Berichte der Bundesanstalt für Straßenwesen, Reihe F: Fahrzeugtechnik
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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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Der Kraftschluss zwischen Reifen und Fahrbahn bestimmt in entscheidender Weise die Fahrsicherheit, insbesondere bei Nässe. Wer sein Fahrzeug mit breiteren Reifen ausrüsten will, hat oftmals keine Möglichkeit, die Eigenschaften der jeweiligen Reifen bei nachlassender Profiltiefe einzuschätzen. Es sollte in dieser Untersuchung geklärt werden, ob die Verwendung von Breitreifen Nachteile für die Fahrsicherheit bei Nässe mit sich bringt, insbesondere unter Berücksichtigung der im Betrieb zwangsläufig nachlassenden Profiltiefe. Im Innentrommelprüfstand der Bundesanstalt für Straßenwesen wurden Kraftschlussuntersuchungen an Pkw-Reifen in drei verschiedenen Breiten durchgeführt. Die Untersuchung beschäftigt sich mit dem Einfluss der Reifenbreite, der Profilgestaltung und der Profilhöhe auf den Kraftschluss bei Nässe. Dabei werden auch die Parameter Fahrgeschwindigkeit, Wasserfilmhöhe, Radlast und Reifeninnendruck berücksichtigt, die den Kraftschluss bei Nässe maßgeblich mitbestimmen. Steigende Fahrgeschwindigkeit, geringere Profiltiefe und höherer Wasserfilm verringern die maximal übertragbaren Bremskräfte. Höhere Radlasten verringern die Tendenz des Reifens, unter dem Druck des sich ausbildenden Wasserkeils aufzuschwimmen und verbessern dadurch das Kraftschlussverhalten bei Nässe. Niedrige Profilhöhen führen wegen der schlechter werdenden Wasserverdrängung zu einem stärkeren Abfall der Kraftschlussmaximalwerte bei steigender Geschwindigkeit oder höherem Wasserfilm. Insgesamt birgt die Kombination von hoher Fahrgeschwindigkeit, niedriger Profiltiefe und hohem Wasserfilm eine extrem hohe Aquaplaninggefahr, die sich noch verstärkt, wenn der korrekte Reifeninnendruck unterschritten wird. Bei niedrigen Fahrgeschwindigkeiten zeigen schmalere Reifen Vorteile, während bei höheren Fahrgeschwindigkeiten und niedrigen Wasserfilmhöhen Breitreifen das Niveau schmaler Reifen sogar übertreffen können. Dieser Effekt ist auf die spezielle laufrichtungsgebundene Profilgestaltung der hier untersuchten Breitreifen zurückzuführen.
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Dem Benzinverbrauch heutiger moderner Kraftfahrzeuge wird in zunehmendem Maße Beachtung geschenkt, um dem Konflikt zwischen Mobilität einerseits und Umweltschutz andererseits entgegenzuwirken. Ein Beitrag hierzu wird in der Reduzierung des Rollwiderstands der Bereifung mit einem Potential von bis zu 5 Prozent gesehen. Insbesondere bei Geschwindigkeiten unterhalb von 80 km/h dominierte der Roll- gegenüber dem Luftwiderstand. Bei der Bundesanstalt für Straßenwesen wurden Systeme und Verfahren für Messungen des Rollwiderstandes von Pkw-Reifen in einem Innentrommelprüfstand sowie mit einem Messanhänger entwickelt. In der vorliegenden Untersuchung wird gezielt der Frage nachgegangen, inwieweit Ergebnisse einer Messung im Prüfstand auf Ergebnisse einer Straßenmessung übertragen werden können und umgekehrt. Der Vergleich zeigt, dass die Messgenauigkeit mit dem Anhänger auf der Straße im Mittel geringer anzusetzen ist und erwartungsgemäß nicht die Aussagequalität von Messungen im Prüfstandsversuch erreicht wird. Dennoch weist jedes System Vorteile auf. So steht mit der Rollwiderstandsmessung im Prüfstand ein Verfahren zur Verfügung, bei dem als Schwerpunkt mehr der reifenseitige als der fahrbahnseitige Aspekt des Rollwiderstandes im Vordergrund steht. Hingegen kann mit dem Messanhänger vornehmlich der Einfluss der Oberflächeneigenschaften von verschiedenartigen Fahrbahnen untersucht werden. Beide Systeme ergänzen sich und können bei Fragestellungen zum Rollwiderstand sowohl von Reifen als auch von Fahrbahnoberflächen eingesetzt 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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Unter der Leitung der Working Party 29 beauftragte die UN ECE Group of Experts on Pollution and Energy (GRPE) die ad-hoc Arbeitsgruppe WMTC mit der Entwicklung eines "World-wide Harmonised Motorcycle Emissions Test ProCedure". Das Ziel dieses Forschungsprogramms ist es, einen weltweit harmonisierten Prüfzyklus für die Messung der Schadstoffemissionen motorisierter Zweiräder zu entwickeln, der den Fahrzyklus und den dazugehörigen Schaltalgorithmus für die Prüfstandmessungen und die Beschreibung der Einstellungen der Prüfstände abdeckt. Die Emissionsvalidierungen im Rahmen des Validierungsprogramms Teil 2 wurden einesteils von der Industrie und andernteils von nationalen Regierungseinrichtungen in verschiedenen Ländern der Welt finanziert. Für Deutschland ließ die Bundesanstalt für Straßenwesen (BASt) im Rahmen dieses Forschungsvorhabens Validierungstests für 8 Motorräder bei der RWTÜV Fahrzeug GmbH in Essen durchführen. Die Ergebnisse sind im ersten Teil des Berichts (Langfassung) dokumentiert. Mit dem Vorhaben sollte darüber hinaus aber noch das Ziel verfolgt werden, einen Vorschlag für die Erfassung von off-cycle Emissionen zu erarbeiten. Der Begriff "off-cycle Emissionen" umfasst diejenigen Emissionen eines Motorrades, die im realen Betrieb bei Fahrzuständen auftreten, die durch den Prüfzyklus nicht erfasst werden. Insofern sind off-cycle Emissionen ein grundsätzliches Problem, selbst bei einem repräsentativen Messzyklus. Beispielsweise werden Emissionen, die bei hochtourigen Fahrweisen mit starken Beschleunigungen auftreten, im WMTC nicht berücksichtigt. Um eine geeignete Lösung für die Erfassung von off-cycle Emissionen zu finden wurden die im Rahmen der WMTC Arbeiten zur Verfügung stehenden in-use Daten zum Fahrverhalten von Motorrädern noch einmal auf ihre Varianzen hin ausgewertet, um Motordrehzahlen und Fahrzeugbeschleunigungen zu bestimmen, die für off-cycle Emissionen zu berücksichtigen sind. Es wurden 3 verschiedenen Methoden zur Erfassung der off-cycle Emissionen untersucht, und zwar WMTC mit erhöhten Schaltdrehzahlen, Load Respose Test und Stationäre Geschwindigkeits-/Drehzahlkombinationen. Aus den Ergebnissen zu den off-cycle emissions kann insgesamt folgendes Fazit gezogen werden: Stationäre Drehzahlen sind für die Emissionsbestimmung im off-cycle Bereich ungeeignet. Die Anwendung des Ansatzes "erhöhte Schaltdrehzahlen" auf den WMTC Geschwindigkeitsverlauf ist ein Schritt in die richtige Richtung, aber er berücksichtigt nicht die größeren Beschleunigungen bei "sportlicher" Fahrweise. Der load response Test ist ein geeigneter Ansatz für die Überprüfung von off-cycle Emissionen. Allerdings muss man für die praktische Anwendung noch Schaltdrehzahlen verbindlich festlegen und Vorkehrungen treffen, um die Gefahr von Reifenschlupf zu verringern und somit die Wiederholbarkeit zu verbessern. Die Konstantfahrtphasen sollten dazu genutzt werden, das Emissionsverhalten bei höheren Drehzahlen als den normalen Schaltdrehzahlen des WMTC zu erfassen. Auch die Frage der Bewertung der Ergebnisse konnte im Rahmen dieses Vorhabens noch nicht abschließend geklärt werden. Um cycle bypass Maßnahmen zu erschweren sollten, die Start- und Zielgeschwindigkeiten darüber hinaus randomisiert werden. Wichtig im Zusammenhang mit der Bewertung von off-cycle Emission provisions ist außerdem die Diskussion und Festlegung von Grenzwerten für den off-cycle Bereich. Bei Fahrzeugen, die mit einem 3-Wege-Katalysator mit Lambdasondenregelung ausgerüstet sind, bietet die Erfassung der Lambdasondenspannung ein ergänzendes Hilfsmittel, um die Funktion der Regelung des Katalysators zu überprüfen. Sie sollte nicht nur im off-cycle Bereich sondern ebenfalls im normalen WMTC angewendet werden.
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Run-Flat-Reifen (Reifen mit Notlaufeigenschaften) stellen eine sicherheitsrelevante Komponente am Fahrzeug dar. Im Gegensatz zu Standardreifen bieten sie die Eigenschaft, auch im drucklosen Zustand noch eine gewisse Wegstrecke mit dem Fahrzeug zurücklegen zu können. In der vorliegenden Untersuchung wurden verschiedene Run-Flat-Reifen auf ihre Leistungsfähigkeit hin untersucht. Zum einen wurde die Dauerhaltbarkeit der Reifen getestet. Die zugehörigen Messungen wurden im Innentrommelprüfstand der BASt durchgeführt. Zum anderen wurden die fahrdynamischen Eigenschaften eines Fahrzeugs, das mit Run-Flat-Reifen ausgerüstet war, auf der Versuchsfläche der BASt untersucht. Im Rahmen einer Literaturrecherche wurde weiterhin das im Zusammenhang mit Run-Flat-Reifen stehende Thema Reifendruckkontrolle behandelt. Die Versuche zur Dauerhaltbarkeit der Reifen haben gezeigt, dass große Unterschiede bezüglich der erreichbaren Notlaufstrecke der Run-Flat-Reifen bestehen. Unter den Prüfbedingungen der BASt, die auch Phasen mit Verzögerungen, Beschleunigungen und Schräglauf enthielten, wurden teilweise die von den Herstellern vorgegebenen Strecken nicht erreicht, teilweise jedoch auch weit überschritten. In Bezug auf den Einfluss von Run-Flat-Reifen auf die fahrdynamischen Eigenschaften des Fahrzeugs ist festzustellen, dass die Run-Flat-Reifen im druckbehafteten Zustand Standardreifen in nichts nachstehen. Im drucklosen Zustand bieten sie noch gutes Fahrverhalten, wenn mit Standardreifen an eine Weiterfahrt nicht mehr zu denken ist. In Bezug auf die Fahrdynamik lassen sich bei den Run-Flat-Reifen untereinander kaum Unterschiede ausmachen. Das gilt auch für den Vergleich von Reifen mit verstärkter Seitenwand und Reifen mit innerem Stützring. Insgesamt stellen Run-Flat-Reifen einen deutlichen Sicherheitsgewinn gegenüber Standardreifen für den Fall eines Luftverlustes eines Reifens dar. Es hat sich herausgestellt, dass eine Druckkontrolle bei der Verwendung von Run-Flat-Reifen dringend zu empfehlen ist, da sonst ein Druckverlust eventuell nicht bemerkt wird. Dafür kommen sowohl direkte als auch indirekte Reifendruckkontrollsysteme in Frage. Die Ergebnisse zeigen weiterhin, dass eine Prüfprozedur für neue Typen von Run-Flat-Reifen erforderlich ist, um die erforderlichen Notlaufeigenschaften zu garantieren. Mit Hilfe von Seitenwandbeschriftungen am Reifen sollte der Nutzer auf Notlaufstrecke und -geschwindigkeit hingewiesen werden.