Fußgängerschutzgerechte Bewertungsmethodik für Frontscheiben unter Berücksichtigung des stochastischen Bruchverhaltens von Glas

Ein Kernthema der globalen Verkehrssicherheit ist der Schutz von Fußgängern. Bei einer Fahrzeug-Fußgänger-Kollision ist die Frontscheibe die häufigste Anprallregion des Kopfes und verursacht schwere Verletzungen. Dennoch wird in gesetzlichen Regelungen zum Fußgängerschutz (vgl. EGVerordnung Nr. 78/2009, ECE R127 sowie GTR Nr. 9) die Frontscheibe derzeit nicht betrachtet. Ursache hierfür sind Streuungen in Ergebnissen bei Kopfanprallversuchen, die die Windschutzscheibe als nicht vorhersagbar und nicht beeinflussbar charakterisiert. Methoden oder Ansätze zur Entwicklung passiver Schutzmaßnahmen für Frontscheiben sind derzeit ebenfalls nicht bekannt. Haupteinflussfaktor auf das Verletzungsrisiko beim Kopfanprall im Scheibenbereich ist der Bruchzeitpunkt der Frontscheibe. Die vorliegende Arbeit legt dar, dass die Ursache für die Streuungen in den Versuchsergebnissen das stochastische Bruchverhalten von Glas ist. Unter Berücksichtigung des stochastischen Bruchverhaltens von Glas wird in der vorliegenden Arbeit eine Methode zur Bewertung des Verletzungsrisikos beim Kopfanprall im Scheibenbereich entwickelt. Diese Methode wird darüber hinaus angewendet, um die Frontscheibengeometrie zu optimieren und das Verletzungsrisiko signifikant zu reduzieren. Die entwickelte Bewertungsmethodik besteht aus zwei Schritten. Zunächst werden charakteristische Bruchzeitpunkte für unterschiedliche Verletzungsschweren mit Hilfe von Anprallsimulationen bestimmt. Für diese Anprallsimulationen kommt ein entwickeltes Scheibenmodell zum Einsatz, welches die Steifigkeit von Verbundsicherheitsglas bei unterschiedlichen Bruchzeitpunkten abbildet. Im zweiten Schritt wird der zeitliche Bruchwahrscheinlichkeitsverlauf für die zu bewertende Frontscheibe und Anprallposition ermittelt. Mit diesem Verlauf wird die Wahrscheinlichkeit für die charakteristischen Bruchzeitpunkte sowie für die Verletzungsschwere bestimmt. Zur Bestimmung dieses Verlaufs wird das Weibull-Modell erweitert, um nicht nur quasistatische, sondern auch dynamische Lastfälle anzunähern und bspw. die dynamische Festigkeitssteigerung sowie die Größe der belasteten Fläche zu berücksichtigen. Mit einer “Design-of-Experiment”-Untersuchung wird der Einfluss der Frontscheibengeometrie auf das Verletzungsrisiko untersucht. Eine hohe Wahrscheinlichkeit für einen frühen Bruchzeitpunkt ergibt sich bspw. bei einer großen Scheibenhöhe, einer geringen Scheibenbreite oder einer hohen oberen Längsbiegung. Unter Berücksichtigung dieser Einflussfaktoren konnte die Frontscheibe eines Fahrzeugs optimiert und die Wahrscheinlichkeit für geringe Verletzungen von 46 % auf 75 % erhöht werden.