Praktisch en milieuvriendelijk, e-scooters bieden een grote flexibiliteit. Geen wonder dat steeds meer mensen deze vorm van vervoer gebruiken. Deze stijgende populariteit ging echter gepaard met een toename van ongevallen met ernstig letsel tot gevolg.

Het risico van deze snelle runabouts wordt alom onderschat. Als reactie hierop bestudeerden Fraunhofer-onderzoekers een typisch ongevalscenario en de bijbehorende verwondingen als onderdeel van het HUMAD-project. De experts testten ook nieuwe materialen voor helmen en beschermende uitrusting. Deze zouden een veel betere bescherming kunnen bieden dan conventionele producten.

De toekomst van mobiliteit is er al:een hele reeks nieuwe voertuigtypes zoals e-bikes, bakfietsen en elektrische scooters (ook wel e-scooters genoemd) zoeven door onze steden. Er ontstaan ​​nieuwe kansen voor zowel flexibele als milieuvriendelijke mobiliteit, maar dit brengt ook nieuwe gevaren en veiligheidsrisico's met zich mee.

De gevaren die verbonden zijn aan e-scooters, of "persoonlijke lichte elektrische voertuigen", zoals ze officieel worden genoemd, zijn vrij duidelijk. De cijfers van het Duitse Federale Bureau voor de Statistiek leveren het overtuigende bewijs:in 2020 registreerde Duitsland in totaal 2.155 ongevallen met e-scooters, waarbij vijf mensen stierven en 386 ernstig gewond raakten.

In 75 procent van de gevallen was de e-scooterbestuurder aansprakelijk voor het ongeval. Vooral ongevallen waarbij de bestuurder de macht over het stuur verloor, kwamen veel voor. De oorzaken waren vaak te hard rijden of in de verkeerde richting rijden. In veel gevallen speelde alcohol een rol.

Crashtests en simulaties

Onderzoekers van het Fraunhofer Institute for High-Speed ​​Dynamics, Ernst-Mach-Institut, EMI en het Fraunhofer Institute for Mechanics of Materials IWM, beide gevestigd in Freiburg, zijn in het kader van de HUMAD (Human Accident Dynamics) onderzoeksproject.

Het doel was om het verloop van typische ongevallen te onderzoeken, het bijbehorende risico op letsel te bepalen en tegelijkertijd de geschiktheid van beschermende uitrusting zoals helmen en kniebeschermers te beoordelen. Fraunhofer EMI was verantwoordelijk voor de crashtests, terwijl het team van Fraunhofer IWM de beschermende uitrusting analyseerde. Beide instituten hebben ruime ervaring in ongevallenonderzoek.

Dr. Matthias Boljen, hoofd van de Human Body Dynamics-onderzoeksgroep bij Fraunhofer EMI, en zijn team gebruikten het voorbeeld van een botsing met een stoeprand om zich te concentreren op een veel voorkomend type ongeval met een e-scooter:een aanrijding waarbij een andere weggebruiker betrokken is).

"We werkten met een crashtestdummy, net als bij crashtests uitgevoerd in de auto-industrie. De dummy werd op het replica e-scootermodel geplaatst en tegen een stoeprand gereden in hoeken van 60° en 90° en met snelheden van 10, 20 en 30 km/u", legt Boljen uit.

Tijdens de tests lieten hogesnelheidscamera's zien hoe het lichaam de lucht in wordt gekatapulteerd, over het stuur vliegt en enkele meters wordt geslingerd - afhankelijk van de botssnelheid - voordat het op de grond crasht. Uit de crashtests is gebleken dat bij alle geteste scenario's ernstig letsel, met name hoofdletsel, kan optreden. "Het was pijnlijk om alleen de video's tijdens de analyse te bekijken", zegt Boljen. De knieën lopen ook het risico op blessures.

Verschillende variabelen:snelheid en botshoek

Parallel aan de crashtests analyseerden Boljen en zijn team ook het ongevalscenario in eindige-elementensimulaties. De e-scooter en bestuurder werden digitaal gereproduceerd en de wetten van behoud van momentum, massa en energie, evenals de materiële eigenschappen van het voertuig en het menselijke model werden gedefinieerd. In de analyse liet de simulatiesoftware zien welke versnellingen inwerken op hoofd en knieën.

De experts hebben deze waarden vervolgens gebruikt om de kans te bepalen dat bepaalde verwondingen aan deze lichaamsdelen optreden. "De crashtests met de dummy en numerieke simulaties met het menselijke model leidden beide tot dezelfde conclusie", legt Boljen uit. Zelfs bij een schijnbaar lage snelheid van slechts 10 km/u resulteert een botsing onder een hoek van 90° in enorme versnellingen van 170 g op het menselijk lichaam.

Het dragen van een helm en beschermende kleding wordt daarom sterk aanbevolen, omdat deze de kans op ernstig letsel verkleinen. "Geen enkele helm kan echter de versnellingen die op het hoofd inwerken bij een directe botsing voorkomen; ze kunnen slechts enkele componenten hiervan tot op zekere hoogte verminderen. Strikt genomen bestaat het risico op traumatisch hersenletsel, ongeacht of de bestuurder een helm draagt of niet", legt Boljen uit.

Behoefte aan onderzoek naar helmen en beschermende uitrusting

De onderzoekers ontdekten ook dat de in de simulatie gemeten botssnelheid van het hoofd de maximale impactsnelheid van 5,4 m/s overschrijdt die is vastgelegd in testnorm DIN EN 1078 voor de veiligheid van fietshelmen. Met andere woorden, conventionele fietshelmen en beschermende kleding verminderen de ernst van de impact, maar bieden geen volledige bescherming bij botsingen met harde voorwerpen.

Hier komt de expertise van de onderzoekers van Fraunhofer IWM om de hoek kijken. Al meer dan 50 jaar analyseren ze materialen en beoordelen ze hun geschiktheid voor bepaalde toepassingen. Hiervoor gebruiken ze ook crashtests en voeren ze andere tests uit om mechanische effecten op materialen te bepalen. In HUMAD onderzochten ze de geschiktheid en beschermende werking van nieuwe materialen.

Innovatieve beveiligingsconcepten op basis van bionica

Dr. Jörg Lienhard, verantwoordelijk voor lichtgewicht constructie in de business unit Component Safety en Lightweight Construction, legt uit:"Bij beschermende uitrusting wordt vaak gebruik gemaakt van kunststoffen met een honingraatstructuur. Onze tests in het laboratorium hebben aangetoond dat materialen met een TPMS-structuur (triply periodic minimal surface) bood veel betere bescherming tegen kinetische effecten." De TPMS-structuur kenmerkt zich door zich herhalende elementen die een "luchtige" open structuur vormen.

Deze structuur is bijzonder goed in het verdelen van kinetische energie van schokken over het oppervlak, waardoor de druk op impactgebieden wordt verminderd. Het concept is afkomstig uit de bionica en haalt inspiratie uit de natuur. De chitine-exoskeletten van insecten hebben bijvoorbeeld een dergelijke structuur.

TPMS-helmen en beschermende kleding kunnen met allerlei materialen in 3D worden geprint. Volgens Fraunhofer IWM-expert Lienhard is de DLP-methode (digital light processing) naast het FDM-proces (fused deposition modeling) voor thermoplasten en conventionele stereolithografie bijzonder geschikt voor grootschalige productie van kunststofstructuren.

Het is vergelijkbaar met stereolithografie omdat het werkstuk laag voor laag wordt opgebouwd. DLP daarentegen gebruikt UV-licht dat door een projector wordt gegenereerd, wat betekent dat de hele laag in één keer kan worden uitgehard. Meerdere lagen op elkaar geven het materiaal de gewenste vorm en structuur. Het materiaal wordt uitgehard door middel van bestraling. Op niet-belichte plaatsen loopt het materiaal gewoon weg, waardoor er holtes achterblijven die kenmerkend zijn voor TPMS-materialen.

3D-printprocessen zijn zeer flexibel en maken het mogelijk veiligheidsgerelateerde componenten of zelfs voertuigonderdelen afzonderlijk te produceren voor elke toepassing en het typische gevarenprofiel - met DLP is dit nu op grotere schaal mogelijk.

Conclusie van het HUMAD-project:dankzij hun geringe benodigde ruimte en flexibiliteit bieden e-scooters een milieuvriendelijke oplossing voor mobiliteit in stedelijke gebieden. Het is echter belangrijk om ze te behandelen zoals u een auto zou behandelen:veilig en verantwoord rijden. Waar mogelijk moet altijd een helm en beschermende kleding worden gedragen.

Met het oog op de toekomst van stedelijke mobiliteit hopen Fraunhofer-onderzoekers dat beschermende uitrusting zoals helmen en kniebeschermers, evenals speciale lichte crash-absorbers, die speciaal zijn ontworpen voor bepaalde voertuigen en toepassingsscenario's, beschikbaar zullen komen.

Fraunhofer-experts plannen al de volgende fase van crashtests en simulaties. Deze onderzoeken ook de reflexbewegingen van de bestuurder tijdens een ongeval en hoe deze de kans op letsel beïnvloeden. + Verder verkennen

Studie van scooterongevallen maakt gebruik van simulaties om te suggereren hoe berijders hersenletsel kunnen verminderen