Kopf-Impaktoren: Schutz des wertvollsten Körperteils

Bei der Simulation eines Zusammenstoßes zwischen einem Fußgänger und einem Fahrzeug gehören Kopf-Impaktoren zu den wichtigsten Prüfgeräten. Sie ermöglichen die Bewertung des Verletzungsrisikos des am stärksten gefährdeten Körperteils. Kopfverletzungen gehören bei Verkehrsunfällen zu den schwersten – ein Aufprall kann lebensbedrohlich sein oder langfristige Folgen haben. Deshalb wird bei der Fahrzeugentwicklung dem Schutz des Kopfes von Fußgängern besondere Aufmerksamkeit gewidmet.

In den vorherigen Teilen dieser Serie haben wir erklärt, was Impaktoren sind‌ und warum sie zu den wichtigsten Geräten für Fußgängersicherheitstests gehören. Der zweite Artikel befasste sich mit den Impaktoren, die beim Testen von Stoßstangen beim Aufprall auf die‌ unteren Extremitätenvon Fußgängern‌ zum Einsatz kommen. Betrachten wir nun zwei Arten von Impaktoren, die für die Prüfung des Kopfschutzes verwendet werden: den Kinderkopf-Impaktor und den Erwachsenenkopf-Impaktor.

Das Grundprinzip der Experimente

Bei Fußgängerschutztests‌‌‌ werden sogenannte Testzonen definiert. Für Köpfe wird hierfür der  Parameter WAD – Wrap Around Distanceverwendet, also der mit einem Maßband vom Boden über die Stoßstange und die Motorhaube des Fahrzeugs gemessene Abstand. Diese Angabe hilft dabei, zu bestimmen, wo der Kopf des Fußgängers bei einem Zusammenstoß voraussichtlich aufschlagen wird. Gemäß den Vorschriften der ECE-Richtlinie 127.04 oder der Euro-NCAP-Methodik werden danach die Testbereiche auf der Motorhaube festgelegt. Die Randbereiche der Zonen werden etwas komplizierter definiert, aber allgemein lässt sich sagen, dass der Aufprall eines Kinderkopfes ungefähr zwischen den Linien WAD1000 und WAD1500 getestet wird, während der Bereich WAD1700–WAD2500 dem Aufprall des Kopfes eines erwachsenen Fußgängers oder Radfahrers entspricht.

Das Kriterium für Kopfverletzungen (HIC)

Der Hauptparameter bei diesen Tests ist HIC – Head Injury Criterion. Dieser Kennwert drückt die Wahrscheinlichkeit einer schweren Kopfverletzung aus, basierend auf dem Beschleunigungsverlauf, der während des Aufpralls von einem Beschleunigungsmesser im Impaktor gemessen wird, üblicherweise in einem Zeitintervall von 15 ms (HIC15). Es wird also nicht nur der maximale Beschleunigungswert bewertet, sondern auch die Dauer, während der er wirkt. Dieser Test ist so wichtig und weit verbreitet, dass sich bei einigen Kunden die vereinfachte Bezeichnung „HIC-Tests“ eingeprägt hat. 

Bei Fußgängerschutztests werden typischerweise HIC-Werte im Bereich von einigen hundert bis zu einigen tausend Einheiten erreicht. Ein Wert von etwa 650 oder weniger gilt als sehr gutes Ergebnis, während Werte über 1700 ein hohes Risiko für schwere Kopfverletzungen bedeuten. Der HIC ist daher ein entscheidendes Kriterium bei der Fahrzeugentwicklung und ermöglicht eine objektive Beurteilung, inwieweit die Konstruktion der Motorhaube oder der darunter liegende Raum die Belastung des Kopfes eines Fußgängers bei einem Aufprall verringern können.

Kinderkopf-Impaktor (Child/Small Adult Headform Impactor)

Der Impaktor AC35 simuliert den Kopf eines Kindes oder eines kleineren Erwachsenen und wiegt 3,5 kg. Im Inneren befindet sich ein dreiachsiger Beschleunigungsmesser, der den Verlauf der Beschleunigung bei einem Aufprall aufzeichnet. Die Tests konzentrieren sich vor allem auf den mittleren Bereich der Motorhaube. Während des Tests wird der Impaktor mit einer definierten Geschwindigkeit und einem definierten Winkel auf die zu prüfende Stelle der Karosserie geschossen. Die gemessenen Daten werden anschließend zur Berechnung des HIC-Werts verwendet.

An der Prüfstelle für Fußgängerschutz bei AUREL‌ ‌‌ werden diese Tests auf ein bis drei hochpräzisen dynamischen Prüfständen unter Verwendung einer genau kalibrierten Abschussvorrichtung durchgeführt. Nach dem Aufprall werden nicht nur der Beschleunigungsverlauf, sondern auch die Verformung der Motorhaube und das Verhalten der darunterliegenden Konstruktion analysiert.

 Erwachsenenkopf-Impaktor (Adult Headform Impactor)

Der Impaktor AD45 simuliert den Aufprall des Kopfes eines erwachsenen Fußgängers oder Radfahrers und wiegt 4,5 kg. Er wird vor allem zum Testen der Frontscheibe und des hinteren Motorhaubenbereichs verwendet, also der Bereiche, die näher an der Frontscheibe und den A-Säulen liegen. Diese Karosserieteile sind konstruktiv komplexer, da sich unter ihnen häufig feste Bauteile befinden – beispielsweise Motorhaubenaufhängungen, Versteifungen oder Karosserieteile. Gerade hier ist es am schwierigsten, niedrige HIC-Werte zu erreichen und die Entwickler müssen einen Kompromiss zwischen der Festigkeit der Konstruktion und der Fähigkeit zur Absorption der Aufprallenergie finden.

Innovationen im Bereich Kopfschutz aus Sicht der AUREL Experten

Moderne Fahrzeuge nutzen verschiedene Technologien, die dazu beitragen, das Risiko von Kopfverletzungen bei Fußgängern zu verringern:

• aktive Motorhauben, die sich bei einem Aufprall anheben und so einen größeren Verformungsraum schaffen,
• Fußgänger-Airbag, der sich über die Frontscheibe und die A-Säulen aufbläst,
• optimierte Verformungszonen unter der Motorhaube,
• konstruktive Anpassungen der Motorhaube und ihrer Versteifungen.

Die Testergebnisse von AUREL‌‌‌ zeigen, dass die Kombination dieser Lösungen die HIC-Werte deutlich senken und damit auch das Risiko schwerer Verletzungen verringern kann. Eine grundlegende Rolle spielen beispielsweise das Fahrzeugdesign selbst und die Konstruktion der einzelnen Karosserieteile. Das Testergebnis wird erheblich durch die Kombination aus Außen- und Innenblech der Motorhaube, dem verwendeten Klebstoff sowie der Fertigungstechnologie beeinflusst. 

„Gleichzeitig zeigt sich, dass kritische Stellen der Motorhaube, wie beispielsweise Scharniere, Schlossbefestigungen oder andere konstruktiv starre Teile, gerade im Hinblick auf die Aufpralltests mit dem Kopf-Impaktor spezielle Anpassungen und eine sorgfältige Vorbereitung erfordern. Eine wichtige Rolle spielt auch die Frontscheibe, die bei richtiger Konstruktion aufgrund ihrer Verformbarkeit verhältnismäßig sicher sein kann. Der entscheidende Faktor ist jedoch die kritische Zeitspanne zwischen dem Aufprall des Kopfes auf das Glas und dem Moment, in dem es zerbricht“, beschreibt Miroslav Pažout, Prüfungsleiter bei AUREL.

Tests zum Schutz von Fußgängern retten Menschenleben

‌Die Fuß- und Kopf-Impaktoren bilden zusammen ‌‌ein komplexes Testsystem für den Fußgängerschutz‌‌. Dank ihnen können Entwickler die Sicherheit von Fahrzeugen objektiv bewerten und das Niveau der Unfallverhütung Schritt für Schritt verbessern. Mit der Weiterentwicklung der Fahrzeuge, neuen Sicherheitsvorschriften und fortschrittlichen Technologien werden sich auch die experimentellen Methoden und die Impaktoren selbst weiterentwickeln. Das Ziel bleibt jedoch dasselbe: die Folgen einer Kollision zwischen Fahrzeug und Mensch zu minimieren und das Wertvollste – das menschliche Leben – zu schützen.

Interessieren Sie sich für Tests zum Fußgängerschutz oder die Prüfmöglichkeiten an der dynamischen Prüfsstelle von AUREL? Zögern Sie nicht, uns zu kontaktieren. Wir besprechen mit Ihnen gerne die spezifischen Anforderungen Ihres Projekts.