91 Fahrzeugkonstruktion
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Streuung von Schutzkriterien in kontrollierten Aufprallversuchen gegen die starre 30 Grad-Barriere
(1983)
Gegenstand der Arbeit ist die Ermittlung von Streubreiten von Fahrzeug- und Dummy-Messwerten in Aufprallversuchen bei Geschwindigkeiten von 50 km/h gegen eine starre 30-°-Barriere. Zu den fahrzeugseitigen Messwerten gehörten die Deformation der Frontstruktur, die maximale Fahrzeugverzögerung, die mittlere Fahrzeugverzögerung und Anforderungen der ECE-Regelung 33. Die gemessenen Standardabweichungen der Einzelwerte lagen mit zwei bis sieben Prozent deutlich unter zehn Prozent. Höhere Standardabweichungen der Messwerte wurden dann beobachtet, wenn Aufpralle nach den Mustern Kopf-Lenkrad (Fahrer), Brust-Lenkrad (Fahrer) und Knie-Armaturentafel (Fahrer und Beifahrer) nicht in allen Versuchen zu beobachten sind. Hohe Streubreiten für die Kopfbeschleunigung bzw. die Beschleunigung der Brust des Dummy auf dem Fahrersitz wurden dadurch verursacht, dass in einem Versuch eine unübliche Vorverlagerung des Dummys infolge mangelhafter Gurtwirkung mit nachfolgendem Brust-Lenkrad-Kontakt zu beobachten war.
In dem Beitrag werden die verschiedenen Untersuchungen des Verschleißes von Straßendeckschichten durch Spikereifen unter praxisnahen Belastungen im Innentrommelprüfstand zusammenfassend dargestellt. Die Ergebnisse der Untersuchungen lassen sich gliedern nach der Verschleißresistenz der Straßenbeläge und nach der Höhe des Verschleißes durch verschiedenartige Spikereifen. Bei den Spikereifen wird nach Reifen der 1. Generation, der 2.Generation und Spikereifen mit Spikes in Sonderausführung differenziert.Setzt man den Verschleiß der Spikereifen an Straßendecken mit Spikes der 1. Generation mit 100 Prozent an, so ergeben sich für die Reifen der 2.Generation zwischen 40 und 50 Prozent des Verschleißes, abhängig vom Belag, auf dem sie geprüft wurden. Für Spikes in Sonderbauweise liegt der Wert zwischen 20 und 30 Prozent.
Ziel dieser Arbeit war die Entwicklung eines numerischen Modells des menschlichen knöchernen Thorax, das insbesondere altersabhängige geometrische Faktoren berücksichtigt. Dieses Modell soll sowohl die männliche als auch die weibliche Population der über 64-Jährigen repräsentieren und eine an diese Altersgruppe angepasste Verletzungssimulation ermöglichen. Die vorliegende Studie identifiziert zunächst an Hand eines Kollektivs aus 126 postmortem und 40 klinischen computertomografischen Schnittbildaufnahmen eine ganze Reihe geometrischer Parameter, die sich mit dem Alter verändern. Zu den untersuchten Parametern gehören sowohl Winkel der Rippen im Raum und innerhalb des Rippenbogens, eine detaillierte Erfassung von Parametern der einzelnen Rippe (Querschnittsfläche, Krümmung, Longitudinale Verdrillung), Parameter der Wirbelsäule als Ganzes (Skoliose, Kyphose, Rotation) und einzelner Wirbel sowie des Brustbeins. Weiterhin wurden die Grundmasse des ganzen Thorax (Thoraxtiefe, Thoraxbreite) untersucht. Die hier gefundenen Altersabhängigkeiten dienten als Eingabeparameter zur Erstellung von insgesamt neun aus dem Menschmodell THUMS 3 gemorphter alter und junger Finite-Elemente Thoraxmodelle. Implementiert wurden hierbei sowohl Durchschnittsmaße als auch extreme Maße. Die Ergebnisse zeigen mehrere sich im Alter signifikant verändernde Parameter. Als wichtigste unter ihnen sind eine Zunahme der Thoraxtiefe und Thoraxbreite im Alter, die signifikante Veränderung einiger Rippenwinkel im Raum sowie der Krümmung der sechsten und siebten Rippe zu nennen. Zudem wird die Wirbelsäulenform kyphotischer und das Sternum am Übergang zwischen Manubrium und Corpus sternii gewinkelter. Die Menschmodelle THUMS 3, THUMS 4 und HUMOS 2 sind weder als typisch alt, noch typisch jung einzuordnen, dies unterscheidet sich teils von Parameter zu Parameter. Die auf Basis der Geometrie-Inputdaten durchgeführten Finite-Elemente Simulationen zeigen einen deutlichen Einfluss der zunehmenden Thoraxtiefe im Alter auf die posteriore Kraft an der Auflagefläche der Rippen sowie die Spannungsverteilung entlang der Rippen. Sie wirkt sich jedoch entgegen der Erwartungen protektiv aus und dominiert andere Faktoren wie die unterschiedlichen Rippenwinkel. Abschließend betrachtet wird ein Menschmodell, welches das 75. Perzentil der alten Bevölkerung repräsentiert, als ausreichend aussagekräftig hinsichtlich der im Alter veränderten Geometrie klassifiziert und gleichzeitig als mit angemessenem Aufwand realisierbar angesehen. Es wird daher für die Bewertung von Sicherheitssystemen empfohlen.
Das wesentliche Ziel des Projekts war es, Kennwerte des Reaktionsverhaltens in sicherheitskritischen Situationen zu erheben. Weiter sollten Rahmenbedingungen für eine standardisierte Erhebung dieses Reaktionsverhaltens erarbeitet werden. Dies kann vor allem als Basis für die Auslegung und Untersuchung der Wirkung von Fahrerassistenzsystemen genutzt werden. Zu diesem Zweck wurden drei Untersuchungen in einem statischen Fahrsimulator durchgeführt, die sich vom Kontext (Stadt: 50 km/h, Landstraße: 100 km/h, Autobahn: 130 km/h) unterschieden. Zur Validierung fand ein vergleichbarer Realversuch im Stadtbereich statt. Dabei wurde jeweils der Einfluss der Umgebung, der Erwartung und von kognitiver Ablenkung auf die Art der Reaktion (Lenken, Bremsen, kombinierte Reaktionen) und die Reaktionszeiten untersucht. An der Untersuchung nahmen insgesamt 131 Fahrer im mittleren Altersbereich zwischen 20 und 40 Jahren teil wobei etwa die Hälfte weiblich war. In den kritischen Situationen tauchte entweder ein Fußgänger oder stehendes Fahrzeug plötzlich vor dem eigenen Fahrzeug auf oder ein Führungsfahrzeug bremste unerwartet stark. Beim Vergleich von Realfahrt und Simulator zeigte sich eine hohe Validität der Simulatorergebnisse. Die Wahl des Fahrmanövers hing maßgeblich von der zur Verfügung stehenden Zeit und dem Ausweichraum ab. Bremsreaktionszeiten lagen zwischen 1.0 (Stadt) und 1.1 (Autobahn) Sekunden, Lenkreaktionszeiten zwischen 0.7 (Stadt) und 1.3 (Autobahn) Sekunden. Bei der Folgefahrt verlängerte sich die Reaktionszeit um etwa 0.2-0.3 Sekunden. Ein Einfluss der kognitiven Ablenkung war nicht nachzuweisen. Dagegen fanden sich deutliche Lerneffekte, was zu einer Verkürzung der Reaktionen um 0.2-0.4 Sekunden führte. Aus den Ergebnissen lässt sich ein Set von 9 Situationen definieren, mit denen man unterschiedliche Arten von Reaktionen und die durch die situativen Bedingungen beeinflussten Reaktionszeiten untersuchen kann.
Zur Ermittlung einer Mehr- oder Minderbeanspruchung des Straßenoberbaus durch Lang-Lkw wurde eine Stichprobe von 1.746 Fahrten im Direktverkehr und 483 Fahrten im kombinierten Verkehr analysiert. Die durchschnittliche Fahrzeuggesamtmasse der Lang-Lkw betrug 32,3 t. Ca. 9 % der Lang-Lkw fuhren überladen. Das Niveau der Überladungen lag jeweils unterhalb 3 t. Die maximale Achslast betrug 11,7 t. Die Achslastverteilung von Lang-Lkw im kombinierten Verkehr weist ein niedrigeres Niveau als für Lang-Lkw im Direktverkehr auf. Im Vergleich zu äquivalenten konventionellen Lkw ergibt sich für Lang-Lkw eine um 5 % niedrigere Anzahl äquivalenter 10-t-Achsen. Der mittlere Achszahlfaktor fA von Lang-Lkw beträgt 7,40. Das Transportvolumen eines Lang-Lkw entspricht rechnerisch dem Transportvolumen von 1,53 äquivalenten konventionellen Lkw. Mit zunehmendem Anteil Lang-Lkw am Gesamtkollektiv Schwerverkehr (bis zu 9 %) ist eine zunehmende, vergleichsweise geringe Reduzierung der B-Zahl nach RStO 12 zu verzeichnen, was in der Regel jedoch nicht zu einem Wechsel in die nächstkleinere Belastungsklasse führen würde. Mittels Dimensionierung nach RDO Asphalt 09 errechnet sich bei Einsatz von Lang-Lkw nach dem Ende einer 30-jährigen Nutzungsdauer der Straßenbefestigung ein geringfügig niedrigerer Ermüdungsstatus, der zu einer marginalen Verlängerung des Nutzungszeitraums führen würde. Der Einsatz von Lang-Lkw würde unter Einhaltung der im Feldversuch definierten fahrzeugtechnischen Vorgaben und zulässigen Grenzwerte für Fahrzeuggesamtgewichte und Achslasten nicht zur Mehrbeanspruchung des Oberbaus von Straßen führen. Die rechnerisch festgestellte Minderbeanspruchung des Oberbaus im Vergleich zu konventionellen Lkw hat nur marginale Bedeutung und würde sich somit in der Praxis kaum spürbar auf die Nutzungsdauer der Straßen auswirken.
Die Studie befasst sich mit den psychologischen Aspekten des Betriebs derjenigen Lang-Lkws, die für den Feldversuch der Bundesregierung bis Januar 2013 angemeldet waren (19 Unternehmen mit 33 Fahrzeugen und etwa 60 Fahrern). Die Untersuchung sollte sich möglichst reibungslos in den regulären Geschäftsbetrieb der beteiligten Speditionen einfügen. Insgesamt wurden 38 Fahrer interviewt und 35 von Ihnen auf einer anschließenden Fahrt begleitet. Interview und begleitete Fahrt dauerten jeweils durchschnittlich eine Stunde. Die Untersuchung fand zwischen dem 15. Dezember 2012 und dem 07. Januar 2013 statt. Die meisten Interviewfragen baten die Fahrer, das Fahren mit dem Lang-Lkw mit dem eines Normal-Lkws zu vergleichen. Bei vielen Verkehrssituationen wurde eine leichte Erschwerung mit dem Durchschnitt von 3,1 auf der Skala von 1,0 (Deutlich besser) bis 5,0 (Deutlich schlechter) mit dem Mittelpunkt 3,0 angegeben. Diese marginale Erschwernis wurde selten als Problem, sondern meist nur als gewöhnungsbedürftige Neuerung angesehen. Deutliche Verbesserungen ergaben sich " überraschenderweise " bei Kreisverkehr und Kurvenfahren, Erschwernisse beim Fahren innerorts und bei Betriebsaufgaben, die nicht zum Fahren im engeren Sinn gehören, wie Be- und Entladen, Aufsuchen von Pannenbuchten sowie Parken/Übernachten auf dem Rastplatz. Probleme wurden gesehen, wenn Pkws den Lang-Lkw auf den verengten Fahrstreifen oder Verschwenkungen an Autobahnarbeitsstellen überholen. Das oft bemühte Thema Stress am Arbeitsplatz Lang-Lkw wurde an mehreren Stellen im Interview und bei der Fahrbeobachtung angesprochen. Es fanden sich keinerlei Hinweise auf einen hohen oder gegenüber dem Fahren eines Normal-Lkw erhöhten Stress. Bei der Fahrbeobachtung erwies sich die Fahrsicherheit der Lang-Lkw-Fahrer als hoch. Fahrfehler oder Regelverstöße waren leicht und selten. Ein methodisch gesicherter Vergleich mit den entsprechenden Häufigkeiten beim Normal-Lkw war allerdings nicht möglich, wenn auch Hinweise auf eine Erhöhung fehlten. Die Reaktionen anderer Verkehrsteilnehmer, vor allem von Lkw- und Pkw-Fahrern, wurden von den Lang-Lkw-Fahrern überwiegend als freundlich und positiv berichtet. Alle Fahrer wünschten sich die dauerhafte Zulassung des Lang-Lkw. Wegen des hohen technischen Standes der Fahrwerke, der Bremsen und der Fahrerassistenzsysteme und des hohen Sicherheitsstandards der Fahrer ist aus psychologischer Sicht keine Beeinträchtigung der Verkehrssicherheit durch die Teilnahme von Lang-Lkws erkennbar.
Im FE 82.509/2010 "Verkehrssicherheit in Einfahrten auf BAB" werden die Verkehrssicherheit und der Verkehrsablauf an Einfahrten des Typs E1 auf Autobahnen (als den Standardtyp von Einfahrten, der am häufigsten im Autobahnnetz anzutreffen ist) untersucht. Vor dem Hintergrund des vom Bundesministerium für Verkehr, Bau und Stadtentwicklung gestarteten Feldversuchs mit Lang-Lkw wurde die Aufgabenstellung um die Thematik der Lang-Lkw erweitert. Hierzu soll das Verhalten der Verkehrsteilnehmer im Bereich von Einfahrten an Autobahnen beobachtet werden. Ziel ist es, hieraus eine Bewertung der Verkehrssicherheit für den Einsatz von Lang-Lkw abzuleiten. Zur Untersuchung dieser Fragestellung wurden Lang-Lkw-Fahrten mit Hilfe einer Front- sowie einer Seitenkamera aufgezeichnet, um das Verkehrsgeschehen im Bereich der Einfahrten rechts neben und vor dem Lkw beobachten zu können. Zum Vergleich der Lang-Lkw-Fahrten mit heute bereits zulässigen Lkw-Kombinationen wurden zusätzlich die Fahrten von Gliederzügen in gleicher Weise beobachtet. Die Lokalisierung der Einfahrtbereiche erfolgte über die GPS-Koordinaten der Fahrten. Insgesamt wurden an Einfahrten 534 Vorbeifahrten von Lang-Lkw und 271 Vorbeifahrten eines Gliederzugs aufgezeichnet. Neben der systematischen Bewertung der Verkehrssituationen im Bereich der Einfahrten erfolgte zusätzlich eine Auswertung der Lkw-Geschwindigkeiten bei der Vorbeifahrt an den Einfahrten. Insgesamt konnten bei den durchgeführten Untersuchungen im Bereich von Einfahrten keine abrupten Fahrmanöver beobachtet werden. Weiterhin konnten sowohl bezüglich der Verhaltensweisen als auch bei den Geschwindigkeiten im Einfahrbereich keine wesentlichen Unterschiede im Vergleich zwischen Lang-Lkw und Gliederzug festgestellt werden. Das Verhalten der beiden Lkw-Kombinationen kann demnach als vergleichbar angesehen werden. Aus den Untersuchungen konnte unter den gegebenen Randbedingungen für den Lang-Lkw im Vergleich zum Gliederzug kein erhöhtes Sicherheitsrisiko im Bereich von Einfahrten festgestellt werden.
Optimierung des rückwärtigen Signalbildes zur Reduzierung von Auffahrunfällen bei Gefahrenbremsung
(2002)
Das derzeitige Bremssignalbild übermittelt dem nachfolgenden Verkehr nur dass gebremst wird, die Fahrer erhalten jedoch keine Information über die Stärke des Bremsmanövers. Im vorliegenden Bericht wird im Rahmen einer Literaturstudie untersucht, wie das rückwärtige Signalbild optimiert werden könnte, um vor allem Gefahrenbremsungen gesondert darzustellen. Einige praktikable Lösungsvorschläge, die bereits fertig entwickelt sind, werden vorgestellt und analysiert. Es hat sich gezeigt, dass prinzipiell zwei Maßnahmen geeignet sind, die Fahrerreaktionszeit zu verkürzen: - Eine Flächen- und Leuchtdichtevergrößerung der Bremsleuchten wird von den nachfolgenden Fahrern intuitiv als Annäherung an das vorausfahrende Fahrzeug erkannt. - Blinkende Leuchten sind besonders geeignet, die Aufmerksamkeit des nachfolgenden Fahrers auch bei Ablenkung auf das verzögernde Fahrzeug zu lenken. Als mögliche Weiterentwicklung für ein optimiertes rückwärtiges Signalbild wird vorgeschlagen: Bei Ansprechen eines Bremsassistenten oder Antiblockiersystems (ABS) beziehungsweise einer Fahrzeugverzögerung über 7 m/s2 ist die Gefahrenbremsung über ein Blinken der dritten hochgesetzten Bremsleuchte mit 3-5 Hz zu signalisieren. Optional sollten sich zusätzlich die Flächen beziehungsweise Leuchtdichten der beiden unteren Bremsleuchten vergrößern. Diese Maßnahmen erfordern Änderungen in den ECE-Regelungen Nummer 7 und Nummer 48 sowie im Wiener Weltabkommen. Ziel des vorgestellten Lösungsvorschlags ist die Reduzierung der Zahl beziehungsweise Schwere von Auffahrunfällen.
Um festzustellen, ob bei vorübergehendem Fahrzeugstillstand kurzzeitige Motorabschaltungen gegenüber konstantem Leerlaufbetrieb eine Reduzierung oder aber aufgrund des Startvorganges eine Zunahme der Kraftstoffverbräuche und Schadstoffemissionen zur Folge haben, wurde mit dem Emissions-Mess-Fahrzeug (EMF) der BASt ein entsprechendes Untersuchungsprogramm realisiert. Dabei war auch der Fragestellung nachzugehen, was dem Autofahrer an einer roten Ampel oder einem Bahnübergang (oder den Kommunen bei entsprechender Beschilderung) zu empfehlen ist, dass heißt ob der Motor abgeschaltet werden soll oder nicht. Im ersten Abschnitt des Projektes wurde anhand einzelner Motorstopp-/Startvorgänge untersucht, wie lange der Motor mindestens ausgeschaltet werden muss, damit Einsparungen möglich sind. Es stellte sich heraus, dass die Standzeiten, ab wann aus der vorübergehenden Motorabschaltung Vorteile für die Umwelt entstehen, für die verschiedenen Abgaskomponenten sehr weit auseinander liegen: bei Kraftstoffverbrauch und Stickoxidemissionen etwa ab zehn Sekunden, bei Kohlenwasserstoff- und Kohlenmonoxid-Emissionen erst ab etwa fünf Minuten. Im zweiten Projektabschnitt wurden Messfahrten im Straßenverkehr durchgeführt, die einen definierten, 20 Sekunden dauernden Fahrzeugstillstand in Form einer Ampelstopp-Simulation beinhalteten. Mit diesem realitätsnahen Versuchskonzept sollten die Ergebnisse aus den Motorstopp-Startversuchen überprüft werden. Es zeigte sich, dass die unter idealen Bedingungen erarbeiteten Resultate des ersten Abschnitts auch auf reale Verhältnisse angewendet werden können. Alle Ergebnisse beziehen sich auf das Messfahrzeug mit warmem Motor. Die Übertragbarkeit auf andere Fahrzeuge - insbesondere solche mit anderen Motor- beziehungsweise Gemischaufbereitungs- und Abgasreinigungskonzepten - ist daher nicht oder nur eingeschränkt zulässig. Die Größenordnungen der Ergebnisse können aber vermutlich auf vergleichbare, mit Katalysator ausgestattete Fahrzeuge übertragen werden.
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.