Grenzen der aktuellen Standards

Bis vor kurzem bewerteten die Prüfnormen für Motorradhelme ausschließlich lineare Aufprälle, das heißt Aufprälle senkrecht zur Aufprallfläche. In der Realität treten bei Unfällen jedoch sehr häufig schräge Aufprälle auf, beispielsweise wenn der Kopf mit einer horizontalen Geschwindigkeitskomponente auf die Fahrbahn auftrifft. Certimoov hat diese Art von schrägen Aufprällen in seine Testverfahren integriert, um reale Unfallbedingungen besser abzubilden.

Auch heute noch basiert die europäische Norm auf einem Akzeptanzkriterium, das auf der mit einem starren Dummy-Kopf gemessenen Beschleunigung beruht. Diese Art von Prüfeinrichtung bildet das Verhalten des menschlichen Gehirns nicht genau nach und ist nur begrenzt repräsentativ für dessen tatsächliche Belastungsgrenzen bei Aufprällen. Certimoov hingegen verwendet einen weiterentwickelten instrumentierten Dummy-Kopf in Verbindung mit einem mathematischen Modell des Gehirnverhaltens, das aus der Analyse von mehreren hundert realen Unfällen abgeleitet wurde. Dieser Ansatz ermöglicht es den Biomechanikern und Certimoov, realistischere Verletzungskriterien anzuwenden, die der tatsächlichen Toleranz des Gehirns bei einem Aufprall entsprechen.

Schließlich beruhen die aktuellen Normen auf einem binären Akzeptanzkriterium — ein Helm ist entweder normkonform oder nicht normkonform. Certimoov bietet dagegen eine differenziertere Bewertung durch ein abgestuftes Bewertungssystem mit einer Punktzahl von 0.5 bis 5.

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cavalier

Gehirnmodell und Berechnung der mechanischen Reaktion

Die Certimoov-Methode basiert auf klassischen Ingenieurtechniken, ähnlich denen, die zur Berechnung der Verformung einer Brücke oder eines Flugzeugflügels verwendet werden. Auf die Biomechanik angewendet ermöglichen sie die Modellierung des menschlichen Kopfes und die Berechnung der Reaktion des Gehirns bei einem Aufprall.

Hierfür wird ein computerunterstützter Ansatz verwendet, die sogenannte Finite-Elemente-Methode. Bei dieser Methode wird ein Objekt in eine Vielzahl kleiner „Elemente“ unterteilt, die jeweils über präzise mechanische Eigenschaften verfügen, um das Verhalten unter verschiedenen Aufprallbedingungen realitätsnah nachzubilden.
Im Gehirnmodell werden diese Elemente so zusammengesetzt, dass sie die gelartigen Eigenschaften des Gehirngewebes widerspiegeln. Dadurch lassen sich die inneren Belastungen berechnen, also der Druck und die Scherkräfte, denen das Gehirn bei einem Aufprall ausgesetzt ist.

Dieses Finite-Elemente-Modell des menschlichen Kopfes, entwickelt vom ICube-Labor der Universität Straßburg und als Strasbourg University Finite Element Head Model (SUFEHM) bezeichnet, wurde anhand zahlreicher in der Fachliteratur veröffentlichter Tests validiert. Es stellt eine zuverlässige Grundlage dar, um die Reaktion des Gehirns auf verschiedene Aufprallszenarien zu untersuchen und vorherzusagen.

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Mechanisches Gehirnmodell zur Berechnung der intrazerebralen Belastungen während eines Aufpralls.

Simulation realer Kopfverletzungen

Über mehr als 25 Jahre haben Biomechaniker Daten zu Kopfverletzungen aus realen Unfällen gesammelt.

Die Informationen über die Unfallumstände und die Art der Verletzungen ermöglichten es, die Bewegungsbahnen der Opfer zu rekonstruieren und die genauen Aufprallbedingungen auf den Kopf zu berechnen.

Diese Analysen betreffen verschiedene Unfallopfergruppen: Fußgänger, Radfahrer, Motorradfahrer sowie Sportler aus unterschiedlichen Disziplinen wie Reiten, Skifahren oder anderen risikoreichen Sportarten.

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Simulation de traumatismes crâniens réels

Verletzungskriterien des menschlichen Kopfes

Nachdem die Biomechaniker detaillierte Informationen über die Aufprallbedingungen gesammelt hatten, konnten sie theoretisch mehr als 150 reale Kopfverletzungen simulieren. Diese Simulationen ermöglichten es, das Auftreten eines Komas mit den inneren Belastungen des Gehirns bei einem Aufprall in Beziehung zu setzen.

Auf Grundlage dieser Arbeiten wurden die Toleranzgrenzen des Gehirns gegenüber Aufprällen, die sogenannten Verletzungskriterien, definiert. Mithilfe dieser Kriterien und der Messdaten des Kopf-Dummys wurde dieser zu einem wirklichen Instrument zur Vorhersage von Verletzungen, mit dem die Schutzwirkung von Helmen bewertet und optimiert werden kann.

Hinweis: Berücksichtigt werden reversible Verletzungen, also schwere Gehirnerschütterungen oder kurzzeitige Bewusstseinsverluste.

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brain injury

Test und Methode

Horizontaler und geneigter Amboss

Die Certimoov-Testmethode bewertet die Stoßdämpfungsfähigkeit von Helmen unter Bedingungen, die den realen Unfallbedingungen möglichst nahekommen. Die Tests beginnen mit sogenannten linearen Aufprällen, die durch einen vertikalen Fall eines helmbewehrten Kopf-Dummys auf eine flache horizontale Oberfläche (flacher Amboss) simuliert werden.

Certimoov geht jedoch weiter und integriert schräge Aufprälle, die durch einen vertikalen Fall des helmbewehrten Kopf-Dummys auf eine 45° geneigte Oberfläche simuliert werden. Diese Art von Aufprall erzeugt eine Rotation des Kopfes — ein häufiges Phänomen bei realen Stürzen, das besonders wichtig für den Schutz des Gehirns ist.

Um eine vollständige und verlässliche Bewertung zu gewährleisten, wird jedes Helmmodell sechs verschiedenen Aufpralltypen unterzogen (drei auf dem horizontalen Amboss und drei auf dem geneigten Amboss), wobei jeder Aufprall dreimal wiederholt wird, was insgesamt 18 Tests ergibt:

Aufprälle auf horizontalem Amboss:

  • Frontal

  • Lateral

  • Okzipital

Aufprälle auf geneigtem Amboss:

  • XROT: Aufprall auf der lateralen Fläche, erzeugt Rotation um die anteroposteriore Achse (X-Achse)

  • YROT: Aufprall auf der frontalen Fläche, erzeugt Rotation um die links-rechts-Achse (Y-Achse)

  • ZROT: Aufprall auf der lateralen Fläche, erzeugt Rotation um die vertikale Achse (Z-Achse)

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Enclume horizontale et enclume inclinée

Darstellung der 6 Aufprallbedingungen
(3 lineare und 3 schräge)

Verbesserter Dummy-Kopf mit linearen Beschleunigungssensoren und Rotationssensoren

Der von Certimoov verwendete Dummy-Kopf ermöglicht präzisere und realitätsnähere Tests. Die bei den aktuellen Normtests eingesetzten künstlichen Köpfe sind nicht vollständig an die neuen Aufprallarten angepasst, die in der Certimoov-Methode berücksichtigt werden.

Heutzutage weisen die bei Normprüfungen verwendeten Dummy-Köpfe mehrere Einschränkungen auf:

  • Die Rotationsmasse ist nicht an die getesteten Aufprälle angepasst

  • Der Kopf-zu-Helm-Reibungskoeffizient ist unrealistisch

  • Messungen der Kopfrotation sind unvollständig oder nach den geltenden Normen eingeschränkt

Um diese Grenzen zu überwinden, verwendet Certimoov einen instrumentierten Hybrid-III (HIII) Dummy-Kopf. Dieses Kopfmodell ermöglicht es, Aufprälle realistischer nachzubilden und präzise zu analysieren, was beim Aufprall geschieht.

Dank integrierter Sensoren werden alle Kopfbewegungen über die Zeit erfasst: nicht nur die Beschleunigungen der Translation des Kopfes, sondern auch die Geschwindigkeit der Kopfrotation während des Aufpralls. Diese Daten bieten eine umfassende Sicht auf das Verhalten des Helms und den Schutz, den er dem Gehirn bei einem Aufprall bietet.

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têtes ISO utilisée dans les normes actuelles

Der in aktuellen Normen verwendete ISO-Kopf und der von Certimoov verwendete Mannequin-Kopf

Theoretische Gehirnreaktion auf einen realen Aufprall

Die wichtigste Innovation von Certimoov liegt in der Kombination physischer Tests mit einem digitalen Werkzeug, das in der Lage ist, das Risiko neurologischer Verletzungen abzuschätzen.

Konkret werden die bei einem Aufprall gemessenen Kopfbewegungen — sowohl lineare Beschleunigungen als auch Rotationen — in ein digitales Gehirnmodell eingespeist. Dieses Modell ermöglicht die Analyse der Belastungen, die das Gehirngewebe während des Aufpralls erfährt.

Auf Basis dieser Daten bewertet Certimoov die Intensität der Belastungen des Gehirns und übersetzt sie in ein Verletzungsrisikoniveau mithilfe einer wissenschaftlich validierten Risikokurve. Dieser Ansatz geht über einfache Aufprallmessungen hinaus: Er zeigt, was das Gehirn tatsächlich bei einem Aufprall erlebt, und ermöglicht eine realistischere Bewertung des Schutzes, den jeder Helm bietet.

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Illustration de la méthode couplée « expérimentale et numérique »

Darstellung der gekoppelten „experimentellen und numerischen“ Methode, die es ermöglicht, das Verletzungsrisiko bei einem gegebenen Stoß abzuschätzen.

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Die Notiz lesen

Berechnung eines durchschnittlichen Risikoniveaus für moderate neurologische Verletzungen

Um verlässliche Ergebnisse zu gewährleisten, wird jeder Aufpralltyp dreimal wiederholt. Insgesamt wird ein Helmmodell 18 verschiedenen Aufprällen ausgesetzt. Für die Durchführung aller Tests werden sechs identische Helme pro Modell benötigt, um Tests auf dem horizontalen und geneigten Amboss durchzuführen.

Die Wiederholung der Aufprälle sorgt für konsistente, verlässliche Ergebnisse, die das tatsächliche Schutzniveau des Helms realistisch widerspiegeln.

Für jeden Aufprall analysiert eine numerische Simulation die Belastungen, die das Gehirn erfährt. Die Ergebnisse werden anschließend zusammengefasst und auf einer Risikokurve dargestellt, um ein globales Verletzungsrisiko zu bestimmen, das alle getesteten Szenarien berücksichtigt.

Die Gesamtbewertung des Helms wird auf Basis dieses globalen Risikos berechnet: Je niedriger das Verletzungsrisiko, desto höher die Punktzahl, was einen einfachen und transparenten Vergleich zwischen verschiedenen Helmmodellen ermöglicht.

Um die Schutzwirkung jedes Helms noch detaillierter zu analysieren, wird für jeden der sechs Aufpralltypen eine spezifische Punktzahl nach derselben Methodik vergeben.

Diese detaillierten Ergebnisse dienen nicht nur der Information der Nutzer, sondern helfen auch den Herstellern, die Stärken ihrer Helme zu erkennen und potenzielle Verbesserungsbereiche zu identifizieren.

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Calcul d’un niveau de risque moyen de subir une lésion neurologique modérée

Methode zur Zuweisung von Werten basierend auf dem insgesamt ermittelten Verletzungsrisiko für die 18 Stöße

6 Notentypen

Um die Schutzwirkung jedes Helms noch detaillierter zu analysieren, wird für jeden der sechs Aufpralltypen eine spezifische Punktzahl vergeben, basierend auf derselben Methodik.

Diese detaillierten Ergebnisse dienen nicht nur der Information der Nutzer, sondern helfen auch den Herstellern, die Stärken ihrer Helme zu erkennen und potenzielle Verbesserungsbereiche zu identifizieren.

Informieren Sie den Verbraucher
über das vergleichende Schutzniveau
, das
verschiedene Helme bieten

Da Sicherheit das erste Kriterium bei der Auswahl eines Helms sein muss, bietet Certimoov den Benutzern die Möglichkeit, weitere Details zum Grad des Gehirnschutzes des Helms zu finden. Die getesteten Headsets erhalten eine Bewertung zwischen 0 und 5, wobei 0 die niedrigste und 5 die beste Bewertung darstellt. Es ist wichtig zu bedenken, dass alle zugelassenen Helme zufriedenstellend schützen. Wenn einige eine niedrige Bewertung erhalten, liegt das daran, dass sie nicht zum Schutz vor schrägen Stößen hergestellt (optimiert) wurden, aber auch daran, dass es sich bei dem in Certimoove berücksichtigten Verletzungsgrad um eine reversible Verletzung handelt. Ziel ist es, die Besten zu identifizieren und weiterzuentwickeln.

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