Krakstestdukker til e-scootere

Praktiske og miljøvenlige, e-scootere tilbyder stor fleksibilitet. Det er ikke underligt, at flere og flere bruger denne transportform. Denne stigning i popularitet er dog blevet ledsaget af en stigning i antallet af ulykker, der resulterer i alvorlige kvæstelser.

Risikoen forbundet med disse hurtige runabouts er bredt undervurderet. Som svar på dette undersøgte Fraunhofer-forskere et typisk ulykkesscenarie og de tilhørende skader som en del af HUMAD-projektet. Eksperterne testede også nye materialer til hjelme og beskyttelsesudstyr. Disse kunne give meget bedre beskyttelse end konventionelle produkter.

Fremtiden for mobilitet er allerede her:en hel række nye køretøjstyper såsom e-cykler, ladcykler og elektriske scootere (også kendt som e-scootere) suser rundt i vores byer. Nye muligheder for både fleksibel og miljøvenlig mobilitet åbner sig - men det indebærer også nye farer og sikkerhedsrisici.

Farerne forbundet med e-scootere, eller "personlige lette elektriske køretøjer", som de officielt kaldes, er helt klare. Det tyske forbundsstatistiske kontors tal giver et afgørende bevis på dette:I 2020 registrerede Tyskland i alt 2.155 ulykker med e-scootere, hvor fem mennesker døde og 386 blev alvorligt såret.

I 75 procent af tilfældene var el-scooterføreren ansvarlig for ulykken. Ulykker, hvor føreren mistede herredømmet over deres køretøj, var særligt almindelige. Årsagerne var ofte fart eller kørsel i den forkerte retning. I mange tilfælde spillede alkohol en rolle.

Crashtest og simuleringer

Forskere ved Fraunhofer Institute for High-Speed ​​Dynamics, Ernst-Mach-Institut, EMI og Fraunhofer Institute for Mechanics of Materials IWM, som begge er placeret i Freiburg, startede en undersøgelse af e-scooters ulykkessikkerhed inden for rammerne af HUMAD (Human Accident Dynamics) forskningsprojekt.

Formålet var at undersøge forløbet af typiske ulykker, bestemme den tilhørende risiko for skader og samtidig vurdere egnetheden af ​​værnemidler som hjelme og knæbeskyttere. Fraunhofer EMI var ansvarlig for crashtestene, mens teamet hos Fraunhofer IWM analyserede beskyttelsesudstyret. Begge institutter har stor erfaring med ulykkesforskning.

Dr. Matthias Boljen, leder af Human Body Dynamics-forskningsgruppen ved Fraunhofer EMI, og hans team brugte eksemplet med en kollision med en kantsten til at fokusere på en meget almindelig type e-scooter-ulykke:kollision med et enkelt køretøj (en ulykke ikke involverer en anden trafikant).

"Vi arbejdede med en crashtestdukke, ligesom i crashtests udført i bilindustrien. Dummyen blev placeret på en kopi af e-scootermodellen og kørt mod en kantsten i vinkler på 60° og 90° og med hastigheder på 10, 20 og 30 km/t,« forklarer Boljen.

Under testene viste højhastighedskameraer, hvordan kroppen bliver slynget op i luften, flyver over styret og slynget flere meter – afhængigt af anslagshastigheden – før den styrter ned på jorden. Kollisionstestene viste, at alvorlige skader, især hovedskader, kan forekomme for alle testede scenarier. "Det var smertefuldt bare at se videoerne under analysen," siger Boljen. Knæene er også i risiko for skader.

Forskellige variabler:hastighed og kollisionsvinkel

Parallelt med crashtestene analyserede Boljen og hans team også ulykkesscenariet i finite element-simuleringer. E-scooteren og chaufføren blev digitalt gengivet, og lovene om bevarelse af momentum, masse og energi samt materielle egenskaber af køretøjet og den menneskelige model blev defineret. I analysen viste simuleringssoftwaren, hvilke accelerationer der virker på hovedet og knæene.

Eksperterne brugte derefter disse værdier til at bestemme sandsynligheden for, at visse skader opstår på disse kropsdele. "Crashtestene med dummyen og numeriske simuleringer med den menneskelige model førte begge til den samme konklusion," forklarer Boljen. Selv ved en tilsyneladende lav hastighed på kun 10 km/t resulterer en kollision i en vinkel på 90° i enorme accelerationer på 170 g på den menneskelige krop.

Det anbefales derfor stærkt at bære hjelm og beskyttelsesudstyr, da disse mindsker sandsynligheden for alvorlige skader. "Ingen hjelm kan dog forhindre, at accelerationerne virker på hovedet ved en direkte påvirkning; de kan kun reducere nogle komponenter af disse til en vis grad. Strengt taget er der risiko for traumatisk hjerneskade, uanset om føreren bærer hjelm eller ej,« forklarer Boljen.

Behov for forskning i hjelme og beskyttelsesudstyr

Forskerne opdagede også, at hovedkollisionshastigheden målt i simuleringen overstiger den maksimale kollisionshastighed på 5,4 m/s, som er fastsat i teststandarden DIN EN 1078 for cykelhjelmsikkerhed. Med andre ord reducerer konventionelle cykelhjelme og beskyttelsesudstyr sværhedsgraden af ​​stødet, men giver ikke fuldstændig beskyttelse ved kollisioner med hårde genstande.

Det er her, forskernes ekspertise hos Fraunhofer IWM kommer i spil. I mere end 50 år har de analyseret materialer og vurderet deres egnethed til bestemte anvendelser. Til dette formål bruger de også crashtests og udfører andre tests for at bestemme mekaniske påvirkninger på materialer. I HUMAD undersøgte de nye materialers egnethed og beskyttende effekt.

Innovative beskyttelseskoncepter baseret på bionik

Dr. Jörg Lienhard, ansvarlig for letvægtskonstruktion i forretningsenheden Component Safety and Lightweight Construction, forklarer:"Beskyttelsesudstyr bruger ofte plastik med en honeycomb-struktur. Vores test i laboratoriet viste, at materialer med en TPMS-struktur (triply periodic minimal surface) tilbød meget bedre beskyttelse mod kinetiske effekter." TPMS-strukturen er karakteriseret ved gentagne elementer, der danner en "luftig" åben struktur.

Denne struktur er særlig god til at fordele kinetisk energi fra stød på tværs af overfladearealet og reducerer derfor trykket på stødområderne. Konceptet stammer fra bionikken, der henter inspiration fra naturen. For eksempel har insekters chitin-eksoskeletter denne type struktur.

TPMS-hjelme og beskyttelsesudstyr kunne 3D-printes ved hjælp af alle slags materialer. Ifølge Fraunhofer IWM-ekspert Lienhard er DLP-metoden (digital lysbehandling) udover FDM-processen (fused deposition modeling) til termoplast og konventionel stereolitografi særligt velegnet til storskalaproduktion af plastikstrukturer.

Det ligner stereolitografi, idet emnet er bygget lag for lag. I modsætning hertil bruger DLP dog UV-lys genereret af en projektor, hvilket betyder, at hele laget kan hærdes på én gang. Flere lag ovenpå hinanden giver materialet dens ønskede form og struktur. Materialet hærdes ved hjælp af bestråling. På ueksponerede områder dræner materialet simpelthen af ​​og efterlader hulrum, der er karakteristiske for TPMS-materialer.

3D-printprocesser er meget fleksible og gør det muligt at producere sikkerhedsrelaterede komponenter eller endda køretøjsdele individuelt til hver applikation og dens typiske fareprofil – med DLP er dette nu muligt i større skala.

Konklusion på HUMAD-projektet:takket være deres lille pladsbehov og fleksibilitet tilbyder e-scootere en miljøvenlig løsning til mobilitet i byområder. Det er dog vigtigt at behandle dem, som du ville gøre med en bil – kørsel sikkert og ansvarligt. Hjelm og beskyttelsesudstyr bør altid bæres, hvor det er muligt.

Med henblik på fremtiden for mobilitet i byer håber Fraunhofer-forskere på, at beskyttelsesudstyr såsom hjelme og knæbeskyttere samt specielle lyskollisionsdæmpere, som er specielt designet til bestemte køretøjer og anvendelsesscenarier, vil blive gjort tilgængelige.

Fraunhofer-eksperter er allerede ved at planlægge den næste fase af crashtests og simuleringer. Disse vil også undersøge førerens refleksbevægelser under en ulykke, og hvordan disse påvirker risikoen for skader. + Udforsk yderligere

Undersøgelse af scooterulykker bruger simuleringer til at foreslå måder, hvorpå ryttere kan reducere hjerneskader