8.7 Sicherheitsmaßnahmen zum Partnerschutz - Karosserietechnik ...

Passive Fahrzeugsicherheit8.7 Partnerschutz8.7 Sicherheitsmaßnahmen zum PartnerschutzGrundsätzlichesUnfallforschungBiomechanikAufprallartenGrundlagenSelbstschutz8.7 SicherheitsmaßnahmenPartnerschutzVersuchstechnikzum PartnerschutzProf. Dr.-Ing T. RöthLeichtbau undKarosserietechnikFB6 Luft- undRaumfahrttechnikSeite1 v. 48/03.05.2006

Passive Fahrzeugsicherheit8.7 Partnerschutz8.7 Sicherheitsmaßnahmen zum Partnerschutz8.6 Sicherheitsmaßnahmen zum Selbstschutz8.7 Sicherheitsmaßnahmen zum Partnerschutz8.7.1 Kompatibilität von Pkw8.7.2 Fußgänger- und Zweiradfahrerschutz8.8 Experimenteller FahrzeugcrashGrundsätzlichesUnfallforschungBiomechanikAufprallartenGrundlagenSelbstschutzPartnerschutzVersuchstechnikProf. Dr.-Ing T. RöthLeichtbau undKarosserietechnikFB6 Luft- undRaumfahrttechnikSeite2 v. 48/03.05.2006

Passive Fahrzeugsicherheit8.7.1 Kompatibilität von PKW8.7 PartnerschutzUnter Kompatibilität versteht man die Verträglichkeit der Unfallgegner.Es wird unterschieden in: Massenaggressivität Steifigkeitsaggressivität Geometrische AggressivitätGrundsätzliches: EES (Equivalent Energy Speed) = Äquivalente Geschwindigkeit m 1 /m 2 =1,6 für 90% der Pkw-Pkw-Unfälle Beschränkung der durchschnittlichen, maximalen Zellenverzögerung a max ≤30gGrundsätzlichesUnfallforschungBiomechanikAufprallartenGrundlagenm 1= Masse großes Fahrzeugm 2= Masse kleines FahrzeugVerteilungsfunktion P [%]12010080604020SelbstschutzPartnerschutzVersuchstechnik0400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000Crash- Masse [kg]Prof. Dr.-Ing T. RöthLeichtbau undKarosserietechnikFB6 Luft- undRaumfahrttechnikSeite3 v. 48/03.05.2006

Passive Fahrzeugsicherheit8.7.1 Kompatibilität von PKW8.7 PartnerschutzPrinzipieller Zielkonflikt zwischen Selbstschutz und Pkw/Pkw-KompatibilitätGrundsätzlichesWandaufprall(Selbstschutz)PKW /PKW -Kollision(Partnerschutz)UnfallforschungBiomechanikAufprallartenGrundlagenFa k= a g= 39gF g= 1157 kNa g= 68gF kF gF k= F g= 333 kNa g= 23gSelbstschutzPartnerschutzVersuchstechnikF k= 386 kN0,5 mSS k0,87 m0,29 mS gFahrzeugparameter : m k= 500 kg ; m g= 1500 kg ; v k= v g= 50km/hAuslegung der Vorderwagenkennung auf die „Auslegungsgeschwindigkeit v B “(bzw. „Barrier Impact Speed“)Prof. Dr.-Ing T. RöthLeichtbau undKarosserietechnikFB6 Luft- undRaumfahrttechnikSeite4 v. 48/03.05.2006

Passive Fahrzeugsicherheit8.7.1 Kompatibilität von PKW8.7 PartnerschutzHauptsatz der Kompatibilität:Für den Fall, dass zwei Fahrzeuge kollidieren und ihre Aufprallgeschwindigkeitkleiner ist als die doppelte Auslegegeschwindigkeit, dann ist für diesen speziellenCrash genügend Deformationsenergie vorhanden. Diese gilt, egal welchesMassenverhältnis die beiden Wagen aufweisen.Herleitung dieser Aussage durch:1 1E before= * m +2 221* v1* m2*v22( mafter+ vE1+ m2)*v = m1* v1m2*afterD =mit:=E12before*( m1 + m2)* v− Ev cund solange gilt:after= v 1− v 2v ≤ 2*cv B2after2Energieerhaltungssatz+ImpulserhaltungssatzDeformationsenergieRelativgeschwindigkeit v cAuslegungsgeschw. v Bv 1v Bv 2vΔv 1Δv 2v aftertGrundsätzlichesUnfallforschungBiomechanikAufprallartenGrundlagenSelbstschutzPartnerschutzVersuchstechnikkann der Hauptsatz der Kompatibilität hergeleitet werden:1 m mm mm mD =1 * 22 1 1 * 2 2 1 1 * 22 12* *( v1− v2)= * * vc ≤ * *(2* vB) ≤ *( m1+ m2)vB= E2 m + m2 m + m 2 m + m2*121212Prof. Dr.-Ing T. RöthLeichtbau undKarosserietechnikFB6 Luft- undRaumfahrttechnikSeite5 v. 48/03.05.2006

Passive Fahrzeugsicherheit8.7.1 Kompatibilität von PKW8.7 PartnerschutzDer Hauptsatz der Kompatibilität zeigt die prinzipielle Lösbarkeit des Problems. Zielder Kompatibilität ist es daher, beide Vorderwagen adäquat zu verformen. Dieseserfolgt durch die Steifigkeitskennung der Vorderwagen.GrundsätzlichesUnfallforschungBiomechanikAufprallarten21GrundlagenSelbstschutzm 2 = 500kgv 2 = 50km/hm 1 = 1500kgv 1 = 50km/hPartnerschutzVersuchstechnikDaten für den Frontalaufprall zweier FahrzeugeProf. Dr.-Ing T. RöthLeichtbau undKarosserietechnikFB6 Luft- undRaumfahrttechnikSeite6 v. 48/03.05.2006

Passive Fahrzeugsicherheit8.7.1 Kompatibilität von PKW8.7 PartnerschutzGrundsätzlichesUnfallforschungPkw/Barriere-KollisionBiomechanikAufprallartenGrundlagens 2F 2F 1s 1F 2F 1s 1s 2SelbstschutzDeformationswegZellenverzögerungStruktur-KraftDeformationsenergieEESs 2= 0,64ma 2= 30gF 2= 150kND 2= 47kJEES 2= 50km/hs 1= 0,64ma 1= 30gF 1= 450kND 1= 142kJEES 1= 50km/hs 2= 0,32ma 2= 30gF 2= 150kND 2= 47kJEES 2= 50km/hs 1= 0,32ma 1= 30gF 1= 450kND 1= 142kJEES 1= 50km/hPartnerschutzVersuchstechnikGeschwindigkeitsänd.Δv 2= 50km/hΔv 1= 50km/hΔv 2= 50km/hΔv 1= 50km/hProf. Dr.-Ing T. RöthLeichtbau undKarosserietechnikFB6 Luft- undRaumfahrttechnikSeite7 v. 48/03.05.2006

Passive Fahrzeugsicherheit8.7.1 Kompatibilität von PKW8.7 PartnerschutzGrundsätzlichesUnfallforschungPkw/Pkw-KollisionF 1F F21F 2s 2s 1s 2s 1BiomechanikAufprallartenGrundlagenDeformationswegZellenverzögerungStruktur-KraftDeformationsenergieEESGeschwindigkeitsänd.s 2= 0,96ma 2= 45gF 2= 225kND 2= 109kJEES 2= 75km/hΔv 2= 75km/hs 1= 0,32ma 1= 15gF 1= 225kND 1= 36kJEES 1= 25km/hΔv 1= 25km/hs 2= 0,96ma 2= 30gF 2= 150kND 2= 145kJEES 2= 100km/hΔv 2= 75km/hs 1= 0ma 1= 10gF 1= 150kND 1= 0kJEES 1= 0km/hΔv 1= 25km/hSelbstschutzPartnerschutzVersuchstechnikProf. Dr.-Ing T. RöthLeichtbau undKarosserietechnikFB6 Luft- undRaumfahrttechnikSeite8 v. 48/03.05.2006

Passive Fahrzeugsicherheit8.7.1 Kompatibilität von PKW8.7 PartnerschutzAnsätze zur Lösung der Kompatibilität beim Pkw/Pkw-Aufprall:1. Selbsteinstellbare Vorderwagenkennungen (theoretisch, aber technisch nichtumsetzbar)2. weicher Vorderwagenauslegung des großen Fahrzeugs( große Verformungen im Barrierentest / bzw. langer Vorderwagen nötig)3. Auslegung beider Vorderwagen auf gleiche Steifigkeit, bzw. gl. Defo.-energie( hohe Belastungen des kleinen Fzg. beim Barrierentest und Pkw/Pkw-Aufprall)GrundsätzlichesUnfallforschungBiomechanikAufprallartenGrundlagenSelbstschutzF 2F 1s 1F 2F 1Partnerschutzs 2s 1s 2VersuchstechnikDeformationswegZellenverzögerungStruktur-KraftDeformationsenergieEESGeschwindigkeitsänd.s 2= 0,37m s 1= 0,64ma 2= 52g a 1= 30gF 2= 261kN F 1= 450kND 2= 47kJ D 1= 142kJEES 2= 50km/h EES 1= 50km/hΔv 2= 50km/h Δv 1= 50km/hPkw/Barriere-Kollisions 2= 0,45m s 1= 0,45ma 2= 63g a 1= 21gF 2= 320kN F 1= 320kND 2= 72kJ D 1= 72kJEES 2= 61km/h EES 1= 35km/hΔv 2= 75km/h Δv 1= 25km/hPkw/Pkw-KollisionProf. Dr.-Ing T. RöthLeichtbau undKarosserietechnikFB6 Luft- undRaumfahrttechnikSeite9 v. 48/03.05.2006

Passive Fahrzeugsicherheit8.7.1 Kompatibilität von PKW8.7 PartnerschutzGrundsätzliches600Maximum 570 mmUnfallforschungDeformation [mm]550500450400350Inkompatibler Bereich„weiche Auslegung“Inkompatibler Bereich„steife Auslegung“BiomechanikAufprallartenGrundlagenSelbstschutzPartnerschutzMinimum 330 mm300500 700 900 1100 1300 1500 1700 1900Fahrzeugmasse [kg]VersuchstechnikKurve der Kompatibilität bei Auslegung der Vorderwagen auf gleiche Steifigkeit[Quelle: Zeidler][Anm.: Außerhalb des definierten Massenbereiches werden 330mm bzw. 570mm angenommen)Prof. Dr.-Ing T. RöthLeichtbau undKarosserietechnikFB6 Luft- undRaumfahrttechnikSeite10 v. 48/03.05.2006

Passive Fahrzeugsicherheit8.7.1 Kompatibilität von PKW8.7 Partnerschutz4. Ansatz nach dem Prinzip: Auslegung der Vorderwagensteifigkeit nach demMassenverhältnis (Renault)GrundsätzlichesUnfallforschungs1m =11m1s2m2D2m2D F=1F2aus und werden ermittelt: undEESEES12BiomechanikAufprallarten5. Ansatz nach dem Prinzip der gleichen EES durch unterschiedliche Kennlinien:∫ F1ds1∫ F2ds2=2 1 2m1vBm2v B122∫∫F ds1F ds212=mm12=DD12undEESEES1=21GrundlagenSelbstschutzPartnerschutzVersuchstechnikGilt nur punktuell für die Auslegung v c = 2v B , da die Kräfte F 1 und F 2 zu jedemZeitpunkt etwa identisch sein müssen, d.h. die Kraft-Weg-Kennung ist als lineareKennung vorgegeben. Bei niedrigeren Geschwindigkeiten ist dann eineüberproportionale Reduzierung der Verzögerungen nicht möglichProf. Dr.-Ing T. RöthLeichtbau undKarosserietechnikFB6 Luft- undRaumfahrttechnikSeite11 v. 48/03.05.2006

Passive Fahrzeugsicherheit8.7.1 Kompatibilität von PKW8.7 PartnerschutzGrundsätzliches40003500konventionelle AuslegungDC- KonzeptUnfallforschungBiomechanikSteifigkeit [kN/m]30002500200015001000500Renault- KonzeptAufprallartenGrundlagenSelbstschutzPartnerschutzVersuchstechnik0500 700 900 1100 1300 1500 1700 1900Fahrzeugmasse [kg]Prof. Dr.-Ing T. RöthLeichtbau undKarosserietechnikFB6 Luft- undRaumfahrttechnikSeite12 v. 48/03.05.2006

Passive Fahrzeugsicherheit8.7.1 Kompatibilität von PKW8.7 PartnerschutzGrundsätzliches1000900konventionelle AuslegungDC- KonzeptUnfallforschungBiomechanikDeformation [mm]800700600500400300Renault- KonzeptAufprallartenGrundlagenSelbstschutzPartnerschutzVersuchstechnik200500 700 900 1100 1300 1500 1700 1900Fahrzeugmasse [kg]Prof. Dr.-Ing T. RöthLeichtbau undKarosserietechnikFB6 Luft- undRaumfahrttechnikSeite13 v. 48/03.05.2006

Passive Fahrzeugsicherheit8.7.1 Kompatibilität von PKW8.7 Partnerschutz6. Ansatz durch stufenweise abgestimmte Kennlinien (zielführend für Fahrzeugeunterschiedlicher Masse sowie allen Geschwindigkeiten v c ≤ 2v B )GrundsätzlichesUnfallforschungVorderwagen1FBiomechanikAufprallartenGrundlagenS 1Vorderwagen2S 2SelbstschutzPartnerschutzDeformationswegFahrzeug 1DeformationswegFahrzeug 2VersuchstechnikProf. Dr.-Ing T. RöthLeichtbau undKarosserietechnikFB6 Luft- undRaumfahrttechnikSeite14 v. 48/03.05.2006

Passive Fahrzeugsicherheit8.7.1 Kompatibilität von PKW8.7 PartnerschutzGrundsätzlichesPrinzipielles Verhalten von Vorderwagen mit unterschiedlicher Kraft-Weg-Kennungbeim Pkw/Pkw-Aufprall unter Berücksichtigung verschiedener GeschwindigkeitenUnfallforschungBiomechanikKraftKraft-Weg-Kennung Fzg. 1(1500kg)Kraft-Weg-Kennung Fzg. 2(1000kg)v c= 37 km/hAufprallartenGrundlagenSelbstschutzPartnerschutzVersuchstechnikRelativgeschwindigkeit Vc = 37km/hVerformung Fzg. 1Verformung Fzg. 2VerformungProf. Dr.-Ing T. RöthLeichtbau undKarosserietechnikFB6 Luft- undRaumfahrttechnikSeite15 v. 48/03.05.2006

Passive Fahrzeugsicherheit8.7.1 Kompatibilität von PKW8.7 PartnerschutzGrundsätzlichesUnfallforschungBiomechanikAufprallartenGrundlagenRelativgeschwindigkeit Vc = 68km/h?x?Relativgeschwindigkeit Vc = 78km/hSelbstschutzPartnerschutzVersuchstechnikRelativgeschwindigkeit Vc = 105km/hRelativgeschwindigkeit Vc = 109km/hx = Höhere Zellenbelastung für kleineres Fzg. Rückhaltesystem ist u.U. nicht mehr abgestimmt!Prof. Dr.-Ing T. RöthLeichtbau undKarosserietechnikFB6 Luft- undRaumfahrttechnikSeite16 v. 48/03.05.2006

Passive Fahrzeugsicherheit8.7.1 Kompatibilität von PKW8.7 PartnerschutzKonstruktive UmsetzungGrundsätzliches1. Krafteinleitung- Abstützen der beiden Vorderwagen- Kompensation unterschiedlicherGeometrie- und Strukturverhältnisse- Einbeziehen der stoßabgewandtenSeite d. Stoßfängerträger- Kompensation von Nickbewegung(Abgleitblech für „Verkeilen“ in Z)- Axiales Einleiten von Kräften auf denLängsträger (durch Bolzen gelenkigeund momentenfreie Lagerung desStoßfängerquerträgers)UnfallforschungBiomechanikAufprallartenGrundlagenSelbstschutzPartnerschutz2. Deformationszone- Absorption des größten Teils der Energie- Progressive Auslegung der Kennlinie, um gleichzeitiges Verformen zu erzeugen(Vermeidung des Beschleunigungssprunges für beide Fahrzeuge)Versuchstechnik3. Kompatibilitätszone- Vermeidung weitergehender Deformation des Überlebensraums- Kraft der K.-zone muss über der Deformationskraft des Gegners liegen- Wenn K.-Zone doch verformt (i.B. bei Unfällen v c> v B), dann so, dass Verzögerungnicht über die Auslegungsschwellen des RHS steigt(Quelle VW)Prof. Dr.-Ing T. RöthLeichtbau undKarosserietechnikFB6 Luft- undRaumfahrttechnikSeite17 v. 48/03.05.2006

Passive Fahrzeugsicherheit8.7.1 Kompatibilität von PKW8.7 Partnerschutz4050% Offset zw. VW Lupo und VWPassat- Verformung Lupo bei 45msec zuEnde (Passat verformt alleine)- nach 45msec Rotation um Y-AchseGrundsätzlichesUnfallforschungBiomechanikAufprallartenGrundlagen45 msecSelbstschutzPartnerschutz40Versuchstechnik(Quelle VW)Prof. Dr.-Ing T. RöthLeichtbau undKarosserietechnikFB6 Luft- undRaumfahrttechnikSeite18 v. 48/03.05.2006

Passive Fahrzeugsicherheit8.7.1 Kompatibilität von PKW8.7 PartnerschutzÜberlagerung der Ausgleichskurven(näherungsweise ausVerzögerungsverlauf bestimmt)GrundsätzlichesUnfallforschungBiomechanikAufprallartenGrundlagenSelbstschutzPartnerschutzVersuchstechnikKraft-Weg-Kurve- Synchrone Verformung der beidenVorderwagen bis Lupo vollständigverformt ist- Passat verformt weitere ca. 65mm(Quelle VW)Prof. Dr.-Ing T. RöthLeichtbau undKarosserietechnikFB6 Luft- undRaumfahrttechnikSeite19 v. 48/03.05.2006

Passive Fahrzeugsicherheit8.7 Partnerschutz8.7 Sicherheitsmaßnahmen zum Partnerschutz8.6 Sicherheitsmaßnahmen zum Selbstschutz8.7 Sicherheitsmaßnahmen zum Partnerschutz8.7.1 Kompatibilität von Pkw8.7.2 Fußgänger- und Zweiradfahrerschutz8.8 Experimenteller FahrzeugcrashGrundsätzlichesUnfallforschungBiomechanikAufprallartenGrundlagenSelbstschutzPartnerschutzVersuchstechnikProf. Dr.-Ing T. RöthLeichtbau undKarosserietechnikFB6 Luft- undRaumfahrttechnikSeite20 v. 48/03.05.2006

Passive Fahrzeugsicherheit8.7 Partnerschutz8.7.2 Fußgänger- und ZweiradfahrerschutzSchaufelstoßfänger zum Schutz desFußgängers aus dem Jahre 1902GrundsätzlichesUnfallforschungBiomechanikAufprallartenGrundlagenSelbstschutzPartnerschutzVersuchstechnik"Fangvorrichtung an Kraftfahrzeugen“aus dem Jahre 1924Prof. Dr.-Ing T. RöthLeichtbau undKarosserietechnikFB6 Luft- undRaumfahrttechnikSeite21 v. 48/03.05.2006

Passive Fahrzeugsicherheit8.7 Partnerschutz8.7.2 Fußgänger- und ZweiradfahrerschutzUnterschenkelHüfte/OberschenkelKopf(Hals/Arme/Oberkörper)rper)Veränderung derAußengeometrieDefiniertesDeformationsverhaltenPrimäraufprallraufprallSekundäraufprallAktiv, variablesSystem (AVS)Passiv, variablesSystem (PVS)Permanent, starresSystem (PSS)GrundsätzlichesUnfallforschungBiomechanikAufprallartenGrundlagenSelbstschutzPartnerschutzVersuchstechnikAVS: Vor oder während der Anfangsphase des Fußgängeraufpralls wird ein geometrischveränderbares Schutzsystem durch einen Sensor ausgelöst und aktiviert.PVS: Durch den Anfangsimpuls des aufprallenden Fußgängers selbst wird eingeometrisch veränderbares Schutzsystem aktiviert.PSS: Unter PSS versteht man jede am Fahrzeug montierte Schutzmaßnahme, die ohnegeometrisch aktiviert zu werden - also ständig aktiv – ist und somit unmittelbar füreine Verletzungsreduzierung beim Fußgängeraufprall sorgt.Prof. Dr.-Ing T. RöthLeichtbau undKarosserietechnikFB6 Luft- undRaumfahrttechnikSeite22 v. 48/03.05.2006

Passive Fahrzeugsicherheit8.7 Partnerschutz8.7.2 Fußgänger- und ZweiradfahrerschutzGrundsätzlichesUnfallforschungBiomechanikAufprallartenGrundlagenSelbstschutzPartnerschutzVersuchstechnikAllgemeiner Einfluss der AußengeometrieProf. Dr.-Ing T. RöthLeichtbau undKarosserietechnikFB6 Luft- undRaumfahrttechnikSeite23 v. 48/03.05.2006

Passive Fahrzeugsicherheit8.7 Partnerschutz8.7.2 Fußgänger- und Zweiradfahrerschutz50HK RPkw I(Mittelklasse)Pkw II(Sub-Kompakt)75100125Haubenkantenrückversatz [mm]AKein Test < 200JHK H700150675650625600Höhe der Haubenvorderkante [mm]GrundsätzlichesUnfallforschungBiomechanikAufprallartenGrundlagenSelbstschutzPartnerschutzVersuchstechnik200J - 300J300J - 400J 400J - 500J 500J - 600JA = Fahrzeug mit flach abfallendem Vorderwagen (z.B. Sportfahrzeug)Einfluss der Vorderwagengeometrie auf die benötigte Energieabsorption derFahrzeugstruktur beim Aufprall eines FußgängeroberschenkelsProf. Dr.-Ing T. RöthLeichtbau undKarosserietechnikFB6 Luft- undRaumfahrttechnikSeite24 v. 48/03.05.2006

Passive Fahrzeugsicherheit8.7 Partnerschutz8.7.2 Fußgänger- und ZweiradfahrerschutzGrundsätzlichesHK RUnfallforschungBiomechanikK oAufprallartenPoP uGrundlagenHK HSelbstschutzS HSPSPHRK UPartnerschutzVersuchstechnikUmsetzung einer fußgängerfreundlichenAußengeometrie an einemSerienfahrzeug zurVerbesserung des passivenFußgängerschutzes gemäßEEVC/WG17 (III/5021/00EN)Prof. Dr.-Ing T. RöthLeichtbau undKarosserietechnikFB6 Luft- undRaumfahrttechnikSeite25 v. 48/03.05.2006

Passive Fahrzeugsicherheit8.7 Partnerschutz8.7.2 Fußgänger- und ZweiradfahrerschutzGeometrische Parameter G1/G2GrundsätzlichesUnfallforschungBiomechanikG1x,y,zG2x,y,zK1K2Beinverzögerung: a L= f(K1,K2)Winkel im Gelenk: α L= f(K1,K2,G1,G2)Knieverschiebung: u L= f(K1,K2,G1,G2)AufprallartenGrundlagenSelbstschutzPartnerschutzVersuchstechnikDeformationscharakteristik K1/K2Schutzmaßnahmen für den BeinaufprallProf. Dr.-Ing T. RöthLeichtbau undKarosserietechnikFB6 Luft- undRaumfahrttechnikSeite26 v. 48/03.05.2006

Passive Fahrzeugsicherheit8.7 Partnerschutz8.7.2 Fußgänger- und ZweiradfahrerschutzE Lkin= E FdefsL( tend)=12⋅vaL( tLmax) 20GrundsätzlichesUnfallforschungBiomechanikAufprallartenTheoretische Minimaleindringung:- Keine Reststauchlänge berücksichtigt- Keine Energieabsorptionseffizienz berücksichtigtMindest-Packagebedarf:- Reststauchlänge: 30% (der Ausgangslänge)- Energieabsorptionseffizienz: 80%a(t)150gx tar≈ 75mms(t)sLtheo( tend) = 41, 9mmGrundlagenSelbstschutzPartnerschutzVersuchstechnikE Lkin : Kinetische Energie Bein,E Fdef : Deformationsenergie,s L : Beineindringung,v L : Aufprallgeschwindigkeit (=40km/h)a L : Beinverzögerung (max. 150g)s Ltheo : Geringste Beineindringungx tar : Mindest-PackagebedarfProf. Dr.-Ing T. RöthLeichtbau undKarosserietechnikFB6 Luft- undRaumfahrttechnikSeite27 v. 48/03.05.2006

Passive Fahrzeugsicherheit8.7 Partnerschutz8.7.2 Fußgänger- und Zweiradfahrerschutz200Schutzmaßnahmen für den Beinaufprall: VerzögerungGrundsätzliches150aBmaxUnfallforschung100aB75%BiomechanikAufprallartenVerzögerung [g]500-500 10 Zeit [ms]20aB1aB2aBraBseGrundlagenSelbstschutzPartnerschutz-100VersuchstechnikZur Erreichung einer niedrigen Beinverzögerungbedarf es einer optimierten Deformationsstruktur aus: Schaumstoff (i.B. PUR, PP) Kunststoffrippen oder Wabenstruktur Dünnwandigen bzw. sehr offenporigen MetallstrukturenRIM Schale mit PUR Schaumstoff(Prototyp - BAYER AG)Prof. Dr.-Ing T. RöthLeichtbau undKarosserietechnikFB6 Luft- undRaumfahrttechnikSeite28 v. 48/03.05.2006

Passive Fahrzeugsicherheit8.7 Partnerschutz8.7.2 Fußgänger- und ZweiradfahrerschutzGrundsätzlichesUnfallforschungBiomechanikBiegung im Gelenk [°]Prinzip zur Reduzierung der Biegung im Gelenk4 03 53 02 52 01 51 050F a h r z e u gT e s tvo rric h tu n gC A E - S i mZ e it [ m s ]0 1 0 2 0 3 0 4 0Schutzmaßnahmen für den Beinaufprall: Biegung im GelenkAufprallartenGrundlagenSelbstschutzPartnerschutzVersuchstechnikProf. Dr.-Ing T. RöthLeichtbau undKarosserietechnikFB6 Luft- undRaumfahrttechnikSeite29 v. 48/03.05.2006

Passive Fahrzeugsicherheit8.7 Partnerschutz8.7.2 Fußgänger- und ZweiradfahrerschutzSpoilerträger als RohrSpoilerstrukturHinterlegteSchaumstoffstrukturGrundsätzlichesUnfallforschungBiomechanikAufprallartenGrundlagenSelbstschutzPartnerschutzVersuchstechnikZur Erreichung einer niedrigen Biegung im Gelenk gilt: Strukturspoiler mit hoher Steifigkeit Spoiler auf Höhe der Stoßfängerkante (SP R~ ±30mm)Schutzmaßnahmen für den Beinaufprall: Biegung im GelenkProf. Dr.-Ing T. RöthLeichtbau undKarosserietechnikFB6 Luft- undRaumfahrttechnikSeite30 v. 48/03.05.2006

Passive Fahrzeugsicherheit8.7 Partnerschutz8.7.2 Fußgänger- und ZweiradfahrerschutzGrundsätzlichesUnfallforschungBiomechanikAufprallartenGrundlagenSelbstschutzPartnerschutzAVS: StoßfängerairbagsVersuchstechnikAVS: Per Sensor aktivierbarer SpoilerVariable Systeme für den BeinaufprallProf. Dr.-Ing T. RöthLeichtbau undKarosserietechnikFB6 Luft- undRaumfahrttechnikSeite31 v. 48/03.05.2006

Passive Fahrzeugsicherheit8.7 Partnerschutz8.7.2 Fußgänger- und ZweiradfahrerschutzGrundsätzlichesTheoretischideale StrukturUnfallforschungFH obenBiomechanikAufprallartenMH obenGrundlagenMH mitteMH untenSelbstschutzPartnerschutzVersuchstechnikBiegemomentFH untenSummenkraftSchutzmaßnahmen für den Oberschenkel- und HüftaufprallProf. Dr.-Ing T. RöthLeichtbau undKarosserietechnikFB6 Luft- undRaumfahrttechnikSeite32 v. 48/03.05.2006

Passive Fahrzeugsicherheit8.7 Partnerschutz8.7.2 Fußgänger- und Zweiradfahrerschutz5,0Grundsätzliches4,0FHmaxUnfallforschungHüftkraft [kN]3,02,01,0FH75%FHr-obenFHr-untenFHr-sumTheoretischeMinimaleindringung[23,9mm; 135,6mm]:BiomechanikAufprallartenGrundlagenSelbstschutz0,00,0 10,0 20,0 30,0 40,0 50,0Impaktzeit [ms]s H: Hüftimpaktoreindringungm H= f(HKR, HKH): Masse Hüftimpaktorm HV= 2,55kg: Trägermasse vor Kraftmessdosenv H= f(HKR, HKH): Aufprallgeschwindigkeit [20kmh; 40kmh]E U= Energiedissipation d. Ummantelung [65J; 115J]2[ ( m − m ) v ( t ]Schutzmaßnahmen für den Oberschenkel- und HüftaufprallsHt( t)=12HHVFHH max0 )−EUPartnerschutzVersuchstechnikProf. Dr.-Ing T. RöthLeichtbau undKarosserietechnikFB6 Luft- undRaumfahrttechnikSeite33 v. 48/03.05.2006

Passive Fahrzeugsicherheit8.7 Partnerschutz8.7.2 Fußgänger- und ZweiradfahrerschutzMin. DeformationswegSHse [mm] bei 75% E eff200150100500HK HHK RMinimaleindringung S HSE : [31,9mm; 197,5mm]:HKR=0mmHKR=50mm600 650 700 750 800Haubenkantenhöhe HKH [mm]HKR=100mmHKR=150mmHKR=200mmGrundsätzlichesUnfallforschungBiomechanikAufprallartenGrundlagenSelbstschutzPartnerschutzVersuchstechnikSchutzmaßnahmen für den Oberschenkel- und HüftaufprallProf. Dr.-Ing T. RöthLeichtbau undKarosserietechnikFB6 Luft- undRaumfahrttechnikSeite34 v. 48/03.05.2006

Passive Fahrzeugsicherheit8.7 Partnerschutz8.7.2 Fußgänger- und ZweiradfahrerschutzSummenkraft F [kN]1210864200 200 400 600 800Biegemoment MHmax [Nm]Nissan Micra / Bj.95Daewoo Lanos / Bj.97Saab 900 / Bj.97Saab 9-5 / Bj.98Renault Laguna / Bj.98Mercedes E200 / Bj.98Mercedes C180 / Bj.97Ford Mondeo / Bj.97Hyundai Accent / Bj.97Suzuki Baleno / Bj.97Toyota Corolla / Bj.97Volvo S70 / Bj.97Toyota Yaris Bj99Renault Clio BJ99Skoda Fabia / Bj.99VW Polo / Bj.99GrundsätzlichesUnfallforschungBiomechanikAufprallartenGrundlagenSelbstschutzPartnerschutzVersuchstechnikSchutzmaßnahmen für den Oberschenkel- und HüftaufprallProf. Dr.-Ing T. RöthLeichtbau undKarosserietechnikFB6 Luft- undRaumfahrttechnikSeite35 v. 48/03.05.2006

Passive Fahrzeugsicherheit8.7 Partnerschutz8.7.2 Fußgänger- und ZweiradfahrerschutzGrundsätzlichesUnfallforschungBiomechanikAufprallartenUmpositionierung vonharten KomponentenHaubenairbagsGrundlagenSelbstschutza) b)PartnerschutzVersuchstechnikDeformationselementean der Motorhaubea) Verschiebbar gelagerte Lampeb) Deformierbares LampengehäuseKinematisches Frontendmodul(Quelle: Imperia)Schutzmaßnahmen für den Oberschenkel- und HüftaufprallProf. Dr.-Ing T. RöthLeichtbau undKarosserietechnikFB6 Luft- undRaumfahrttechnikSeite36 v. 48/03.05.2006

Passive Fahrzeugsicherheit8.7 Partnerschutz8.7.2 Fußgänger- und Zweiradfahrerschutz2,5t 2⎡ 1⎤HPC = ⎢ ( ) ⎥ 2⎣ 2−∫ gKτ dt tt t1t1⎦Verzögerung g in [g]3002001000gKsemaxgKtSchutzmaßnahmen für den Kopf( t − ) ≤10000 5 10 15Zeit [ms]1g Kt( t)mit≤ 9,51⋅t( t − t ) 15ms2 1≤−0,4gKse = Semi-empirischeZielkurveAnmerkung:1) Eindringungen sind direkt in Impaktrichtung2) Maximal ertragbarer Verzögerungspeak 250gGrundsätzlichesUnfallforschungBiomechanikAufprallartenGrundlagenSelbstschutzPartnerschutzVersuchstechnikProf. Dr.-Ing T. RöthLeichtbau undKarosserietechnikFB6 Luft- undRaumfahrttechnikSeite37 v. 48/03.05.2006

Passive Fahrzeugsicherheit8.7 Partnerschutz8.7.2 Fußgänger- und Zweiradfahrerschutz3000S K sλα KGrundsätzlichesUnfallforschung25002000λββ KxX KBiomechanikAufprallartenHIC15001000GrundlagenSelbstschutz5000KinderkopfErwachsenenkopf20 30 40 50 60 70 80 90 100Deformationsraum x K [mm]PartnerschutzVersuchstechnikKopfaufprall nach III/5021/96EN: HIC-Werte ermittelt aus realen KopfaufprallversuchenAnmerkung: Eindringungen sind „Offsets“ zur AußenflächeSchutzmaßnahmen für den KopfProf. Dr.-Ing T. RöthLeichtbau undKarosserietechnikFB6 Luft- undRaumfahrttechnikSeite38 v. 48/03.05.2006

Passive Fahrzeugsicherheit8.7 Partnerschutz8.7.2 Fußgänger- und ZweiradfahrerschutzErwachsenenkopfREKinderkopf Kinderkopf1500 WAD1000 WADBLEErwachsenenkopfGrundsätzlichesUnfallforschungBiomechanikSRLBRLKinderkopfAufprallartenGrundlagenKinder- und ErwachsenenkopfaufprallzonenSelbstschutzPartnerschutzDurchdringungen der Aufprallzonen mitMotorraumkomponentenVersuchstechnikOptimierte Haubeninnenstruktur nach demPrinzip der homogenen Massen- undSteifigkeitsverteilungSchutzmaßnahmen für den KopfProf. Dr.-Ing T. RöthLeichtbau undKarosserietechnikFB6 Luft- undRaumfahrttechnikSeite39 v. 48/03.05.2006

Passive Fahrzeugsicherheit8.7 Partnerschutz8.7.2 Fußgänger- und Zweiradfahrerschutza) b) c)GrundsätzlichesUnfallforschungBiomechanikAufprallartenmax. 40mmGrundlagend)d)e)SelbstschutzPartnerschutzVersuchstechnika) Außenliegende Haubenöffnungslinieb) Abgedeckte und verformbare Wischerachsenc) Verformbarer Wasserkastend) Verformbare obere Kotflügelkantee) Deformationsweich gelagerte EinbauteileSchutzmaßnahmen für den KopfProf. Dr.-Ing T. RöthLeichtbau undKarosserietechnikFB6 Luft- undRaumfahrttechnikSeite40 v. 48/03.05.2006

Passive Fahrzeugsicherheit8.7 Partnerschutz8.7.2 Fußgänger- und ZweiradfahrerschutzGrundsätzlichesUnfallforschungBiomechanikAufprallartenGrundlagenSelbstschutzPartnerschutzVIDEO!VersuchstechnikSchutzmaßnahmen für den Kopf: AirbagsProf. Dr.-Ing T. RöthLeichtbau undKarosserietechnikFB6 Luft- undRaumfahrttechnikSeite41 v. 48/03.05.2006

Passive Fahrzeugsicherheit8.7 Partnerschutz8.7.2 Fußgänger- und ZweiradfahrerschutzKopfaufprallKopfaufprallKopfaufprallVIDEO!GrundsätzlichesUnfallforschungBiomechanikHüftaufprallHüftaufprallHüftaufprallaktivierter Zustandaktivierter ZustandAktivierterRuhezustandZustandRuhezustandAufprallartenGrundlagenSelbstschutzPartnerschutzVersuchstechnikPVS (Quelle: Ford)Schutzmaßnahmen für den Kopf: „Pop Up“-MotorhaubenProf. Dr.-Ing T. RöthLeichtbau undKarosserietechnikFB6 Luft- undRaumfahrttechnikSeite42 v. 48/03.05.2006

Passive Fahrzeugsicherheit8.7 Partnerschutz8.7.2 Fußgänger- und ZweiradfahrerschutzGrundsätzlichesUnfallforschungBiomechanikAufprallartenGrundlagenSelbstschutzPartnerschutzVersuchstechnikSchutzmaßnahmen für den Kopf: Motorhaube als PSS(Quelle: Röth)Prof. Dr.-Ing T. RöthLeichtbau undKarosserietechnikFB6 Luft- undRaumfahrttechnikSeite43 v. 48/03.05.2006

Passive Fahrzeugsicherheit8.7 Partnerschutz8.7.2 Fußgänger- und ZweiradfahrerschutzGrundsätzlichesUnfallforschungBiomechanikAufprallartenGrundlagenSelbstschutzPartnerschutzVersuchstechnikSchutzmaßnahmen für den Kopf:Gleichmäßigkeitsverteilung der Aufprallergebnisse an einer Motorhaube (PSS)(Quelle: Röth)Prof. Dr.-Ing T. RöthLeichtbau undKarosserietechnikFB6 Luft- undRaumfahrttechnikSeite44 v. 48/03.05.2006

Passive Fahrzeugsicherheit8.7 Partnerschutz8.8 Experimenteller Fahrzeugcrash8.6 Sicherheitsmaßnahmen zum Selbstschutz8.7 Sicherheitsmaßnahmen zum Partnerschutz8.7.1 Kompatibilität von Pkw8.7.2 Fußgänger- und Zweiradfahrerschutz8.8 Experimenteller FahrzeugcrashGrundsätzlichesUnfallforschungBiomechanikAufprallartenGrundlagenPartnerschutzSelbstschutzPartnerschutzTestingVersuchstechnikProf. Dr.-Ing T. RöthLeichtbau undKarosserietechnikFB6 Luft- undRaumfahrttechnikSeite45 v. 48/03.05.2006

Passive Fahrzeugsicherheit8.7 Partnerschutz8.8 Experimenteller FahrzeugcrashGrundsätzlichesUnfallforschungBiomechanikAufprallartenGrundlagenPartnerschutzSelbstschutzPartnerschutzTestingVersuchstechnikSeilzugschlitten mit Verzögerungseinrichtung (Quelle:Kramer)ZukünftigeCrash-Anlage der FH-Aachen:Schlitten mit 80km/h und Ganzfahrzeugcrash bis ca. 20km/h (Stiftung der BMW AG)Prof. Dr.-Ing T. RöthLeichtbau undKarosserietechnikFB6 Luft- undRaumfahrttechnikSeite46 v. 48/03.05.2006

Passive Fahrzeugsicherheit8.7 Partnerschutz8.8 Experimenteller FahrzeugcrashGrundsätzlichesUnfallforschungBiomechanikAufprallartenGrundlagenPunktverfolgung!!! VIDEOPartnerschutzSelbstschutzPartnerschutzTestingVersuchstechnikProf. Dr.-Ing T. RöthLeichtbau undKarosserietechnikFB6 Luft- undRaumfahrttechnikSeite47 v. 48/03.05.2006

Passive Fahrzeugsicherheit8.7 Partnerschutz8.7 Sicherheitsmaßnahmen zum Partnerschutz8.8 Experimenteller FahrzeugcrashGrundsätzlichesUnfallforschungBiomechanikAufprallartenFragen &AntwortenGrundlagenPartnerschutzSelbstschutzPartnerschutzVersuchstechnikEmpfohlene QuelleTitel: Passive Sicherheit von KraftfahrzeugenISBN: 3-528-06915-5Autor: Florian KramerPreis: ca. 30,- €Verlag: Vieweg VerlagsgesellschaftProf. Dr.-Ing T. RöthLeichtbau undKarosserietechnikFB6 Luft- undRaumfahrttechnikSeite48 v. 48/03.05.2006

Passive Fahrzeugsicherheit8.7.1 Kompatibilität von PKW8.7 Partnerschutz1 1E before= * m +2 221* v1* m2*v22EnergieerhaltungssatzGrundsätzlichesUnfallforschungFür die Geschwindigkeit nach dem Crash wird für beide Fahrzeuge v afterangenommen. Hierbei wird der Rebound vernachlässigt.Biomechanik( m1⇒ vEafterD =+ mafter=E2) * v=12beforem1after* vm1= m11+ m+ m* v221* v*( m1 + m2)* v− Eafter+ m22after2* v2ImpulserhaltungssatzDeformationsenergieAufprallartenGrundlagenSelbstschutzPartnerschutzVersuchstechnikD ====1*21*21*21*2111m1m1*m11m + m21m + m221m * v+ m+ m**+2212* m* v* v1*21*( m12* v* vm1*2( m* v2+ m2* vm + m222[ m *( m + m ) * v + m *( m + m ) * v − ( m * v + m * v ) ]122 22 2 2 2 2[(m + m * m ) * v + ( m + m * m )* v − (( m * v + m * v + 2* m * m * v * v )]1212+1122m1m2*m22−111m1+ m ) *(+ m+ m222222211−2211+ m2* v2)+ m212211122121)222221212Prof. Dr.-Ing T. RöthLeichtbau undKarosserietechnikFB6 Luft- undRaumfahrttechnikSeite49 v. 48/03.05.2006

Passive Fahrzeugsicherheit8.7.1 Kompatibilität von PKW8.7 Partnerschutz==1*21*2D1m + m1m1* mm + m=112222*( m*( vm*m121* m+ v222* m* v21− 2* v+ m * m11* v2)2* v221 22*( v1− v2)1+ m2− 2* m2* v1* m2* v2)Deformationsenergie DGrundsätzlichesUnfallforschungBiomechanikAufprallartenv c= v 1− v 2Relativgeschwindigkeit VcGrundlagenSolange gilt:vc≤ 2*v BAuslegungsgeschwindigkeit V BIn diesem Fall ist die verfügbare Deformationsenergie der beiden Fahrzeuge1 1 1E = * m+2 2 2221* vB+ * m2* vB= *( m1m2)*Die von der Kollision benötigte Deformationsenergie ist:1 m * m22 1 m1* m22 1 m1* mD = * *( v1− v2)= * * v ≤ *2 m + m2 m + m 2 m + m1 22c*(2* v B)1 21 21 2v2BSelbstschutzPartnerschutzVersuchstechnikProf. Dr.-Ing T. RöthLeichtbau undKarosserietechnikFB6 Luft- undRaumfahrttechnikSeite50 v. 48/03.05.2006

Passive Fahrzeugsicherheit8.7.1 Kompatibilität von PKW8.7 PartnerschutzEs ist zu beweisen, dass D ≦ E( m1⇒ ( m⇒ ( m⇒ ( m⇒ m⇒− m1212112)2+ m+ m+ m+ m1*( m212≥ 022222)2+ m− 2* m21) * v1+ 2* m1≥ 4* m1* m* m4* m1* m≥m + m22122* m) ≥ 02)≥ 4* mm* m21 2B≥ * *(2* v B2 m1+ m21* mDas Ergebnis ist eine Grundlage für Kompatibilität(da m 1 = Masse gr. Fzg. und m 2 = Masse kl. Fzg.)2)2GrundsätzlichesUnfallforschungBiomechanikAufprallartenGrundlagenSelbstschutzPartnerschutzVersuchstechnikD =12m 1 * m22 1 m1* m22 1 m1* m22 12* *( v1− v2)= * * vc ≤ * *(2* vB) ≤ *( m1+ m2)vB= Em + m2 m + m 2 m + m2*121212Solange gilt:v − v = v c2*v1 2≤BProf. Dr.-Ing T. RöthLeichtbau undKarosserietechnikFB6 Luft- undRaumfahrttechnikSeite51 v. 48/03.05.2006