Assessing the Effects of Limiting on - IRCOBI · 1.5 mph). S g. 3). With the forward Fig. 2. pact...

16
Abstract Load limiting restraint devices used in conjunction with frontal airbags have been shown to provide a means to reduce belt induced occupant loads and the risk of belt induced injury. These load limiting devices have become increasingly common since the mid to late 90’s and are currently commonplace in contemporary production vehicles. These devices are intended to feed out additional belt webbing during the collision when the belt loads exceed a predetermined threshold. Load limiters have been shown to reduce chest injury measures, both deflections and accelerations, in full frontal barrier impacts. During the full frontal barrier tests, however, the occupant benefits not only from the seatbelt (typically including a pretensioner), but also from full engagement of the frontal airbag. As the belt spools out webbing, it also allows additional occupant excursion. The challenge of balancing the dangers associated with this additional excursion against the potential for belt induced injury reduction has long been recognized. Unlike the full frontal test environment, real world crashes often direct the occupant off of 12 o’clock, result in additional structural intrusion, and produce longer duration crash pulses and/or include multiple impacts. This study reviews a series of selected cases in which occupant forward excursion allowed by a force limiting seatbelt resulted in injurious contact with vehicle interior structures. Often other contributing factors were involved (e.g., airbag or seatbelt malfunction, oblique collision, offset collision) that caused differences compared to what would typically be observed in the United States’ New Car Assessment Program (NCAP) barrier tests. Force limiter spoolout observed in each reviewed case is compared and contrasted to that observed in frontal NCAP tests for equivalent vehicles. Keywords Torsion Bar, Load Limiting, Belt Spoolout, Belt Payout, Offset Frontal Impact I. INTRODUCTION Seatbelts are often referred to as the most important and valuable safety device ever developed in the field of automotive safety. The United States National Highway Transportation Safety Association (NHTSA) consistently attributes the seatbelt to saving more lives than any other single crash protection device [1]. The seatbelt also, however, has long been acknowledged as a device against which the occupant is loaded and which has the potential itself to cause injury. Seatbelt load limiting devices have been recognized as a means to reduce and/or control the loading between the occupant and the belt itself. Common early designs included looped sections of seatbelt webbing that had been stitched together in such a way that the stitches would tear at a given load resulting in additional webbing being imparted while the seatbelt load was being “limited”. The additional webbing was also seen to result in additional occupant excursion which, in some cases, was found to result in ineffective occupant restraint. As such, these devices were not widely used prior to the development and incorporation of the supplemental airbag restraint. The first NCAP was created in 1979 by NHTSA in order “to improve occupant safety by developing and implementing meaningful and timely comparative safety information that encourages manufacturers to voluntarily improve the safety of their vehicles” [2]. Since that time, NHTSA has added a star rating system to the NCAP program to provide vehicle performance data to consumers in a more userfriendly format. By placing a simple star rating system on the vehicle’s window sales sticker, the consumer is provided a simple comparative shopping tool. The star ratings for the NCAP’s 56 kph (35 mph) frontal impact evaluate injury assessment of the anthropometric test devices (ATDs) in standardized crash testing (full frontal barrier at 56 kph (35 mph)). Head injury criterion (HIC), neck injury criterion (Nij), femur loads, and chest injury criteria are all S. Meyer is a Professional Engineer and Principal of the automotive engineering firms of Safety Analysis & Forensic Engineering (SAFE) and SAFE Laboratories, L.L.C, in Goleta, CA, USA (8059640676, [email protected]). A. Nelson and D. Hock are Senior Engineers at SAFE, L.L.C. J. McMillin is a Mathematician and Accident Reconstructionist at SAFE, L.L.C.. B. Herbst is a Professional Engineer and Principal of the automotive engineering firm SAFE Laboratories, L.L.C. Assessing the Effects of Load Limiting Retractors on Occupant Motion Steven E. Meyer, Arin Oliver Nelson, Davis A. Hock, Jeremy T. McMillin, Brian R. Herbst IRC-15-21 IRCOBI Conference 2015 - 114 -

Transcript of Assessing the Effects of Limiting on - IRCOBI · 1.5 mph). S g. 3). With the forward Fig. 2. pact...

Page 1: Assessing the Effects of Limiting on - IRCOBI · 1.5 mph). S g. 3). With the forward Fig. 2. pact Orient A study of force (PDO ontal collisio at a signific stems (seat ash tests wi

Abstract Load limiting restraint devices used in conjunction with frontal airbags have been shown to provide 

a means to reduce belt induced occupant loads and the risk of belt induced injury.  These load limiting devices have become increasingly common since the mid to late 90’s and are currently commonplace in contemporary production vehicles.  These devices are intended to feed out additional belt webbing during the collision when the  belt  loads  exceed  a  predetermined  threshold.    Load  limiters  have  been  shown  to  reduce  chest  injury measures, both deflections and accelerations, in full frontal barrier impacts.  During the full frontal barrier tests, however, the occupant benefits not only from the seatbelt (typically including a pretensioner), but also from full engagement of the frontal airbag.  As the belt spools out webbing, it also allows additional occupant excursion.  The challenge of balancing the dangers associated with this additional excursion against the potential for belt induced injury reduction has long been recognized.  Unlike the full frontal test environment, real world crashes often direct the occupant off of 12 o’clock, result in additional structural intrusion, and produce longer duration crash pulses and/or  include multiple  impacts.   This study reviews a series of selected cases  in which occupant forward  excursion  allowed  by  a  force  limiting  seatbelt  resulted  in  injurious  contact  with  vehicle  interior structures.    Often  other  contributing  factors  were  involved  (e.g.,  airbag  or  seatbelt  malfunction,  oblique collision, offset collision) that caused differences compared to what would typically be observed  in the United States’ New Car Assessment Program  (NCAP) barrier tests.   Force  limiter spoolout observed  in each reviewed case is compared and contrasted to that observed in frontal NCAP tests for equivalent vehicles.  Keywords  Torsion Bar, Load Limiting, Belt Spoolout, Belt Payout, Offset Frontal Impact 

I. INTRODUCTION 

Seatbelts are often referred to as the most important and valuable safety device ever developed in the field 

of  automotive  safety.    The  United  States  National  Highway  Transportation  Safety  Association  (NHTSA) 

consistently attributes the seatbelt to saving more lives than any other single crash protection device [1].  The 

seatbelt  also,  however,  has  long  been  acknowledged  as  a  device  against which  the  occupant  is  loaded  and 

which has the potential itself to cause injury.  Seatbelt load limiting devices have been recognized as a means to 

reduce and/or control the  loading between the occupant and the belt  itself.   Common early designs  included 

looped sections of seatbelt webbing that had been stitched together in such a way that the stitches would tear 

at a given load resulting in additional webbing being imparted while the seatbelt load was being “limited”.  The 

additional webbing was also seen to result in additional occupant excursion which, in some cases, was found to 

result in ineffective occupant restraint.  As such, these devices were not widely used prior to the development 

and incorporation of the supplemental airbag restraint.   

The  first NCAP was  created  in  1979  by NHTSA  in  order  “to  improve  occupant  safety  by  developing  and 

implementing  meaningful  and  timely  comparative  safety  information  that  encourages  manufacturers  to 

voluntarily improve the safety of their vehicles” [2].  Since that time, NHTSA has added a star rating system to 

the NCAP  program  to  provide  vehicle  performance  data  to  consumers  in  a more  user‐friendly  format.    By 

placing a  simple  star  rating  system on  the vehicle’s window  sales  sticker,  the  consumer  is provided a  simple 

comparative  shopping  tool.   The  star  ratings  for  the NCAP’s 56  kph  (35 mph)  frontal  impact evaluate  injury 

assessment of the anthropometric test devices (ATDs) in standardized crash testing (full frontal barrier at 56 kph 

(35 mph)).   Head  injury criterion  (HIC), neck  injury criterion  (Nij), femur  loads, and chest  injury criteria are all 

S. Meyer  is a Professional Engineer and Principal of the automotive engineering firms of Safety Analysis & Forensic Engineering (SAFE) and SAFE Laboratories, L.L.C, in Goleta, CA, USA (805‐964‐0676, [email protected]).  A. Nelson and D. Hock are Senior Engineers at SAFE,  L.L.C.   J. McMillin  is  a Mathematician  and Accident Reconstructionist  at  SAFE,  L.L.C..   B. Herbst  is  a Professional  Engineer  and Principal of the automotive engineering firm SAFE Laboratories, L.L.C. 

Assessing the Effects of Load Limiting Retractors on Occupant Motion 

Steven E. Meyer, Arin Oliver Nelson, Davis A. Hock, Jeremy T. McMillin, Brian R. Herbst 

IRC-15-21 IRCOBI Conference 2015

- 114 -

Page 2: Assessing the Effects of Limiting on - IRCOBI · 1.5 mph). S g. 3). With the forward Fig. 2. pact Orient A study of force (PDO ontal collisio at a signific stems (seat ash tests wi

considered in determining a frontal safety rating from one to five stars [3].  

Load  limiting  seatbelts when  used  together with  frontal  airbags  and  pretensioners,  have  been  shown  to 

reduce chest injury criteria measured by the ATDs in these full frontal barrier impacts [4].  A contemporary load 

limiting device now typically  incorporates a “torsion bar” within the retractor mechanism as compared to the 

earlier “rip‐stitch” type stitched belt  loops seen previously.   The result  is similar  in that the torsion bar design 

limits  the belt  load by allowing webbing  to spool off  the  retractor when  the belt  load  reaches a predesigned 

threshold.  Although this belt spoolout limits chest loading, it still correspondingly results in increased occupant 

excursions.  In the full frontal test mode this additional excursion is managed by the frontal airbag.  

In 2007, however, Brumbelow et al. [5] reported that in evaluating the 123 passenger car frontal offset tests that had been conducted by  IIHS as of June 2006, “evidence from test film and dummy  instrumentation plots suggests that driver dummy head impacts into the airbag resulted in steering wheel contact in 52% of vehicles with load limiters and in 20% of vehicles without”.  It was also noted that although many of these head contacts would be unlikely  to  cause  serious  injury,  the  contacts  in  about  two‐thirds  (2/3) of  the  cases produced  the maximum  resultant  head  accelerations  recorded  during  the  tests.    In  other  words,  the  load  limiters  were allowing sufficient forward excursion that the dummies’ heads were seen to bottom out the airbag and impact the steering wheel such that the steering wheel  impact  itself caused the highest head accelerations recorded during the test.   

Brumbelow et al. further utilized data from the 1996 through 2003 Fatality Analysis Reporting System (FARS) and examined the effects of load limiters on driver fatality risk in real world crashes.  They noted that because these devices were usually integrated into vehicle designs at the same time as other crashworthiness changes, it was  difficult  to  isolate  the  effects  of  their  performance,  but  also  noted  that  there  was  “unlikely  a  better opportunity  [i.e.,  in 2007]  to conduct  such an evaluation.”   Their analysis concluded  that, “Changes  in driver fatality  rates  associated with  the  installation  of  load  limiting  belts  in  passenger  cars  suggests  this  restraint technology has not reduced and may have increased the risk of driver fatality in some crashes.” [5] 

More recently, in 2013, Kahane [6] published a report, “Effectiveness of Pretensioners and Load Limiters for Enhancing  Fatality  Reduction  by  Seat  Belts”, wherein  he  reported  an  estimate  12.8%  lower  fatality  risk  in passenger cars, CUVs and minivans  for belted drivers or  right  front passengers where  the belt was equipped with a pretensioner and a load limiter than if not equipped with either.  Kahane’s analysis looked at FARS data for  1986  to  2011  and  considered  the  efficacy  of  load  limiters  and  pretensioners,  but  also  noted  that  the published  effectiveness  may  have,  “to  some  extent  reflected  the  affects  of  other  belt  or  belt‐related improvements  introduced  in  some makes and models at or about  the  same  time as pretensioners and  load limiters, such as adjustable anchors;  integrated belt systems; or  tuning  the airbag, vehicle structure, or seats especially to improve protection for a belted occupant.”  

II. METHODS 

This study focuses on real world crashes involving belted front outboard occupants in various crash modes. The study presents and describes a cases series wherein  forward excursion allowed by seatbelt  force  limiters was, for various reasons, seen to allow sufficient forward excursion to result in injurious occupant contacts with various  interior  surfaces.    Force  limiter  seatbelt  spoolout  recorded  in  frontal  NCAP  barrier  tests  for  each corresponding case series vehicle is reported and compared/contrasted to that observed in the individual case study.    In many of  the cases  reviewed contributing  factors  included circumstances such as airbag or seatbelt malfunctions, oblique  collisions or offset  collisions  that  caused differences  compared  to  crash  circumstances and kinematics typically observed in NCAP barrier tests.  NCAP Tests:  Load Limiter Belt Spoolout 

A  review of various NHTSA NCAP  tests  reveals  the amount of webbing added  to  the  restraint  system  via deployment of the  load  limiter  in this 56 kph  (35 mph)  full  frontal  impact  into a rigid barrier.   Many of these publically available  tests  record belt extension data along with belt  force data  for  the driver and  right  front passenger ATDs.   Photographic analysis of  the  test  films and approximation of  the webbing  spoolout  is also possible if restraint data is not recorded/reported. 

A summary of various NCAP test data, including measured or photogrammetrically determined belt spoolout relative  to  the  field  cases presented below  is  summarized  in Appendix A.    In  some  cases,  a  review of head acceleration data indicates, consistent with Brumbelow, et al.’s 2007 analysis of IIHS tests [5], that load limiting equipped seatbelts may allow sufficient forward excursion of the ATD such that the head can bottom out the 

IRC-15-21 IRCOBI Conference 2015

- 115 -

Page 3: Assessing the Effects of Limiting on - IRCOBI · 1.5 mph). S g. 3). With the forward Fig. 2. pact Orient A study of force (PDO ontal collisio at a signific stems (seat ash tests wi

aiacBrinreai

Fi

wthfo75spin(2Fito

 Im

offrthsycr

man

foThCaad

irbag and  stcceleration  drumbelow’s njurious leveecorded ATDirbag penetr 

ig. 1.  NHTSA Additionall

was disabled”he airbag.   Torward as th5 millisecondpeed of apprndicating the21.5 mph).   Sg. 3).  With o the forward 

Fig. 2. 

mpact OrientA study of 

f  force  (PDOontal collisiohat  a  significystems  (seatrash tests wiOffset and

may  result  in nd associate The signifi

or Highway She 40% overar Assessmedded a “sma

rike  the hubdata  shows findings, thels.  Fig. 1 deD Driver’s Heation.  

A #5677 2007

ly, a review ”, demonstraThis tests shoe vehicle deds  into  the croximately 4e dummy’s hSimilarly, thethe load limd movement

  50th PercenStee

tation frontal crash

OF)  is not  froons are offsecant percenttbelt and  froth a 12 o’clo/or angled impartial or nd forward exicance of offSafety (IIHS) rlap orientatent Program ll overlap” (2

b  and/or  insa  spike  in e complete spicts this cirad Peak G’s 

  7 Toyota Yar

of NHTSA Nates the effecows that, decelerates uncollision  (See43 kph (27 mead impactee belted 5th iting seatbet of the ATDs

ntile Male ATering Wheel

h statistics bom  straight et as opposetage of  “froontal airbag)ock PDOF.   mpacts will non‐engagemxcursion. fset impacts in the mid 1tion  is also u(JNCAP), Au25% overlap

strument panthe  head  asystem in thcumstance icorresponds

is NCAP, Hea

CAP Test #6ctive occupaspite being bntil the ATD’se Fig. 2).   A mph) while thed the steeripercentile felt systems ans (Note: neit

TD Contactin

y Sullivan [8ahead  (12 od to occurrinntal”  accide are  typicall

direct vehiclment with  th

is reflected i1990s of a 40used by Euroustralian New) offset front

nel.   Consistcceleration is test circumin the 2007 Ts to video an

ad Peak G’s C

6946 [7] wheant excursionbelted, the 5s face impacvideo analyhe vehicle hng wheel huemale passend without ther ATDs we

ng   Fig. 3

8] shows thato’clock) but ng across thnts  are  in  faly optimized

le occupantshe  frontal ai

in the test co0% overlap 6opean New w Car Assesstal test to its

tent with  thwhen  such mstance doeToyota Yarisnalysis of the

Correspond t

erein “the ven allowed by 50th percenticts the vehicysis  indicatesas deceleratub with a relanger ATD wthe benefit oere instrume

3.  5th Percen

t for 35% of rather at ane full width act offset  and  to yield  fav

s inboard or rbag and  inc

onfiguration64 kph (40 mCar Assessmsment Progrs test matrix.

at  reported contact  occes prevent suNHTSA NCA

e driver’s forw

to Noted Ma

ehicle’s suppthe load limile male drivle’s steerings  the head  isted to approative speed as also noteof frontal airnted in this t

ntile Female A

frontal collisn angle.    Simof the vehiclnd/or  angledvorable  injur

outboard ofcreased  seat

 established mph) frontal ment Programam  (ANCAP).   

 by Brumbecurs.  Also  couch contact AP Test #567ward most m

aximum Forw

plemental remiter withoutver ATD contg wheel hub s still movingoximately 9 kof approximed to  impact rbags, there test). 

ATD Contact

sions the primilarly, morele.  Such numd while  the ry measures

f the airbag tbelt  load  lim

 by the Insuinto a deform  (EuroNCA).   More rec

elow,  the heonsistent  wifrom reachi77 wherein tmovement a

ward Excursio

estraint systet the benefit tinues to moapproximateg  forward atkph (5.5 mph

mately 34.5 kthe dash (Swas little lim

ting Dash

mary directioe  than 50% mbers indicavehicle  safe

s  in  full  front

centerline amiter  spoolo

rance Institurmable barrieP),  Japan Neently,  IIHS h

ad ith ng he nd 

on 

em of 

ove ely t a h), ph ee mit 

on of ate ety tal 

nd out 

ute er.  ew has 

IRC-15-21 IRCOBI Conference 2015

- 116 -

Page 4: Assessing the Effects of Limiting on - IRCOBI · 1.5 mph). S g. 3). With the forward Fig. 2. pact Orient A study of force (PDO ontal collisio at a signific stems (seat ash tests wi

cowrefreflimatsideth

Ca

seinlimPoofalloob

quwexinInva

auocspcoocwthchcotofritswcoFi

A  review  oollisions endwere found toeported thatontal impactffective occumiting featurt  the  time ognificant  froepriving the he load limite 

ase Series ReThe  autho

equence, ananvestigationsmiter alloweotential  contffset impact ong with  thoad limiter spbserved in NThe  includ

uantifiable  awebbing  loadxcursion suffncluded case nclusion  of  tarious height

A review outhors,  incluccupant datpecific  casesontact  and  Accupant did 

wherein the ahe second imhosen  to  illuontributing  rorsion bar spictional contself  and  eva

wherein quanorrespondingield Case 1 (2

Fig. 4.  O

of  accident ure more  tho be associatt approximatt occurs initiupant  restrare in the firstof  secondaryontal  impactoccupant ofer equipped 

eview rs  routinely alysis of the s  this study ed forward etributing  facorientation e general crpoolout is doNCAP tests ofded  case  seramount  of  marks and/ficient to resseries vehicthe  case  serts and weigh

of specific reauding  accidea  including s  in which  foAIS  3+  injurnot  fully en

airbag deploympact, and/oustrate whenreal world  cpoolout can otact  (polymealuation  of  tntified  load  lg vehicle.  2007 Toyota

Offset Frontal

and  injury  dhan one collted with occtely half of tially or subseint  can be ht impact cany, or  subsequ  can put  anf the supplemseatbelt.  

investigate restraint syshas specificaexcursions thctors are alsand/or multrash circumsocumented af the correspries was  choload  limiter/or  inspectiosult  in  injuriocles were equies was  nothts.  The case

al world collent  vehicle  iphysical  attrorward excury.    The  indngage  the aiyed during ar cases whern  force  limitecrash  characoften be evider D‐ring tratorsion  bar imiter spool

a Yaris, Drive

 

l Impact 

data  by Diggision during upants in vehe multiple equent to othindered.   A leave an ocuent, collisio occupant omental restra

real world stem and theally  intendedhat have resuso presentedtiple impact stance and rand reportedonding caseosen  based  ur  spoolout  (on of the  loaous occupanuipped with limited  by 

e series was 

ision cases (nspections, ributes  and rsion  alloweividual  caserbag,  cases n initial imparein intrusioner allowed  fteristics  dissdenced by trnsferring to twist/metal out exceede

er Load Limit

Fig. 5.  Drive

Durin

ges  [9]  indicthe crash s

ehicles that ecollision vehther impactsA  collision wcupant withons.   Similarout of positiaint relied u

crashes  incle resulting od  to  identifyulted  in undd and may  incollisions.  Tresulting kined and compa series vehicupon  the  au(based  uponad  limiters tont contact wboth pretenoccupant  anlimited to inj

III. RESULTS

(case series rreview  of  aresulting  injed by  the  shes  selected  iwherein  theact and was n compromisforward excusimilar  to Nransfer of mbelt webbinstriations  [

ed that reco

ter spooled o

er’s Door Op

ng Collision 

cates  that  2equence.   Cencounteredhicles suffere, the timing hich deploysout a fully inly, non‐deplon  and precpon by, and 

uding  conduoccupant kiny and presenesirable occnclude airbaThe effected ematics and ared/contrascle.    uthors’  field n  observableorsion bar  it

with  interior vsioners as wnthropometrjury levels ab

review) persand/or  perfojuries,  is prehoulder belt included  offe airbag did subsequentsed the occuursion can bCAP  barrier aterial or abng under  loa10,11].    Therded or obse

out ~12” wit

ened  Fig

4%  of  vehiconsequentlya multiple ced a frontal and/or abilits an airbag flated airbagoyment  leveclude deployintended to

ucting  reconematics and nt  individual upant kinemag or  seatbeoccupant’s aoccupant  inted with sea

investigatioe  forensics tself  [10]) whvehicle strucwell as load liry  and  as  subove AIS 3. 

onally investormance  of esented withload  limiter

fset  and  angnot deploy,ly then not fupant compae problemattests.   As  s

brasion to loaad) or via dise  selected  cerved  in the

th Intrusion) 

. 6.  304 mm

Belt

cles  involvedy, 42% of MAcollision crasimpact first.ty of the airas well as ag and with a el  impacts  leyment of  a o work in con

nstructions o injuries.  Frcases  that  i

matics and reelt malfunctianthropomenjuries.   Resatbelt load lim

ns which  deincluding  trhich allowedctures or commiters and fuch  includes

tigated and reconstructh  the  intentr  contributegled  impacts,  cases of mfully inflatedartment.  Thetic and,  thershown  belowad bearing ssassembly ofcase  series  ie NCAP barri

  

m (12”) of Loa

t Spoolout 

d  in  tow  awAIS 3+  injurish.  Digges al  Whether tbag to provia  seatbelt  loloose seatbeeading up  tofrontal  airbanjunction wit

of  the  collisiom these fieillustrate  foresulting  injuon, oblique try is reportulting seatbemiter spoolo

emonstratedraditional  bed  for occupamponents.   Afrontal airbags  occupants 

studied by tion,  review tion  to  includ  to occupas  wherein  t

multiple  impa at the timeese cases werefore,  incluw,  load  limiturfaces durif the retractncluded  caser test for t

ad Limiter 

way ies lso he de ad elt o a ag, th, 

on eld rce ry. or ed elt out 

d  a elt ant All gs.  of 

he of de ant he act of ere de ter ng tor ses he 

IRC-15-21 IRCOBI Conference 2015

- 117 -

Page 5: Assessing the Effects of Limiting on - IRCOBI · 1.5 mph). S g. 3). With the forward Fig. 2. pact Orient A study of force (PDO ontal collisio at a signific stems (seat ash tests wi

vewcosith

(Sfrwreasw

ofye(SATtocilim

teVwwst

pereincom

In Field Caehicle of stuwith  a  PDOF ollision, the de door struhe driver’s sidInspection 

See Fig. 6).   ontal impact

with his headegion  of  his ssociated witweighed appr

Similar occffset  frontal ear) at approSee Fig. 8 & FTD was seeno  his  left  (Srcumstance miter allowe 

Fig. 7.  IIH

Fig. 9.  D

 IIHS had al

est resulted ideo analysis

which allowedwith the doorteering wheeA  review  o

ercentile  ATecorded drivn  the  field  compartmentmeasures wer

 

se 1, oncomdy  (See Fig. of  approximdriver’s dooucture.  Addide A‐pillar inof the driveThis belt spot, caused the.  The driverhead with th the contaroximately 77cupant kinemtest of a 20

oximately 65Fig. 10), simin to move forSee  Fig.  9). the occupan

ed forward ex

HS 50% Offse

Driver Does N

lso conductein a more frs of the loadd the head tr structure stel contact waof  2007  ToyTDs  in  a  12 er load limitase,  howevet allowed  forre below IAR

ing traffic cr4).   The colmately  10‐1or unlatched itionally, thentruded into er’s belt systoolout, the e driver to mr sustained aassociated  sact between 7‐82 kg (170matics were 009 Toyota 5 kph (40 mplar intrusionrward and gl  Both  the nt did not rexcursion.   

t 65 kph (40 

Not Fully Eng

ed a 40% Ovontal PDOF  limiter seatto bottom otill in place, tas not aboveyota  Yaris NCo’clock  PDOter spoolout er,  the  12  or  full engageRV values (Se

rossed the rollision recon5  degrees  tsuch  that  th

e benefit of tthe occupantem revealedleft directedmove to the ln open, depsoft  tissue  ahis head and‐180 lbs).  observed  inCamry  into ph) (See Fig.  was observlance off thetest  and  theceive the fu

mph) Fronta

gage Airbag

erlap frontathan the fiebelt spoolouut the airbathe driver ATe injury assesCAP  test  (NHOF  and  approf approxim

o’clock  PDOFement of  theee Appendix A

oadway centstruction  indto  the  left, he driver wathe load trannt compartmd approximad PDOF, and left of the aipressed, comand  permand the left A‐

n an  IIHS cara 2009 Toyo7) [12].  Theed, the PDOe left side of he  field  studull benefit o

al  Fig.

F

l barrier testld case or IIut showed apg and  impacTD was seenssment referHTSA  #5677roximately  6mately 330 mF  and  the  lae driver ATDA). 

terline resultdicated a deor  counter‐as allowed tnsfer througment (See Figately 304 mmthe structurbag and agg

mminuted skuent  brain  inpillar.  The m

r‐to‐car crashota Yaris  (eqe driver’s doF was again the frontal ady  demonstrf the fronta

. 8.  Blue Yar

Fig. 10.  Blue

t on a 2007 HS car‐to‐capproximatelyct the steerin to more furence values 7)  shows  driv64  kph  (40 mm (13 in), sack  of  any  sD with  the  fr

ting in an offeltaV approxclockwise.   o travel to th the side do5). m  (12  in) of ral damage gressively imull fracture tnjuries.    Themale driver w

h test.   The quivalent plaor in the Yarforward andairbag and imrate  that  inl airbag whil

is Driver’s Do

Yaris’s Door

Toyota Yarisr test and thy 406 mm (~ng wheel (Selly engage th(IARV). ver  and  righmph)  deltaVimilar to theignificant  introntal airbag

fset frontal cimately 67 kDuring  this the  left unimoor structur

load  limiterassociated w

mpact the A‐pto the left teese  head  injwas 178 cm 

car‐to‐car teatform  to  thris was againd to the left, mpact the ven  such  a  cale also expe

oor Opens d

r Opens duri

s at 65 kph (he door rem~16 in) of seaee Appendixhe airbag an

ht  front  seatV  impact.    Te 304 mm (1trusion  intog.   All record

collision to tkph  (~42 mpoffset  front

mpeded by te was lost a

r belt spoolowith the offspillar structumporoparieturies were (70 in) tall a

est was a 50he 2007 modn seen to opand the drivhicle structur‐to‐car  offsrienced a  lo

 

uring Impact

ng Impact 

40 mph).  Thmained latcheatbelt spoolox B).   Althoud the head‐t

ted male  50The  test  vid2 in) observthe  occupa

ded ATD  inju

he ph) tal he nd 

out set ure tal all nd 

0% del en ver ure set ad 

his ed.  out gh to‐

0th eo ed ant ury 

IRC-15-21 IRCOBI Conference 2015

- 118 -

Page 6: Assessing the Effects of Limiting on - IRCOBI · 1.5 mph). S g. 3). With the forward Fig. 2. pact Orient A study of force (PDO ontal collisio at a signific stems (seat ash tests wi

Fi

*S

FiwoctethleFi

rerem

apexfieen 

Fi

ield  Case  2 

Available W

Fig. 11. 

Showing RF Pas

 Field Case 

g. 11).  The was very  firmccupant wasests demonsthat in the aneft, she moveg. 12 & Fig. 1Inspection 

emaining avaestraint systemade during l

 

Fig. 1

 A  review 

pproximatelyxceeding  theeld  case  stungage the fro

ield Case 3 (2

(2010  Kia  F

Webbing)  

Offset Front

ssenger allowed

2 experiencpolice report

mly  lodged bs a female, atrating frontgled frontal ed between 13).   of  the  righ

ailable webbem anchor, oload limiter s

14.  RF Load L

Webbi

of  the  NCAy 241 mm (9e potentiomdy.   The 50tontal airbags

2005 Toyota

Fig. 16

Forte,  Right

tal Impact 

d to travel towa

ed an offsett narrative detween  the pproximatelytal airbag dewith the PDthe two fron

ht  front  seabing, or appror D‐ring, arspoolout (Se

Limiter Spoo

ing, ~280 mm

AP  frontal  b9.5 in) of driveter’s capabth percentiles such that n

a Corolla, Dri

6.  Offset  Fro

t Front  Load

Fig(Depic

ards Driver’s Sid

t frontal collidescribes thasteering why 150‐152 cmployment reOF and vehicntal airbags m

atbelt  demoroximately 2e consistente Fig. 15). 

led Out All A

m (~11 in) 

arrier  test  fver load limitbility, as come male ATDsno ATD IARVs

iver Load Lim

 ontal Impact

F

d  Limiter  sp

g. 12.  Airbagcting Gap Betwe

de of Vehicle

ision when oat post‐accidheel of  the vm (59‐60”) taeveals a gap cle rotation making fatal 

nstrated  loa280 mm  (~11t with the tra

Available 

for  a  2010 ter spoolout mpared  to  ths  in  the 12 s were excee

miter spoole

FRONT  PASSMOVEME

ooled  out  ~

g Deploymeneen Deployed F

opposing traent the fatalvehicle and all and approbetween thetaking the rihead contac

ad  limiter  d1  in)  (See Figansfers note

Fig. 15. 

model  Kia and 240 mm

he approximo’clock PDOeded (See Ap

d out ~12”) 

F

SENGER  ENT

~11”,  Full  Sp

nt in NCAP Frontal Airbags)

ffic crossed lly injured rigthe driver’s oximately 11e driver’s andght front occct with the fr

eployment g. 14).   Abraed on the we

D‐ring Abra

Spoo

Forte  (NHTSm (9.4 in) on ately 280 m

OF NCAP  testppendix A).   

Fig. 17.  300 m

Limiter 

poolout  of  A

 

) Fig. 13

Defor

into its laneght front pasright  leg.   T

14 kg (251#).d passenger’cupant forwront vehicle 

to  the  full asions notedebbing and a

ded during W

olout 

TSA  Test  #67the passeng

mm  (11  in) obt were again

mm (~12”) o

Belt Spoolou

All  Remainin

.  Vehicle 

rmation* 

e of travel (Sssenger’s heThe  right  fro.  NCAP barri’s airbags su

ward and to tstructure (S

extent  of  td on the uppas having be

 

Webbing 

766)  recordger side befobserved  in  tn  seen  to  fu

of Load 

ut 

ng 

ee ad ont ier ch he ee 

he per en 

ed ore he ully 

IRC-15-21 IRCOBI Conference 2015

- 119 -

Page 7: Assessing the Effects of Limiting on - IRCOBI · 1.5 mph). S g. 3). With the forward Fig. 2. pact Orient A study of force (PDO ontal collisio at a signific stems (seat ash tests wi

ulwdeupge

wsuap

lopeth 

Fi

Field Case ltimately tra

was  approximemonstratedp and cut byeometry cha 

 Once the b

with the centustaining trapproximately 

 

Review of oad  limiter  percentile frohe occupant 

ield  Case  4 

Deploymen

 

 

3  involves aveling into omately  35  md evidence oy the latch plnges associa

belt had beeer console, umatic and y 75‐82 kg (1

the NCAP fopayout was ont seated ATcompartmen

  (2010  Toy

t)   

a 2005 Toyoon‐coming trmph  with  aof approximaate (See Fig.ated with the

Fig. 18.  D

n cut, the drdash and rigpermanent 165‐180 lbs).

Fig. 19.  D

or the 2003 194 mm  (7.TDs moved fnt and recor

yota  Prius, 

Fig. 2

ota Corolla wraffic and exa  PDOF  forwately 300 mm. 17 & 18).  Te PDOF and t

 river’s Belt C

river was theght front doobrain injurie   

Deformed Int

Toyota Coro.6  in) while forward squaded non‐inju

Driver  Load

20.  Multiple 

which  lost coxperiencing award  and  sm  (~12”) of The tearing tthe significan

Cut via Ropin

en free to traor before ultes (See Fig. 1

terior and Ri

olla  (NHTSA the  passengarely into thurious IARVs 

d  Limiter  sp

Angled Fron

ontrol  in a dan offset froignificantly webbing spothe belt was nt belt spool

ng in the Latc

avel across ttimately bein19).  The driv

ght Front Do

Test #4266)ger  side washe frontal air(See Appen

pooled  out 

ntal Impacts

dangerous  sental collisionto  the  righoolout befordetermined out.   

ch Plate 

the occupantng ejected over was 175‐

oor Structure

 reveals thas  278 mm  (rbags with ndix A).  

~23”,  Mult

ection of cun (See Fig. 16ht.    The  drire the belt b to be assoc

t compartmeout the right‐178 cm (69‐

at the driver 10.9  in).   Ago significant

tiple  Impact

rved  roadwa6).  The deltiver’s  seatbebecame bouiated with be

ent interacti front windo‐70 in) tall a

side recordgain,  the  50t intrusion in

t/Prior  Airba

ay, aV elt nd elt 

ng ow nd 

ed 0th nto 

ag 

IRC-15-21 IRCOBI Conference 2015

- 120 -

Page 8: Assessing the Effects of Limiting on - IRCOBI · 1.5 mph). S g. 3). With the forward Fig. 2. pact Orient A study of force (PDO ontal collisio at a signific stems (seat ash tests wi

tuthinremseapimlimabsucoexch

F

limsefr 

Fi

hydeth(m

Field Case urned left in he  subject venvolved multevealed loadmodule data, everal inchespproximatelympact  such  tmiter would ble  to spoolouch, the drivolumn was  fxcursion.   Thhest and abd 

Fig. 21.  590 m

 A review o

miter  spooloeatbelt failedontal airbag

ield Case 5 (2

 

 Field  Case

ydroplaned, eploy and thhe A‐pillar (Smid 30’s mph

4 experiencefront of theehicle acrostiple frontal  limiter spooresulted  in s of load limy 48 kph (30that at  the  talso have spout  further, ver was allowfound  strokehe male drivdominal trau

mm (~23”) o

of the NCAP out  for  the d after 44 ms and record

2010 Mini Co

Fig. 24.  O

  5  experienlost control,he driver’s siSee Fig. 24 &h). 

ed an intersee subject vehs  the  interseimpacts.   Tholout of appa deltaV of iter spoolou0 mph).  The time of  the pooled out dhowever, a

wed to moveed  and  the ver was  repoma.   

of Load Limite

data for thedriver  ATD’sm (1.7 in) ofded no injury

ooper Clubm

Offset Front

nced  an  offs, and crossedide door unl

& Fig. 25).  Th

ection collisihicle.  This reection and  ihe frontal airoximately 5approximatet.  The seconairbag contsecond  impduring the int  this point e aggressiveloccupant  suorted as bein

er Belt Spoo

e 2005 Toyots  seatbelt  af spoolout.  y measures a

man, Driver L

al Impact

set  frontal  cd into its lanatched, resuhe PDOF was

ion when anesulted in annto a  concrrbag deploy590 mm (23 ely 51 kph (3nd frontal imrol module iact  the airbnitial impact the airbag wly forward  inustained  fatng 183 cm  (

 

lout  Fig

D

ta Prius (NHnd  that  the Both 50th peabove IARVs.

Load Limiter 

collision  whne of travel.  ulting  in the s to the left o

other vehicln initial vehicete barrier  (ed and physin) (See Fig. 32 mph), sufmpact was esindicated thaag would hasuch that atwould have nto the steeal  traumatic72  in), 109 

g. 22.  Abrade

river’s D‐ring

TSA Test #55data  chann

ercentile ma 

spooled out

Fig. 25.  D

en  a  vehicleDuring the closs of suppof forward a

e, that had fcle‐to‐vehicle(See  Fig. 20)sical evidenc21).  The inifficient to destimated to hat the airbagave been pat the time ofbeen  less  thring wheel (c  injuries  asskg  (240  lbs) 

ed 

Fi

587) reportsnel  for  the  rle ATDs wer

t ~17”, No Ai

river’s Airba

Failed to Re

e  traveling collision, theporting side and the delta

failed to yiele impact wh).   This  collice on the dritial impact, eploy the airhave producg had deployartially deflatf the secondhan optimall(See Fig. 23)sociated witand sustain

ig. 23.  Strok

Colum

s 325 mm (1right  front  pre seen to fu

irbag & Intru

ag Did Not De

emain Closed

in  the  oppoe vehicle’s aistructure anaV was in the

d right of wahich redirectsion  therefoiver’s webbiper the airbrbag as well ced a deltaV yed at the firted.   The  lod impact it wy  inflated.   .   The steerith  his  forwaned  fatal hea

ed Steering 

mn 

12.8  in) of  lopassenger  ATully engage t

usion)  

eploy, Door 

d

osite  directiorbags failed nd  intrusion e mid 50’s k

ay, ed ore ng bag as of rst ad 

was As ng ard ad, 

ad TD he 

on to of ph 

IRC-15-21 IRCOBI Conference 2015

- 121 -

Page 9: Assessing the Effects of Limiting on - IRCOBI · 1.5 mph). S g. 3). With the forward Fig. 2. pact Orient A study of force (PDO ontal collisio at a signific stems (seat ash tests wi

bemap

ofre 

Fi

Fi

it defraibeinmfrcm

Evidence foelt  to  be  sp

multiple  skullpproximately 

  

A review of load limiterecorded. 

ield  Case  6 

Deploymen

 

g. 27.  Multi

 Field Case ultimately  ieployed durontal embanirbags as theelted front snto the occupmm (22  in) suactures resum (69‐70 in)  

F

ound on theooled  out  o  fractures asy 183 cm (72

of the NCAP fr payout for 

(2008  Kia  S

t) 

ple Frontal I

6 experienceimpacted aning a curb  imnkment collisey had deploseat occupanpant compauch that his ulting in permtall and weig

Fig. 30.  560 m

e seatbelt weof  the  retracs a  result of2 in) and 111

Fig. 26.  

for the 2008the driver 5

Spectra,  Rig

 

mpacts 

ed a loss of cn embankmempact as thesion, the occoyed previounts as well artment was head was abmanent quadghed approx

mm (~22”) o

ebbing indicactor  (See  Figf contact wit1 kg (244 lbs)

432 mm (~1

8 Mini Coope0th percentil

ght  Front  Lo

Fig. 28

Com

control withent  (See Fig.e vehicle exitcupants did usly at the cus an unbelteobserved.  Tble to make driplegia (Seeximately 75‐7

of Load Limite

ates the loadg.  26).    The th  the A‐pill). 

17”) of Load 

er (NHTSA Tee male ATD.

oad  Limiter  s

8.  Occupant 

mpartment 

 the car exit 27).   The vted the roadnot have theurb.   At the ed occupantThe right froforcible cone Fig. 28, 30 77 kg (165‐17

er Belt Spoo

d limiter allodriver movear and was 

Limiter Belt S

est #6291) re  The airbag 

spooled  out

F

ing the roadvehicle’s  frondway such the benefit of time of the t  in the rear nt occupantntact with th& 31).  The m70 lbs). 

lout 

owed approxed  forward killed.   The 

Spoolout 

evealed apprdeployed an

t  ~22”, Mult

Fig. 29.  Occu

way into thental airbags hat at the timinteracting wcollision theseating area’s belt spoole front headmale right fro

Fig

ximately 432and  to  the male driver

roximately 3nd no injurio

ltiple  Impact

upant Compa

e adjacent shwere determme of the mwith a fully ie vehicle waa.   No signifled out apprder structureont occupan

g. 31.  Abrad

 mm (17 in) left  sustainir’s  stature w

330 mm (13 ous IARVs we

t  Prior  Airba

artment 

houlder whemined  to ha

more significanflated fronts carrying twicant  intrusioroximately 5e causing nent was 175‐1

ded D‐ring 

of ng 

was 

in) ere 

ag 

ere ve ant tal wo on 60 eck 78 

 

IRC-15-21 IRCOBI Conference 2015

- 122 -

Page 10: Assessing the Effects of Limiting on - IRCOBI · 1.5 mph). S g. 3). With the forward Fig. 2. pact Orient A study of force (PDO ontal collisio at a signific stems (seat ash tests wi

todeocw

29fu

Fi

a evspm

pelimfr

re

th

pr

al

pr

ty

sp

The disasseo  60  degreeeformation (ccupant, 3 ½

webbing.   A review o

92 mm (11.5ully engage t 

ield Case 7 (2

 

 In Field Caslarge  tree  (vidence  of  lpoolout of grmultiple facia

 

Fig

 A  review  o

ercentile ATmiter spooloontal airbag

Retractor b

elative to fro

hese systems

rovided  the 

so  producin

rovide an op

ypically desig

poolout.  In c

embled retraes  of  twist (See Fig. 29)½  rotations  i

of the NCAP 5 in) of load he frontal ai

2005 Mazda

Fig. 32.  N

se 7, the vehSee Fig. 32)oad  limiter reater than 5l fractures.  T

g. 34.  ≥ 560 

of  2004 MaTDs,  12  o’cloout was apprs deployed a

based seatb

ontal impact 

s’ ability to p

full benefit 

ng  fairly  sho

ptimum envi

gned with  co

contrast, a r

actor revealindicating  it).     Given theis consistent

for a 2007 limiter spoorbag and the

a 3, Driver Lo

Narrow Obje

hicle exited t.   The vehicspoolout  (S560 mm (22 The male dri

mm (~22”) o

azda  3  NCAPock  PDOF  anroximately 4and recorded

elt  load  limi

protection [

produce non

of  timely de

ort  duration 

ironment for

onstant dep

eview of fiel

ed the torsiot  allowed  the amount oft with  the ap

model year lout for the e injury meas

oad Limiter s

 

ect Frontal Im

the roadway le’s  frontal aSee  Fig.  33).in) (See Fig.iver was 185

of Load Limit

P  test  (NHTSnd  deltaV  of428 mm (16.9d ATD injury 

IV

ters used  in

6].  A review

n‐injurious  in

eployed  fron

crash  pulse

r the seatbe

loyment  thr

d accident d

on bar comphe  webbingf webbing thpproximately

Kia Spectra right front 5sures record

spooled out ≥

mpact 

after swervairbags  faile.    D‐ring  loa. 34).  In this5 cm (73 in) t

ter Belt Spoo

SA  #4864)  sf  approximat9 in) and 56measures w

V. DISCUSSIO

 conjunction

w of the case

njury measur

ntal airbags 

es,  no  vehicl

elt/airbag sys

resholds and

data indicate

ponent of thg  spool  to  rhat would bey 560 mm  (2

(NHTSA Tes50th percentilded by the AT

≥ 22”, No Air

ing to avoid ed  to deploy ad marks  ons case, the dall and weig

olout 

shows  a  drivtely  64  kph 8 mm (22.4 

were below IA

ON 

n with fronta

e series vehic

res.   The occ

and 12 o’clo

le  rotation, 

stem to wor

d without pr

es that 24% o

e  load  limiterotate  3  ½ e present on22  in) of  tra

t# 5906) demle male ATD.TD are below

rbag Deploy

Fig. 33

an animal anand  the  sea

n  the webbiriver’s injuriehed 82 kg (1

Fig

ver  and  righ(40 mph).   in) for the rARV values (S

al airbags ha

cle NCAP tes

cupants  in th

ock PDOFs.   

no  notable 

k together.   

ractical  limita

of vehicle inv

er to have etimes  durinn the spool wansfer marks

monstrates .  The ATD isw IARVs.   

yment)  

3.  Driver’s A

Not Deplo

nd ultimatelatbelt demoing  indicate es were fata180 lbs). 

g. 35.  Abrad

ht  front  seaThe  reporte

right front pSee Appendi

ave become 

sts supports 

hese tests ar

These barrie

intrusion,  a

 Seatbelt  loa

ations as  to

volved tow a

xperienced ng  torsion  bwith this sizs noted on  t

approximates again seen 

Airbag did  

oy 

y collided wionstrated cleshoulder  be

al and includ

ed D‐ring 

ated male  50ed  driver  loassenger.  Tx A). 

commonpla

the efficacy 

re consistent

er  impacts a

and  effective

ad  limiters a

  the extent 

away collisio

up bar ed he 

ely to 

ith ear elt ed 

0th ad he 

ace 

of 

tly 

are 

ely 

are 

of 

ons 

IRC-15-21 IRCOBI Conference 2015

- 123 -

Page 11: Assessing the Effects of Limiting on - IRCOBI · 1.5 mph). S g. 3). With the forward Fig. 2. pact Orient A study of force (PDO ontal collisio at a signific stems (seat ash tests wi

and 42% of resulting MAIS 3+ injuries were attributable to occupants involved in multiple impact collisions [9].  

Moreover, 35% of the most common frontal crash mode  involve angular frontal  impacts with PDOFs different 

than the 12 o’clock PDOF seen in the full barrier crash tests [8].  Additionally, more than 50% of frontal collisions 

are described at offset as opposed to full width [8].  These real world type crashes will include not only multiple 

type impacts, but longer duration crash pulses, vehicle rotations, and impact force directions that will move the 

occupant  away  from  the  centerline of  the  airbag.   These  real world  crashes will  also often  result  in  varying 

degrees of intrusion, all of which greatly enhance the risk of excursion related injuries that may, or may not be, 

alleviated by the frontal airbag.   

The  case  series  reviewed  included  cases  that  were  selected  targeting  these  specific  types  of  kinematic 

phenomenon  that  differentiate  these  real  world  collisions  from  the  NCAP  tests  in  terms  of  both  collision 

characteristics as well as occupant size versus NCAP employed ATDs.   While  the NCAP events are  full  frontal 

with  50th  percentile  ATDs,  limited  to  no  intrusion  and  well  performing  airbags  with  predictable  occupant 

kinematics,  the  included  case  series  specifically  targeted  inclusion  of  case  studies  wherein  various  sized 

occupants were  seen  to  experience  significant  forward  excursion, while  spooling  out  load  limiter  provided 

shoulder belt webbing, such that injurious contact with vehicle interior structures was allowed.   

In  Field  Cases  1 &  2,  the  load  limiter  spoolout  observed was  similar  to  that  observed  in  the NCAP  test, 

however,  vehicle  intrusion  and/or  oblique  angles  of  impact  force  contributed  to  injurious  vehicle  interior 

contacts.  In Field Cases 4, 5 & 6, field load limiter spoolout was observed to be significantly more, in Cases 4 & 

6 nearly twice, than that observed in the NCAP test environment.  In Field Case 4, this was likely due to multiple 

impact circumstance providing two load limiter deploying events in addition to a second event having occurred 

with  a  previously  deployed  airbag.    This  case  also  included  a  183  cm  (72  in),  109  kg  (240  lb)  occupant  as 

compared to the 175 cm  (69  in), 78 kg  (172  lbs) HIII ATD used  in the NCAP tests.   The  larger occupant will of 

course provide a greater force demand on the load limiter. 

Field Case 6, although having a similar sized occupant to the HIII ATD, nearly twice the amount of load limiter 

spoolout was observed  than  that  reported  in  the NCAP  test.   This case again, however,  involves a previously 

deployed airbag  that would have been  less  than optimally  inflated at  the  time of  the  load  limiter deploying 

impact.   Field Case 5 & 7 again highlight  the  importance of occupant‐to‐airbag  interaction such  that  in  these 

studies the airbag did not deploy at all and the load limiter spoolout was again seen to be significantly greater 

than that observed in the NCAP test.  This is true with both the larger occupant in Field Case 5 (111 kg/244 lbs) 

as well as in the closer to the 50th percentile occupant in Field Case 7 (82 kg/180 lbs). 

 This  case  series  review  suggests  that  although  current  airbag/load  limiter  tuning  may  be  effective  in 

reducing  injury measures  in  the  NCAP  test  environment,  the  extent  of  belt  spoolout  allowed  when  other 

contributing factors described above are present may result  in  injurious occupant excursions and contacts.   In 

these cases, the occupant was rarely seen to move forward into the center of a timely deployed frontal airbag 

and  illustrate specific circumstances  in which occupant forward excursion with  load  limited restraints allowing 

injurious  contact  with  vehicle  interior  structures.    These  cases  demonstrated  characteristics  that  are  not 

typically observed in full frontal tests such as those of NCAP.  Any reduction in chest injury measures provided 

by the load limiter must be balanced against risk of excursion related injuries.  In the case series, these injuries 

are significantly affected by the occupants’ interaction with the airbag.  Non‐injurious load limiter spoolout in an 

NCAP  environment  is  seen  in  the  case  series  to  become  injurious with  intrusion  and/or  oblique  or  angled 

kinematics.    The  case  series  also  suggests  that  forward  kinematics,  typically  seen  to be non‐injurious  in  the 

NCAP environment, can result  in significantly  increased  load  limiter spoolout  in multiple  impact circumstances 

or failure to deploy circumstances.   

 

Limitations of Analysis 

This study specifically intended to seek out and present cases that illustrate when forward excursion allowed by  load  limiters  can  be  problematic.    As  such,  the  results  are  not  intended  to  suggest  that  any  additional forward excursion allowed by the  inclusion of a  load  limiter  in a particular broadly described crash mode (e.g. frontal impacts) would be undesirable, but rather highlights and describes kinematics that may be observed in specific circumstances.  

  

IRC-15-21 IRCOBI Conference 2015

- 124 -

Page 12: Assessing the Effects of Limiting on - IRCOBI · 1.5 mph). S g. 3). With the forward Fig. 2. pact Orient A study of force (PDO ontal collisio at a signific stems (seat ash tests wi

V. REFERENCES 

[1] NHTSA, “Lives Saved by the Federal Motor Vehicle Safety Standards and Other vehicle Safety Technologies, 

1960‐2002”, DOT HS 809 833, October 2004.  

[2] NHTSA, “The New Car Assessment Program Suggested Approaches for Future Program Enhancements”, DOT 

HS 810 698, January 2007.  

[3] Sohr, S, Heym, A. “Benefit of Adaptive Occupant Restraint Systems with Focus on the New US‐NCAP Rating 

Requirements,” 21st  International Technical Conference on  the Enhanced Safety of Vehicles  (ESV), Paper 

Number 09‐0322, June 15‐18, 2009. 

[4] NHTSA, “The NCAP Test Improvements with Pretensioners and Load Limiters,” Evaluations Note, DOT HS 809 

563, March 2003. 

[5] Brumbelow, M, Baker, B, Nolan, J.  Insurance Institute for Highway Safety (IIHS).  “Effects of Seat Belt Load 

Limiters on Driver Fatalities in Frontal Crashes of Passenger Cars,” 20th International Technical Conference 

on the Enhanced Safety of Vehicles (ESV), Paper Number 07‐0067, June 18‐21, 2007.  

[4] NHTSA, “The NCAP Test Improvements with Pretensioners and Load Limiters,” Evaluations Note, DOT HS 809 

563, March 2003. 

[6] Kahane, C. “Effectiveness of Pretensioners and Load Limiters for Enhancing Fatality Reduction by Seat Belts,” 

NHTSA, DOT HS 811 835, November 2013. 

[7] NHTSA Vehicle Research and Test Center  (VRTC).   “2005 Honda Odyssey  into a High Resolution Load Cell 

Barrier,” NHTSA Test #6946, Test Date: May 13, 2010. 

[8] Sullivan, K, Henry, S, and Laituri, T.  "A Frontal Impact Taxonomy for USA Field Data," Society of Automotive 

Engineers (SAE) World Congress, Paper SAE 2008‐01‐0526, 2008. 

[9]  Digges,  K,  Bahouth,  G.  “Frequency  of  Injuries  in  Multiple  Impact  Crashes,”  47th  Annual  Proceedings 

Association for the Advancement of Automotive Medicine (AAAM), September 22‐24, 2003. [10] Meyer, S, Hock, D, Oliver, A, Herbst, B. “Forensic Analysis of Belt Use Evidence in Rollover Crashes:  A 

Methodology,” Proceedings of the ASME 2010 International Mechanical Engineering Congress & Exposition, Paper IMECE2010‐37925, November 12‐18, 2010. 

[11] Jenkins, J, Steffens, C, Turvill, W. “Forensic Analysis of Seat Belt Retractor Torsion Bars,” SAE World Congress, Paper SAE 2009‐01‐1242, 2009. 

[12] Insurance Institute for Highway Safety Crashworthiness Evaluation.  “Crash Test Report 2009 Toyota Yaris,” 

Test CF09001B, Test Date: February 10, 2009. 

IRC-15-21 IRCOBI Conference 2015

- 125 -

Page 13: Assessing the Effects of Limiting on - IRCOBI · 1.5 mph). S g. 3). With the forward Fig. 2. pact Orient A study of force (PDO ontal collisio at a signific stems (seat ash tests wi

VI. APPEN

DIX A 

TABLE

 1 

NCAP & Field Case Data 

Field 

Case 

/ Test # 

NCAP Vehicle 

(Equivalent 

Model Years), 

Field Veh

icle 

ATD

 Size & 

Max Belt Load

s (Shoulder / Lap) 

Injury M

easurements 

NCAP Belt Spoolout 

Field Case 

Spool 

out 

Occupan

t Location/ 

Gender/ 

Stature 

Injury 

Accident 

Data 

Field 

Case #1

 / 

NHTSA 

#5677 

2007 Toyota 

Yaris, 

(2006‐2009), 

2007 Toyota 

Yaris 

LF, 50th M

 ATD

: 3743 N / 6935 N 

RF, 50th M

 ATD

: 4125 N / 9815 N 

LFRF

HIC

427

485

Chest 

Accel 

45 g 

48 g 

Chest 

Defl 

22

mm 

25 

mm 

Not Reported 

Video

 Analysis indicates: 

LF: ~13” (~330 m

m) spoolout

12” 

(304 m

m) 

LF, 

M, 

5’10”, 

170‐180# 

Skull 

fractures & 

permanen

t brain 

injuries 

Left Offset, 

~‐10 to ‐15⁰ 

PDOF, 

~42 m

ph ΔV 

Field 

Case #2

 /  

NHTSA 

#6766 

2010 Kia Forte 

4‐dr, 

(2009‐2012), 

2010 Kia Forte 

2‐dr 

LF, 50th M

 ATD

: 7298 N / 8686 N 

RF, 50th M

 ATD

: 6819 N / 9397 N 

LFRF

HIC

332.8

461.9

Chest 

Accel 

43.7 g 

38.3 g 

Chest 

Defl 

27.6 

mm 

30.9 

mm 

 

 LF 

RF 

Pretens 

1.3” 

(34 m

m) 

1.1” 

(29 m

m) 

Spool 

out 

9.5” 

(34 + 207 

mm) 

9.4+”

(29 + 211 m

before 

exceed

ing 

Potentiometer) 

 

All 

available 

web

bing:

~11”  

(~280 

mm) 

RF, 

F, 

4’11”‐5’, 

251# 

Fatal head 

injuries 

Left Offset 

Field 

Case #3

 /  

NHTSA 

#4266 

2003 Toyota 

Corolla 4‐dr, 

(2003‐2006), 

2005 Toyota 

Corolla 4‐dr 

LF, 50th M

 ATD

: 4887 N / 7610 N 

RF, 50th M

 ATD

: 4886 N / 8263 N 

LFRF

HIC

435.5

391.9

Chest 

Accel 

42.4 g 

41.4 g 

Chest 

Defl 

28.7 

mm 

22.1 

mm 

 

 LF 

RF 

Pretens 

1.9” 

(48 m

m) 

2.2” 

(55 m

m) 

Spool 

out 

7.6”

(48 + 146.3 

mm) 

10.9” 

(55 + 222.5 m

m) 

 

~12” 

(300 m

m) 

LF, 

M, 

5’9‐10”, 

165‐180# 

Traumatic 

and 

permanen

t brain 

injuries 

Right 

Offset, 

Forw

ard & 

significantly 

to Right  

PDOF, 

~35 m

ph ΔV 

Field 

Case #4

 / 

NHTSA 

#5587 

2005 Toyota 

Prius, 

(Gen 2: ’03‐09) 

(Gen 3: ’10‐15), 

2010 Toyota 

Prius 

LF, 50th M

 ATD

: 6500 N / 9311 N 

RF, 50th M

 ATD

: 5749 N / 9175 N 

LFRF

HIC

511.2

430.9

Chest 

Accel 

45.8 g 

45.7 g 

Chest 

Defl 

24.7 

mm 

24.7 

mm 

 

 LF 

RF 

Pretens 

1.9” 

(47 m

m) 

1.7” 

(44 m

m) 

Spool 

out 

12.8”

(47 + 278 

mm) 

Channel failed 

after ~1.7” (44 

mm) of spoolout 

 

~23” 

(590 m

m) 

LF, 

M, 

6’, 

252# 

Fatal head, 

chest & 

abdominal 

trauma 

Multiple 

frontal 

impacts, 

both 

~30mph ΔV, 

Prior Airbag 

Dep

loym

ent 

Field 

Case #5

 / 

NHTSA 

#6291 

2008 M

ini 

Cooper 2‐dr, 

(2007‐2010), 

2010 M

ini 

Cooper 

Clubman

 

LF, 50th M

 ATD

: 4935 N / 8868 N 

RF, 50th M

 ATD

: 4555 N / 8908 N 

LFRF

HIC

379.4

622.2

Chest 

Accel 

47.7 g 

45.9 g 

Chest 

Defl 

27.1 

mm 

31.8 

mm 

 

Not Reported 

Video

 Analysis indicates: 

LF: ~2” (~51 m

m) pretens & 

~13” (~330 m

m) spoolout

~17” 

(432 m

m) 

LF, 

M, 

6’, 

244# 

Fatal, 

Multiple 

skull 

fractures 

Left Offset, 

Left PDOF, 

Mid 30’s 

mph ΔV, 

No Airbag 

Dep

loym

ent 

IRC-15-21 IRCOBI Conference 2015

- 126 -

Page 14: Assessing the Effects of Limiting on - IRCOBI · 1.5 mph). S g. 3). With the forward Fig. 2. pact Orient A study of force (PDO ontal collisio at a signific stems (seat ash tests wi

/ C C

 Vi d

Field 

Case 

/ Test # 

NCAP Ve

(Equiva

Model Ye

Field Ve

Field 

ase #6

 / 

NHTSA 

#5906 

2007 K

Spectra 4

(2004‐20

2008 K

Spectra 

Field 

ase #7

 / 

NHTSA 

#4864 

 

2004 M

a4‐dr

(2003‐20

2005 M

a4‐dr

deo

 Analysis 

Field Case # 1  ~e

hicle 

lent 

ears), 

hicle 

ATD

 Siz

Max Belt 

(Shoulder

Kia 

4‐dr, 

008), 

Kia 

4‐dr 

LF, 50th M

5088 N / 7

RF, 50th M

2531 N / 6

zda 3 

,  008), 

zda 3 

LF, 50th M

3587 N / 8

RF, 50th M

3779 N / 9

1 / NHTSA #5677 2

~ 330 m

m (~13”) Bze

 & 

Load

s r / Lap) 

Injury M

M ATD

: 7144 N 

M ATD

: 6172 N 

HIC

Chest 

Accel 

Chest 

Defl 

M ATD

: 8580 N 

M ATD

: 9396 N 

HIC

Chest 

Accel 

Chest 

Defl 

2007 Toyota Yaris

Belt Spoolout 

Measurements 

LFRF

500.5

344.2

43.3 g 

38.6 g 

25.7 

mm 

25.4 

mm 

LFRF

498.7

296.3

45.1 g 

48.3 g 

21.2

mm 

24.4

mm 

 

s NCAP,  

NCAP Be

Not R

Video

 Analy

RF: ~2.5” (~64

~11.5” (~292

 LF 

Pretens 

0.0”

(0 m

m)

Spool 

out 

16.9”

(428 m

mlt Spoolout 

eported 

ysis indicates: 

4 m

m) pretens & 

2 m

m) spoolout RF 

) 0.0” 

(0 m

m) 

m) 

22.4”

(568 m

m)

 

Field Case #5

 /~ 3

Field Case 

Spool 

out 

~22” 

(560 m

m) 

≥ 22” 

(~560 

mm) 

/ NHTSA #6291 20

330 m

m (~13”)  Be

Occupan

t Location/ 

Gender/ 

Stature 

In

RF, 

M, 

5’ 9

‐10”, 

165‐170# 

Nfra

quad

LF, 

M, 

6’1”, 

180# 

Finj

Inc

mf

fra

008 M

ini Cooper 

elt Spoolout 

njury 

Acciden

Data 

Neck 

ctures, 

driplegia 

Multiple

frontal 

impacts

Prior Airb

Dep

loym

e

Fatal 

juries, 

cluding 

ultiple 

facial 

actures 

Narrow

object 

frontal 

impact,

No Airba

Dep

loym

e

NCAP,  

t  e  s, 

bag 

ent 

w  ,  ag 

ent 

 

IRC-15-21 IRCOBI Conference 2015

- 127 -

Page 15: Assessing the Effects of Limiting on - IRCOBI · 1.5 mph). S g. 3). With the forward Fig. 2. pact Orient A study of force (PDO ontal collisio at a signific stems (seat ash tests wi

 

Field Case #6

 / 

 ~ NHTSA #5906 20

64 m

m (~2.5”) Be007 Kia Spectra 4‐

elt Pretension 

dr Sedan,  

Field Case #6

 / N

 ~ 2N

HTSA #5906 200

292 m

m (~11.5”) B07 Kia Spectra 4‐d

Belt Spoolout 

 r Sedan,  

IRC-15-21 IRCOBI Conference 2015

- 128 -

Page 16: Assessing the Effects of Limiting on - IRCOBI · 1.5 mph). S g. 3). With the forward Fig. 2. pact Orient A study of force (PDO ontal collisio at a signific stems (seat ash tests wi

 

IIHS 2007 Toyota Yaris

V

s Moderate O

VII. APPENDIX

Overlap Fron

X B 

ntal, ~ 406 mm (~16”) Bellt Spoolout  

IRC-15-21 IRCOBI Conference 2015

- 129 -