Fahrzeugbelastungen bei Heck-Crashs im niedrigen Geschwindigkeitsbereich

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1 Arbeitsgruppe für Unfallmechanik Forschung, Rekonstruktion, Biomechanik, Prävention Dynamic Test Center Centrum für Dynamische Tests Centre de Tests Dynamiques ISO 9001:2000 certified Reg.Nr Arbeitsgruppe für Unfallmechanik c/o Institut für biomedizinische Technik Gloriastrasse 35 CH-8092 Zürich Tel: +41 (0) Fax: +41 (0) Dynamic Test Center CH-2537 Vauffelin / Biel Tel: +41 (0) Fax: +41 (0) info@dtc-ag.ch Zürich / Vauffelin, im Mai 2003 Fahrzeugbelastungen bei Heck-Crashs im niedrigen Geschwindigkeitsbereich Ausgangslage Da Halswirbelbeschwerden bei Autoinsassen nach Kollisionen mit den heutigen Mitteln der medizinischen Diagnosen und Therapien immer noch schwierig anzugehen sind, müssen auch Mosaiksteine aus anderen Kompetenzbereichen mithelfen, die Umstände zu klären. Die Technische Unfallanalyse als erster Schritt kann aufgrund des technischen Sachverhalts ermitteln, wie gross z.b. der Delta-v-Bereich, die Beschleunigung, die Rotation etc. des Fahrzeuges war. Zum Verletzungspotenzial eines spezifischen Insassen sagt sie nichts. Die Bestimmung von Fahrzeugbelastungen bei Heckkollisionen mit niedrigen Differenzgeschwindigkeiten basiert in erster Linie auf dem Abschätzen von EES-Werten 1 der Beschädigungen und allfällig vorhandenen Reparaturberichten (Fahrzeugexpertisen, Schadenbilder, detaillierte Reparaturrechnungen). Daraus lassen sich mit empirischen Rechenmodellen die im Einzelfall interessierenden Grössen für die Fahrzeugbelastungen innerhalb gewisser Bandbreiten ermitteln. Je detaillierter und besser die Unterlagen sind, desto exakter kann der Delta-v- Bereich eingegrenzt werden. Oft mit der technischen Unfallanalyse verwechselt wird die biomechanische Beurteilung. Sie bezieht auch die Besonderheiten der betroffenen Person mit in die Beurteilung ein (Art der Beschwerden, Alter, Vorschäden, geometrische Verhältnisse, "Out-of-position-Situationen" etc.) und versucht auf diese Weise anschliessend, zwischen den technischen Angaben zu den Fahrzeugbelastungen und bewegungen einerseits und den ärztlichen Attesten über die Beschwerden und Befunde des Insassen andererseits einen Zusammenhang zu evaluieren. Da zur Biomechanik in 1 Der EES-Wert (EES = energy equivalent speed) ist ein Mass für die Deformationsenergie. Er entspricht derjenigen Geschwindigkeit, mit der ein Fahrzeug gegen ein starres, nicht verschiebbares Hindernis prallen muss, um ohne nennenswerte Auslaufbewegung gleiche Deformationen zu erfahren wie beim zu untersuchenden Realfall.

2 dieser Studie nichts ausgesagt wird, verweisen wir bezüglich unserer Praxis auf entsprechende Publikationen unserer Arbeitsgruppe 2. Für die Unfallanalytiker ist es oftmals schwierig, gutes Vergleichsmaterial zur kollisionsmechanischen Beurteilung der Fahrzeugschäden zu finden, insbesondere bei neueren Fahrzeugmodellen und Kollisionen im niedrigen Geschwindigkeitsbereich. Dies gilt insbesondere für Unfallanalytiker, die nicht an grösseren Netzwerken mit eigener Crasherfahrung teilhaben und die somit weniger eigene Vergleichsunterlagen zur Verfügung haben. Ausserdem ergeben sich beim Bestimmen einzelner Faktoren, die bei den Berechnungen von Bedeutung sind, gewisse Unsicherheiten (Stossfaktor, Deformationstiefe, Struktursteifigkeiten), die den anzugebenden Delta-v-Bereich gross werden lassen. Deshalb müssen in bestimmten Fällen zur Klärung der kollisionsbedingten Fahrzeugbelastung aufwändige Nachfahrversuche durchgeführt werden. Trotz der genannten Schwierigkeiten beschreiben technisch-unfallanalytische Gutachten die fahrzeugtechnischen Belastungen des Fahrzeuges immer noch wesentlich objektiver und kompetenter, als die in vielen Fällen von Ärzten, Anwälten oder Versicherungsinspektoren vorgenommen Schätzungen der Geschwindigkeit, die verständlicherweise keine verwendbare Grundlage für die weitere Beurteilung sind. Es ist aber nach wie vor festzuhalten, dass auch die technischen Grundlagen nur einen wichtigen - Mosaikstein zur Gesamtbeurteilung der Kausalität beisteuern können. Da alle Beteiligten ein Interesse an einer zuverlässigen Ermittlung des Fahrzeug bezogenen Sachverhaltes haben, hat sich der Schweizerische Versicherungsverband SVV entschlossen, die vorliegende Studie zu finanzieren. Es wurden für diese Studie 27 Crashversuche von sehr hohem Standard am DTC durchgeführt, sowie 35 Versuche von anderen Organisationen beschafft. Ziel der Studie Die in dieser Studie ausführlich dokumentierten 62 Crashversuche sollen eine Qualitätssteigerung der unfallanalytischen Beurteilung bringen. Die Ergebnisse werden über das Internet mittels einer allgemein zugänglichen Datenbank kostenlos zur Verfügung gestellt. Nachfahrversuche, technische Ziele Mit den bei der Dynamic Test Center AG durchgeführten Nachfahrversuchen sollen Grundlagen für die Unfallanalyse zur Berechnung von Fahrzeugbelastungen bei Heckkollisionen mit niedrigen Geschwindigkeiten geschaffen werden. Der Toleranzbereich bei Unfallanalysen kann mit Messdaten aus einem passenden Nachfahrversuch enger eingegrenzt werden, als dies mit reinen Simulationsberechnungen möglich ist. Messdaten über Fahrzeugkollisionen unterschiedlicher Modelle oder sogar unterschiedlicher Fahrzeughersteller sind nicht leicht zu beschaffen. In der Praxis besteht im Zweifelsfall oft nur die Möglichkeit, einen speziell auf den Unfall massgeschneiderten Nachfahrversuch durchführen zu lassen. Die Daten der im Rahmen dieses Projektes unter klar definierten Kollisionen durchgeführten Nachfahrversuche, sollen allen Unfallanalytikern über das Netz frei zur Verfügung stehen. 2 Publikationen zur biomechanischen Beurteilung (siehe auch unter online-publikationen): Niederer P, Walz F, Muser M, Zollinger U: Was ist ein «schwerer», was ein «leichter» Verkehrsunfall? Schweizerische Ärztezeitung 2001;82: Nr 28, und Schw Z Sozialversich berufl Vorsorge 46,1, (2002) Schnider A, Annoni J.-M., Dvorak J, Ettlin T, Gütling E, Jenzer G, Radanov B, Regard M, Sturzenegger M, Walz F. Beschwerdebild nach kraniozervikalem Beschleunigungstrauma (whiplash-associated disorder). Schw. Aerztezeitung 81:Nr.39, (2000) Walz F: Weichteilverletzungen der Halswirbelsäule und leichte Hirnverletzungen bei Autoinsassen; biomechanische Voraussetzungen. Schweiz Z Sozialversich berufl Vorsorge 40, 6, (1996) Walz F: Biomechanische Aspekte der HWS-Verletzungen. Der Orthopäde 23, 4:262-7 (1994) Seite 2 von 40

3 Die Nachfahrversuche wurden mit neueren, auf dem Markt gut vertretenen und wenn möglich in den Unfallstatistiken als kritisch eingestuften Fahrzeugen, durchgeführt. Um mit den Fahrzeugbeschaffungskosten ein Maximum an Informationen zu generieren, wurde mit jedem Fahrzeug zwei Nachfahrversuche durchgeführt. Hierfür wurden die Fahrzeuge jeweils vom gestossenen zum stossenden und umgekehrt ausgetauscht. Die dem DTC in Auftrag gegebenen 27 Nachfahrversuche sollen als Vorzeigetests dienen. Dieses Ziel wurde in enger Zusammenarbeit aller beteiligten ab der dritten Serie (ab HS 12) erreicht. Durch einen hohen Standard kann die Glaubwürdigkeit der Nachfahrversuche gewährleistet werden. Um die Vielfalt der zur Verfügung stehenden Informationen in der Datenbank auszudehnen, wurden auch 35 Fremdversuche (DTC, Winterthur Unfallforschung, H. Pfeufer, M. Weber und T. O- berländer, DSD Linz) aufgenommen, die je nach Datenlage auf die gleiche Art und Weise, wie die 27 Nachfahrversuche der eigentlichen Versuchsserie ausgewertet und in einer Dokumentation für die Veröffentlichung im Netz zusammengefasst wurden. Bei diesen Versuchen, auch bei den früheren DTC-Nachfahrversuchen, ist ein markanter Qualitätsunterschied zur SVV-Versuchsreihe nicht zu übersehen. Es stehen somit 62 Versuche zur Verfügung. Facit In der Crashtest-Datenbank (siehe befinden sich zahlreiche Nachfahrversuche zu Fahrzeugbelastungen mit Fahrzeugen der jüngeren Generation, deren Deformationsverhalten während Kollisionen Front/Heck mit niedrigen Geschwindigkeiten untersucht wurde. Nachfahrversuche können neben anderen Elementen wie z.b. computersimulierten Berechnungen für eine fundierte technische Unfallanalyse sehr hilfreich sein. Es hat sich erneut gezeigt, dass keine Korrelation zwischen der Höhe der Reparaturkosten und der kollisionsbedingten Geschwindigkeitsänderung ( v) besteht. Die Referenzdatenbank wurde erstellt, damit sich Erhebungen in einem Schadenfall künftig noch breiter abstützen lassen, und damit Resultate aus computerunterstützten Unfallanalysen besser validiert werden können. Hauptautoren des vorliegenden Berichtes Raphael Murri (DTC), Felix Walz (AGU). Projektpartner (alphabetisch) Rémy +Bosshard (AGU), Andreas Burgener (DTC), Anton Brunner (Winterthur), Thomas Eichholzer (Winterthur), Alain Florin (AGU), Gérard Florin (Zürich), Bernhard Gerster (DTC), Urs Karlen (SVV/SLK), Luciano Martelozzo (Allianz Suisse), Raphael Murri (DTC), Markus Muser (AGU), Heinz Reber (DTC), Bruno Soltermann (SVV), Peter Strauss (Winterthur), Felix Walz (AGU), Matthias Widmer (Winterthur). Seite 3 von 40

4 Fahrzeugbeschaffung Als Zielwert für Beschaffung, Reparatur bzw. Minderwertentschädigung wurden pro Fahrzeug 6'000.- anvisiert. Die Beschaffung von neuen Fahrzeugmodellen zu einem akzeptablen Preis gestaltete sich allerdings schwierig. Bezüglich der Details dieser Fahrzeuge und derjenigen, welche nicht in diesen vier Versuchsserien gecrasht wurden, verweisen wir auf die Datenbank. 1. Versuchsserie Es wurden sechs neuere "Schlammfahrzeuge" von einer Autoverwertung beschafft. Die Fahrzeuge wurden einer Grobreinigung unterzogen und anschliessend nach Vauffelin überführt. Nach Abschluss der 1.Crashserie wurden die Fahrzeuge in beschädigtem Zustand an die Autoverwertung zurückgegeben. Die Kosten pro Fahrzeug beliefen sich im Durchschnitt auf Fr Da die Reparaturkosten einzelner Fahrzeuge (z.b. beim MB 190 E) den budgetierten Betrag um das dreifache überstieg, hat sich die Fahrzeugbeschaffung über ein Restwertcenter als kostengünstige Lösung erwiesen. 2. Versuchsserie Fahrzeug 1. Inverkehrssetzung BMW 328 i (E46) Ford Focus 1.6 Trend Opel Astra 1,4 i Caravan Ford Fiesta Opel Corsa 1.2 (C) Renault Espace V Mit den oben aufgeführten Fahrzeugen standen somit für die 2. Versuchsserie (mit Ausnahme des Renault Espace) sehr aktuelle Fahrzeugtypen zur Verfügung. Nach Abschluss der Versuche wurden die Fahrzeuge in beschädigtem Zustand mit möglichst hohem Restwerterlös weiterverkauft. 3. Versuchsserie Es wurden insgesamt 6 Fahrzeuge beschafft, wobei dies wiederum schwierig war, weil die anvisierten Unfallfahrzeuge in der Regel an der Front oder am Heck beschädigt sind, jedoch selten nur im hier unerheblichen - Seitenbereich. Fahrzeug 1. Inverkehrssetzung Renault Clio Mercedes A Nissan Micra Audi A Jeep Gr. Cherokee VW Beetle Nach Abschluss der Versuche wurden die Fahrzeuge in beschädigtem Zustand weiterverkauft. 4. Versuchsserie Unter ähnlichen Bedingungen wurden wiederum 6 Fahrzeuge beschafft: Fahrzeug VW Golf 1.6 Fiat Brava 1.4 Alfa Romeo V 24V Toyota Yaris Renault Mégane Mazda 121 Seite 4 von 40

5 Standards für Nachfahrversuche In der Datenbank Fahrzeugbelastungen bei Heck-Crashs befinden sich auch zahlreiche Nachfahrversuche mit Fahrzeugen der jüngeren Generation, deren Deformationsverhalten während Auffahrunfällen mit niedrigen Geschwindigkeiten untersucht wurde. Nachfahrversuche können neben andern Elementen wie z.b. computersimulierten Berechnungen für eine fundierte technische Unfallanalyse sehr hilfreich sein. Damit sich Erhebungen in einem Schadenfall künftig noch breiter abstützen lassen, wurde diese Referenzdatenbank erstellt, welche es zudem erlaubt, erhaltene Resultate zu validieren. Die nachfolgend definierten Standards für Nachfahrversuche nach Sternen abgestuft geben insbesondere Auskunft über die Qualität und den Umfang der darin enthaltenen Informationen. Je höher die Anzahl Sterne, desto exakter und umfangreicher sind die Messdaten und desto höher der Umfang und/oder die Genauigkeit der Informationen. Der 5-Sterne-Versuch ist in diesem Sinne der Vorzeigeversuch, eine aussagekräftige Unfallanalyse kann sich Minimalstandard je nach Situation indessen sehr wohl auch mit einem niedrigeren Standard Maximalstandard begnügen. Die erreichten 5-Sterne-Versuche ab der dritten Serie (HS 13) sind in diesem Sinne Vorzeigeversuche. Europaweit konnten keine Nachfahrversuche ausgemacht werden, welche auf ähnlichem Standard durchführt worden sind. Die Standards definieren Minimalanforderungen, welche auf der Grundlage der durchgeführten Nachfahrversuche aber in einzelnen Bereichen teilweise weit übertroffen wurden. Seite 5 von 40

6 Standard ab der 3. Serie (HS 13 bis HS 27) Datenerfassung: Kollisionskonstellation: Fotodokumentation: Film: Vermessung der Fz: Schadenkalkulation: Messdaten: - Basierend auf SAE J a x und a y beider Fahrzeuge - Zeitsynchrone Aufzeichnung - Redundante v-messung im gestossenen Fahrzeug (2 - fach) Genauigkeit der Messdaten: ± 3% für Beschleunigungsmessung ± 1% für Geschwindigkeit aus Wegmessung ± 10 kg für Fahrzeuggesamtmasse Detaillierte Fahrzeugbeschreibung: Marke und Typ, Fahrgestellnummer, Jahrgang Messprotokolle: Sensoren, Positionierung, Fahrzeugmasse V und H, Reifen (Dimension, Art, Zustand, Reifendruck), km-stand, Tankinhalt Kollisionsgeschwindigkeit des stossenden Fahrzeugs, Bremszustand der Fahrzeuge (gemessene Verzögerungen), Überdeckung, Kollisionswinkel im Detail bekannt Fotos horizontal zur Beschädigungszone: - Fahrzeuge vor und nach dem Nachfahrversuch - Fahrzeuge mit und ohne Stossstangen Ansichten: - Seitenansicht und unter 45 beidseitig - Heck- resp. Frontansicht - Draufsicht oder von Unten - Übersichtsfoto der Beschädigungen (Gesamtansicht 45 ) Zusätzliche Bilder: - Effektive Kollisionsstellung - Fahrzeuge unmittelbar nach Kollision (Heck- resp. Frontansicht) - Detaillierte Schadenbilder High peed film mit 500 Bilder / s Deformationsrelevante Punkte werden vermessen: - Fahrzeuge vor und nach dem Nachfahrversuch - Fahrzeuge mit und ohne Stossstangen Genauigkeit der Vermessung ± 3 mm z.b. mit Audatex, auti-i-dat etc. Seite 6 von 40

7 Standard ab der 2. Serie (HS 07 bis HS 12) Datenerfassung: Kollisionskonstellation: Fotodokumentation: Film: Vermessung der Fz: Schadenkalkulation: - Messdaten: - Basierend auf SAE J a x und a y beider Fahrzeuge - Zeitsynchrone Aufzeichnung Genauigkeit der Messdaten: ± 6% für Beschleunigungsmessung und der daraus integrierten Geschwindigkeit ± 20 kg für Fahrzeuggesamtmasse Detaillierte Fahrzeugbeschreibung: Marke und Typ, Fahrgestellnummer, Jahrgang Messprotokolle: Sensoren, Positionierung, Fahrzeugmassen V und H, Reifen (Dimension, Art, Zustand, Reifendruck), km-stand, Tankinhalt Kollisionsgeschwindigkeit des stossenden Fahrzeugs, Bremszustand der Fahrzeuge (gemessene Verzögerungen), Überdeckung, Kollisionswinkel im Detail bekannt Fotos horizontal zur Beschädigungszone: - Fahrzeuge vor und nach dem Nachfahrversuch - Fahrzeuge mit und ohne Stossstangen Ansichten: - Seitenansicht und unter 45 beidseitig - Heck- resp. Frontansicht - Draufsicht oder von Unten - Übersichtsfoto der Beschädigungen (Gesamtansicht 45 ) Zusätzliche Bilder: - Effektive Kollisionsstellung - Fahrzeuge unmittelbar nach Kollision (Heck- resp. Frontansicht) - Detaillierte Schadenbilder High speed film mit 500 Bilder / s Deformationsrelevante Punkte werden vermessen: - Fahrzeuge vor und nach dem Nachfahrversuch - Fahrzeuge mit und ohne Stossstangen Genauigkeit der Vermessung ± 5 mm Seite 7 von 40

8 Standard zu Beginn der Studie, 1. Serie (HS 01 bis HS 06) und z.t. Fremdversuche Datenerfassung: Kollisionskonstellation: Fotodokumentation: Film: Vermessung der Fz: Schadenkalkulation: - Messdaten: - a x beider Fahrzeuge Hz Aufnahmefrequenz Genauigkeit der Messdaten: ± 10% für Beschleunigungsmessung und der daraus integrierten Geschwindigkeit ± 30 kg für Fahrzeuggesamtmasse Fahrzeugbeschreibung: Marke und Typ, Fahrgestellnummer, Jahrgang Messprotokolle: Fahrzeuggesamtmassen, Reifen (Dimension, Reifendruck) Bremszustand der Fahrzeuge, Überdeckung, Kollisionswinkel bekannt Fotos horizontal zur Beschädigungszone: - Fahrzeuge vor und nach dem Nachfahrversuch Ansichten: - Seitenansicht und unter 45 beidseitig - Heck- resp. Frontansicht - Übersichtsfoto der Beschädigungen (Gesamtansicht 45 ) Zusätzliche Bilder: - Effektive Kollisionsstellung - Fahrzeuge unmittelbar nach Kollision (Heck- resp. Frontansicht) - Detaillierte Schadenbilder Echtzeit Video / Film Deformationsrelevante Punkte werden vor und nach dem Nachfahrversuch vermessen Genauigkeit der Vermessung ± 10 mm Seite 8 von 40

9 Standard von Fremdversuchen Datenerfassung: Kollisionskonstellation: Fotodokumentation: Film: - Vermessung der Fz: - Schadenkalkulation: - Messdaten: a x beider Fahrzeuge 250 Hz Aufnahmefrequenz Genauigkeit der Messdaten: ± 10% für Beschleunigungsmessung und der daraus integrierten Geschwindigkeit ± 50 kg für Fahrzeuggesamtmasse Fahrzeugbeschreibung: Marke und Typ, Jahrgang Messprotokolle: Fahrzeuggesamtmassen Überdeckung, Kollisionswinkel Fotos horizontal zur Beschädigungszone: - Fahrzeuge vor und nach dem Nachfahrversuch Ansichten: - Seitenansicht und unter 45 beidseitig - Heck- resp. Frontansicht - Übersichtsfoto der Beschädigungen (Gesamtansicht 45 ) Datenerfassung: Messdaten: a x des gestossenen Fahrzeugs 100 Hz Aufnahmefrequenz Genauigkeit der Messdaten: ± 15% für Beschleunigungsmessung und der daraus integrierten Geschwindigkeit Fahrzeugbeschreibung: Marke und Typ Fahrzeuggesamtmasse (inkl. + Zuladung) Kollisionskonstellation: - Fotodokumentation: Es gibt Bilder der Fahrzeuge Film: - Vermessung der Fz: - Schadenkalkulation: - Seite 9 von 40

10 Projektverlauf Die 27 Nachfahrversuche wurden in vier Crashserien durchgeführt. Jede Serie umfasste sechs Fahrzeuge, wobei jedes Fahrzeug vorne und hinten für einen Nachfahrversuch eingesetzt wurde. Die sechs Nachfahrversuche gelangten an zwei Testtagen zur Durchführung. Dadurch konnte sowohl die personelle, wie auch die zeitliche Belastung aller Beteiligten gering gehalten werden. Bei jedem zweiten Nachfahrversuch wurde das stossende Fahrzeug gebremst. Aus Kostengründen wurden zwei Kundenaufträge während des Projekts mit dem üblichen SVV-Standard durchgeführt und in die Versuchsreihe aufgenommen. Die Testfahrzeuge waren Versicherungsfahrzeuge (Schlammfahrzeuge, Diebstahl, Vandalenakt etc.) oder sie wurden auf dem Occasionsmarkt beschafft. Es stellte sich heraus, dass die Fahrzeuge nach den Versuchen unrepariert am gewinnbringendsten verkauft werden konnten. Die Verantwortlichkeiten waren wie folgt aufgeteilt: - Fahrzeugbeschaffung, -Wiederverkauf: Zürich Versicherung, AGU - Fahrzeugvor- und Nachbereitungen (Foto, Vermessung etc.): DTC - Versuchsdurchführung (Messtechnik, Film): DTC - Erstauswertung der Rohdaten, Plausibilitätskontrollen: DTC - Redundanz der Datenerfassung (UDS): Winterthur Versicherung - Schadenaufnahme und Kalkulation: Zürich Versicherung - Bestimmung der Fahrzeugsteifigkeiten: HTA-Biel - Auswertungen und Dokumentation: Winterthur Versicherung - Datenbank: AGU/ETH Obwohl an diesem Projekt die unterschiedlichsten Interessengruppen beteiligt waren, hat die Zusammenarbeit hervorragend funktioniert. Wichtigste Erkenntnisse über das gesamte Projekt - Laservermessung z.t. nicht dort, wo die max. Deformationen sind - Bestimmung der Fahrzeugsteifigkeiten aus der Filmaufzeichnung ist nicht möglich (Bestimmung der Kollisionsebene, variabler Paralaxfehler etc.) - Die Aufteilung der dynamischen Deformation auf die Fahrzeuge ist sehr schwierig, entsprechend gross sind die Toleranzen für EES und die Steifigkeiten ausgefallen - Neuere Modelle weisen tendenziell härtere Strukturen auf, mit grösseren Elastizitäten - Steifigkeiten bei Kollisionen mit niedrigen Geschwindigkeiten und 100% Überdeckung liegen wie erwartet deutlich höher als den Eurotaxunterlagen entnommen werden kann Projektphasen Serie I 1 Mitsubishi* Toyota 2 Toyota* Mitsubishi 3 Peugeot Mercedes 4 Mercedes* Peugeot 5 Opel MCC 6 MCC Opel Wichtigste Erkenntnisse - UDS als einziges Messsystem genügt nicht - Elementare Grundregeln der Fotografie beachten (ruhiger Hintergrund, maximale Distanz, indirekte Beleuchtung, Vergleichbarkeit) - Filmqualität lässt zu wünschen übrig, (indirekte Beleuchtung umsetzen, max. Distanz, Targets) - Erhöhter Vorbereitungsaufwand der Schlammfahrzeuge - Fahrzeugreparatur entfällt aus Kostengründen - Laser - Fahrzeugvermessung muss optimiert werden Seite 10 von 40

11 Projektphasen Serie II Serie III Kundenauftrag Serie IV Kundenauftrag 7 Ford* BMW 8 BMW Ford 9 Ford* Opel 10 Opel* Ford 11 Renault Opel 12 Opel Renault 13 Jeep* Audi 14 Audi Jeep 15 Mercedes Renault 16 Renault* Mercedes 17 Nissan* VW 18 VW Nissan 19 Renault Mercedes 20 Mercedes Renault 21 Toyota* Renault 22 Renault Toyota 23 VW Mazda 24 Mazda* VW 25 Fiat* Alfa 26 Alfa Fiat Wichtigste Erkenntnisse - Datenerfassung nach SAE J211 - Hohe Datensicherheit mit UDS als Redundanz - Beschleunigungsgeber (UDS) im Kofferraum führen zu grossen Messfehlern im gestossenen Fahrzeug (Schwingungen) - Raddrehzahlgeber zur v-messung nicht geeignet - Offset- und Driftprobleme mit Piezzogeber im gestossenen Fahrzeug - v könnte exakter gemessen werden (Weg), zusätzliche Redundanzen einsetzen - das gestossene Fahrzeug ist das wichtigere, Datensicherheit und Plausibilität für v - künftig zeitsynchrone Aufzeichnung der Daten durch den Einsatz einer Datenerfassungsanlage für beide Fahrzeuge - Erstauswertung der Rohdaten, Plausibilitätskontrollen durch DTC (mit Winterthur abzusprechen) - Definition von Stosszeit und auszuwertendes Zeitfenster - Umbau der Bremse beansprucht viel Zeit; je Fahrzeugpaarung, Bremse nur einmal einsetzen - Fahrzeuge sollen durch die Sensormontage nicht beschädigt werden (Löcher); künftig anstelle Beifahrersitz - Wegen seriellen Arbeitsabläufen können die Schadenaufnahmen frühestens am zweiten Testtag erfolgen - Verantwortlichkeiten für Schadenaufnahme und Kalkulation nicht mehr aufteilen - Teilweise grosse Fahrzeugschäden wegen Airbagauslösung (Motor läuft während Test im stossenden Fahrzeug) - Die Stossfänger waren vor den Versuchen nach der Montage z.t. besser ausgerichtet als vorher Laservermessung mit Stossstange erst durchführen, wenn diese entfernt und wieder montiert wurde - der gewünschte Standard ist erreicht (5-Stern) - Dokumentation des Stossstangenaufbaus und Abstützungen, da diese vor und nach dem Test ohnehin demontiert werden - Schadendokumentation: Bilder mit Text) - Allianz, für den zweiten Versuch (SVV) wurden die Fahrzeuge wie gewohnt ausgetauscht - neuere Fahrzeuge weisen tendenziell mehr Elastizität auf, weshalb die kollisionsbedingten v eher zu hoch ausfielen - die Kollisionsgeschwindigkeit mit der DTC-Crashanlage kann auf ±0.5 km/h resp. bei gebremsten Nachfahrversuchen auf ±1 km/h gewährleistet werden 27 Peugeot Volvo* - Volvo-Front vorgeschädigt, ein Austauschen der Fahrzeuge war nicht möglich * Bremse im stossenden Fahrzeug In der Folge beziehen sich die Beschreibungen, falls nicht anders umschrieben, auf den schlussendlich angewendeten Gold-Standard der fünf Sterne. Seite 11 von 40

12 Versuchsdurchführung Im Rahmen des SVV-Projekts kollidierten die Fahrzeuge gerade mit 100% Überdeckung. Das stossende Fahrzeug wurde mit der DTC-Innencrashanlage auf die gewünschte Geschwindigkeit beschleunigt und unmittelbar vor der Kollision, resp. bei gebremsten Versuchen vor dem Bremspunkt freigegeben. Im stossenden Fahrzeug wurde der Motor, ausser bei Fahrzeugen mit Motorschaden, vor dem Test gestartet. Dadurch wurde ein möglichst realitätsnaher Betriebszustand des Fahrzeugs vor und während der Kollision simuliert. Bei beiden Fahrzeugen war kein Gang eingelegt. Das gestossene Fahrzeug war nie gebremst und konnte nach der Kollision ca. 10 m frei ausrollen. Die Auswertungen haben gezeigt, dass das gestossene Fahrzeug nach ca. 250 mm die maximale nachkollisionäre Geschwindigkeit bereits aufgebaut hatte, so dass auch ein geringerer Auslauf ausreichend gewesen wäre. Fahrzeuge Als Versuchsfahrzeuge wurden vor allem neuere Modelle untersucht. Es wurde darauf geachtet, dass die Fahrzeuge einen grossen Marktanteil vertraten und allenfalls als problematisch in der rechnerischen Unfallanalyse bekannt waren. Einige Fahrzeugpaarungen wurden gewählt, weil sie wegen ihren Steifigkeiten, wie weiche Front gegen Anhängerkupplung, von Interesse sind. Die Fahrzeugpaarungen wurden aufgrund verschiedener Kriterien, wie Massenverhältnisse, Karosseriesteifigkeiten oder Kompatibilität der Stossstangen, bestimmt. Beispiel einer Versuchskonstellation: Ausgangslage: Mittlere Stossstangenhöhe Angenommene Steifigkeiten : Kriterien weich < 200kN/m, mittel < 600kN/m, hart >600kN/m Gestossenes Fahrzeug ungebremst, kein Gang eingelegt Stossend: Gestossen: (VW Golf 4) Mazda 121 Stossstangenhöhe (unten-oben) in mm vorne hinten Steifigkeit in kn/m 1) vorne hinten Versuchsnummer Fahrzeugmasse leer (gemessen) in kg HS 23 VW Golf 4 x Bemerkungen Vk = 16.0 km/h, gebremst (Mazda 121) ) Werte aus EUROTAX ermittelt Mazda 121 / VW Golf: Abb. 1 4Fahrzeugübersicht zur Bestimmung der Paarungen Abb. 2 Kollisionspunkt der Fahrzeuge statisch Seite 12 von 40

13 Versuchskonstellation Kollisionsstellung Die Kollisionsstellung war für die 27 Nachfahrversuche im Rahmen der SVV-Serie, ausser bei einem Kundenauftrag HS 19, immer dieselbe. Die Fahrzeuge kollidierten gerade mit 100% Überdeckung. Abb. 3 Draufsicht auf die Kollisionsstellung gestossenes Fahrzeug 02 stossendes Fahrzeug 01 Die Kollisionspaarungen und Geschwindigkeiten sowie der Einbau einer Bremse in das stossende Fahrzeug, wurden unabhängig durch das DTC und die AGU vorgeschlagen und gemeinsam festgelegt. Durch eine Bremsverzögerung des stossenden Fahrzeugs 1 tauchte die Front im Kollisionspunkt dynamisch ab und das Heck des gestossenen Fahrzeugs 2 würde durch die dynamischen Vorgänge mehrheitlich angehoben. Ein allfälliges Unterfahren des gestossenen Fahrzeugs 2 würde dessen Heck zudem anheben. Unter den 27 Nachfahrversuchen wurde das gestossene Fahrzeug 2 nur bei einem der Kundenaufträge (HS 19) mit Hilfe der Handbremse gebremst, ein Gang war nie eingelegt. Beispiel einer Seitenansicht von links im Kollisionspunkt (HS 23) Fahrzeug 2 Fahrzeug 1 Abb. 4 Kollisionspunkt statisch (ungebremst) Abb. 5 Kollisionspunkt dynamisch (gebremst) Seite 13 von 40

14 Kollisionsgeschwindigkeit Die Kollisionsgeschwindigkeit wurde vorgängig mit Hilfe von PC-Programmen so ausgelegt, dass am gestossenen Fahrzeug 2 eine kollisionsbedingte Geschwindigkeitsänderung von v = 10 km/h resultieren sollte. Um die vorgegebene Kollisionsgeschwindigkeit des stossenden Fahrzeugs 1 bei einer Vollbremsung zu realisieren, wurden Bremsversuche aus einer Geschwindigkeit von ca. 30 km/h durchgeführt. Damit das stossende Fahrzeug 1 im Kollisionspunkt sicher eingenickt ist, kann die Bremsung nicht erst im Kollisionspunkt erfolgen. Wegen dem gebremsten Zustand während der Kollision wird zudem die Geschwindigkeitsänderung v des stossenden Fahrzeugs 1 geringfügig vergrössert (diejenige des gestossenen Fahrzeugs 2 würde verkleinert). Vorversuch Kollisionspunktbestimmung HS 19: gebremstes Fahrzeug 1 Stosszeit 158 ms Dynamic Test Center 6 35 v 0 = 30.5 km/h 5 30 Bremsverzögerung [g] / Bremsweg [m] v k,soll = 23.2 km/h Kollisionspunkt ab Bremspunkt s soll = 2.4 m s [m] Renault ax [g] v (ax) Geschwindigkeit [km/h] 0 5 a m = g Zeit [ms] Abb. 6 Vorversuch zur Kollisionspunktbestimmung Mit Hilfe der gemessenen Bremsverzögerung wird der Kollisionspunkt ermittelt, in welchem beim Nachfahrversuch das gestossene Fahrzeug 2 positioniert wird. Die Bremsbetätigung im Fahrzeug 2 erfolgte über einen pneumatischen Zylinder, welcher direkt auf das Bremspedal wirkte. Die Bremsauslösung erfolgte beim Überfahren eines ortsfesten Triggerkontakts am Boden. 0 Abb. 7 Bremsbetätigung im stossenden Fahrzeug 1 (HS 19) Seite 14 von 40

15 Das gestossene Fahrzeug 2 stand zum Zeitpunkt der Kollision still. Das Getriebe befand sich in Neutralstellung und die Bremse war (ausser beim Nachfahrversuch HS 19) nie betätigt. Beispiel HS 19: Die realisierte Bremsverzögerung während und nach der Kollision des Fahrzeugs 2 betrug durchschnittlich nur 0.5 m/s 2, weil das Heck des Fahrzeugs 2 wegen der Form und dem Abtauchen der Front 1 (leichtes Unterfahren des Hecks 2) angehoben wurde. Abb. 8 Kollisionsstellung Ende Stosszeit (127 ms) Durch Kollisionen mit gebremsten gestossenen Fahrzeugen 2 werden bei geringeren Geschwindigkeitsänderungen grössere Fahrzeugbeschädigungen verursacht. Sowohl der ungebremste Zustand als auch die Getriebeneutralstellung ergeben bei gegebener Kollisionsstellung eine maximale kollisionsbedingte Geschwindigkeitsänderung v. Seite 15 von 40

16 Fahrzeug Vor- und Nachbereitungen Laservermessung: Die Fahrzeuge wurden vor und nach den Nachfahrversuchen an deformationsrelevanten Stellen (wo statische Deformationen erwartet wurden) vermessen. Um die Deformationen unterhalb der Stossstangen festzuhalten, wurden diese jeweils vor und nach den Nachfahrversuchen demontiert. Abb. 9 VW New Beetle Heck (HS 27) mit Stossstange Abb. 10 VW New Beetle Heck (HS 27) ohne Stossstange Seitlich wurden Targets in einem Abstand von 400 mm zueinander aufgeklebt und nach dem Nachfahrversuch wieder vermessen. Fotodokumentation: Gemäss nebenstehender Übersicht wurden die Fahrzeuge vor und nach dem Versuch mit und ohne Stosstange fotografiert. Da der Stossstangenaufbau für die Einleitung der Kräfte in die Fahrzeugstruktur von Bedeutung ist, wurde der Stosstangenaufbau mit Fotos dokumentiert. Von einfachen Kunststoffhäuten über ausgeschäumte Stossstangen oder Deformationselemente etc. waren die verschiedensten Varianten zu finden. Die effektive Kollisionsstellung (statisch) der Fahrzeuge und eine Front- resp. Heckansicht, unmittelbar nach der Kollision, wurde ebenfalls festgehalten. Nach dem Versuch wurden die Schadenbilder durch die Verantwortlichen der Schadenkalkulation detailliert visuell und schriftlich dokumentiert. Abb. 11 Ansichten für Fotodokumentation Seite 16 von 40

17 Schadenkalkulationen Die Reparaturkosten der Crash-Fahrzeuge wurden mit dem Computerprogramm "Audatex" berechnet, so dass der hohe Qualitätsanspruch der Studie durch die standardisierten Berechnungsgrundlagen gewährleistet werden konnte. Die kalkulierten Reparaturkosten beziehen sich auf eine fachgerechte Reparatur, die im Normalfall als Grundlage für die Entschädigung von Versicherungsleistungen dient. Die Fahrzeuge wurden für die Begutachtung der Schäden teilweise zerlegt. Zur Überprüfung der inneren Karosseriestrukturen (Längs- und Querträger usw.) mussten insbesondere die Stossstangen, die Scheinwerfer und die Innenverkleidungen demontiert werden. Die Reparaturkosten für den Front- und Heckschaden wurden jeweils separat berechnet. Somit wurden für die 26 Versuche insgesamt 52 Kalkulationen erfasst. Der vollständige Ausdruck jeder Audatex-Kalkulation wird in die Datenbank eingeführt und wird somit jedem Benutzer für eine weitergehende Analyse der Fahrzeugschäden zur Verfügung stehen. Fahrzeugschäden Diese Versuchsserie hat eindrücklich gezeigt, wie das Schadenausmass verschiedener Fahrzeugtypen bei ähnlicher Kollisionsbelastung erheblich variieren kann. So verzeichneten beispielsweise der VW Golf und der VW Beetle im Frontbereich nur einige Kratzer am Stossfänger, während der Fiat Brava und der Nissan Micra massive Verformungen an den vorderen Längsträger aufwiesen. Bei der Kollisionspaarung Smart/Opel waren die Auswirkungen von unterschiedlichen Struktursteifigkeiten auf das Schadenausmass/Verformungsintensität beider Fahrzeuge besonders gut zu erkennen. Aufgrund seiner äusserst steifen Struktur wies der Smart nur marginale Beschädigungen an der Front- und Heckverkleidung auf, dessen Karosseriestruktur war hingegen vollkommen intakt. Der Opel Astra F wurde demgegenüber erheblich deformiert. Die Verformungen am Kofferboden reichten bis in den primärtragenden Karosseriebereich. Die älteren Fahrzeugtypen verzeichneten im Allgemeinen grössere Verformungen, woraus geschlossen werden kann, dass die Karosseriestrukturen der aktuellen Fahrzeuge generell steifer konzipiert sind. Bemerkenswert ist ausserdem die unerwartete Auslösung der beiden Frontairbags des Nissan Micra und des Ford Focus. Die Reparaturkosten dieser beiden Fahrzeuge wurden durch diese unnötige Airbagauslösung massgeblich erhöht. Seite 17 von 40

18 Reparaturkosten Frontschäden Der Mittelwert der Reparaturkosten der Frontschäden lag bei rund Fr. 5'720.--, wobei der VW Golf IV mit Fr die tiefsten und der Renault Espace 2.2 mit Fr.12'628.- die höchsten Reparaturkosten verbuchte. In der untenstehenden Tabelle sind die 3 Fahrzeuge mit den jeweils tiefsten bzw. höchsten Reparaturkosten aufgeführt. Die Reparaturkosten für den Heckschaden des jeweiligen Stosspartners sind zum Vergleich ebenfalls aufgeführt. Fahrzeug Kollisionspartner Tiefst- / bzw. Höchstkosten 1 VW Golf IV Mazda ' MCC Smart Opel Astra F GSI 1' ' VW New Beetle Nissan Micra 1' ' Renault Espace Mercedes 260E 12' ' Nissan Micra VW New Beetle 12' ' Fiat Brava Alfa Romeo ' '387.- Kosten Heckschaden Kollisionspartner Die Reparaturkosten der beiden Kollisionspartner stehen tendenziell in einem umgekehrt proportionalen Verhältnis zueinander. Demnach führt ein kleiner Frontschaden in der Regel zu einem vergleichsweise grossen Heckschaden am Kollisionspartner. Bei einem grossen Frontschaden sind hingegen eher geringe Schäden am Heck des Kollisionspartners zu erwarten. Die Kosten für die Instandsetzung des Frontschadens am stossenden Fahrzeug sind im untenstehenden Balkendiagramm für alle 26 Versuche einzeln aufgeführt: Frontschäden Reparaturkosten sfr HS 01 HS 02 HS 03 HS 04 HS 05 HS 06 HS 07 HS 08 HS 09 HS 10 HS 11 HS 12 HS 13 HS 14 HS 15 HS 16 HS 17 HS 18 HS 19 HS 20 HS 21 HS 22 HS 23 HS 24 HS 25 HS 26 HS01-HS26 Versuchsnummer Die hellblauen Balken beziehen sich auf die gebremsten Versuche, bei denen das stossende Fahrzeug vor der Kollision mittels spezieller Einrichtung voll abgebremst wurde. Das gebremste Fahrzeug kollidierte mit eingenickter Front gegen das Heck seines Kollisionspartners und wurde dadurch vorwiegend im oberen, relativ weichen Frontbereich beschädigt. Erwartungsgemäss fielen die Reparaturkosten der Frontschäden bei den gebremsten Versuchen im Vergleich mit denjenigen der ungebremsten im Allgemeinen etwas höher aus. Der Bremszustand des stossenden Fahrzeuges hatte hingegen keinen direkten Einfluss auf die Reparaturkosten am Heck des Kollisionspartners. Der Mittelwert der Reparaturkosten aller Frontschäden ist mit dem dunkelblauen Balken dargestellt. Wie aus dem Diagramm hervorgeht, ist die Streuung der Reparaturkosten bei den Frontschäden sehr gross. Der Differenzbetrag zwischen dem Tiefst- und dem Höchstwert beträgt Fr. 11' Seite 18 von 40

19 Reparaturkosten Heckschäden Bei den Heckschäden verzeichnete der Smart mit Fr die tiefsten Reparaturkosten, während sein Kollisionspartner, Opel Astra F GSI, mit Fr. 9'520.- den Höchstbetrag verbuchte. Der Mittelwert aller Heckschäden lag bei Fr. 4'396.- und somit um rund 25% tiefer als die Durchschnittskosten aller Frontschäden. Die 3 Fahrzeuge mit den tiefsten bzw. höchsten Reparaturkosten am Heck sind nachfolgend aufgeführt. Fahrzeug Kollisionspartner Tiefst- / bzw. Höchstkosten 1 MCC Smart Opel Astra F GSI ' VW Golf IV Mazda 121 1' ' VW New Beetle Nissan Micra 1' ' Opel Astra F GSI MCC Smart 9' ' Mercedes 190E Peugeot 306 8' '206.- Break 3 Renault Megane Toyota Yaris 7' '224.- Kosten Frontschaden Kollisionspartner Mit Ausnahme der Kollisionspaarung Mercedes 190E/Peugeot 306 kann auch hier wiederum ein umgekehrt proportionales Verhalten der Reparaturkosten beider Kollisionspartner festgestellt werden. Ein kleiner bzw. grosser Heckschaden ist zumeist mit einem grossen bzw. kleinen Frontschaden des Kollisionspartners verbunden. Die Reparaturkosten für den Heckschaden sind im nachfolgenden Diagramm für alle 26 Versuche einzeln aufgeführt: Heckschäden Reparaturkosten HS 01 HS 02 HS 03 HS 04 HS 05 HS 06 HS 07 HS 08 HS 09 HS 10 HS 11 HS 12 HS 13 HS 14 HS 15 HS 16 HS 17 HS 18 HS 19 HS 20 HS 21 HS 22 HS 23 HS 24 HS 25 HS 26 HS01-HS26 Versuchsnummer Die Differenz zwischen dem Minimal- und Maximalbetrag beträgt Fr. 8' Der Mittelwert von Fr. 4'396.- ist mit dem dunkelblauen Balken dargestellt. Seite 19 von 40

20 Analyse des Gesamtschadenkosten der einzelnen Versuche Aufgrund der bisherigen Erkenntnisse besteht kein Zusammenhang zwischen den Reparaturkosten und der Kollisionsintensität. Die Differenz der Reparaturkosten der einzelnen Fahrzeuge ist so gross, dass man aus den entsprechenden Beträgen keinesfalls Rückschlüsse auf die Kollisionsgeschwindigkeit des stossenden Fahrzeuges oder gar auf die kollisionsbedingte Geschwindigkeitsänderung des gestossenen Fahrzeuges ziehen darf. Inwieweit die Gesamtkosten für die Reparatur beider Kollisionspartner als Bezugsgrösse für die Beurteilung der Kollisionsintensität verwendet werden darf, wurde ebenfalls untersucht. Wie aus dem nachfolgenden Diagramm hervorgeht, sind auch die Gesamtkosten für die Reparatur beider Kollisionspartner sehr unterschiedlich ausgefallen. Der Minimalbetrag für die Instandsetzung beider Fahrzeuge beträgt Fr. 5'308.- für die Kollisionspaarung BMW 328i / Ford Focus, wogegen sich der Maximalbetrag auf Fr. 17'122.- beziffert. Dieser Höchstbetrag wurde mit der Kollisionspaarung Renault Espace / Mercedes E 260 erzielt. Der Mittelwert der Gesamtkosten für die Reparatur beider Kollisionspartner liegt bei Fr. 10' Der Differenzbetrag zwischen dem Tiefst- und Höchstwert beträgt Fr. 11' Die Streuung der Gesamtkosten ist zwar weniger ausgeprägt, als bei den Reparaturkosten der Front- und Heckschäden. Die Abweichungen bei den Gesamtkosten sind allerdings immer noch viel zu gross, als man daraus irgendwelche Tendenzen bezüglich der Kollisionsintensität herauslesen könnte. Front- u. Heckschaden Gesamtkosten Front- und Heckschaden in sfr HS 01 HS 02 HS 03 HS 04 HS 05 HS 06 HS 07 HS 08 HS 09 HS 10 HS 11 HS 12 HS 13 HS 14 HS 15 HS 16 HS 17 HS 18 HS 19 HS 20 HS 21 HS 22 HS 23 HS 24 HS 25 HS 26 HS01-HS26 Versuchsnummer Folgerung Somit stehen auch die Gesamtkosten für die Reparatur beider Fahrzeuge nicht in Relation mit der Kollisionsintensität. Die Reparaturkosten dürfen niemals als Kriterium zur Beurteilung der Kollisionsintensität bzw. der kollisionsbedingten Geschwindigkeitsänderung eines Fahrzeuges herangezogen werden. Diese Erkenntnis ist zwar nicht neu, sie wurde aber mit dieser Versuchsreihe nochmals ausdrücklich bestätigt. Seite 20 von 40

21 Messtechnik Übersicht über die eingesetzte Messtechnik für die Nachfahrversuche: Stossendes Fahrzeug 1 Beschleunigungsgeber 50 g Triax (nur x und y gemessen) Eigenes Schleppkabel zum Datenerfassungsgerät (NA32) im gestossenen Fahrzeug Lichtschranken 1 m mit grosser Anzeige vor Kollisionspunkt bei ungebremsten Versuchen vor Bremspunkt bei gebremsten Versuchen Triggerkontakt für UDS In gebremsten Fahrzeugen zusätzlich: Pneumatikbremse Bremssteuerelektronik Ext. Triggerkontakt im Bremspunkt mit Bremsschleppkabel Gestossenes Fahrzeug 2 Beschleunigungsgeber 50 g Triax (x, y und z) Geschwindigkeitsgabel (Messung ab 250 mm Weg des Fahrzeugs) Optisch digitale Wegmessung (für v), Speisung und Elektronik Datenerfassungsgerät (NA32) Steuerung für Blitz Blitz für t 0 auf Fahrzeugdach 2 Triggerkontakte (UDS, NA32) Art und Positionierung der Messgeräte: Die Beschleunigungen beider Fahrzeuge wurden mit Beschleunigungsgeber des Typs Entran (DMS) gemessen und mit 10 khz aufgezeichnet. Im gestossenen Fahrzeug 2 wurde die Beschleunigung triaxial, meistens entweder hinten an der Befestigungsschiene des Fahrersitzes oder am Halter, welcher anstelle des Beifahrersitzes für die Befestigung der UDS verwendet wurde, gemessen. Die Beschleunigungen im stossenden Fahrzeug 1 wurden mit einem gleichen Gebertyp, jedoch nur zweiaxial (ax und ay) über ein Schleppkabel mit derselben Datenerfassungsanlage (nach SAE J211), aufgezeichnet. Der Beschleunigungssensor war an der gleichen Stelle befestigt, wie im gestossenen Fahrzeug. Die Beschleunigungsgeber wurden mit dem Fahrzeug verschraubt. Abb. 12 Beschleunigungssensor an rechter Sitzschine, Fahrerseite Als redundante Beschleunigungsmessung wurde in beiden Fahrzeugen ein Unfalldatenspeicher (UDS) eingesetzt. Meistens wurde der UDS auf einer Haltevorrichtung anstelle des Beifahrersitzes befestigt. Die kollisionsbedingte Geschwindigkeitsänderung am gestossenen Fahrzeug 2 wurde mit einem digitalen Wegsensor ermittelt. Der Vorteil der Geschwindigkeitsermittlung über eine Wegmessung im Vergleich zur Berechnung aus der Beschleunigung besteht darin, dass sich allfällige Off-Sets zu Beginn der Kollision nicht nachteilig auf die Geschwindigkeit am Ende der Stosszeit auswirken. Als redundante Systeme zur Ermittlung der Geschwindigkeiten wurde mit einer Lichtschranke nach 250 mm Weg die mittlere Geschwindigkeit gemessen und die Beschleunigungen ausgewertet (SAE J211 und UDS). Abb. 13 Optisch digitaler Wegsensor Seite 21 von 40

22 Die Anfangsgeschwindigkeit des stossenden Fahrzeugs 1 wurde mit einer Lichtschranke (1 m Weg) vor der Bremseinleitung resp. vor der Kollision gemessen. Der Geschwindigkeitsverlauf wurde ab dort mit Hilfe der Beschleunigungsmessung weiter verfolgt (Integration). Am Fahrzeug 1 kann zum Vergleich der Anfahrtsgeschwindigkeit die Seilgeschwindigkeit der Crashanlage überprüft werden. Als Redundanz dienten die Messdaten aus dem UDS. Abb. 14 Lichtschranke zur Messung der Kollisionsgeschwindigkeit (v0) Eine gute Möglichkeit der Geschwindigkeitsbestimmung würde zudem die Filmauswertung bieten. Exemplarisch wurde bei einigen Versuchen der Nachweis auf eine exakte und zuverlässige Datenerfassung erbracht. Sämtliche Analogsignale wurden gemäss SAE J 211 mit CFC 60 gefiltert. Seite 22 von 40

23 Filmtechnik Die Nachfahrversuche wurden von der linken Seite her mit einer Highspeed-Farbdigitalkamera aufgezeichnet. Die Kamera wurde rechtwinklig zum Kollisionspunkt, ca. 6 m davon entfernt aufgestellt, um Paralaxfehler und Fischaugeffekte (Verzerrungen) gering zu halten. Als Hauptkamera wurde eine Digitalkamera der Firma Weinberger oder der ETH eingesetzt. Als redundante Kamera wurde eine s/w Highspeedkamera eingesetzt. Aufgrund der hohen Zuverlässigkeit der Farbkamera mussten die s/w Filme bei keinem der Tests verwendet werden. Die Filmaufnahmen erfolgten mit 500 Bilder / s. 400 mm 400 mm mm 400 mm Abb. 15 Highspeed-Filmaufnahmen Die Beleuchtung erfolgte indirekt mit Halogenscheinwerfern, um an den Fahrzeugen möglichst diffuses Licht ohne Reflexionen der Scheinwerfer zu realisieren. Damit die Beleuchtung ausreichte, wurde am Boden unter den Fahrzeugen und daneben der Boden mit weissem Karton abgedeckt. Für die Filmauswertung wurden sowohl an den Fahrzeugen wie auch am Boden Targets in definierten Abständen und Höhen angebracht. Seite 23 von 40

24 Befestigung der Sensorik Die Versuche haben gezeigt, dass die Befestigungsart der Beschleunigungssensoren möglichst schwingungsarm erfolgen muss, weil sonst Rückschlüsse auf das Karosseriedeformationsverhalten nicht mehr im Detail gemacht werden können. HS18 Stossendes Fahrzeug: VW Beetle 20 Stosszeit 115 ms Dynamic Test Center 16 v Impact = 14.1 km/h Beschleunigung [m/s 2 ] v = -8.2 km/h ax (SAE J211) ay (SAE J211) v (ax NA32) Geschwindigkeit [km/h] Zeit [ms] Abb. 16 Überlagerte hochfrequente Schwingungen (ax rot) infolge Karosseriedeformationsverhalten (Beetle) HS13 Gestossenes Fahrzeug: Audi A4 80 Stosszeit 115 ms Dynamic Test Center v = 12.1 km/h Beschleunigung [m/s 2 ] Geschwindigkeit [km/h] -40 ax (SAE J211) ay (SAE J211) v (s) v (ax) v 0 = 0.0 km/h Zeit [ms] Abb. 17 Überlagerte hochfrequente Schwingungen (ay grün) infolge ungünstiger Sensorbefestigung Werden Sensoren anstelle der Verschraubung an das Fahrzeug geklebt, hat die Verklebung Einflüsse auf den Frequenzverlauf sowie unter Umständen auf die Empfindlichkeit des Sensors. Eine Kalibriermessung des Sensors, mit der Verklebung über mindestens den gesamten zu erwartenden Frequenzbereich, müsste im Vorfeld durchgeführt werden. Seite 24 von 40

25 Montageort Bei der zweiten Serie wurden die redundanten Messsysteme (UDS) jeweils im Kofferraum der Fahrzeuge montiert. Auf die Messergebnisse der stossenden Fahrzeuge hatte dies keine Auswirkung, bei den gestossenen Fahrzeugen wurden Abweichungen in der Grössenordnung von 10 % gegenüber den Messungen an der Sitzbefestigungsschiene festgestellt. Dies ist darauf zurückzuführen, dass sich der UDS-Messgeber im Deformationsbereich der gestossenen Fahrzeuge befand und daher begrenzte, hochfrequente Schwingungen ebenfalls aufzeichnete. Um auszuschliessen, dass die festgestellte Abweichung nicht auf die Messsystemgenauigkeiten zurückzuführen ist, wurde bei einem später durchgeführten Nachfahrversuch die Beschleunigung im Kofferraum des gestossenen Fahrzeugs mit einem gleichen Gebertyp wie an der Sitzbefestigungsschiene gemessen. Dabei wurden bei den mittleren Beschleunigungen während der Kollisionsphase Abweichungen in der gleichen Grössenordnung von 10 % festgestellt. Die Maximalbeschleunigungen liegen z.t. über 100 % neben den Messwerten an der Sitzbefestigungsschiene. Vergleichsmessung Gestossenes Fahrzeug Sitzbefestigung / Kofferraum 50 Dynamic Test Center 10000% 25 ax Fahrersitz (SAE J211) ax Kofferraum (SAE J211) Abweichung [%] % Beschleunigung [m/s 2 ] % % % Zeit [ms] Abb. 18 Einfluss des Sensormontageortes (ax Kofferraum im Deformationsbereich) Seite 25 von 40

26 Geschwindigkeitsbestimmung Die Geschwindigkeitsbestimmung v mit Hilfe der Beschleunigungsmessung wies in den meisten Fällen mit der Geschwindigkeitsmessung aus der digitalen Wegmessung eine gute Übereinstimmung auf. HS24 Gestossenes Fahrzeug: VW Golf 4 Stosszeit 111 ms Dynamic Test Center v = 9.5 km/h Beschleunigung [m/s 2 ] ax (SAE J211) ay (SAE J211) az (SAE J211) v (aus s) v (aus ax) 8 6 Geschwindigkeit [km/h] v 0 = 0.0 km/h Zeit [ms] Abb. 19 Vergleich der Geschwindigkeitsverläufe (aus Wegmessung abgeleitet oder aus ax integriert) Differenzen konnten vor allem dann festgestellt werden, wenn durch das Deformationsverhalten des Fahrzeugs energiereiche Schwingungen im Fahrzeug selber angeregt wurden oder wenn das gestossene Fahrzeug unterfahren wurde. Die ermittelten Geschwindigkeiten aus der Integration der Beschleunigung ax lagen meistens über denjenigen aus der Wegmessung. Seite 26 von 40

27 Eigenschaften von Piezzo-, DMS-Beschleunigungsgebern und UDS Auf der Schlittenanlage wurde eine Vergleichsmessung der eingesetzten Messsysteme durchgeführt. Mit dem gefahrenen Halbsinus wurde ein sauberer Stoss, wie bei einer Heckkollision simuliert. In der Realität ist dieser Halbsinus aber von diversen höherfrequenten Schwingungen überlagert. Jeder Sensortyp weist ein spezifisches Frequenz-Empfindlichkeitsverhalten mit einer typischen Resonanzfrequenz auf, welche das Messsignal überlagern. Von den eingesetzten Messgebern der NA32 oder der DMA ist dieses Verhalten in den Kalibrierblättern dokumentiert. 10 Beschleunigungsvergleich bei einem Halbsinus (10 Hz) Eigenfrequenzen des UDS 4 Dynamic Test Center Drift des Piezzogebers Beschleunigung a [m/s^2] ax (50 g DMS-Sensor, NA32) ax (50 g DMS-Sensor über Kabel, NA32) ax (50 g Piezzogeber, DMA) ax (UDS1) ax (UDS2) ax (UDS3) ax (UDS4) Zeit t [ms] Abb. 20 Vergleichsmessung auf der Schlittenanlage DMS-Beschleunigungsgeber der NA32: Die beiden 50g Triaxsensoren zeigen zwei nahezu deckungsgleiche Kurven. Der Einfluss durch das Schleppkabel von der Datenerfassungsanlage im gestossenen Fahrzeug 2 bis zum stossenden Fahrzeug 1 zeigt keine Verschlechterung der Signalqualität. Die Genauigkeit der gesamten Messkette liegt bei ± 3%. Die Beschleunigungskurven der DMS-Beschleunigungsgeber (blau und dunkelgrün) können als Referenzkurven betrachtet werden. Piezzo-Beschleunigungsgeber der DMA: Die in der zweiten Serie eingesetzten Piezzogeber sind eigentlich für Signale ab 100 Hz geeignet. Trotz der deutlich tieferen Frequenz des Halbsinus weisen die Messwerte der DMA eine genügende Genauigkeit auf (± 6%). Piezzogeber reagieren grundsätzlich auf Druckschwankungen. Das bedeutet, dass das Messsignal zu Beginn der Messung nicht auf 0 mv ist. Weiter werden elektrische Ladungen nur sehr langsam wieder abgebaut, was sich im Verlauf der Messung in einem Drift bemerkbar macht. Heutige Verstärker für Piezzogeber haben die Korrekturen für die beiden Eigenheiten (Offset- und Driftkorrektur) integriert. Beim eingesetzten Verstärker bei der zweiten Serie im gestossenen Fahrzeug mussten diese Funktionen nachträglich bei den Rohdaten vor deren Auswertung eingesetzt werden (irrtümlicherweise wurden zu Beginn unkorrigierte Rohdaten für die Auswertung an die Winterthur Versicherung herausgegeben). Seite 27 von 40

28 UDS Unfall Daten Speicher: Der UDS ist ein autonom arbeitendes Messgerät, welches bei einem Unfall die Beschleunigungen in x- und y-richtung mit 500 Hz resp. 250 Hz aufzeichnet. Es ist ein sehr einfaches und zuverlässiges Gerät, welches als redundantes Beschleunigungsmesssystem ohne grossen Aufwand eingesetzt werden kann. Als redundantes Messsystem kann der UDS als geeignet eingestuft werden. Die Nachteile des Messsystems liegen jedoch auf der Hand und sind aus unserer Vergleichsmessung klar zu erkennen (Abb. 18): Die Gerätegenauigkeit ist nicht bekannt (gestützt auf unsere Erfahrungen rechnen wir im Normalfall mit einer Genauigkeit von ±10 %). Weder ein Frequenz-Empfindlichkeitsverhalten noch eine Resonanzfrequenz der Messeinheit sind bekannt. Es wurden z.t. überlagerte Frequenzen in den Messdaten festgestellt, die vermutlich auf Eigenfrequenzen des Gerätes zurückzuführen sind (UDS 4, hellgrüne Kurve Abb. 18). Diesem Effekt darf mittels einer Filterung (ISO) der ohnehin niederfrequenten Daten auf keinen Fall begegnet werden. Wenn schon müssen auf jeden Fall die Rohdaten verwendet werden. Aufgrund der sehr tiefen Aufnahmefrequenz kann nicht ausgeschlossen werden, dass effektiv vorhandene Frequenzen einfach weggefiltert werden oder im ungünstigsten Fall die Messwerte aufgrund einer Frequenzfaltung (Aliasing-Effekt) stark verfälscht werden können. möglicher Messfehler durch Frequenzabklappung bei 500 Hz-Messungen 60 Dynamic Test Center 50 a-signal [m/s^2] a-messung 500 Hz wahre Kurve 40 a [m/s 2 ] Zeit [ms] Abb. 21 Beispiel eines theoretisch maximalen Messfehlers durch Frequenzabklappung (alaising) Falls die Frequenzen nicht ganze Vielfache sind wie in Abb. 19, können durch Frequenzabklappungen Beschleunigungsverläufe aufgezeichnet werden, welche jeglichen Zusammenhang mit der Realität entbehren. Deshalb sollte zwischen der Aufzeichnungsfrequenz und der aufzuzeichnenden Signalfrequenz mindestens ein Faktor von 100 liegen (Filterung mitberücksichtigt). Seite 28 von 40