De Zweed Nils Bohlin, uitvinder van de driepuntsgordel, ontwierp schietstoelen voor vliegtuigbouwer Saab. Toen hij bij Volvo in dienst trad, was zijn opdracht om autorijden veiliger te maken. Binnen een jaar kwam hij op de proppen met een autogordel die zowel onder- als bovenlijf beschermt bij een botsing. De vinding werd in 1959 standaard ingebouwd in de Volvo Amazon en later door andere automobielfabrieken overgenomen. Volgens een schatting van Volvo heeft de veiligheidsgordel sindsdien minstens een miljoen levens gered. Dat is geen opschepperij, want studies wijzen uit dat automobilisten met een gordel om vijfenveertig procent minder kans lopen op overlijden - reden voor veel landen om het gebruik ervan te verplichten.

De belangrijkste verbetering na de introductie van de veiligheidsgordel is de zogeheten ‘load limiter’, een krachtbegrenzer die deel uitmaakt van een rolautomaat. Deze zorgt dat de remkrachten van de gordel bij een botsing minder abrupt zijn. Minder, maar niet optimaal. Reden voor Ewout van der Laan om te zoeken naar een betere manier. “De huidige autogordel is niet adaptief. Je kunt hem niet aanpassen op het lichaamsgewicht van de gebruiker en de hevigheid van een botsing. Bovendien wordt de ruimte tussen de chauffeur en het stuur niet voldoende benut. De kans op letsel vermindert als een gordel geleidelijker over een langere afstand afremt”, vertelt de PhD-onderzoeker van de faculteit Werktuigbouwkunde.

Van der Laan zocht naar een systeem dat bliksemsnel reageert op een botsing en direct de juiste gordelkracht voorschrijft die nodig is. Om dat te bereiken, voorzag hij de conventionele gordel van sensoren en een nieuw ‘remmechanisme’. In zijn eigen woorden omschrijft hij deze vinding als een ‘continue variabele load-limiter’. Om de theorie in praktijk te toetsen, bouwde hij een prototype in samenwerking met constructeur Nick Rosielle, hoofd van de groep Constructies & Mechanismen van de faculteit Werktuigbouwkunde en de Gemeenschappelijk Technische Dienst (GTD). In plaats van de gebruikelijke krachtbegrenzer maakten ze een behuizing waarin de gordel niet mechanisch, maar hydraulisch wordt afgeremd. De dempende werking is dankzij een ingenieuze hydraulische klep met drukregeling te variëren, waardoor een gordel zachter of harder afremt, al naargelang de kracht van een botsing en de lichaamsbouw van de gebruiker. De informatie over deze twee bepalende elementen krijgt het gordelsysteem via sensoren. Die ‘waken’ continu over auto en inzittenden en geven hun informatie razendsnel door aan een ‘controller’ die vervolgens de gordelkracht voorschrijft aan het hydraulische oprolsysteem. Het lijkt een lange weg, maar de procedure vergt slechts milliseconden. En dat is ruim op tijd; na het eerste contact van de bumper bij een frontale botsing, beginnen de inzittenden namelijk pas voorwaarts te bewegen na vijftig milliseconden. De totale duur van een botsing ligt tussen honderdvijftig en tweehonderd milliseconden.

Een model van een driepuntsgordel.

Een 3D-computersimulatie met dummy.

Hoewel er tegenwoordig veel verschillende sensoren bestaan, zijn er nog geen bruikbare technologieën ontwikkeld waarbij de mate van letsel tijdens een botsing kan worden gemeten. Dit is echter essentieel voor het bepalen van de optimale gordelkracht. In zijn proefschrift komt Van der Laan met een oplossing voor het schatten van kwetsuren, met name aan de borstkas, en van de positie van de inzittende tijdens de botsing. Hij ontwikkelde een sensor die iedere paar milliseconde de toestand controleert waarin een auto met inzittenden zich bevindt. Er wordt voortdurend een risicoanalyse gemaakt op basis van rijcondities zoals snelheid, afremmen enzovoort. Mede op basis van deze voorspelling wordt de gordelkracht zodanig aangepast, dat het risico op letsel geminimaliseerd wordt.

Dat aanpassen gebeurt door de ‘controller’. Deze numerieke regelaar vertaalt de geschatte ‘letselresponsie’ naar de optimale gordelkracht. Omdat alles in een flits moet gebeuren en contact met het stuur of andere delen van het voertuig moet worden vermeden, voorspelt de controller daarom wat de toekomstige beweging van de inzittende is. De regelstrate -gie baseert zich hierbij op een voorspel ling van het toekomstige verloop van de botsing, de toekomstige gordelkracht en de verhoudingen tussen voertuig, inzittende en gordel. “Het is een schatting wat er bij een botsing in de toekomst gebeurt”, omschrijft Van der Laan. Het volautomatische systeem met een schatter, voorspeller en regelaar is volgens hem ‘redelijk generiek’ en zal in de meeste auto’s passen.

In de praktijk komt het erop neer dat een veiligheidsgordel continu ‘meedenkt’ tijdens een autorit en helemaal is voorbereid om de optimale bescherming te bieden aan inzittenden. Zodra bij een frontale botsing de kreukelzone in elkaar wordt gedrukt en de bestuurder nog op zijn plaats zit, zijn ongeveer twintig milliseconden verstreken. Op basis van dat korte stukje ‘historie’ dat de sensoren doorsturen, heeft de controller dan al bepaald wat de gordelkracht dient te zijn. Onvoorstelbaar snel, maar Van der Laan heeft met computersimulaties en botsproeven in het TU/e-lab aangetoond dat het gordelsysteem de kans op letsel aan de borstkas aanzienlijk reduceert. Uit de simulaties blijkt dat het gaat om een afname met vijfenveertig procent.

Het onderzoek aan de TU/e kan een enorme doorbraak betekenen voor de verkeersveiligheid. Ongeveer vijfentwintig tot dertig procent van alle doden en gewonden in het verkeer is te betreuren omdat de borstkas van de slachtoffers wordt ingedrukt. Maar Van der Laan is voorzichtig in zijn prognose. “Het betekent niet dat je die aantallen zomaar met vijfenveertig procent kunt verminderen. Daarvoor spelen teveel andere factoren bij een ongeval een rol. Maar ik durf wel te spreken van een behoorlijke verbetering.” (FvO)/.

Ewout van der Laan promoveert maandag 7 december op het proefschrift ‘Seat belt control, from modeling to experiment’. Hij gaat na zijn promotie werken bij Océ/Canon in Venlo en zal zich werpen op duurzame printers en papierrecycling. TNO zet het onderzoek naar deze veiligere autogordels voort.