Potential of seatbelts with variable width for increased security in head-on collissions of road vehicles (sic!)

Abstract

Bei der Entwicklung von Fahrzeugen ist die Sicherheit der Verkehrsteilnehmer ein wichtiger Aspekt. Während der letzten Jahrzehnte wurde viel für dieses Thema getan. Aktive und passive Sicherheitssysteme verbesserten die Sicherheit von Kraftfahrzeugen enorm. Trotzdem ist es immer noch ein Anliegen von Politik und Verbraucherschutzorganisationen, die Automobilhersteller zur Weiterentwicklung der Sicherheitsmaßnahmen zu motivieren. Der Sicherheitsgurt ist der wichtigste Teil des Rückhaltesystems. Er half die Anzahl der Todesfälle aufgrund von Autounfällen drastisch zu reduzieren. Trotz seiner Unabdingbarkeit für die Insassensicherheit, ist der Gurt verantwortlich für Thoraxverletzungen. Standard Gurte haben eine relativ kleine Auflagefläche. Die geringe Breite lässt das Gurtband die Rückhaltekraft sehr lokal auf den Thorax übertragen. Durch ein verbreitetes Gurtband soll die Krafteinleitung verteilter und somit physiologischer erfolgen. Hinter der Idee für das Thema, die Wirksamkeit eines verbreiterten Gurtes zu untersuchen, steht die Entwicklung eines neuartigen Gewebes. Eine spezielle Webtechnik sorgt für auxetische Eigenschaften des Gurtbandes. Es soll sich bei Krafteinleitung in Längsrichtung quer dazu ausdehnen. Für die Umsetzung mit Schlittenversuchen wurden Hybrid III Dummy (HIII) und Total Human Model for Safety (THUMS) Simulationsmodelle verwendet. Insgesamt wurden 30 Pam Crash Simulationen durchgeführt. In dieser Arbeit werden diese Simulationen bezüglich der Wirksamkeit eines breiteren Gurtbandes analysiert. Im Background Kapitel gibt eine Literaturrecherche einen Überblick zu zahlreichen Aspekten dieses Themas. Es konnte gezeigt werden, dass das HIII Dummymodell nicht dazu geeignet ist um den Vorteil einer Gurtverbreiterung herauszustellen. Der Dummy ist hinsichtlich seiner Thoraxgeometrie zu abstrahiert gehalten. Es wurden verschiedenste Veletzungskriterien verwendet. Mit der Brusteindrückung konnte eine Verbesserung des Verletzungsrisikos für ein breiteres Gurtband gezeigt werden. Die Anzahl der gebrochenen Rippen beim THUMS korrelierte quantitativ mit der Brusteindrückung. Basierend auf die Brusteindrückung und die Anzahl der gebrochenen Rippen konnten Hinweise auf einen positiven Effekt gesammelt werden, welchen ein breites Gurtband auf das Verletzungsrisiko des Fahrzeuginsassen hat. Schlussfolgernd lässt sich sagen, dass das neuartige auxetische Gewebe Potential im Insassenschutz birgt. Die Umsetzung und Implementierung in eine Fahrzeugumgebung bedarf allerdings noch einiger weiterführenden Studien.

The security of traffic participants is a major aspect in vehicle development. Various active and passive measures improved the occupant safety in the last decades. Anyways politics and consumer protection organizations still push the industry to further developments in this field. The seatbelt is main part of the restraint system. It helped to decrease the fatalities of car occupants significantly. Regardless of its importance for the occupant safety the belt is responsible for thorax injuries, which have a high ratio in car accident traumas. The standard seat belt has a relatively small contact area to the restrained occupant. The low width of the belts cause a localized loading of the occupant chest. A broadening of the seat belt should result in a more distributed and therefore more physiological load application. Behind the idea for this thesis to analyze the effects of a broadened seat belt, stands the invention of a novel webbing technique. The belts produced with this method have auxetic properties. In case of tensional loading in longitudinal direction, the fabric widens transversely. To analyze in which extend this broadening has effect on the injury risk because of belt impact, a total of 30 Pam Crash simulations were conducted. A Hybrid III Dummy (HIII) and a Total Human Model for Safety (THUMS) were used in the sled test and quasi-static simulations. In this thesis these simulations are analyzed concerning the effectiveness of a broadened seat belt. A literature review concerning various aspects of this topic is done in the background chapter. It could be shown, that the HIII is not suited as a predictor for the injury risk reduction by a broadened seat belt. The dummy misses essential geometric biofidelity in the thorax area. Of the various injury criteria used, the chest deflection was able to reflect the improved load application by a broadened belt. The Number of Fractured Ribs (NFR) correlated qualitatively with the chest deflection results measured with the THUMS. Based on the chest deflections and the NFR evidences of a positive effect of the broadened seat belt could be collected. Concluding, the invention of the novel webbing technique bears potential in occupant safety. Until its implementation in restraint systems some more research has to be done.