Computergestützte Unfallanalyse unter Einbeziehung neuer wissenschaftlicher Erkenntnisse
2007, p. 196 (#7/8) – Download bei Vieweg
Zitat
Friedl, G.W.: Computergestützte Unfallanalyse unter Einbeziehung neuer wissenschaftlicher Erkenntnisse. Verkehrsunfall und Fahrzeugtechnik 45 (2007), pp. 196 – 200 (#7/8)
Inhaltsangabe von Martin Hege
Im Artikel wird ein Versuch aus dem Burg/Rau mit den Methoden a und b nachgerechnet. Besonders eigenartig erscheint die Verwendung eines Diagramms im Beitrag aus den AGU-Crashversuchen (HS_05) ohne Quellenangabe. Mit Hilfe dieses Diagramms soll offenbar allgemeingültig gezeigt werden, dass die max. Beschleunigung in der Kompressionsphase immer etwa doppelt so groß ist wie die mittlere?! Dass dies der Fall sein kann wird nicht bestritten, aber dass dies immer so sein muss!
Es wird u.a. auf einen wissenschaftlichen Bericht von Huber Bezug genommen. Ob die dortigen Angaben tatsächlich validiert sind, ist nicht bekannt. Wer die diversen Veröffentlichungen von Huber kennt, sollte hier einmal kommentieren, worum es tatsächlich geht, wie sich die praktische Anwendung gestaltet und inwiefern die Methode auch tatsächlich vailidiert ist.
Außerdem ist es schlicht und ergreifend falsch, dass in gängigen Simulationsprogrammen EES-Werte vorgegeben werden müssten. Je nach Art der Berechnung ergeben sich die EES-Werte i.d.R. lediglich als Ergebnisse und damit als Kontrollgrößen. Beim Gegenverkehrsunfall mag dies anders sein ...
Neue wissenschaftliche Erkenntnisse kann man den Ausführungen nicht entnehmen, außer dass die tabellarische Genauigkeit in der Rekonstruktion eines Unfalls wohl kaum zu schlagen sein dürfte...
Stellungnahme von G. W. Friedl zum Kommentar von Herrn Martin Hege
Die These der maximalen Beschleunigung am Ende der Kompression, wird durch angezogene Diagramme bezweifelt. Diese Diagramme widerlegen mich aber nicht. Denn es müsste erst einmal geklärt werden wo die Sensoren zur Messung der Beschleunigung und der Geschwindigkeit angebracht waren und ob die Aufzeichnungen zeitgleich erfolgten. Es kann nämlich durchaus im Stoßbereich das zeitliche Ende der Kompression bereits erreicht sein, während, etwa im Schwerpunkt der Fahrzeuge noch unterschiedliche Geschwindigkeiten gemessen werden. Bei dem Diagramm das aus AGU HS_5 herrührt, beträgt der Unterschied 20 ms. Übrigens sollte in diesem Diagramm nur gezeigt werden, dass die maximale Beschleunigung bei dem größten Wert von dv/dt auftritt, was ja wohl nicht bezweifelt wird. Schaut man sich die Kurven aus den Versuchen HS_19, HS_28 an (andere habe ich diesbezüglich noch nicht untersucht), so findet man eine gute Übereinstimmung, d.h. zum Zeitpunkt Kompressionsende ist die Beschleunigung im Maximum, die Intrusion( (= Eindringung) ist am größten und die Fahrzeuge haben die gleiche gemeinsame Geschwindigkeit. Bei allen diesen Vergleichen darf man die Toleranzen aus den Versuchsanordnungen nicht übersehen.
Die Berichte von Herrn Ing. Huber werden in Zweifel gezogen. Warum, wird nicht angegeben. In den Berichten wird die Deformationsenergie mit aus veröffentlichten Crash-Versuchen ermittelten Steifigkeiten ermittelt. Die ersten Berechnungen dieser Art hat bereits Herr Professor Slibar in seinen Seminaren 1982/83 vorgetragen. Bezüglich der Verwendung der EES-Werte in den Simulationsprogrammen (ob die Werte nun vorgegeben werden, oder ob sie während der Bearbeitung geändert werden und dann eben auch das Ergebnis beeinflussen) wird im Kommentar keine eindeutigen Aussagen gemacht. Bei Gegenverkehrsunfällen, so Herr Hege, „mag das anders sein???“, nützen hier also EES-Werte nichts?.
Ergänzung von Martin Hege
Um den Bezug zum obigen Abschnitt beizubehalten, habe ich Zitate in Anführungszeichen und kursiv gesetzt, eigene Anmerkungen in Normalschrift. Zu den Punkten, die explizit meinen Kommentar (bzw. meine kurze Inhaltsangabe) betreffen, ergänze ich gerne. Die Passagen, die sich aus meiner Sicht auf die anderen Kommentatoren beziehen, habe ich nicht weiter kommentiert.
"...Die These der maximalen Beschleunigung am Ende der Kompression, wird durch angezogene Diagramme bezweifelt. Diese Diagramme widerlegen mich aber nicht..."
Die Allgemeingültigkeit der Richtigkeit dieser Aussage wird bezweifelt. Zur Interpretation der Diagramme darf auf den Kommentar von Hans Pfeufer weiter unten verwiesen werden.
"...Denn es müsste erst einmal geklärt werden, wo die Sensoren zur Messung der Beschleunigung und der Geschwindigkeit angebracht waren und ob die Aufzeichnungen zeitgleich erfolgten..."
Das geht aus den Unterlagen zu den einzelnen AGU-Versuchen hervor: dort sind Lageskizzen zum Einbau der Sensoren aufgeführt.
"Die Berichte von Herrn Ing. Huber werden in Zweifel gezogen. Warum, wird nicht angegeben. In den Berichten wird die Deformationsenergie mit aus veröffentlichten Crash-Versuchen ermittelten Steifigkeiten ermittelt."
Von mir wurde oben danach gefragt, ob Hubers Veröffentlichungen validiert sind. Außerdem wurde eine eigene Seite angelegt, um dort über Hubers Arbeiten zu diskutieren.
"Die ersten Berechnungen dieser Art hat bereits Prof. Slibar in seinen Seminaren 1982/83 vorgetragen."
Stichwort der Überschrift: neue wissenschaftlichen Erkenntnisse?!
"Bezüglich der Verwendung der EES-Werte in den Simulationsprogrammen (ob die Werte nun vorgegeben werden, oder ob sie während der Bearbeitung geändert werden und dann eben auch das Ergebnis beeinflussen) wird im Kommentar keine eindeutigen Aussagen gemacht. Bei Gegenverkehrsunfällen, so Herr Hege, „mag das anders sein ??? “, nützen hier also EES-Werte nichts?".
Genau das Gegenteil ist der Fall: Bei der Rekonstruktion von Gegenverkehrsunfällen werden i.A. EES-Werte als Eingabegrößen verwendet, da oft nur vergleichsweise wenig Rotationsbewegung beim realen Unfall entstand und Drallsatzrechnungen bei Parallelität der Einlaufrichtungen instabil werden. Bei der Rekonstruktion von Kollisionen mit großen Auslauf- und Rotationsbewegungen kommt man i.d.R. mit dem Impuls- und Drehimpulssatz aber gut aus, so dass man gar keine EES-Werte als Eingabegrößen in derzeit verfügbaren Rekonstruktionsprogrammen benötigt. Je nachdem, ob in Vorwärts- oder in Rückwärtsrechnung rekonstruiert wird, werden eben andere Eingabegrößen benötigt. Als Kontrollgrößen stehen dann u.a. EES-Werte zur Verfügung. Diese werden aber nicht vom Anwender quasi aktiv geändert, sondern diese ändern sich eben als Ergebnis der anderen Eingabengrößen.
Im Übrigen ist die Ermittlung von Steifigkeitswerten aus Versuchen kein leichtes Unterfangen. Bereits bei den AGU-Versuchen ist es teilweise sehr schwierig, auch nur die Stoßzeiten möglichst exakt festzulegen (siehe hierzu auch AGU-Crashversuch-Auswertung).
Kommentar von Johannes Halm
Die Ankündigung "neuer wissenschaftlicher Erkenntnisse" reizt natürlich den interessierten Leser zu besonders eifrigem Studium des Artikels, um auch in den Besitz dieses neuen Wissens zu gelangen; doch auch nach mehrmaligem Lesen stellte sich keine Erleuchtung ein.
Der Autor vergleicht die Berechnung eines Kreuzungunfalls aus dem Burg/Rau (S. 409 ff) nach etwas erweiterter Slibar-Manier (Methode a) mit seiner Stoßberechnung (Methode b). Als deren wichtigste Eingangsgrößen verwendet er die Einstauchtiefen der Pkw, hier 0,2m für den stossenden Audi bzw. 0,3338477m (!) für den gestossenen Käfer und die Steifigkeiten von 1000kN/m für den Audi bzw. 500kN/m für den Käfer. Mit diesen Daten errechnet sich übrigens ein Energieverlust durch Deformation von 47225Nm, nicht 44868,8Nm (wie die Tabelle auswirft).
Ob die Abschätzung von Stauchtiefen und Steifigkeiten treffsicherer ist als die von EES, dürfte bezweifelt werden. Aufgrund der physikalischen Abhängigkeiten ist es natürlich so, dass die (geschätzte) EES quadratisch in die weiteren Berechnungen eingeht und die vom Autor verwendeten Größen zunächst linear (in die EES-Berechnung). Insofern besteht natürlich zumindest vordergründig ein Genauigkeitsvorteil, wenn man davon ausgeht, die eingesetzten Größen zuverlässig abschätzen zu können. Übrigens ist des Autors kritischer Einwand im Hinblick auf die EES-Werte im Burg/Rau (S. 406) irrelevant, weil sie gar nichts mit dem hier besprochenen Kreuzungsunfall zu tun haben.
Während nun die Burg/Rau-Methode die Kollisionsgeschwindigkeit beider Fahrzeuge (Audi 56km/h ± 4km/h, Käfer 11km/h ± 2km/h) liefert, ergibt des Autors Methode b originär nur die Audi-Einlaufgeschwindigkeit mit 50,8km/h, die des Käfer wirft er mit 5km/h aus ("...ist ein angenommener Wert, man kann hier Werte zwischen 0 und 10km/h annehmen..."): ein sehr unbefriedigendes Ergebnis im Hinblick auf die Beurteilung des vorkollisionären Verhaltens der beteiligten Fahrzeuge und die Überschrift des Artikels.
Natürlich sind die in Methode b ausgeworfenen Beschleunigungen/Verzögerungen für die Beurteilung der Insassenverletzungen von Bedeutung, aber das Zustandekommen dieser Größen ist nicht nachvollziehbar: vermutlich hängen sie mit den angegebenen gleichgroßen Zeiten für Kompression und Restitution (je 0,1063515s!) und der "Regel: maximale Beschleunigung = doppelte mittlere Beschleunigung" , also sehr anzweifelbaren Voraussetzungen, zusammen. Jedenfalls ergibt sich aus der Tabelle (im Widerspruch zur Tabellenüberschrift) nicht, was Eingabegrößen und was berechnete Größen sind (unabhängig davon, dass die Kommastellen eine Genauigkeit suggerieren, die es in der Unfallrekonstruktion nicht gibt!).
Einen Gewinn neuer oder gar wissenschaftlicher Erkenntnisse hat dieser Artikel dem Leser leider nicht gebracht!
Stellungnahme von G.W. Friedl zum Kommentar von Herrn Johannes Halm
Der im Kommentar von Herrn Halm errechnete Wert 47225 Nm, ist in Wirklichkeit die Arbeit in der Kompressionsphase! Dieser Wert schließt also noch die Restitutionsarbeit ein. Diese beträgt 2356 Nm. Herr Halm verwechselt also die Kompressionsenergie mit der bleibenden Deformationsenergie. Seine Kritik trifft deswegen nicht zu! Die weiteren Ausführungen sind allgemeiner Art und können deshalb nicht beurteilt werden. Was die Kritik an der Geschwindigkeit von 5 km/h für den VW betrifft, so ist sie unzutreffend. Grund: Bei diesem Kreuzungsunfall fährt der VW rechtwinklig zum Audi ein, also ohne Komponente in Fahrtrichtung Audi. Damit gibt es keine Einwirkung des VW auf den Stoßvorgang bezüglich der Deformation, von einer geringen Verschiebung des Stoßkontaktes in der Kompressionsphase abgesehen, die aber keine Auswirkung auf den Stoßimpuls hat. (Masse und Trägheitsmoment werden natürlich berücksichtigt, ebenfalls die Stoßexzentrizität) Bei der Auslaufrichtung dagegen (diese wird in Methode b auch berechnet und mit ca. –8 Grad angegeben) hat die Geschwindigkeit des VW sehr wohl Einfluss und hier ist auch die angegebene Geschwindigkeit von 5 km/h zutreffend, die sich im übrigen aus der Methode a zu 4,14 km/h ergibt. Meine Annahme für die Berechnung der maximalen Beschleunigung am Ende der Kompression kann Herr Halm nicht widerlegen. Es ist so, dass ich die Kompressionsphase in einem liniearisierten Modell berechne. Dabei ergibt sich, dass, wenn am Anfang der Berührung die Beschleunigung =0 ist, was wohl kaum bezweifelt werden kann, die Beschleunigung am Ende der Kompression gleich dem doppelten Wert der mittleren Beschleunigung sein muss (lineare Geschwindigkeitsänderung in der Kompressionsphase unterstellt). Es ergibt sich auch mathematisch, dass Kompressionszeit und Restitutionszeit gleich sind. Dass in meinem Artikel manche Werte mit maximal sieben Stellen angegeben werden, ist halt in üblichen Computerausdrucken begründet. Herr Halm hat offenbar meine Angaben zu den Genauigkeiten (Seite 199 linker Absatz oben Zeile 12 von oben und folgende) nicht gelesen, denn dann hätte er wohl die Bemerkungen über die Genauigkeit unterlassen.
Kommentar von Martin Hege zu EES, Verformungswegen und Steifigkeiten
Der Einwand hinsichtlich des quadratischen Einflusses von EES im obigen dritten Absatz ist ergänzungswürdig: da die Deformationsarbeit sowohl über
[math]\displaystyle{ E = \frac {1}{2} \cdot C \cdot s^2 = \frac {1}{2} \cdot m \cdot EES^2 }[/math]
berechnet werden kann, wirkt sich ein Abschätzfehler von z.B. 10% bei der Eindringtiefe s genauso aus wie der entsprechende Fehler bei der EES! Im Unterschied dazu ergibt sich aber die Abhängigkeit von EES und s wie folgt aus der bekannten Formel:
[math]\displaystyle{ \frac {E_1}{E_2}=\frac {s_{dyn 1}}{s_{dyn 2}}= \frac {m_1 \cdot EES_1^2}{m_2 \cdot EES_2^2} }[/math]
Es waren oben aber nicht nur die dynamischen Eindringtiefen s, sondern auch die Struktursteifigkeiten C genannt. Gratzer und Burg hatten bereits im VuF 09/1994 einen Artikel hierzu veröffentlicht. Gratzer hat diesen Artikel in VuF 02/2000 ergänzt, so dass der Einfachheit halber auf diesen Beitrag verwiesen und wie folgt hierzu zitiert werden darf (S. 52):
"...Als besonders interessant als Kontrollgrößen haben sich die Struktursteifigkeiten im Berührpunkt erwiesen. Die Struktursteifigkeiten sind in den entsprechenden Formeln von linearer Abhängigkeit, während die EES-Werte in quadratischer Abhängigkeit aufscheinen und somit grundsätzlich schwerer bewertbar sind. Wird die Struktursteifigkeit um 10% verändert, so ändert sich die Deformationsenergie ebenfalls um 10%. Eine Änderung des EES-Werts um 10% wirkt sich auf die Deformationsenergie aber mit einer Änderung um rund 20% aus...".
Die entsprechenden Strukturformeln dazu sind in den beiden o.g. Artikeln oder aber im Handbuch zu Analyzer Pro ersichtlich. Das obige Zitat aus dem Artikel Gratzer ist selbstverständlich richtig, aber es wurde weiter oben gesagt, daß sich eine Fehlschätzung der Eindringtiefe s (nicht der Struktursteifigkeit C!) um z.B. 10% bei der Errechnung der Verformungsarbeit genauso auswirken würde wie eine 10%ige Fehlschätzung von EES!
Kommentar von Hans Pfeufer zum vorgestellten Diagramm
Der Autor dieses recht kuriosen Artikels stellt auf Seite 198 die These auf, dass die maximale Beschleunigung am Ende der Kompressionsphase auftritt. Er bezieht sich auf das Diagramm des AGU Versuches HS_05, das dem Aufsatz als "Bild 3" beigefügt ist, dessen Quelle er jedoch nicht nennt. Da er im Wesentlichen das Originaldiagramm verwendet, ist zu vermuten, dass er die Kurven nicht selber ausgewertet und sich auch die weiteren Diagramme nicht genauer angeschaut hat. Er hätte sonst gemerkt, dass seine Aussage nicht allgemeingültig ist und insbesondere für den Versuch HS_05 nicht zutrifft. Dies ergibt sich sofort, wenn man die Intrusionskurve den Beschleunigungen gegenüber stellt oder auch bereits aus oberflächlicher Betrachtung der Beschleunigungskurven. Die Fläche unter der Kurve in der vom Autor definierten Restitutionsphase ist größer als die in der Kompressionsphase. Das heißt, während der Kollision würde Energie freigesetzt werden.
Noch deutlicher wird der Irrtum, wenn man die Beschleunigungen den Geschwindigkeiten der Fahrzeuge gegenüber stellt. Zu dem Zeitpunkt, wo nach Auffassung des Autors die Kompression beendet ist, hat das gestoßene Fahrzeug erst eine Geschwindigkeit von rd. 4 km/h und das stoßende noch eine von 12 km/h.
Stellungnahme von G. W. Friedl zum Kommentar von Herrn Hans Pfeufer
Er bewertet meinem Artikel als „kurios“ (=beeindruckend, witzig, unglaublich, erstaunlich). Er stützt seine Kritik auf das Diagramm aus den AGU–Crash-Versuchen. Es gilt das gleiche wie schon zum Kommentar von Herrn Hege ausgeführt (siehe oben).
Allgemein kann zu meinem Artikel noch gesagt werden, dass die von mir vorgestellte Methode b neben der Werten wie Kollisionsgeschwindigkeiten, Geschwindigkeitsänderungen, mittlere und maximale Beschleunigungen (Verzögerungen), Anfangsrichtung der Auslaufbewegungen u.a. eine liniearisierte Berechnung der Stoßphase liefert. Es könnten also mit meinen Berechnungen auch die Bewegungen der Fahrzeuge in der Kontaktzeit (= Kompressionszeit und Restitutionszeit) in Verbindung mit den nachgewiesenen Schäden an den Stoßstellen im zeitlichen Ablauf untersucht werden, weil die dazu notwendigen Geschwindigkeiten in Zeitschritten bestimmt werden können. Bei manchen Gutachten ist dies wichtig. Da mein Verfahren in einem Computerprogramm angewandt wird, können schnell eingrenzenden Berechnungen durchgeführt werden. Zum Kommentar von Herrn Pfeufer verweise ich noch auf meinen Beitrag vom 21.10.07 in der Diskussion.
G.W. Friedl
offene Fragen
Hat der Autor nun seine neue wissenschaftliche Methode erläutert? Höchstens leicht den Schleier gelüftet. Das was durchscheint, weckt allerdings Assoziationen an die von Sporrer vorgestellte Kontaktkraftmethode, womit dann auch der Neuigkeitswert anzuzweifeln wäre.
„Wir stehen selbst enttäuscht und sehn betroffen den Vorhang zu und alle Fragen offen.“ [Brecht] Ml 18:07, 22. Aug 2007 (CEST)
Mitteilung von Ing. Wolfgang Huber
Verweise auf meine Stellungnahmen zur Kritik von Hans Pfeufer zu meinem " wissenschaftlichen Bericht - Deformationsarbeit an Fahrzeugen" und von 'Unbekannt' zu meinem Leserbrief befinden sich in Unterbildern (Unterseiten).
Weitere Beiträge zum Thema im VuF
- 1994 #9 Analyse von Serienkollisionen und Berechnungen der Insassenbeschleunigung im gestoßenen Fahrzeug
- 2000 #2 Bedeutung der Struktursteifigkeiten und EES-Werte, Kontrollparameter bei der Kollisionsanalyse