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Main Title: Bewertung des Brustkorbverletzungsrisikos basierend auf Mehrpunktmessung der Brusteindrückung im Dummy Hybrid III
Translated Title: Evaluation of the Chest Injury Risk based on Multi-Point Chest Deflection Measurement in the Dummy Hybrid III
Author(s): Eggers, Andre
Advisor(s): Lorenz, Bernd
Johannsen, Heiko
Referee(s): Schindler, Volker
Willinger, Remy
Granting Institution: Technische Universität Berlin, Fakultät V - Verkehrs- und Maschinensysteme
Type: Doctoral Thesis
Language: German
Language Code: de
Abstract: Verletzungen des Brustkorbes in Frontalunfällen haben trotz kontinuierlicher Verbesserung der Fahrzeugsicherheit nicht an Bedeutung verloren, sondern bilden einen hohen Anteil an den Verletzungen der Pkw-Insassen. Um eine weitere Reduktion durch verbesserte Insassenrückhaltesysteme zu erreichen, wird ein Dummy mit geeignetem Brustkorbmesssystem und verbesserten Verletzungskriterien benötigt. Der zurzeit verwendete Frontalaufpralldummy Hybrid-III mit der Messung der Brusteindrückung in nur einem Punkt ist für die Bewertung moderner Rückhaltesysteme nur eingeschränkt geeignet. Eine mögliche Lösung für dieses Problem könnte ein Mehrpunktmesssystem, genannt ”RibEye“ sein, welches die Messung der Eindrückung an mehreren Punkten des Brustkorbes erlaubt. Ziel dieser Arbeit war zum einen die systematische Evaluierung dieses Messsystems in Pendel-, Schlitten- und Gesamtfahrzeugversuchen sowie die Ermittlung einer optimalen Anordnung der Messpunkte im Brustkorb. Des Weiteren wurde das Potenzial der Eignung mehrpunktbasierter Verletzungskennwerte für eine verbesserte Bewertung des Brustkorbverletzungsrisikos untersucht. Dazu wurden Versuchskonfigurationen, die von anderen Autoren mit PMTOs (Postmortalen Testobjekten) durchgeführt wurden, mit dem Hybrid-III mit Mehrpunktmessung der Eindrückung reproduziert und geeignete Kennwerte aus der Mehrpunktmessung mit der Anzahl gebrochener Rippen der jeweils korrespondierenden PMTO-Versuchen verglichen. Ergänzt wurde dies durch Simulationsuntersuchungen mit einem Menschmodell. Das RibEye-System hat sich im Versuchsbetrieb als robustes und haltbares Messinstrument mit guter Wiederholbarkeit bewährt. In einigen Versuchen traten abhängig von der Messpunktanordnung Signalausfälle auf. Die Eignung des Systems für Anprallkonfigurationen mit einer schrägen Belastungskomponente des Brustkorbes sowie für die Erfassung asymmetrischer gurtinduzierter Belastung konnte gezeigt werden. Es wurde nachgewiesen, dass mehrpunktbasierte Kennwerte der Asymmetrie und die maximale mit dem RibEye ermittelte Eindrückung sensitiv zu Änderungen am Rückhaltesystem sind. Weiterhin ist das System insbesondere für hohe Verläufe des Schultergurtes besser geeignet als das Brustpotentiometer, die tatsächliche maximale Eindrückung zu ermitteln. Eine optimierte Anordnung der Messpunkte im Brustkorb wurde vorgeschlagen, die eine bestmögliche Erfassung der maximalen Brusteindrückung erlaubt und damit eine Grundlage für verbesserte Kriterien bildet. Hinsichtlich des Potenzials des Systems für eine verbesserte Bewertung des Verletzungsrisikos konnte gezeigt werden, dass die mehrpunktbasierten Kennwerte wesentlich besser geeignet sind, das Rippenfrakturrisiko abzuschätzen als der Messwert des Brustpotentiometers. In ergänzenden Simulationen von paarweise vergleichbaren Lastfällen mit dem Menschmodell und dem Hybrid-III konnte in einer qualitativen Gegenüberstellung der Brustkorbdeformationen eine gute Übereinstimmung der Tendenzen der Verformungsbilder gezeigt werden, was auf eine hinreichende ”qualitative Biofidelität“ der Mehrpunktmessung im Hybrid-III schließen lässt. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass das Mehrpunktmesssystem eine sinnvolle Ergänzung bzw. Alternative zum Brustpotentiometer darstellt. Mehrpunktbasierte Verletzungskennwerte ermöglichen eine deutlich verbesserte Bewertung des Brustkorbverletzungsrisikos und der Lastverteilung durch moderne Rückhaltesysteme.
Despite improved vehicle safety performance injuries to the chest still constitute a large proportion of injuries in frontal impact accidents. In order to achieve a further injury reduction through improved restraint systems, a dummy with a suitable chest measurement system and improved injury criteria is required. The currently used frontal impact dummy Hybrid III measuring chest deflection in only one central point of the chest offers limited usability to evaluate modern occupant restraint systems. A possible solution to this problem could be a multi-point measurement system in the Hybrid III called RibEye that allows the measurement of the deflection at several points of the chest. Aim of this study was to systematically evaluate this measurement system in pendulum, sled and full scale vehicle tests. A further task was the optimization of the sensor positions in the dummy rib cage. Furthermore the potential of the device regarding improved chest injury risk prediction based on multi-point injury values was investigated. For this purpose, test configurations that have been performed by other authors with PMHS (postmortem human subjects) were reproduced with the Hybrid III dummy with multi-point measurements of the chest deflection. Characteristic values from the multi-point measurement were compared to the number of broken ribs observed in the corresponding PMHS tests. This was supplemented by simulation studies using a human model. During the performed tests the RibEye system has proven its robustness and durability also showing good repeatability. In some tests signal drop-outs were observed depending on the sensor positions. Furthermore, the suitability of the system for impact configurations with oblique loading of the chest and the ability to capture asymmetric belt induced chest deformation were demonstrated. It was shown that multi-point-based values taking into account asymmetry and the maximum deflection determined by RibEye are sensitive to changes in restraint parameters. Furthermore, the system is better suited than the chest potentiometer to determine the actual maximum of chest deflection, particularly for high path of the shoulder belt. An optimized arrangement of the sensor points in the chest was proposed, which enables the best possible detection of maximum chest deflection and lays the foundation for improved injury assessment. Regarding the potential of the system for improved assessment of chest injury risk, it was shown very clearly that the multi-point-based injury metrics are better suited to estimate the risk of rib fracture than the chest potentiometer based values. In additional simulations, a qualitative matched pair comparison of chest deformation patterns between a human model and the Hybrid III showed good agreement between the trends of the deformation patterns. This is indicating a good ”qualitative biofidelity“ of the multi-point measurements in the Hybrid III. In summary the multi-point measurement system is a useful supplement or alternative to the chest potentiometer. It was shown that multi-point-measurement enables an improved prediction of injury risk and assessment of modern restraint systems.
URI: urn:nbn:de:kobv:83-opus4-40085
http://depositonce.tu-berlin.de/handle/11303/4043
http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-3746
Exam Date: 2-Jul-2013
Issue Date: 6-Aug-2013
Date Available: 6-Aug-2013
DDC Class: 600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften
Subject(s): Biomechanik
Dummy
Hybrid III
Mehrpunktmessung
Brusteindrückung
RibEye
Verletzungskriterien
Brustkorbverletzung
Biomechanics
Dummy
Hybrid III
multi-point
chest deflection
RibEye
injury criteria
thoracic injury
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