TU Graz I Vortragender: O. Univ.-Prof. Dipl.-Ing. Dr. techn. …€¦ · •Crash configuration (front, side, rear, rollover) •Delta V = Change of speed in the crash •Vehicle

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TU Graz I Institut für Fahrzeugsicherheit Vortragender: O. Univ.-Prof. Dipl.-Ing. Dr. techn. Hermann Steffan

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UFO with 3D car target : drivers view

4


AEB City Crash

5


Soft Tissue Neck Injuries - Whiplash Sample Case € 649.-

€ 643.-

6



€ 481.-

7


Crash Tests – Injury Risk WITkit Lite – Crash Tests 10 Km/h Δ V

10km/h Underride

Might assume high risk of injury and fast track treatment and/or

payment

10km/h Engagement

Little evidence of damage so

might assume low risk of injury and dispute claim

8


Whiplash Injury risk factors Not just Delta V • Crash configuration (front, side, rear, rollover) • Delta V = Change of speed in the crash • Vehicle stiffness • Vehicle geometry and engagement (underride) • Occupant seated position – head straight or turned • Occupant profile (age, gender, previous injury) • Restraint system and its adjustment • Global research identifies and quantifies various risk factors • Crash Pulse

9


• HWS-Distorsion bei ca. 70% aller Verkehrsunfälle • Meist assoziiert mit Heckkollisionen • Temming und Zobel: Anzahl tatsächlicher Verletzungen

durch Frontalkollisionen überwiegt

Summary

Quelle: winterthur-insurance.ch

Quelle: Statistik Austria

Quelle: Internet

Quelle: Schmitt et al: Trauma-Biomechanik, Verletzungen in Straßenverkehr und Sport

10


Ziel der Diplomarbeit

Æ Entwicklung einer Methodik zur Abbildung der Kinematik der HWS basierend auf gegebenen Highspeed-Röntgenvideos ÆDurchführung verschiedener kinematischen Auswertungen

Quelle: University of Ljubljana, Faculty of Mechanical Engineering

11


Methodik

Diplomarbeit

-20

0

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40

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0 20 40 60 80 100

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300

500

700

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1100

100 600 1100

12


Methodik - Versuchsdurchführung

• 4 PMHS (Alter 75-98, 2m, 2w) ≈ 50 perzentilen m/w Dummy

• Je PMHS 2 Frontal- und 2 Heckversuche

• Δv ≈ 16 km/h (IIWPG)

13


• Schrauben als Orientierungshilfe für die Videos

• Unterlegscheibe als Maßstab • Zusätzlich 3

Dreiachsbeschleunigungssensoren

Methodik – Instrumentierung PMHS

14


Methodik - Röntgenvideo

15


Methodik - Schema der Punktverfolgung

• Eckpunkte gewählt • 2 Punkte je Halswirbelkörper • Fixes Schema, unabhängig vom

Kollisionstyp

Rasche und einheitliche Auswertungen

16


Targettracking = Zeitliche Verfolgung der definierten Punkte

Methodik - Targettracking

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x [Pixel]

Bewegungsbahn C5_A (PMHS2, Test3b)

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• Fehler durch Setzen der Punkte (Kontrast, Unschärfe)

• Pixelfehler (0,17-0,23 mm)

Methodik - Fehlerabschätzung

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Ergebnisse 3x Targettracking

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Methodik – erweitertes Targettracking

Kontrolle d. Länge der „Wirbeldiagonale“ • Gleichzeitige Erfassung beider Punkte je Halswirbel • Längenabweichung < 1 mm, in besten Fällen max. 0,5mm

0

200

400

600

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1000

1200

0 200 400 600 800 1000 1200

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Koordinaten C2_A, C2_B

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] Zeit [ms]

Längenänderung Wirbeldiagonale C2

19


• Winkeländerung der Halswirbel im globalen Koordinatensystem • Winkeländerung angrenzender Halswirbel • Scherung angrenzender Halswirbel

Auswertungen

20


Winkeländerung der Halswirbel im globalen Koordinatensystem • Bestimmung von α • Referenzieren auf den Startwinkel α0

Auswertungen

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Auswertungen

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0

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Winkeländerung PMHS1_Test3_front

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70

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Zeit [ms]

Winkeländerung C3 alle Frontalversuche

PMHS1_Test3 PMHS1_Test4 PMHS2_Test1


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Auswertungen – Front vs. Heck

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0

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Zeit [ms]


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Auswertungen - Vergleich mit Kang

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10152025303540

Winkeländerung C3

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Winkeländerung angrenzender Halswirbel

Auswertungen

• Berechnung des Differenzwinkels ε • Referenzieren von auf ε auf ε0 • Berechnung der Winkel α und β

Lokale Flexion/Extension angrenzender Halswirbel

25


Auswertungen

-25

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Winkeländerung angrenzender Wirbel PMHS1_Test3 (front)

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Winkeländerung C3-C4 aller Frontalversuche

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Scherung angrenzender Halswirbel

Auswertungen

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Scherung C5/C6 PMHS1_Test3 (front)

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Auswertungen

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Scherung des Wirbelpaares C5-C6 aller Frontalversuche

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posterior

anterior

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• Einschränkungen durch Tests mit PMHS • Abweichungen durch die Methodik der Datengewinnung

– Abweichung durch Targettracking (Kontrast/Unschärfe) – Abweichung durch Pixelfehler

Einschränkungen der Arbeit

29


• Methodik der Datengewinnung aus Röntgenvideos und Targettracking gut

geeignet (Abweichung unter 1 mm) • Genauigkeit der Ergebnisse abhängig von der Videoqualität • Ergebnisse von Heckkollisionen korrelieren tw. mit denen bekannter Studien • Wenig vergleichbare Studien für Frontalkollisionen

Diskussion

30


Technische Universität Graz Institut für Fahrzeugsicherheit

www.vsi.tugraz.at

ENCAP - Schleudertraumatest Entwicklung der letzten Jahre

Rolf Lechner

31


Forschungsfrage

Wie sieht eine Sitz-Leichtbaustruktur aus, die die relevanten Anforderungen des Heckaufpralls berücksichtigt?

• Retrospektive statistische Analyse der Einflussfaktoren des Sitzdesigns auf die Kinematik eines BioRID-II ATDs während eines Heckaufpralls.

• Objektivierung der Kinematik des BioRID-II ATDs relativ zum Sitz. • Einfluss des Multi Matierial Design (MMD) -Ansatzes auf die robuste Sitzauslegung. • Identifizierung der Wechselwirkung des Gesamt-Sitzes, der Sitz-Systeme und der

Sitz-Komponenten zwischen Komfort und Sicherheit.

32


Punkteverteilung

Definiert in dem „ASSESSMENT PROTOCOL – ADULT OCCUPANT PROTECTION“ Version 6.0, July 2013 Punkt 5.3.1.2

Gesamtbewertung wird auf max. 2 Punkte skaliert Ab nächstem Jahr auf 1,5 Punkte

33


Entwicklung der Versuchsergebnisse

Bild 1: Versuchsergebnisse aller Schleudertraumatests der letzten Jahre (2012-2014)

Anzahl an getesteten Sitze : 86 Mittelwert der Gesamtpunktzahl : 2,83 Maximum der Gesamtpunktzahl : 3,724 Minimum der Gesamtpunktzahl : 1,407 Kurtosis der Gesamtpunktzahl : -0,399

2012 2013 2014 0

0,5

1

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2

2,5

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• Fakten zum Datensatz: – >135 Sitze verschiedener Hersteller mit Zulassungen in Europa getestet von Euro NCAP – Maximale Bewertungswerte und vermessene Sitzwerte – Euro NCAP Gesamtbewertung Ø: 1.573; σ: 0.125

• Multivariate-Analyse-Methoden (Faktoren- und Cluster-Analyse) – Erhöhung der Schaumdicke auf der Rückenlehne reduziert die Zug-Kräfte und die obere Nacken-

Flexionsmomente. – Erhöhung der Sitzrückverlagerung reduziert die T1 x-Beschleunigung und erhöht die Zug-Kräfte im

Nackenbereich. – Erhöhung des Abstandes zwischen der Kopfstütze und der Rückenlehne reduziert die oberen Nacken Zug-Kräfte

und das Flexions-Moment sowie die untere Nacken Scher-Kraft und das Extensions-Moment. [Reference: Lechner R, Hailer I, Horion S, Steffan H Assessment of the influencing parameters on the kinematical behavior of the BioRID-II Anthropometric Test Device (ATD) by Analysing Seat Design Parameters Tested by the European New Car Assessment Programme (Euro-NCAP), Proceedings of IRCOBI Conference, 2016, Malaga.]

Statistische Analyse

y = 0,0003x + 1,5602

0,60,8

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35


Objektivierung der Kinematik a b

c d

Auswertung und Analyse durch aussagekräftige Kennwerte

Ermittlung der Trajektorien des BioRID-II ATDs und des Sitzes

Delta-Vergleich und detaillierte Definition der Kinematik

36


Einfluss des Multi-Material-Designs (MMD) auf die Kinematik im Heckaufprall durch gezielte optimierung relevanter Bauteileigenschaften

Validierung

Analyse der Wirkkette und Wechselwirkung der Einflussfaktoren zwischen Komfort und Sicherheit

37


Dissertation

Spezifikation Gesamtsitz (Komfort, Sicherheit, Gewicht, Kosten, … etc.)

Spezifikation System (relative Maße, System Steifigkeiten, Bauraum, … etc.)

Spezifikation Komponente (Geometrische Maße, Gewicht, Steifigkeit, … etc.)

Verifikation System (Faktoren- & Clusteranalyse)

Verifikation Gesamtsitz (LH, ECE, FMVSS, Euro NCAP,

C NCAP, IIWPG, … etc.)

Verifikation Komponente (Objektivierung der Einflussfaktoren

auf das dynamische Verhalten)

Cluster-Analyse

Faktoren-Analyse

Detail-Analyse

39


H. Steffan Univ.-Prof. Dipl.-Ing. Dr.techn. TU-Graz VSI - Vehicle Safety Institute Phone: 0043 / 316 / 873 / 30300 email: [email protected]

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3


UFO with 3D car target : drivers view

4


AEB City Crash

5



€ 643.-

6



€ 481.-

7


Crash Tests – Injury Risk WITkit Lite – Crash Tests 10 Km/h Δ V

10km/h Underride

Might assume high risk of injury and fast track treatment and/or

payment

10km/h Engagement

Little evidence of damage so

might assume low risk of injury and dispute claim

8


Whiplash Injury risk factors Not just Delta V • Crash configuration (front, side, rear, rollover) • Delta V = Change of speed in the crash • Vehicle stiffness • Vehicle geometry and engagement (underride) • Occupant seated position – head straight or turned • Occupant profile (age, gender, previous injury) • Restraint system and its adjustment • Global research identifies and quantifies various risk factors • Crash Pulse

9


• HWS-Distorsion bei ca. 70% aller Verkehrsunfälle • Meist assoziiert mit Heckkollisionen • Temming und Zobel: Anzahl tatsächlicher Verletzungen

durch Frontalkollisionen überwiegt

Summary

Quelle: winterthur-insurance.ch

Quelle: Statistik Austria

Quelle: Internet

Quelle: Schmitt et al: Trauma-Biomechanik, Verletzungen in Straßenverkehr und Sport

10


Ziel der Diplomarbeit

Æ Entwicklung einer Methodik zur Abbildung der Kinematik der HWS basierend auf gegebenen Highspeed-Röntgenvideos ÆDurchführung verschiedener kinematischen Auswertungen

Quelle: University of Ljubljana, Faculty of Mechanical Engineering

11


Methodik

Diplomarbeit

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Methodik - Versuchsdurchführung

• 4 PMHS (Alter 75-98, 2m, 2w) ≈ 50 perzentilen m/w Dummy

• Je PMHS 2 Frontal- und 2 Heckversuche

• Δv ≈ 16 km/h (IIWPG)

13


• Schrauben als Orientierungshilfe für die Videos

• Unterlegscheibe als Maßstab • Zusätzlich 3

Dreiachsbeschleunigungssensoren

Methodik – Instrumentierung PMHS

14


Methodik - Röntgenvideo

15


Methodik - Schema der Punktverfolgung

• Eckpunkte gewählt • 2 Punkte je Halswirbelkörper • Fixes Schema, unabhängig vom

Kollisionstyp

Rasche und einheitliche Auswertungen

16


Targettracking = Zeitliche Verfolgung der definierten Punkte

Methodik - Targettracking

100

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1100

100 300 500 700 900 1100y

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x [Pixel]

Bewegungsbahn C5_A (PMHS2, Test3b)

17


• Fehler durch Setzen der Punkte (Kontrast, Unschärfe)

• Pixelfehler (0,17-0,23 mm)

Methodik - Fehlerabschätzung

200

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Ergebnisse 3x Targettracking

V1

V2

V3

Wirbelpunkt Bildqualität dx [px] dy [px] dx [mm] dy [mm] PMHS1_Test_1a_C4_B gut -4.99 0.10 -1.00 0.02 PMHS1_Test4_C2_A schlecht -12.86 4.09 -2.89 0.92

18


Methodik – erweitertes Targettracking

Kontrolle d. Länge der „Wirbeldiagonale“ • Gleichzeitige Erfassung beider Punkte je Halswirbel • Längenabweichung < 1 mm, in besten Fällen max. 0,5mm

0

200

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Koordinaten C2_A, C2_B

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] Zeit [ms]

Längenänderung Wirbeldiagonale C2

19


• Winkeländerung der Halswirbel im globalen Koordinatensystem • Winkeländerung angrenzender Halswirbel • Scherung angrenzender Halswirbel

Auswertungen

20


Winkeländerung der Halswirbel im globalen Koordinatensystem • Bestimmung von α • Referenzieren auf den Startwinkel α0

Auswertungen

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Auswertungen

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Winkeländerung C3 alle Frontalversuche



PMHS4_Test1

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Auswertungen – Front vs. Heck

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Auswertungen - Vergleich mit Kang

05

10152025303540

Winkeländerung C3

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Winkeländerung angrenzender Halswirbel

Auswertungen

• Berechnung des Differenzwinkels ε • Referenzieren von auf ε auf ε0 • Berechnung der Winkel α und β

Lokale Flexion/Extension angrenzender Halswirbel

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Auswertungen

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Winkeländerung angrenzender Wirbel PMHS1_Test3 (front)

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Winkeländerung C3-C4 aller Frontalversuche



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Auswertungen

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100 110 120 130 140 150 160Sc

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Zeit [ms]

Scherung C5/C6 PMHS1_Test3 (front)

C6_D-C5_B

C6_A-C5_C

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anterior posterior

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Auswertungen

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Zeit [ms]

Scherung des Wirbelpaares C5-C6 aller Frontalversuche

PMHS1_Test3

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• Einschränkungen durch Tests mit PMHS • Abweichungen durch die Methodik der Datengewinnung

– Abweichung durch Targettracking (Kontrast/Unschärfe) – Abweichung durch Pixelfehler

Einschränkungen der Arbeit

29


• Methodik der Datengewinnung aus Röntgenvideos und Targettracking gut

geeignet (Abweichung unter 1 mm) • Genauigkeit der Ergebnisse abhängig von der Videoqualität • Ergebnisse von Heckkollisionen korrelieren tw. mit denen bekannter Studien • Wenig vergleichbare Studien für Frontalkollisionen

Diskussion

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Technische Universität Graz Institut für Fahrzeugsicherheit

www.vsi.tugraz.at

ENCAP - Schleudertraumatest Entwicklung der letzten Jahre

Rolf Lechner

31


Forschungsfrage

Wie sieht eine Sitz-Leichtbaustruktur aus, die die relevanten Anforderungen des Heckaufpralls berücksichtigt?

• Retrospektive statistische Analyse der Einflussfaktoren des Sitzdesigns auf die Kinematik eines BioRID-II ATDs während eines Heckaufpralls.

• Objektivierung der Kinematik des BioRID-II ATDs relativ zum Sitz. • Einfluss des Multi Matierial Design (MMD) -Ansatzes auf die robuste Sitzauslegung. • Identifizierung der Wechselwirkung des Gesamt-Sitzes, der Sitz-Systeme und der

Sitz-Komponenten zwischen Komfort und Sicherheit.

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Punkteverteilung

Definiert in dem „ASSESSMENT PROTOCOL – ADULT OCCUPANT PROTECTION“ Version 6.0, July 2013 Punkt 5.3.1.2

Gesamtbewertung wird auf max. 2 Punkte skaliert Ab nächstem Jahr auf 1,5 Punkte

33


Entwicklung der Versuchsergebnisse

Bild 1: Versuchsergebnisse aller Schleudertraumatests der letzten Jahre (2012-2014)

Anzahl an getesteten Sitze : 86 Mittelwert der Gesamtpunktzahl : 2,83 Maximum der Gesamtpunktzahl : 3,724 Minimum der Gesamtpunktzahl : 1,407 Kurtosis der Gesamtpunktzahl : -0,399

2012 2013 2014 0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

4

E-N

CAP

Punk

tzah

l

34


• Fakten zum Datensatz: – >135 Sitze verschiedener Hersteller mit Zulassungen in Europa getestet von Euro NCAP – Maximale Bewertungswerte und vermessene Sitzwerte – Euro NCAP Gesamtbewertung Ø: 1.573; σ: 0.125

• Multivariate-Analyse-Methoden (Faktoren- und Cluster-Analyse) – Erhöhung der Schaumdicke auf der Rückenlehne reduziert die Zug-Kräfte und die obere Nacken-

Flexionsmomente. – Erhöhung der Sitzrückverlagerung reduziert die T1 x-Beschleunigung und erhöht die Zug-Kräfte im

Nackenbereich. – Erhöhung des Abstandes zwischen der Kopfstütze und der Rückenlehne reduziert die oberen Nacken Zug-Kräfte

und das Flexions-Moment sowie die untere Nacken Scher-Kraft und das Extensions-Moment. [Reference: Lechner R, Hailer I, Horion S, Steffan H Assessment of the influencing parameters on the kinematical behavior of the BioRID-II Anthropometric Test Device (ATD) by Analysing Seat Design Parameters Tested by the European New Car Assessment Programme (Euro-NCAP), Proceedings of IRCOBI Conference, 2016, Malaga.]

Statistische Analyse

y = 0,0003x + 1,5602

0,60,8

11,21,41,61,8

2

Audi

Spo

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35


Objektivierung der Kinematik a b

c d

Auswertung und Analyse durch aussagekräftige Kennwerte

Ermittlung der Trajektorien des BioRID-II ATDs und des Sitzes

Delta-Vergleich und detaillierte Definition der Kinematik

36


Einfluss des Multi-Material-Designs (MMD) auf die Kinematik im Heckaufprall durch gezielte optimierung relevanter Bauteileigenschaften

Validierung

Analyse der Wirkkette und Wechselwirkung der Einflussfaktoren zwischen Komfort und Sicherheit

37


Dissertation

Spezifikation Gesamtsitz (Komfort, Sicherheit, Gewicht, Kosten, … etc.)

Spezifikation System (relative Maße, System Steifigkeiten, Bauraum, … etc.)

Spezifikation Komponente (Geometrische Maße, Gewicht, Steifigkeit, … etc.)

Verifikation System (Faktoren- & Clusteranalyse)

Verifikation Gesamtsitz (LH, ECE, FMVSS, Euro NCAP,

C NCAP, IIWPG, … etc.)

Verifikation Komponente (Objektivierung der Einflussfaktoren

auf das dynamische Verhalten)

Cluster-Analyse

Faktoren-Analyse

Detail-Analyse

39


H. Steffan Univ.-Prof. Dipl.-Ing. Dr.techn. TU-Graz VSI - Vehicle Safety Institute Phone: 0043 / 316 / 873 / 30300 email: [email protected]

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TU Graz I Vortragender: O. Univ.-Prof. Dipl.-Ing. Dr. techn. …€¦ · •Crash configuration (front, side, rear, rollover) •Delta V = Change of speed in the crash •Vehicle