vehicle Committee, mit dem die "Fußgängerverträglichkeit" von Frontflächen von Personenkraftwagen bestimmt werden kann. Dabei werden verschiedene Anprallarten von Fußgängern an Fahrzeugen simuliert: der Anprall eines Beines an den Stoßfänger, der Anprall des Oberschenkels an die Vorderkante der Fronthaube und der Anprall des Kopfes auf die Fronthaube. Im Beitrag wird auf die Durchführung von Tests zum Oberschenkelanprall und zum Beinanprall an drei verschiedenen Fahrzeugtypen eingegangen. Beschrieben werden Testverfahren, Versuchsaufbau und Versuchsdurchführung. Die Versuchsreihe zeigte, dass das entwickelte Testverfahren praktikabel ist.
Die Untersuchung sollte erörtern, ob es empfehlenswert ist, das Testverfahren zum streifenden Anprall eines Motorradhelmes auf die Straßenoberfläche in die ECE-R 22 aufzunehmen. Dazu war zu klären, ob die Testmethode geeignet ist, rotatorische Kräfte auf den Prüfkopf zu erfassen und ob sich aufgrund der Unfallsituationen eine Notwendigkeit für ein solches Testverfahren ergibt. Die Messergebnisse zeigen, dass der Zusammenhang zwischen der verletzungswirksamen Rotationsbeschleunigung und der im Testverfahren gemessenen Tangentialkraft nicht ohne Zweifel belegbar ist. Somit wäre zu fordern, dass statt der Tangentialkraft die Rotationsbeschleunigung als Verletzungskriterium betrachtet wird. Dafür wird jedoch ein sehr hoher Anspruch an die Messtechnik im Labor gestellt. Aus der Sicht der Unfallforschung lässt sich sagen, dass bei derartigen Anprallsituationen, insbesondere bei Anprallgeschwindigkeiten von unter 40 km/h, die sich im Laborversuch realisieren lassen, nur mäßige Kopfverletzungen auftreten (AIS 2 oder geringer). Der hohe Aufwand des Testverfahrens scheint also nicht gerechtfertigt zu sein.
The objective of this deliverable is to describe the expected influence of the candidate test procedures developed in FIMCAR for frontal impact on other impact types. The other impact types of primary interest are front-to-side impacts, collisions with road restraint systems (e.g. guardrails), and heavy goods vehicle impacts. These collision types were chosen as they involve structures that can be adapted to improve safety. Collisions with vulnerable road users (VRU) were not explicitly investigated in FIMCAR. It is expected that the vehicle structures of interest in FIMCAR can be designed into a VRU friendly shell. Information used for this deliverable comes from simulations and car-to-car crash tests conducted in FIMCAR or review of previous research. Three test configurations (full width, offset, and moving deformable barriers) were the input to the FIMCAR selection process. There are three different types of offset tests and two different full width tests. During the project test procedures could be divided into three groups that provide different influences or outcomes on vehicle designs: 1. The ODB barrier provides a method to assess part of the vehicles energy absorption capabilities and compartment test in one test. 2. The FWRB and FWDB have similar capabilities to control structural alignment, further assess energy absorption capabilities, and promote the improvements in the occupant restraint system for high deceleration impacts. 3. The PDB and MPDB can be used to promote better load spreading in the vehicle structures, in addition to assessing energy absorption and occupant compartment strength in an offset configuration. The consortium selected the ODB and FWDB as the two best candidates for short term application in international rulemaking. The review of how all candidates would affect vehicle performance in other impacts (beside front-to-front vehicle or frontal impacts with fixed obstacles) however is reported in this deliverable to support the benefit analysis reported in FIMCAR. The grouping presented above is used to discuss all five test candidates using similarities between certain tests and thereby simplify the discussion.
The objectives of the FIMCAR (Frontal Impact and Compatibility Assessment Research) project are to answer the remaining open questions identified in earlier projects (such as understanding of the advantages and disadvantages of force based metrics and barrier deformation based metrics, confirmation of specific compatibility issues such as structural interaction, investigation of force matching) and to finalise the frontal impact test procedures required to assess compatibility. Research strategies and priorities were based on earlier research programs and the FIMCAR accident data analysis. The identified real world safety issues were used to develop a list of compatibility characteristics which were then prioritised within the consortium. This list was the basis for evaluating the different test candidates. This analysis resulted in the combination of the Full Width Deformable Barrier test (FWDB) with compatibility metrics and the existing Offset Deformable Barrier (ODB) as described in UN-ECE Regulation 94 with additional cabin integrity requirement as being proposed as the FIMCAR assessment approach. The proposed frontal impact assessment approach addresses many of the issues identified by the FIMCAR consortium but not all frontal impact and compatibility issues could be addressed.
Accident analysis
(2014)
For the assessment of vehicle safety in frontal collisions compatibility (which consists of self and partner protection) between opponents is crucial. Although compatibility has been analysed worldwide for years, no final assessment approach has been defined to date. Taking into account the European Enhanced Vehicle safety Committee (EEVC) compatibility and frontal impact working group (WG15) and the EC funded FP5 VC-COMPAT project activities, two test approaches have been identified as the most promising candidates for the assessment of compatibility. Both are composed of an off-set and a full overlap test procedure. In addition another procedure (a test with a moving deformable barrier) is getting more attention in today- research programmes. The overall objective of the FIMCAR project is to complete the development of the candidate test procedures and propose a set of test procedures suitable for regulatory application to assess and control a vehicle- frontal impact and compatibility crash safety. In addition an associated cost benefit analysis should be performed. The specific objectives of the work reported in this deliverable were: - Determine if previously identified compatibility issues are still relevant in current vehicle fleet: Structural interaction, Frontal force matching, Compartment strength in particular for light cars. - Determine nature of injuries and injury mechanisms: Body regions injured o Injury mechanism: Contact with intrusion, Contact, Deceleration / restraint induced. The main data sources for this report were the CCIS and Stats 19 databases from Great Britain and the GIDAS database from Germany. The different sampling and reporting schemes for the detailed databases (CCIS & GIDAS) sometimes do not allow for direct comparisons of the results. However the databases are complementary " CCIS captures more severe collisions highlighting structure and injury issues while GIDAS provides detailed data for a broader range of crash severities. The following results represent the critical points for further development of test procedures in FIMCAR.
Bei der Untersuchung des Insassenschutzes von Pkw's bei Seitenkollisionen wurden als seitlich auftreffende Fahrzeuge neben Pkw auch unterschiedliche Barrierenformen verwendet. Um die Zahl der Prüfungen im Typgenehmigungsverfahren für neue Pkw-Modelle gering zu halten, wurde von der europäischen Automobilindustrie ein Vorschlag zur Harmonisierung europäischer und amerikanischer Lösungen entwickelt. Es wurden zwei Versuchsserien zur Beurteilung des Quergeschwindigkeitseinflusses mit Fahrzeugen europäischer Größenverhältnisse durchgeführt sowie eine Serie mit einer Versuchskonfiguration, die zur Harmonisierung vorgeschlagen wurde. Die Untersuchungsergebnisse zeigen, dass die Kombination einer mobilen deformierbaren Barriere mit Bewegungsparametern zur Simulation eines Querbewegungseinflusses durch kinematische Umkehrung am gestoßenen Fahrzeug nur zu einem geringen Teil die gleiche Belastung bewirkt, wie bei der Kollision mit zwei bewegten Fahrzeugen.
The off-set assessment procedure potentially contributes to the FIMCAR objectives to maintain the compartment strength and to assess load spreading in frontal collisions. Furthermore it provides the opportunity to assess the restraint system performance with different pulses if combined with a full-width assessment procedure in the frontal assessment approach. Originally it was expected that the PDB assessment procedure would be selected for the FIMCAR assessment approach. However, it was not possible to deliver a compatibility metric in time so that the current off-set procedure (ODB as used in UNECE R94) with some minor modifications was proposed for the FIMCAR Assessment Approach. Nevertheless the potential to assess load spreading, which appears not to be possible with any other assessed frontal impact assessment procedure was considered to be still high. Therefore the development work for the PDB assessment procedure did not stop with the decision not to select the PDB procedure. As a result of the decisions to use the current ODB and to further develop the PDB procedure, both are covered within this deliverable. The deliverable describes the off-set test procedure that will be recommended by FIMCAR consortium, this corresponds to the ODB test as it is specified in UN-ECE Regulation 94 (R94), i.e. EEVC deformable element with 40% overlap at a test speed of 56 km/h. In addition to the current R94 requirements, FIMCAR will recommend to introduce some structural requirements which will guarantee sufficiently strong occupant compartments by enforcing the stability of the forward occupant cell. With respect to the PDB assessment procedure a new metric, Digital Derivative in Y direction - DDY, was developed, described, analysed, and compared with other metrics. The DDY metric analyses the deformation gradients laterally across the PDB face. The more even the deformation, the lower the DDY values and the better the metric- result. In order analyse the different metrics, analysis of the existing PDB test results and the results of the performed simulation studies was performed. In addition, an assessment of artificial deformation profiles with the metrics took place. This analysis shows that there are still issues with the DDY metric but it appears that it is possible to solve them with future optimisations. For example the current metric assesses only the area within 60% of the half vehicle width. For vehicles that have the longitudinals further outboard, the metric is not effective. In addition to the metric development, practical issues of the PDB tests such as the definition of a scan procedure for the analysis of the deformation pattern including the validation of the scanning procedure by the analysis of 3 different scans at different locations of the same barrier were addressed. Furthermore the repeatability and reproducibility of the PDB was analysed. The barrier deformation readings seem to be sensitive with respect to the impact accuracy. In total, the deliverable is meant to define the FIMCAR off-set assessment procedure and to be a starting point for further development of the PDB assessment procedure.
Mit Abschluss dieses Forschungsprojekts ist eine Wissensbasis erarbeitet, die es ermöglicht relativ schnell die Eigenschaften beliebiger Schutzhelme im Voraus zu berechnen. Es wurde ein Rechenprogrammsystem erstellt, welches mit Hilfe der Schalentheorie und der Methode der Übertragungsmatrizen für alle denkbaren Aufschlagpunkte ingenieurmäßige Aussagen liefert über die Tauglichkeit eines Helms. Mit diesem Programmsystem wurde eine Parameterstudie anhand von 27 Helmvarianten mit dem Ziel durchgeführt, die Abstimmung von Helmschale und Schutzpolsterung so zu wählen, dass eine optimale Energieumsetzung möglich ist, optimal im Sinne einer Minimierung der aus dem Stoß resultierenden Kopfbeschleunigung. Es erfolgte eine Variation der Parameter Schutzpolsterungsdicke und Helmschalendicke. Die Abhängigkeit der Kopfbeschleunigung von der Aufprallenergie wurde ebenfalls untersucht. Neben Vergleichsrechnungen mit der Methode der finiten Elemente wurden auch gemessene Beschleunigungen zur Absicherung der Ergebnisse herangezogen. Die Parameterstudie mittels Übertragungsmatrizen ist auch mit einer parallel entwickelten PC-Programmversion durchführbar. Unter der Voraussetzung hinreichenden Energieaufnahmevermögens sind für den Polycarbonat-Polystyrol-Helm handelsüblicher Machart eine geringe Helmschalendicke, eine geringe Schutzpolsterungsdichte und eine dicke Schutzpolsterung anzustreben, wobei dieser letzte Einfluss weniger stark ist. Nach Abschluss der laufenden Polystyrol-Werkstoffversuche bleibt zu klären inwieweit die beschriebenen Einflüsse abhängig von der Aufprallenergie sind. Die Berechnungen zeigen, dass eine starke Abhängigkeit der maximalen Kopfbeschleunigung von der Aufprallenergie vorliegt, was vom Regelwerk ECE 22/02 nicht hinreichend berücksichtigt wird. Es ist notwendig in den Helmtests unterschiedliche Aufprallenergien zu realisieren. Der Tauglichkeitsnachweis muss den unfallrelevanten Geschwindigkeitsbereich abdecken. Die Prüfkopfmasse muss erhöht werden. Sie repräsentiert die reduzierte Masse und ist im Grenzfall gleich der Masse des Motorradfahrers. Anzustreben ist ideal plastisches Verhalten der Schutzpolsterung, so dass in Kombination mit einer biegesteifen Helmschale über einen weiten Energiebereich Beschleunigungskonstanz erzielt wird. Ein Schritt in diese Richtung wäre der Einsatz von Wabenstrukturen (honeycomb) zwischen Helmschale und Komfortpolsterung.
Das vorliegende Forschungsvorhaben behandelt den Vergleich von zerstörungsfreien Prüfverfahren, die sich zur Untersuchung von Betonbrücken eignen. Um die in den letzten Jahren erfolgten Neu- und Weiterentwicklungen auf diesem Gebiet hinsichtlich ihrer Einsatzmöglichkeiten und Leistungsgrenzen zu vergleichen und zu bewerten, wurden diese Verfahren in einer Ringversuchsreihe getestet. Dazu wurden zwei Probekörper mit gezielt eingebrachten Fehlstellen hergestellt. Im Mittelpunkt der Untersuchung stand die Analyse von Spannkanälen, wobei sich die Betonrezeptur und die Lage der schlaffen Bewehrung sowie der Spannkanäle an realen Praxisbedingungen orientierten. Zusätzlich wurden Verdichtungsmängel untersucht. Zum Einsatz kamen die Verfahrensgruppen Radar, Ultraschall-Echo und Impact-Echo in jeweils mehreren aktuell entwickelten Verfahrensmodifikationen einschließlich ein- und dreidimensionaler Rekonstruktionsrechnungen. Die Experimente wurden begleitet von Simulationsrechnungen zur Ausbreitung akustischer Wellen und Mikrowellen. Im Ergebnis konnten das Radar- und die Ultraschallverfahren bei nicht zu enger schlaffer Bewehrung die Hüllrohre sicher orten. Die bildgebenden Ultraschallverfahren konnten einige der Verpress- und Verdichtungsmängel im Blindversuch angeben. Das Impact-Echo-Verfahren konnte dagegen seine aus der Literatur bekannte Leistungsfähigkeit zur Analyse der Spannkanäle nicht bestätigen. Mit den Simulationsrechnungen wurden wichtige Ergebnisse zur Unterstützung der Versuchsplanung und der Auswertung gewonnen und der Einfluss der Luftporen des Betons auf die Ultraschallausbreitung quantitativ nachgewiesen. Der derzeitige Entwicklungsstand der Verfahren lässt es noch nicht zu, an Probekörpern mit engmaschiger schlaffer Bewehrung Aussagen über die Lage oder den Zustand des Spannkanals zu treffen.
Gemäß Eurocode 1 ist für die Unterbauten von Brücken außerorts eine horizontale Anpralllast von 1500 kN zu berücksichtigen. Gemäß der ZTV-ING ist für die Stiele von Schilderbrücken eine Anpralllast von 100 kN anzusetzen. Im Rahmen des Forschungsvorhabens wurde aufbauend auf einer qualitativen und quantitativen Risikoanalyse sowie der Berechnung der Auftretenswahrscheinlichkeit eine statische Ersatzkraft für ein Anprallereignis anhand dynamischer numerischer FE-Berechnungen berechnet. Die Auftretenswahrscheinlichkeit für P(Anprall mit Todesfolge / km) konnte auf der Grundlage recherchierter Anprallereignisse mit 6,8 x 10-5 / Jahr berechnet werden. Im Rahmen einer qualitativen Risikoanalyse konnte festgestellt werden, dass die Anordnung von Fahrzeugrückhaltesystemen eine deutliche Senkung des Gefährdungsgrades für den Anprallenden und für Dritte bewirkt. Am Gesamtmodell einer Verkehrszeichenbrücke wurden dynamische Berechnungen mit dem Programm Siemens NX durchgeführt. Der Anprallkörper wurde dabei so modelliert, dass der LKW Anprall möglichst realistisch nachempfunden werden kann. Es zeigte sich, dass ein Anprallsockel gemäß Richtzeichnung Riz-Ing VZB 4 eine deutliche Reduzierung des Anprallereignisses in Hinblick auf Geschwindigkeit und einwirkende Masse an die Stütze bewirkt. Die statischen und dynamischen Berechnungen haben zudem gezeigt, dass durch die Berücksichtigung der dynamischen Effekte eine Steigerung der Tragfähigkeit von ca. 90 % durch die Trägheit der Verkehrszeichenbrücke und ca. 50% durch die Dehnrateneffekte zu erwarten ist. Es wird empfohlen die statische Ersatzlast mit H = 100 kN zu berücksichtigen. Der Angriffspunkt der statischen Ersatzlast liegt dabei 1,25 m über OK Fahrbahn. Für die Erhöhung der Querkrafttragfähigkeit und der lokalen Tragfähigkeit der Stütze am Anprallort wird die Anordnung von 2 zusätzlichen Steifen vorgeschlagen. Die beim Aufprall auftretenden Kontaktkräfte zwischen Fahrzeug und Verkehrszeichenbrücke, die um ein Vielfaches höher sind, können mit der so bemessenen Konstruktion mit großen plastischen Verformungen aufgenommen werden, sofern ein Anprallsockel vorhanden ist.