Simulationsstudie zum Überfahren von Fußgängern Validation des Virtual Crash Programms

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1 Simulationsstudie zum Überfahren von Fußgängern Validation des Virtual Crash Programms Dr. Gabor Melegh BME (Universität Budapest für Technik und Ökonomie) Lehrstuhl für Fahrzeugtechnik Budapest, Ungarn Ing. Gabor Vida BME (Universität Budapest für Technik und Ökonomie) Lehrstuhl für Fahrzeugtechnik Budapest, Ungarn Ing. Dušan Šucha Nové Zámky, Slowakei Ing. Gabriel Belobrad Komarno, Slowakei 1. Abstract Virtual Crash ist ein Programm der neuen Generation das der Simulation von Unfallhergängen dient. Das Programm nutzt im vollen Maße die Ergebnisse der aktuellsten Software und Hardware Entwicklungen, wodurch die Modellierung von komplizierten Systemen auf PC ermöglicht wird. Die Simulationsresultate können in perspektivischer 3D Sicht, auf maßgerechtes Übersichtsbild, auf Diagramm und in tabellarischem Format dargestellt werden. Die Richtigkeit und entsprechendes Funktionieren der im Programm genutzten Modelle und der Rechnungsalgorithmen können mit Validationsuntersuchungen am geeignetesten bewertet werden. Wenn wir die Ergebnisse der Experimente entsprechend rekonstruieren können, funktioniert das Programm richtig und die ähnlichen realen Ereignisse können gut modelliert werden. 2. Einführung Für die Validationsuntersuchungen nutzen wir die Ergebnisse der Untersuchungsserie der DEKRA AG. Bei diesen Experimenten wurden Experimente zum Überfahren von Fußgängern mit verschiedenen Wagentypen, bei verschiedenen en durchgeführt. Die Distanz der Fortbewegung des Fußgängers nach dem Überfahren hängt teilweise von der des Übefahrens und teilweise von der geometrischen Form des Wagens ab. Das Virtual Crash Programm zur Unfallsimulation ermöglicht auch das Modellieren des Übefahrens von Fußgängern. Die eingebauten physischen Modelle sind geeignet zur Modellierung von Fahrzeugen und Dummys. 3. Physische Modelle Das Virtual Crash Programm zur Unfallsimulation beinhaltet Fahrzeugmodelle (Rad, Motorrad, Pkw, Lkw, Anhänger, usw.), Fußgänger in verschiedenen Körperpositionen und andere Wahrzeichen (Barriere, Mauer, Bäume, Häuser, usw.), die das Modellieren des Überfahrens von Fußgängern zweckentsprechend im Laufe der untersuchten Experimente ermöglichen. Beim Modellieren des Überfahrens von Fußgängern spielt die geometrische Gestaltung von Modellen eine große Rolle, da wie es auch die anfänglichen Experimente gezeigt haben-, die Fortbewegungsdistanz des Fußgängers neben der Geschwindigket des Fahrzeugs auch von der Gestaltung der Karosserie abhängt. Die im Programm benutzten Wagentypen sind typenspezifisch, wir benutzen nämlich Modelle, die mit wirklichkeitsgetreuem 3D Netz begrenzt sind. Das bedeutet, dass die maßstabgerecht gezeichneten Modelle dank ihrer Form wirklichkeitsnah sind, abweichend von anderen Simulationsprogrammen, wo der gewünschte visuelle Effekt nur mit sogenannten Texturen erreicht wird, die die Wirklichkeit nicht widerspiegeln. Die Wirklichkeitstreue des Modells ist propor- Copyright 2007 AutoExpert Hungary m.b.h.

2 tional zu seinem Detailreichtum. Auf Abbildung 1 ist das Modell eines Honda NSX zu sehen, mit dargestelltem Drahtgestell, auf Abbildung 2 sind nur Oberflächen zu sehen. Gestellmodell gesehen werden. Abbildung 3 Fußgängermodelle Abbildung 1 Honda NSX Modell - Drahtgestell 4. Validation Den Grund der Validationsuntersuchungen bilden die schon genannten DEKRA Experimente. Bei den Untersuchungen zum Überfahren wurde die Fortbewegungsdistanz des Fußgängers mit verschiedenen Wagentypen (VW T4, Chrysler Voyager, Mazda 121, Porsche 924, VW Passat, Ford Taunus) und bei verschiedenen Überfahrensgeschwindigkeiten (10, 35, 50, 65, 80 km / h ) definiert. Die Ergebnisse sind auf Abbildung 4 in Diagramm-Form zu sehen. Abbildung 2 Honda NSX Modell Das im Programm benutzte Fußgängermodell ist ein sogenanntes Mehrkörper-Modell (multibody), das wie ein wirklicher Fußgänger aufgebaut ist. Teile des Modells sind: Kopf, Hals, Rumpf, Arme (Oberarm, Unterarm), Becken, Beine (oberer, unterer Teil des Beins, Fuß), insgesamt 14 Teile, die mit entsprechendem Druck verknüpft sind. Auf Abbildung 3 können Fußgängermodelle in verschiedenen Körperpositionen, in verschiedenen physischen Größen beobachtet werden. Beim Benutzen des Programms können verschiedene Fußgängermodelle in Positionen (stehend, sich fortbewegend, sich hinunterbeugend, liegend, usw.) benutzt werden, die im Voraus definiert worden sind. Auf der Abbildung links kann ein sogenanntes Abbildung 4 DEKRA Untersuchungsergebnisse Aufgrund der Ergebnisse sieht man, dass die Fortbewegungsdistanz des Fußgängers im großen Maße von der geometrischen Gestaltung des Wagens abhängt. Zum Beispiel bei einem Überfahren von 80 km / h konnte zwischen einem Ford Taurus und einem Chrysler Voya- Copyright 2007 AutoExpert Hungary m.b.h. 2

3 ger etwa doppelte Fortbewegungsdistanz beobachtet werden. Zur Validationsuntersuchung werden die Experimentenergebnisse des Volkswagen Passat Wagens benutzt. Das im Programm benutzte Fahrzeugmodell ist auf Abbildung 5 zu sehen. bachten. Aufgrund der Abbildung ist nachvollziehbar, dass die Endposition des Fußgängers mit dem Untersuchungsergebnis (mit blauem Dreieck markiert) in Einklang ist. Abbildung 5 VW Passat Modell Wir nutzen das Diagramm als Ergebnis von DEKRA Untersuchungen (Abbildung 4) auch in graphischer Weise. Das maßstabgerechte Diagramm wird auf die Bewegungsebene des Fahrzeugs gelegt. Der Fußgänger wird auf die Abszisseachse des Diagramms zum entsprechenden sschnittpunkt gestellt. Die Anfangsgeschwindigket des Wagens dahinter wird auf entsprechenden Wert, die Verlangsamung des Wagens auf maximalen Wert eingestellt und die Simulation durchgeführt. Als erster Schritt werden die Überfahren bei 20 km / h modelliert. Die charakteristischen Momente des Prozesses vom Überfahren sind auf Abbildungen 6-8 zu sehen: auf Abbildung 6 ist der Anfangsmoment des Überfahrens zu sehen. Der gebremste Wagen kommt mit dem stehenden Fußgänger in Berührung. Auf Abbildung 7 ist der Moment 0,5 Sekunden nach dem Überfahren zu sehen. Der Fußgänger kommt mit seinem Oberkörper mit dem oberen Teil der Motorhaube in Berührung. Auf Abbildung 8 ist der Moment des Fallens des Fußgängers auf die Fahrbahn ist sehbar. Auf Abbildung 9 ist die Endposition des Wagens und des Fußgängers ist zu beo- Abbildung 6 Überfahren bei 20 km / h I. Abbildung 7 Überfahren bei 20 km / h II. Abbildung 8 Überfahren bei 20 km / h III. Copyright 2007 AutoExpert Hungary m.b.h. 3

4 Auf den Abbildungen sind die Momente der Fußgängerposition zu beobachten. Abbildung 9 Überfahren bei 20 km / h IV. Im Weiteren modellieren wir die Überfahren bei 35, 50, 65, 80 km / h. Auf Abbildung 10 kann der Prozess des Überfahrens bei 35 km / h beobachtet werden, mit den Endpositionen des Wagens und des Fußgängers. Abbildung 11 Prozess des Überfahrens bei 50 km / h Abbildung 12 Prozess des Überfahrens bei 65 km / h Abbildung 10 Prozess des Überfahrens bei 35 km / h auf Abbildung 11 kann der Prozess des Überfahrens beobachtet werden mit Endposition des Wagens und des Fußgängers bei 50 km/h, auf Abbildung 12 mit 65 km / h, auf Abbildung 13 mit 80 km / h. Auf den Abbildungen um den Wahrnehmungsgrad zu erhöhen- markierten wir mit Pfeilen die Situationen, die sich als Ergebnisse aus den Untersuchungen ergaben (mit blauem Dreieck). Abbildung 13 Prozess des Überfahrens bei 80 km / h Copyright 2007 AutoExpert Hungary m.b.h. 4

5 Bei den Validationsuntersuchungen simulierten wir das Experimentenergebnis auch mit dem Wagen Volkswagen T4, da die geometrische Gestaltung des Fahrzeugtyps maßgebend von der des Volkswagen Passat abweicht. Die Messergebnisse zeigten, dass beim Überfahren in höheren sbereichen im Falle von verschiedenen Fahrzeugen, sich grössere Fortbewegungsdistanzen ergeben. Auf Abbildung 14 ist der Anfangsmoment des untersuchten Überfahrens ist zu sehen mit dem Fahrzeug bzw. mit dem Fußgänger. Abbildung 14 Anfangsmoment des Überfahrens Auf Abbildung 15 ist ein Prozess des Überfahrens zu sehen bei 80 km / h, mit der Endposition des Volkswagen T4 Fahrzeugs und mit dem Fußgänger. Aufgrund der Abbildung 15 sieht man, dass zwischen dem Simulationsergebnis bzw. dem Experimentenergebnis (markiert mit rotem Quadrat) kaum Abweichungen vorhanden sind. 5. Zusammenfassung Mit der Nutzung des Virtual Crash Programms zur Unfallsimulation konnten wir Experimentenergebnisse rekonstruieren, zu denen die Fertigkeiten des Programms zu nutzen waren, die bedeutend bessere Wirklichkeitstreue der benutzen Fahrzeug- bzw. Fußgängermodelle ermöglichten als früher. Die Ergebnisse der Simulationsuntersuchungen harmonisieren mit den Ergebnissen der benutzten Experimenten zum Überfahren. Die untersuchten und auf den Abbildungen gezeigten Prozesse des Überfahrens mit Bezug auf die Endposition des Fußgängers fügen sich richtig in die Experimentenergebnisse. Die Untersuchungen bestätigen teilweise die Experimentenergebnisse, nach denen abhängig von der des Überfahrens, sich grobe Differenzen ergeben können bezüglich der Fortbewegungsdistanz des Fußgängers bei verschiedenen geometrischen Gestaltungen von Fahrzeugen, teilweise bestätigt die Rekonstruierung der Experimentenergebnisse die Richtigkeit der im Virtual Crash Simulationsprogramm benutzten Modelle und der Rechnungsalgorithmen durch die Richtigkeit der Simulationsuntersuchungen. Die gezeigten Berechnungen sind zwischen den Beispielen des Virtual Crash Programms zu finden. Für die Benutzer ergibt sich die Möglichkeit zur Anschauung der Prozesse gezeigt durch die Abbildungen und zur weiteren Analyse und Bewertung. Das Programm kann man von der Webseite herunterladen. Budapest, 14. Januar Abbildung 15 Prozess des Überfahrens bei 80 km / h Copyright 2007 AutoExpert Hungary m.b.h. 5