Berichte der Bundesanstalt für Straßenwesen, Reihe F: Fahrzeugtechnik
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Von der Bundesanstalt für Straßenwesen (BASt) und dem Rheinisch-Westfälischen TÜV wurde 1988/89 eine Pilotstudie zum Einfluss der Korrosion auf die passive Sicherheit von Pkw bei drei unterschiedlichen Fahrzeugtypen durchgeführt. Es wurde je ein dem Alter entsprechend durchschnittlich durch Korrosion geschädigtes älteres und ein möglichst gering geschädigtes jüngeres Fahrzeug bezüglich des Korrosionszustandes vermessen und im Aufprallversuch getestet. Bei den von der BASt durchgeführten Wandaufpralltests versagten insbesondere bei den älteren Fahrzeugen sicherheitsrelevante Fahrzeugteile. Es wurde daraufhin beschlossen, die Pilotstudie mit der vorliegenden zweiten Untersuchung unter den folgenden zwei Vorgaben fortzuführen: - Verbreiterung der Datenbasis von Tests mit weiteren Fahrzeugtypen mit starker Korrosion. - Prüfung von Fahrzeugen des gleichen Typs wie in der Pilotstudie, jedoch sollten an ihnen Korrosionsschutzmaßnahmen verwirklicht sein, welche die Automobilindustrie mit Beginn der 80er Jahre in die Fertigung eingeführt hatte. Die stark korrodierten Fahrzeuge der jetzt vorliegenden Untersuchung zeigten ein ähnliches Versagensspektrum wie die stark korrodierten Fahrzeuge der Pilotstudie. An den korrosionsgeschützten und auch jüngeren Nachfolgemodellen der Fahrzeuge der Pilotstudie konnte kein korrosionsbedingter Einfluss auf die passive Fahzeugsicherheit mehr gefunden werden.
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Der Anteil von Geländefahrzeugen an der Gesamtzahl von Personenkraftwagen betrug im Juli 1991 in den alten Bundesländern ca. 1,1 Prozent. Nach eigenen Erhebungen sind etwa 62 Prozent der Geländefahrzeuge mit einem Frontschutzbügel ausgestattet. Der Bundesminister für Verkehr hat die BASt beauftragt zu prüfen, ob solche Konstruktionen einen Einfluss auf die Verletzungen bei Kollisionen mit Fußgängern und Zweiradbenutzern haben. Dazu wurde das Datenmaterial der Unfallerhebung der Medizinischen Hochschule Hannover ausgewertet und die um fahrzeugtechnische Angaben ergänzten Unfalldaten aus Nordrhein-Westfalen betrachtet. Weiterhin wird von Komponententests berichtet, die den Anprall menschlicher Körperteile an das Fahrzeug simulieren. Mit den Ergebnissen dieser Untersuchung wurde ein Frontschutzbügel hergestellt, der weniger aggressiv gegenüber ungeschützten Verkehrsteilnehmern ist. Zur Quantifizierung der Gefährdung von Fußgängern wurden zwei gängige Geländefahrzeugtypen mit und ohne Frontschutzbügel gemäß dem Prüfvorschlag der EEVC-WG 10 zur Bestimmung der Fußgängerverträglichkeit von Pkw-Frontflächen getestet. Die Ergebnisse aus den Versuchsreihen wurden mit Ergebnissen aus Versuchen an normalen Pkw verglichen.Es kann festgestellt werden, dass bei einem Unfall mit Kopfanprall eines Kindes an ein mit Frontschutzbügel ausgestattetes Geländefahrzeug bei 20 km/h mit gleichen Kopfbelastungen zu rechnen ist, wie bei einem Unfall mit 30 km/h mit einem Geländefahrzeug ohne Frontschutzbügel, beziehungsweise mit 40 km/h mit einem normalen Pkw. Für den Hüftanprall eines Erwachsenen an die Haubenkante ist bei einer Fahrzeuggeschwindigkeit von 25 km/h bei einem Fahrzeug mit Frontschutzbügel mit gleichen Belastungen zu rechnen, wie bei einem Unfall mit einem Fahrzeug ohne Frontschutzbügel bei 40 km/h (Pkw oder Geländewagen). Für die Belastungen des Knies eines Erwachsenen lässt sich keine Verschlechterung durch montierte Frontschutzbügel ableiten.
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Das Auto gerät zunehmend in das Spannungsfeld zwischen dem Bedürfnis nach Mobilität und dem Umweltschutz. Viele Maßnahmen zur Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs und der Schadstoffemission wurden bereits ergriffen. Nunmehr wird auch dem Rollwiderstand der Bereifung Beachtung geschenkt. Dem Autofahrer werden von mehreren Reifenherstellern sogenannte "rollwiderstandsarme" Reifen angeboten. In den Werbeaussagen der Hersteller wird eine Reduzierung des Rollwiderstandes mit bis zu 30 Prozent angegeben und eine Kraftstoffersparnis von bis zu 5 Prozent versprochen. Durch die Untersuchung der Bundesanstalt für Straßenwesen sollte diese Aussage überprüft werden. Dabei wurden im Prüfstand Fahrzeug/Fahrbahn ingesamt jeweils drei Reifen von drei Herstellern in zwei Reifengrößen (175/70 R13 T und 195/65 R15 H/V) als Normalversion und als rollwiderstandsarme Ausführung bei unterschiedlichen Geschwindigkeiten getestet. Gemessen an den Werbeaussagen konnte lediglich bei einem Reifenhersteller das gesteckte Ziel annähernd erreicht werden.
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Die Schwingungsdämpfer von Pkw werden in Deutschland bei der regelmäßigen technischen Überwachung im Rahmen der Hauptuntersuchung nach Paragraph 29 StVZO überprüft. In eingebautem Zustand werden sie dabei im wesentlichen nur einer Sichtkontrolle unterzogen, bei der die Dichtigkeit der Dämpfer und ihre äußerliche Unversehrtheit beurteilt werden. Ziel der Untersuchung war die Klärung der Frage, ob die Notwendigkeit einer aussagekräftigeren Kontrolle der Schwingungsdämpfer bei der regelmäßigen technischen Überwachung von Kraftfahrzeugen besteht, da die objektive Messung der Dämpferleistung problematisch ist und der Nutzen einer solchen Maßnahme bisher nicht quantifiziert werden kann. Objektive Prüfergebnisse an Schwingungsdämpfern sind jedoch nur in ausgebautem Zustand zu erhalten. Durch die Untersuchung sollte über eine "Ist-Zustands-Prüfung" von im Verkehr befindlichen Pkw und eine darauf aufbauende Hochrechnung der Anteil der Fahrzeuge, die mit defekten Dämpfern fahren, festgestellt werden. Die Auswertung der Reihenuntersuchung ergab, dass von 5.749 untersuchten Pkw 450 Pkw eine Fahrwerksbeurteilung erhielten, nach der an mindestens einem Rad der prüfstandspezifische Grenzwert nicht eingehalten wurde, was in der Regel auf einen defekten Dämpfer zurückzuführen ist. Dies entspricht hochgerechnet einem Anteil von 7,8 Prozent der zugelassenen Pkw. Folgt man den durch die Reihenuntersuchung ermittelten Ergebnissen und den bisher diskutierten Grenzwerten von 50 Prozent für die Restwirkung der Dämpfer, so würde die Einführung einer obligatorischen Dämpferprüfung zu erheblichen Kosten führen, deren Nutzen jedoch aufgrund fehlender Angaben derzeit nicht festgestellt werden kann. In Anbetracht der Unsicherheiten bezüglich des Einflusses defekter Schwingungsdämpfer auf das Unfallgeschehen und der ermittelten Defektrate konnte die Einführung einer obligatorischen Prüfung auf einem Prüfstand im Rahmen der regelmäßigen Hauptuntersuchung nicht abschließend bewertet werden.
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In der Europäischen Gemeinschaft werden derzeit jährlich ca. 50.000 Menschen bei Verkehrsunfällen getötet, ca. 10.000 davon als Fußgänger. Von den 10.600 (1992) in der Bundesrepublik Deutschland bei Straßenverkehrsunfällen Getöteten waren 1.800 Fußgänger (etwa 17 Prozent). Problemgruppen bei Fußgängerunfällen bilden die Kinder wegen ihrer hohen Unfallhäufigkeit und alte Personen wegen ihrer hohen Unfallschwere. Kopfverletzungen sind die häufigste Todesursache bei Fußgängerunfällen. Eine Verringerung der Unfallschwere kann - außer durch Verminderung von Fahr- beziehungsweise Aufprallgeschwindigkeiten der Fahrzeuge - nur durch konstruktive Eingriffe an der vorderen Fahrzeugaußenkontur oder dem Unterbau von Pkw erfolgen. Dazu ist es notwendig, einheitliche Prüfverfahren für die Beurteilung der "Fahrzeugaggressivität" gegenüber Fußgängern bereitzustellen. Die Ableitung eines Prüfvorschlages zur Simulation des Kopfaufpralls auf Fronthauben von Pkw beim Fußgängerunfall, unterteilt in Kopfaufpralltests für Erwachsene und Kinder, ist Gegenstand dieser Arbeit. Es werden, ausgehend von einer Analyse der Unfallstatistik, der Entstehungsmechanismus von Kopfverletzungen erklärt, die für ein Prüfverfahren notwendigen Eingangsparameter (Masse, Geschwindigkeit, Aufprallstellen am Fahrzeug etc.) abgeleitet und die Ergebnisse der gewählten Prüfkörpertestmethode mit Ergebnissen von Leichenversuchen verglichen. Eine Kosten-/Nutzen-Betrachtung am Schluss der Arbeit zeigt, dass sich bei nur geringen Kosten ein volkswirtschaftlicher Nutzen durch eine allgemeine Anwendung des Prüfverfahrens mit ca. 270 Millionen DM allein in der Bundesrepublik Deutschland pro Jahr erzielen ließe.
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Testverfahren zur Bewertung und Verbesserung von Kinderschutzsystemen beim Pkw-Seitenaufprall
(2003)
Die gegenwärtige europäische Regelung zur Prüfung und Zulassung von Kinderschutzsystemen (KSS) für Pkw (ECE-R44-03) beinhaltet dynamische Tests zur Frontal- und Heckaufprallsimulation. Der Seitenaufprall ist bisher nicht berücksichtigt, obwohl die Verletzungsschwere und die Folgekosten groß sind. Im Gegensatz zum Frontal- und Heckaufprall ist der Seitenaufprall gekennzeichnet durch eine direkte Lasteinleitung durch intrudierende Strukturen. Das Kinderschutzsystem und das Kind werden durch große Kontaktkräfte direkt beaufschlagt. Verletzungen des Kopfes und Halsbereichs von Kindern in KSS sind hierbei häufig und schwer. Seit 1993 beschäftigt sich daher eine ISO-Arbeitsgruppe (International Standardization Organisation) mit der Entwicklung eines Testverfahrens zur Prüfung von KSS beim Seitenaufprall. Die Ziele und entsprechende Ideen sowie Konzepte beteiligter Parteien sind bis heute kontrovers, so dass bisher keine endgültige Einigung im Rahmen der Arbeitsgruppe erzielt werden konnte. Ziel der vorliegenden Arbeit als Abschluss eines Projekts der BASt (Bundesanstalt für Straßenwesen) und dem Fachgebiet Kraftfahrzeuge der TU Berlin ist es, die komplexe Problematik zu dem Thema umfassend darzustellen und gleichzeitig einen ganzheitlichen Lösungsvorschlag anzubieten. Hierzu sind die Teilergebnisse der ISO-Arbeitsgruppe im ersten Schritt strukturiert und analysiert worden. Wissenslücken wurden detektiert und in einem weiteren Schritt beseitigt. Alle Teilergebnisse wurden im Rahmen der ISO-Arbeitsgruppe präsentiert, diskutiert und größtenteils auch akzeptiert. Der aktuelle Stand der ISO-WG1 ist somit maßgeblich von den hier erzielten Ergebnissen beeinflusst. Als Kern der vorliegenden Arbeit ist an der TU Berlin das Konzept für ein Testverfahren entwickelt, umgesetzt und geprüft worden. Die wesentlichen Parameter des realen Seitenaufpralls wie: - Beschleunigungsniveau des gestoßenen Pkw, - Delta-v des gestoßenen Pkw, - Maximalintrusion beim gestoßenen Pkw sowie - die maximale Intrusionsgeschwindigkeit im Kopfbereich sind wiedergegeben. In Abgrenzung zu aktuellen, komplexen Schlittentestverfahren, die z.B. zur Entwicklung von Seitenairbags dienen, ist die statische und dynamische Intrusionsgestalt einer realen Pkw-Seitenstruktur hingegen stark vereinfacht, aber ausreichend dargestellt. Die Ergebnisse zeigen, dass es prinzipiell möglich ist, das Schutzpotential von rückwärtsgerichteten sowie vorwärtsgerichteten KSS mit dieser Prozedur zu analysieren. Die Seitenaufprallabbildungsgüte ist hoch bei einer gleichzeitig sehr guten Reproduzierbarkeit der Messergebnisse. So zeigen die Tests, dass die Kinematik des Kopf- und Halsbereichs im Wesentlichen von der Gestalt des KSS im Seitenbereich abhängig ist. Ausreichend große Seitenwangen können den Kopf flächig stützen und vermeiden so den direkten Kontakt zu intrudierenden Strukturen. Gleichzeitig wird die starke laterale Inklination der Halswirbelsäule reduziert. Die Belastungen am Kopf sind aber bei allen getesteten KSS hoch und liegen deutlich oberhalb diskutierter Grenzwerte. Bei genauer Betrachtung der KSS-Seitenwangenpolsterung fällt auf, dass diese entweder gar nicht oder nur rudimentär vorhanden ist. Modifikationen, die abschließend an KSS vorgenommen wurden, zeigen aber auf, dass bereits durch einfache technische Maßnahmen die Belastungen im Kopfbereich signifikant gesenkt werden können. Das mit dieser Arbeit vorgelegte Testverfahren bietet KSS-Herstellern wie auch dem Gesetzgeber die Möglichkeit, Schwächen von KSS aufzudecken und Modifikationen zielgerichtet durchzuführen. Durch die Berücksichtigung des realen Seitenaufpralls ist gewährleistet, dass alle Optimierungen seitens der KSS-Hersteller auch positiven Einfluss auf die passive Sicherheit von Kindern in Pkw haben können. Eine maximale Reduktion der schwer bzw. tödlich verletzten Kinder als Pkw-Insassen in Höhe von ca. 10% ist bei 100%-iger Marktdurchdringung mit optimal gestalteten Produkten realistisch. Dies entspricht einer Verringerung der Anzahl getöteter Kinder um ca. 10 sowie schwerverletzter Kinder um ca. 200 pro Jahr in Deutschland.
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Insbesondere auf Landstraßen, das heißt außerorts ohne Bundesautobahnen, hat sich in den letzten Jahren ein deutlicher Rückgang bei den Unfällen mit Pkw gezeigt. Von 2001 bis 2005 ist die Zahl der bei Landstraßenunfällen Getöteten von 4.481 auf cirka 3.230 zurückgegangen. Als eine wesentliche Ursache für diese positive Entwicklung wird die stetige Verbesserung der aktiven und passiven Sicherheit von Fahrzeugen angesehen. In der vorliegenden Arbeit wurde untersucht, inwieweit sich in der amtlichen Unfallstatistik Belege für diese Vermutung finden lassen. Ob die Wirkung straßeninfrastrukturseitiger Maßnahmen auf Landstraßenunfälle mit dem gewählten Ansatz analog nachweisbar ist, wurde ebenfalls betrachtet. Der Einfluss fahrzeugseitiger Maßnahmen auf das Unfallgeschehen wurde zum einen für drei Systeme der aktiven Fahrzeugsicherheit Fahrdynamikregelungen (ESP), Bremsassistenten (BAS) und Gasentladungsscheinwerfer (XENON) Ń ermittelt. Zum anderen wurden Verbesserungen der passiven Fahrzeugsicherheit, wie Airbags oder auch die Einführung von Vorschriften zum Beispiel für Frontal- und Seitenaufprall, als Gesamtpaket betrachtet. Darüber hinaus wurden Einflussmöglichkeiten verbesserter Straßeninfrastruktur beziehungsweise -ausstattung erörtert. Für die ausgewählten Sicherheitseinrichtungen wurden geeignete Teilmengen aus dem Unfallgeschehen ausgewählt, bei denen sich der Einfluss der Fahrzeugtechnik erwarten lässt. Diese wurden dann mit Unfallsituationen verglichen, in denen die Maßnahmen keine Wirkung zeigen sollten. Im Einzelnen konnten folgende Ergebnisse aus den Auswertungen des Unfallgeschehens abgeleitet werden: Die Zahl der Unfälle in ESP-relevanten Situationen ist bei neuen Fahrzeugen, in denen ESP zu einem hohen Anteil verbaut ist, deutlich und überproportional zurückgegangen. Hier ist zwischen den Jahren 2000 und 2005 ein Rückgang der Landstraßenunfälle mit Personenschaden und der schwerwiegenden Unfälle mit Sachschaden in Höhe von 28 % eingetreten. Der positive Effekt des ESP zeigt sich auch an der Zahl der schweren Personenschäden (Getötete und Schwerverletzte). Insgesamt ergibt sich für den Rückgang der schweren Personenschäden in ESP-relevanten Situationen auf Landstraßen unter Berücksichtigung der Unfälle älterer Pkw sowie der Unfälle in Vergleichssituationen ein Wert von 13 %. Das Unfallgeschehen in BAS-relevanten Situationen hat sich sowohl für Neufahrzeuge als auch für ältere Fahrzeuge gleichermaßen, aber überproportional verbessert (-31 % Unfälle für BAS-relevante Situationen gegenüber -20 % für nicht BAS-relevante). Ein Sicherheitsvorteil allein durch BAS lässt sich mit den vorliegenden Zahlen somit nicht eindeutig nachweisen. Dass auch ältere Fahrzeuge in der BAS-Situation einen starken Rückgang aufweisen, deutet darauf hin, dass es neben dem BAS weitere Faktoren gibt, die diese Situation positiv beeinflussen, die aber nicht identifiziert sind. Hier könnte ABS, das in der gleichen Situation wirkt wie BAS und auch noch bei älteren Fahrzeugen wachsende Ausstattungsquoten zeigt, eine Rolle spielen. Rückgänge in den Unfallzahlen fallen für Neufahrzeuge in den XENON-relevanten Situationen etwas stärker aus als bei älteren Pkw (-34 % gegenüber -28 %). Daraus lassen sich, vermutlich bedingt durch die geringen Änderungen der Ausstattungsquote, jedoch in dieser Untersuchung keine Sicherheitsvorteile durch Gasentladungslicht ableiten, da der Rückgang gleichermaßen auch in der Vergleichssituation auftritt. Gleichzeitig deutet die Unfallentwicklung in Abhängigkeit vom Fahrzeugalter jedoch darauf hin, dass auch in der XENON-Situation andere Maßnahmen, die zum Beispiel der passiven Fahrzeugsicherheit zuzuordnen sind, wirksam sein müssen. Die Rückgänge der Unfallschwere (Anzahl der Getöteten und Schwerverletzten je 100 Pkw-Fahrer bei Unfällen mit Personenschaden) in Unfällen mit entgegenkommenden Fahrzeugen (relevante Situation für die passive Sicherheit) sind bei Fahrern von Neufahrzeugen am größten (-42 % gegenüber -14 % bei älteren Fahrzeugen). Dies zeigt eindeutig die Wirkung verbesserter Systeme der passiven Fahrzeugsicherheit wie Airbags, Gurtstraffer und -kraftbegrenzer sowie optimierte Fahrzeugstruktur beziehungsweise Fahrgastzelle. Deutliche Rückgänge in der Unfallschwere bei den sonstigen Unfällen von Neufahrzeugen zeigen, dass sich die ständig weiterentwickelte passive Sicherheit auch in anderen Unfallkonstellationen, wie zum Beispiel seitlichen Kollisionen, bewährt. Im Straßeninfrastrukturbereich besteht das Problem, dass die wesentlichen Informationen für den hier gewählten Ansatz zur Ermittlung des Einflusses von Maßnahmen auf das Unfallgeschehen nicht verfügbar sind. Dafür müssten zum einen Daten über die Menge der umgesetzten Maßnahmen im Zeitverlauf vorliegen; zum anderen müsste es eine Vergleichsgruppe geben (Unfälle, die durch die Maßnahme nicht beeinflusst wurden). Maßnahmen und Nicht-Maßnahmen müssten dabei räumlich und/oder zeitlich abgrenzbar sein. Es zeigt sich, dass diese Daten für die meisten Maßnahmen im Infrastrukturbereich nicht vorliegen, sodass mit Hilfe der amtlichen Unfallstatistik keine Untersuchungen zur Wirksamkeit durchgeführt werden können. Hier sind demnach andere Untersuchungsansätze anzuwenden.
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Studien zeigen, dass vom Fahren mit Licht am Tag ein Verkehrssicherheitsgewinn erwartet wird. Daher wird in Deutschland seit Oktober 2005 empfohlen, dass alle mehrspurigen Kraftfahrzeuge am Tag mit eingeschaltetem Abblendlicht oder speziellen Tagfahrleuchten (nach ECE-R87) fahren sollen. Tagfahrleuchten für mehrspurige Kraftfahrzeuge sind speziell auf die Erkennbarkeit des Kraftfahrzeuges ausgelegt und haben eine andere Abstrahlcharakteristik als Abblendlicht. Bei einer vermehrten Verbreitung von Tagfahrleuchten bei mehrspurigen Kraftfahrzeugen ist nicht ausgeschlossen, dass Motorräder im Vergleich zur heutigen Situation schlechter erkennbar sein werden, da Motorräder derzeit nicht mit Tagfahrleuchten ausgerüstet werden dürfen. Aus diesem Grund wurde in der vorliegenden Studie untersucht, inwieweit sich die Erkennbarkeit von Motorrädern gegenüber der derzeitigen Situation steigern lässt. Gleichzeitig sollte geklärt werden, ob Motorräder mit dem heutigen Signalbild am Tag (Abblendlicht) zukünftig schlechter erkennbar sein könnten. Folgende unterschiedliche Leuchtenkonfigurationen, die die Motorräder mit einem gesonderten oder angepassten Signalbild besser sichtbar und erkennbar machen sollen, wurden dafür an zwei verschiedenen Motorrädern montiert: Abblendlicht, Abblendlicht mit dauerhaft leuchtenden vorderen Fahrtrichtungsanzeigern, Tagfahrleuchten in Weiß, selective Yellow und Amber sowie weiße Tagfahrleuchten als Paar beziehungsweise mit größerer Lichtstärke. Im statischen Versuch wurden diese dann durch Probanden in verschiedenen realitätsnahen Verkehrssituationen vergleichend bewertet. Abschließend wurden Vorschläge für ein optimiertes vorderes Signalbild von Motorrädern und damit verbundene notwendige Vorschriftenänderungen erarbeitet. Die wichtigsten Ergebnisse für die Verbesserung des vorderen Signalbildes am Motorrad sind: • Eine Tagfahrleuchte nach ECE-R87 ist besser erkennbar als Abblendlicht. • Zwei Tagfahrleuchten sind besser erkennbar als eine Tagfahrleuchte. • Lichtstärkere Tagfahrleuchten sind auf größere Entfernung besser erkennbar als lichtschwächere Tagfahrleuchten, während Erkennbarkeitsunterschiede durch verschiedene Farben beziehungsweise Farbbereiche mit zunehmender Beobachtungsentfernung abnehmen. • Mehrspurige Fahrzeuge und ihre Beleuchtung hatten keinen Einfluss auf die Erkennbarkeitsbewertung der Motorräder. Als Konsequenz der Untersuchungsergebnisse zur Erkennbarkeit von Motorrädern sollte der Anbau von einer oder zwei Tagfahrleuchten nach ECER87 an Motorrädern erlaubt werden, um tagsüber mit eingeschalteten Tagfahrleuchten anstelle des Abblendlichts fahren zu können. Dadurch ist eine Verbesserung der Erkennbarkeit von Motorrädern am Tag möglich und zusätzlich kann der Energieverbrauch durch die Beleuchtung gemindert werden.
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Neben der zunehmenden Bedeutung der aktiven Sicherheit bleiben Maßnahmen der passiven Sicherheit bei der Entwicklung moderner Kraftfahrzeuge unabdingbar. Die Weiterentwicklung von Maßnahmen zum passiven Fußgängerschutz war zunächst größtenteils durch Verbraucherschutztests wie zum Beispiel Euro NCAP oder JNCAP getrieben und ist nun auch durch gesetzliche Regelungen verpflichtend geworden. Im vorangegangenen Forschungsprojekt der BASt FE 82.229/2002 Schutz von Fußgängern beim Scheibenaufprall ist die Grundlage eines modularen Prüfverfahrens für den Kopfaufprall im Bereich der Windschutzscheibe, bestehend aus einem Versuchs- und einem Simulationsteil, erarbeitet worden. Im Rahmen dieses Projektes wurde ein hybrides Testverfahren bestehend aus Versuch und Simulation ausgearbeitet, das den Bereich der Windschutzscheibe und dabei auch crashaktive Systeme wie Airbags berücksichtigt. Das Testverfahren kombiniert Komponentenversuche mit einem Simulationsteil, in dem Fahrzeug-Fußgänger-Simulationen und lmpaktorsimulationen durchgeführt werden. Zusätzliche Dummyversuche dienten zur Bewertung des Testverfahrens. Alle erarbeiteten virtuellen und realen Testmethoden wurden an einem Referenzfahrzeug (Opel Signum), welches repräsentativ für eine durchschnittliche Mittelklasselimousine steht, durchgeführt. Das Fahrzeug wurde mit einem Airbagsystem ausgerüstet und der Testprozedur mit und ohne diesem System vergleichend unterzogen. Innerhalb dieser Untersuchungen konnte gezeigt werden, dass neue Testmethoden unter Ausnutzung von Simulationen und Komponententests es erlauben, realistischere Versuchsbedingungen unter Berücksichtigung von potenziellen Kopfaufprallpositionen und -zeiten zu definieren. Dabei können sehr gute Übereinstimmungen zwischen Fußgängersimulation und Dummyversuch erreicht werden. Die Randbedingungen für den Kopfaufprall und die Aufprallzeit wurden durch den Einsatz von Fußgängermodellen ermittelt. Weiterhin ermöglichen die Simulationen, zusätzliche Einflussdaten wie Vektoren mit den Kopfaufprallgeschwindigkeiten und -winkeln zu bestimmen.
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Die hier vorgestellten Forschungsprojekte hatten die Aufgabenstellung, - sinnvolle Obergrenzen für den biogenen Blend-Anteil im Kraftstoff aus ökonomisch-technischer Sicht aufzuzeigen sowie - technische Anforderungen an Pkw aus Altbestand und Neufahrzeugen für den Betrieb mit solchen Kraftstoff-Blends zu untersuchen, insbesondere in Hinblick auf Aspekte der Dauerhaltbarkeit. Auf Basis einer umfangreichen Literaturrecherche wurden zunächst sinnvolle Beimischungen ermittelt, die in 5 Fahrzeugen (3 Otto-Pkw, 2 Diesel-Pkw) auf einem Abgasrollenprüfstand getestet wurden. Anschließend wurden zwei Fahrzeuge einer Dauerlaufuntersuchung (ca. 80.000 km) unterzogen. Hierbei wurden u. a. Emissionsverhalten, Kraftstoffverbrauch und Motorleistung bewertet und Motorölproben entnommen. Am Ende der Dauerlaufuntersuchungen wurden bei beiden Fahrzeugen Motor und Kraftstoffsystem sorgfältig inspiziert. Aus fahrzeugtechnischer Sicht begrenzen bei Biodiesel vor allem die Ölverdünnung sowie der Anstieg der NOx-Emissionen den maximal möglichen Beimischungsanteil. Bei Bio-Alkohol sind insbesondere die Materialverträglichkeit und der Kraftstoffverbrauch limitierende Faktoren für erhöhte Beimischungen. Obwohl die betrachteten Euro-5-Fahrzeuge nicht für den Betrieb mit erhöhten Beimengungen an Biokraftstoffen ausgelegt waren, wurden die maßgeblichen Grenzwerte für die limitierten Emissionen im Verlauf der Untersuchungen nicht überschritten. Mit Ausnahme von NOx bei den Dieselfahrzeugen wurden darüber hinaus sogar die Euro-6-Grenzwerte unterschritten.
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Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit den Auswirkungen alternativer Antriebskonzepte auf die Fahrdynamik von Pkw. Es werden einleitend die konventionellen und alternativen Antriebskonzepte sowie Unterschiede in Hinblick auf die Fahrdynamik herausgearbeitet. Die Ergebnisse einer Recherche zur Fahrwerksentwicklung von Hybrid- und Elektrofahrzeugen zeigen keine klaren Trends zu neuartigen oder geänderten Fahrwerkskonzepten, sodass auf eine getrennte Betrachtung von Fahrwerken für Fahrzeuge mit konventionellen und alternativen Antrieben verzichtet werden kann. Die erarbeiteten Unterschiede zwischen konventionellen und alternativen Antrieben zeigen, dass die Möglichkeit der Rekuperation von Hybrid- und E-Fahrzeugen insbesondere bei kombinierten Längs- und Querkräften zu deutlichen Auswirkungen auf die Fahrdynamik führen kann. Im nächsten Schritt werden daher Fahrmanöver zusammengestellt und in Bezug auf die Relevanz für die Rekuperation analysiert. Dabei erweist sich das nach DIN ISO 7975 genormte Fahrmanöver "Bremsen im Kreis" als zielführend, die Auswirkungen der Rekuperation auf die Fahrdynamik zu analysieren. Außerdem wird das Fahrzeugverhalten bei einer Geradeausbremsung und folgender Lenkanregung sowie bei einer Bremsung auf μ-Split untersucht, da auch hier Wechselwirkungen von Antrieb und Fahrwerk auftreten. Zur Beurteilung der Ergebnisse wird neben der Fahrstabilität auch die Wahrnehmbarkeit eines geänderten Fahrverhaltens betrachtet. Anhand einer Literaturrecherche wurde für die Giergeschwindigkeit ein Schwellwert von 3-°/s für die Wahrnehmbarkeit gefunden. Die Ergebnisse einer Simulationsstudie mit zwei Fahrzeugkonzepten (Front-/Heckantrieb) in den drei genannten Fahrmanövern zeigen, dass die Rekuperation in weiten Bereichen der Längsverzögerungen sinnvoll eingesetzt werden kann. Bei der Bremsung in der Kurve führt die Rekuperation an der Vorderachse zu einer deutlichen Reduzierung störender Fahrzeugreaktionen und kann auch bei höheren Querbeschleunigungen verwendet werden. Bei der Rekuperation an der Hinterachse kann es insbesondere auf Niedrigreibwerten bei Bremsungen in der Kurve zu kritischen Fahrzuständen kommen. Durch die Begrenzung des Rekuperationsmomentes bei großen Schlupfwerten kann die Stabilität des Fahrzeugs jedoch sichergestellt werden. Auch die Ergebnisse der Simulationen der anderen Fahrmanöver zeigen, dass bei geringen Schlupfwerten keine wahrnehmbaren fahrdynamischen Unterschiede festzustellen sind.
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Die verschärften Anforderungen an das Emissionsverhalten von Pkw und leichten Nutzfahrzeugen haben aufwändige Technologien erforderlich gemacht. Ein wesentlicher Bestandteil aktueller Abgasnachbehandlungssysteme ist der Katalysator. Wenn ein Katalysator beschädigt wird oder seine Wirksamkeit nachlässt, kann er durch einen Austauschkatalysator ersetzt werden. Austauschkatalysatoren, die im Zubehörmarkt angeboten werden, werden auf Basis der Regelung Nr. 103 der Wirtschaftskommission der Vereinten Nationen für Europa (UNECE - United Nations Economic Commission for Europe) genehmigt. Entsprechend dieser Regelung muss der Austauschkatalysator so beschaffen sein und so eingebaut werden können, dass das Fahrzeug den Vorschriften der Regelungen entspricht, die bei seiner Typprüfung zu Grunde gelegt worden sind. Außerdem müssen die Schadstoffemissionen während der gesamten normalen Lebensdauer des Fahrzeuges unter normalen Betriebsbedingungen wirksam begrenzt werden. Im Rahmen des Forschungsvorhabens wurde die Dauerhaltbarkeit von Austauschkatalysatoren untersucht. Als Testfahrzeug wurde ein VW Golf der Abgasstufe Euro 4 mit einem 1.4-l-Benzinmotor (55 kW) ausgewaehlt. Bei Beginn der Untersuchungen wies das Fahrzeug eine Laufleistung von 75.500 km auf. Das ausgewählte Fahrzeug war regelmäßig entsprechend den Herstellervorgaben gewartet worden. Im OBD-System waren keine abgasrelevanten Fehler abgelegt. Bei der Eingangsmessung des Fahrzeuges im Anlieferungszustand mit dem ursprünglich verbauten Katalysator wurden die anzuwendenden Euro 4-Grenzwerte deutlich unterschritten. Anschließend wurden ein Original-Austauschkatalysator, der in einer markengebundenen Fachwerkstatt, und 4 Katalysatoren, die verdeckt im freien Teilemarkt beschafft worden waren, untersucht. Die Austauschkatalysatoren wurden entsprechend den Vorgaben der ECE Regelung Nr. 103 konditioniert und dann im Neuzustand vermessen. Anschließend wurden die Katalysatoren auf einem Brennerprüfstand gealtert. Dabei wurde eine Laufleistung von insgesamt 80.000 km simuliert. Nach 10.000 km und 40.000 km wurde die Alterung unterbrochen und die Abgasemissionen des Testfahrzeugs wurden mit den gealterten Katalysatoren gemessen. Sobald bei einem Katalysator eine Grenzwertüberschreitung festgestellt wurde, wurde die Untersuchung beendet. Die Ergebnisse der Untersuchung zeigen, dass bei im freien Teilemarkt erhältlichen Austauschsystemen zur Abgasnachbehandlung erhebliche Qualitätsunterschiede auftreten können. Nur mit dem Original-Austauschkatalysator und mit einem Austauschkatalysator, der im freien Markt beschafft worden war, konnten auch nach einer Alterung über 80.000 km die Euro 4 Grenzwerte eingehalten werden. Bei einem Austauschkatalysator wurden bereits im Neuzustand die Euro 4 Grenzwerte überschritten. Bei einem anderen Austauschkatalysator wurde die Untersuchung nach 10.000 km Alterung und bei einem weiteren Katalysator nach 40.000 km Alterung aufgrund einer Überschreitung der Euro 4 Grenzwerte abgebrochen. Die ECE Regelung Nr. 103 sieht eine Prüfung der Dauerhaltbarkeit derartiger Systeme über 80.000 km vor, ermöglicht jedoch alternativ die Verwendung von festen Verschlechterungsfaktoren. In der Praxis wird die Dauerhaltbarkeit der Austauschsysteme zur Abgasnachbehandlung von ihren Herstellern garantiert, eine Überprüfung findet im Rahmen der Genehmigung jedoch in den seltensten Fällen statt. Eine Feldüberwachung für Austauschsysteme zur Abgasnachbehandlung ist in den entsprechenden Vorschriften nicht vorgesehen. Die Ergebnisse dieser Untersuchung weisen darauf hin, dass die Anforderungen in der ECE Regelung Nr. 103 nicht ausreichen, um die Dauerhaltbarkeit von Austauschkatalysatoren sicherzustellen.
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Mobilität spielt in der Bundesrepublik Deutschland eine wichtige Rolle. Dabei ist der motorisierte Individualverkehr und somit der Pkw-Verkehr die entscheidende Größe. Der Verkehr soll umweltgerecht, sozialverträglich aber auch gleichzeitig wirtschaftlich effizient sein. Entscheidend für die Schadstoffbelastung der Umwelt durch den Straßenverkehr sind die Abgasemissionen der im Verkehr befindlichen Fahrzeuge. Daher wurde mit der Richtlinie 98/69/EG und der damit verbundenen Einführung der Abgasstufe Euro 3 erstmalig die Prüfung der Konformität von in Betrieb befindlichen Personenkraftwagen und leichten Nutzfahrzeugen (Feldüberwachung) eingeführt. Dabei sollen bereits im Verkehr befindliche Fahrzeuge nach einer statistischen Auswahl unter Typprüfbedingungen (Typ I Test) erneut untersucht werden. So soll gewährleistet werden, dass die abgasrelevanten Systeme und Bauteile eines Fahrzeuges auch noch nach mehreren tausend Kilometern funktionieren. Deshalb werden die Fahrzeuge bei der Feldüberwachung auf ihre limitierten Schadstoffkomponenten ein weiteres Mal überprüft. Aufgrund der immer größeren Bedeutung der CO2-Emissionen wurden in diesem Forschungsvorhaben sowohl die CO2-Emissionen als auch der Kraftstoffverbrauch mit erfasst. Für den Erfolg eines solchen Projektes ist die Fahrzeugauswahl von entscheidender Bedeutung. Denn nur so ist es möglich auch ein repräsentatives Ergebnis zu erhalten. Deshalb wurden neben den gesetzlich vorgeschriebenen Auswahlkriterien auch statistische und technische Kriterien berücksichtigt. Dabei erfolgte die Auswahl der Fahrzeughalter nach dem Zufallsprinzip. Alle Prüffahrzeuge wurden im Abgaslabor, entsprechend ihrer Abgasnorm, auf ihre Schadstoffkomponenten überprüft. Gemäß der Gesetzgebung gelten bei einer Feldüberwachung die gleichen Prüfbedingungen wie bei der jeweiligen Typgenehmigung. In diesem Forschungsvorhaben wurden insgesamt 17 Fahrzeugtypen untersucht. Wobei 6 Typen mit Fremdzündungsmotor und 11 Typen mit Selbstzündungsmotor ausgestattet waren. Beide Gruppen sollten jeweils Fahrzeuge der Grenzwertstufen Euro 4 und Euro 5 beinhalten. Bei den Fahrzeugtypen mit Fremdzündungsmotor war ein Typ mit der Abgasnorm Euro 5, alle anderen erfüllten die Abgasnorm Euro 4. Bei den Fahrzeugtypen mit Selbstzündungsmotor erfüllten 4 Typen die Abgasstufe Euro 5 und 7 Typen entsprachen der Abgasstufe Euro 4. Unter den Fahrzeugtypen mit Kompressionszündung und der Abgasnorm Euro 4 befanden sich 4 Typen der Klasse M1 und 3 Typen der Klasse N1 der Gruppe III. Ziel des Forschungsvorhabens ist es, die Abgasemissionen von in Betrieb befindlichen Pkw und leichten Nutzfahrzeugen zu untersuchen, um so Rückschlüsse auf die Dauerhaltbarkeit von Motorkomponenten und Systemen zur Abgasnachbehandlung ziehen zu können. Insgesamt konnten bei dieser Feldüberwachung, gemäß dem statistischen Verfahren, alle 17 geprüften Fahrzeugtypen mit "positiv" bewertet werden. Mit Ausnahme eines Fahrzeugtyps, wurde bei allen untersuchten Fahrzeugtypen, die Stichprobe mit der Mindeststichprobengröße abgeschlossen. Das bedeutet, dass alle 3 Fahrzeuge eines Typs im Anlieferungszustand die jeweiligen Grenzwerte für Schadstoffemissionen gemäß den Kriterien des statistischen Verfahrens einhielten bzw. unterschritten. Nur bei einem Fahrzeugtyp war die Erhöhung der Stichprobe auf 8 Fahrzeuge erforderlich. Weiterhin wurden bei allen Fahrzeugtypen die CO2-Emissionen und der Kraftstoffverbrauch (Typ I Test) bestimmt, um anschließend die gemessenen CO2-Emissionen mit denen der Hersteller vergleichen zu können. Von den 17 untersuchten Fahrzeugtypen hielten elf Fahrzeugtypen die jeweiligen Herstellerangaben ein oder unterschritten diese. Bei sechs Fahrzeugtypen lagen die CO2-Emissionen um mehr als die bei der Typprüfung zulässigen 4% über der Herstellerangabe.