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Zur biomechanischen Belastung von Insassen im mittleren Fahrzeug bei Dreier-Auffahrkollisionen

  • Ein Ziel der vorliegenden Arbeit war die systematische Bestimmung biomechanischer Insassenbelastungen hinsichtlich Halswirbelsäulenverletzungen bei der neu definierten Sandwichkollision. Sie beschreibt die Auffahrkollision eines Fahrzeugs auf ein davor stehendes zweites Fahrzeug, das durch den Heckanstoß auf ein wiederum davor stehendes drittes Fahrzeug geschoben wird. Von Interesse waren die Bewegungen des Insassen im zweiten, also mittleren der drei Fahrzeuge, die anhand von 36 Simulationen berechnet und mit 34 simulierten Frontalkollisionen verglichen wurden. Die Simulationsberechnungen unter Verwendung von PC-Crash and Madymo ergaben, dass mit der gleichen kollisionsbedingten Geschwindigkeitsänderung des Pkw bei Sandwichkollisionen eine bedeutend höhere biomechanische Belastung für den Insassen verbunden ist als bei isolierter Betrachtung der Frontalkollisionen. Das war bei Fahrzeugabständen von 80 cm und weniger zwischen vorderem und mittlerem Fahrzeug der Fall. Diese Abstände werden zwar typischerweise überschritten, können in Gefahrensituationen aber auch unterschritten werden. Zur Quantifizierung der biomechanischen Belastung wurde die Differenzgeschwindigkeit zwischen Kopf und Oberkörper in der Verzögerungsphase nach der Heckkollision bei der Frontalkollision ausgewertet. Mit dieser Differenzgeschwindigkeit sind Scherbewegungen zwischen Kopf und Oberkörper erklärbar. Im Ergebnis ist die so definierte biomechanische Frontalbelastung bei Sandwichkollisionen durch Überlagerung der Reboundbewegung der Heckkollision mit der Frontalkollision um den Faktor ("Sandwichfaktor") 1,5 bis 2,3 größer als die Belastung bei reinen Frontalkollisionen.
  • A goal of this study was the systematic identification of biomechanical stress acting on the occupants in regard of the cervical spine with the newly defined sandwichcollision. This describes a rear-end collision of a vehicle with a second vehicle in front of it, which is pushed onto a third vehicle, which is in front of the second vehicle, in turn. The second vehicle’s, thus the middle of the three vehicles, occupants’ movement was of interest and was calculated on the basis of 36 simulations and compared to 34 simulated head-on collisions. The simulation calculations using PC-Crash and Madymo showed that, while at the same collision-related velocity change, the vehicle involved in a sandwichcollision induces a significantly higher biomechanical stress to which the vehicle occupant was exposed than a head-on collision considered in isolation. This occurred at a gap of 80 cm and less between the front and the middle vehicle. These gaps are typically exceeded, but can fall short of in hazardous situations too. For the quantification of the biomechanical stress the differential speed between head and torso during the deceleration phase after the rear-end collision at the head-on collision was evaluated. By this differential speed shearing motions between head and torso can be explained. As a result the so defined biomechanical frontal stress in the event of a sandwichcollision by the overlap of the rebound-movement of the rear-end collision with the head-on collision exceeds the stress of a pure head-on collision by a factor (“sandwichfactor”) of 1,5 to 2,3.

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Metadaten
Author: Markus Winninghoff
URN:urn:nbn:de:gbv:9-002201-5
Title Additional (English):Biomechanical stress of occupants in the second car of head-to-tail impacts of three vehicles
Advisor:Prof. Dr. Gerrit Matthes
Document Type:Doctoral Thesis
Language:German
Date of Publication (online):2015/04/01
Granting Institution:Ernst-Moritz-Arndt-Universität, Universitätsmedizin (bis 31.05.2018)
Date of final exam:2015/04/01
Release Date:2015/04/01
Tag:Auffahrkollision, Auffahrunfall, Biomechanische Belastung, Sandwich-Kollision
GND Keyword:Halswirbelsäule, Halswirbelsäulenverletzung, Schleudertrauma, Verkehrsunfall
Faculties:Universitätsmedizin / Klinik und Poliklinik für Chirurgie Abt. für Unfall- und Wiederherstellungschirurgie
DDC class:600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / 610 Medizin und Gesundheit
MSC-Classification:70-XX MECHANICS OF PARTICLES AND SYSTEMS (For relativistic mechanics, see 83A05 and 83C10; for statistical mechanics, see 82-XX) / 70Exx Dynamics of a rigid body and of multibody systems / 70E55 Dynamics of multibody systems
74-XX MECHANICS OF DEFORMABLE SOLIDS / 74Mxx Special kinds of problems / 74M20 Impact