91 Fahrzeugkonstruktion
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Entwicklung eines Prüfverfahrens zur Beurteilung der Hochgeschwindigkeitsstabilität von Motorrädern
(1991)
Ziel des Forschungsvorhabens war die Erarbeitung eines Prüfverfahrens, welches die objektive Beurteilung der Hochgeschwindigkeitsstabilität von Motorrädern ermöglicht. Insgesamt beteiligten sich 17 Fahrer an den Fahrversuchen, die auf der Hochgeschwindigkeitsstrecke eines Prüffeldes erfolgten. Zum Einsatz kamen vier Motorradmodelle, von denen zwei jeweils mit und ohne Gepäck erprobt wurden. Ein eindeutiger Zusammenhang zwischen der Hochgeschwindigkeitsstabilität von Motorrädern und grundlegenden Fahrerparametern war nur in einem Punkt zu erkennen: Oberhalb einer im Zusammenhang mit den Untersuchungen ermittelten Mindestfahrerfahrung kann ein Einfluss weitergehender Fahrerfahrung ausgeschlossen werden. Die anderen untersuchten, objektiv leicht messbaren Fahrerparameter waren Körpergröße und Masse. Eindeutig isolierbare Zusammenhänge zwischen der Pendeldämpfung und einem dieser Werte waren nicht festzustellen. Bei einem der beiden mit Gepäck untersuchten Motorrädern wurde in Analogie zu früheren Untersuchungen ermittelt, dass die Zuladung die Pendeldämpfung reduziert. Bei Mitnahme eines Beifahrers stellten sich höhere Dämpfungsgrade ein als bei den überwiegend durchgeführten Solofahrten. Das vorgeschlagene Prüfverfahren basiert größtenteils auf den Ergebnissen früherer Untersuchungen und enthält eine engere Beschreibung des einzusetzenden Versuchsfahrers. Weiterhin wurde zusätzlich die Beladung mit Gepäck im üblichen Rahmen in den vorgeschlagenen Prüfungsablauf aufgenommen.
Ziel des Forschungsprojektes war der Vergleich verschiedener lichttechnischer Einrichtungen an Fahrrädern zur besseren Erkennbarkeit im nächtlichen Straßenverkehr. Dabei sollten neben der Wahrnehmbarkeit auch der Symbolcharakter der lichttechnischen Einrichtungen untersucht werden. Die Versuche teilten sich in Laboruntersuchungen und dynamische Fahrversuche. Dabei wurden die Wahrnehmbarkeit und die Erkennbarkeit der unterschiedlichen Muster bewertet. Für die Kenntlichmachung von Fahrrädern nach vorne und hinten erwiesen sich großflächige passive Markierungen als sinnvolle Ergänzungen zum Scheinwerfer und Rücklicht. Die beste Wahrnehmbarkeit eines Radfahrers von hinten wird erzielt, indem man ihn mit einem zusätzlichen Scheinwerfer beleuchtet. Als Kenntlichmachung zur Seite eignet sich am besten eine geschlossene oder segmentierte Konturmarkierung der Reifen. Neben einer nur geringen notwendigen Leuchtdichte zur Wahrnehmung erlauben diese Kenntlichmachungen auch sofort die Zuordnung zu einem Fahrrad.
Der vorliegende Bericht befasst sich mit dem Einfluss der Lichttransmission der Scheiben und der Lichtreflexion der Rückspiegel auf die Erkennbarkeit von Objekten bei direkter und indirekter Sicht aus Pkw. Teil 1 behandelt Laborversuche mit Windschutzscheiben an einer Modellstraße unter Beleuchtungsverhältnissen im nächtlichen Straßenverkehr. Die Testergebnisse einer Anzahl von Versuchspersonen für verschiedene Objekte auf der Straße zeigen noch keine wesentliche Beeinträchtigung bis etwa 65 % Lichtdurchlässigkeit, in Einbaulage gemessen. Teil 2 befasst sich mit Scheiben und Rückspiegeln für die indirekte Sicht. Eine kritische Situation - ein in der Dämmerung unbeleuchtet fahrendes Fahrzeug auf der Überholspur neben nachfolgenden Fahrzeugen mit eingeschaltetem Fahrlicht - wird an der Modellstraße bei indirekter Sicht mit Variation des Fz-Typs untersucht. Diese und weitere Versuche zeigen, dass die Lichtdurchlässigkeit der Seiten- und Heckscheiben - mit Ausnahme der Seitenscheiben vor der B-Säule - sowie der Lichtreflexionsgrad der Rückspiegel unter die gesetzlichen Mindestwerte gesenkt werden kann, ohne die Erkennbarkeit unzulässig zu beeinträchtigen.
Das von der Bundesanstalt für Straßenwesen in Auftrag gegebene Projekt FP 8716 mit dem Thema "Sicherheitsrelevanz neuer Fahrhilfen in Kraftfahrzeugen" ist vom Institut für Kraftfahrwesen der TH Aachen auf der Basis einer rein theoretischen Studie bearbeitet worden. Primäres Ziel der Arbeit war es, festzustellen, inwieweit die neuen Fahrhilfen dazu geeignet sind, die Verkehrssicherheit durch einen Gewinn an aktiver Sicherheit anzuheben.Aber auch der mögliche Einfluss auf das Verhalten des Fahrers aus psychologischer Sicht war zu berücksichtigen, denn dieser agiert in dem Bewusstsein einer erhöhten Fahrsicherheit seines mit derartigen Systemen ausgestatteten Fahrzeugs. Gegenstand der Untersuchung waren die Systeme: Anti-Blockier-Vorrichtung (ABV), Antriebs-Schlupf-Regelung (ASR), Sperrdifferential, Vierradantrieb, Vierradlenkung, geregeltes/gesteuertes Federungssystem.Sämtliche Systeme haben aus der Sicht des Technikers ihre Berechtigung im Fahrzeug durch Erhöhung von Mobilität und Fahrsicherheit. Dass dieses Potential nicht vollständig in eine Anhebung der Verkehrssicherheit umgesetzt werden kann, ist vor allem auf die Verhaltensanpassung seitens des Fahrers aufgrund des erhöhten subjektiven Sicherheitsgefühls zurückzuführen. Anhand von Handlungs- und Risikoverhaltensmodellen des Fahrers konnte die verbleibende Wirkung der Systeme abgeschätzt werden. Darüber hinaus wurde statistisches Material ausgewertet, um den Bezug der Systeme zum Unfallgeschehen festzustellen. Das ABV erwies sich als am ehesten geeignet, Unfälle zu verhindern oder Unfallfolgen zu mindern. Die Stabilität und die Lenkbarkeit wird bei Bremsungen an der Kraftschlussgrenze, wie sie in kritischen Situationen häufig auftreten, deutlich verbessert. Eine ASR bietet ähnliche Vorteile beim Beschleunigungsvorgang, dem allerdings nur eine geringe Bedeutung für die Pre-Crash-Phase zuzuschreiben ist. Das Sperrdifferential dient in erster Linie zur Erhöhung der Traktion und damit der Mobilität. Daneben kann der Vierradantrieb die Querdynamik auf niedrigen Reibwerten günstig beeinflussen und so auch die Fahrsicherheit anheben. Das verspricht auch die Vierradlenkung durch eine erhöhte Stabilität bei schnellen Lenkbewegungen. Es besteht aber gerade bei den Systemen Vierradlenkung und Vierradantrieb die Gefahr einer deutlichen Zunahme des subjektiven Sicherheitsgefühls auf Seiten des Fahrers mit dem unerwünschten Effekt einer unter Umständen riskanteren Fahrweise. Geregelte Federungssysteme sind in ihrer Wirkung auf den Regelkreis Fahrer-Fahrzeug nur schwer einzuschätzen, da sie das gesamte Fahrverhalten des Fahrzeugs beeinflussen. Die Bilanz für die Verkehrssicherheit dürfte bei diesem System positiv sein. Dem Gewinn an Fahrsicherheit durch den Einbau der Fahrhilfen steht das Gefährdungspotential durch eventuelle Fehlfunktionen gegenüber. Eine regelmäßige Überwachung erscheint deshalb vor allem für die ABV und die Vierradlenkung angebracht.
Das Ziel des Forschungsprojekts "Quantifizierung der Passiven Sicherheit für Pkw-Insassen" besteht darin, Messergebnisse in Form von Dummybelastungswerten zu einem Sicherheitsindex zu verdichten. Zur Formulierung des dazu erforderlichen Bewertungsalgorithmus wurden folgende Zusammenhänge erarbeitet: 1. Beziehung zwischen Verletzungsschwere und Dummybelastungsgröße für relevante Körperteile, 2. Relevanzfaktoren zur Wichtung der Teilergebnisse und 3. Zusammenhang zwischen körperteilspezifischen Schutzkriterien und dem entsprechenden Erfüllungsgrad. Die wesentliche Aufmerksamkeit erforderte die Bereitstellung der Relevanzstruktur, da mit den einzelnen Relevanzfaktoren die gemessenen Belastungen entsprechend der Bedeutung der im realen Unfallgeschehen beobachteten Verletzungen bewertet werden sollten. Im Bereich der experimentellen Simulation lag das Hauptaugenmerk auf der Bereitstellung der Versuchsbedingungen, wobei die gesetzlich vorgeschriebenen Sicherheitsversuche zu berücksichtigen waren. Daraus ergab sich die Festlegung auf folgende Versuchskonstellationen: 1. Frontaler Wandaufprall, 2. Seitenaufprall einer fahrbaren Barriere auf den stehenden Pkw und 3. Kompatibilitätsversuch, bei dem ein Fahrzeug seitlich mit einem anderen Fahrzeug gleichen Typs kollidiert. Mit Hilfe eines erarbeiteten Bewertungsalgorithmus werden die versuchstechnisch gemessenen Belastungswerte normiert und der Bewertungsfunktion zugeführt. Die so ermittelten Erfüllungsgrade erhalten durch die Relevanzfaktoren eine unfallspezifische Wichtung und lassen sich über Teilsicherheitsindizes zu einem Gesamt-Sicherheitsindex zusammenfassen. Dieser Sicherheitsindex soll Aufschluss über das Niveau der inneren Sicherheit von Pkw geben.
Für eine quantitativ exakte Beschreibung der mit der Gefahrgutbeförderung verbundenen Risiken fehlen sowohl statistische Voraussetzungen als auch eine wissenschaftlich begründete Risikoanalyse. Eine Risikoanalyse der Gefahrgutbeförderung soll zweckmäßigerweise auf Transportketten und nicht auf den direkten Vergleich von Verkehrsträgern abstellen. Zentrale Kategorie zur Definition des Risikos sollte dabei der Unfall sein. Zusammen mit der Transportleistung sollte er das Risiko als Wahrscheinlichkeitsaussage beschreiben. Mit in die Risikobestimmung einzubeziehen ist die Unfallschwere. Im Rahmen des Beitrages schlägt eine Projektgruppe eine dreistufig angelegte Risikoanalyse vor. Die Bausteine dieser Risikoanalyse bestehen aus 1. einer mathematisch-statistischen Risikoanalyse, 2. einer Schwachstellenanalyse und 3. einem Systemmodell zur ständigen Analyse des Gefahrgutbeförderungsrisikos. Dazu werden in dem Forschungsbericht grundsätzliche Überlegungen zur Risikobewertung angestellt, auf das Regelwerk des Gefahrguttransportes eingegangen, Ausbildung, Training und Überprüfung der Fahrzeugführer behandelt sowie auf das Gefahrgut und die Gefahrgutumschließung eingegangen. Ferner befasst sich der Bericht mit der Fahrzeugtechnik, der Verkehrsinfrastruktur, Informationssystemen und der Sicherheit im Gefahrguttransport in den neuen Bundesländern. Zum Schluss werden Forschungsempfehlungen bezüglich der Sicherheit in der Gefahrgutbeförderung formuliert.
Ziel des Forschungsvorhabens war es, durch gezielte Auswertung des Unfallgeschehens den Einfluss von Fahrerverhaltensweisen beziehungsweise -merkmalen und technischen Fahrzeugparametern auf die Unfallhäufigkeit und die Unfallart zu ermitteln. Zunächst wurde eine Auswertung der Literatur und die Beschaffung und Aufbereitung des Datenmaterials vorgenommen. Die Grundlage der Auswertungen bildeten die Unfälle mit Pkw-Beteiligung im Bundesland Nordrhein-Westfalen aus dem Jahre 1980. Die Datensätze waren vom Kraftfahrt-Bundesamt in Flensburg um fahrzeugtechnische Angaben erweitert worden. Zur Relativierung der Unfallzahlen wurden fahrzeugtypenspezifische jährliche Fahrleistungen und Bestände berechnet. Weiterhin wurde das Geschwindigkeitsverhalten im freien Verkehr in Abhängigkeit vom Fahreralter sowie vom Fahrzeugtyp ermittelt. Um die Wechselwirkungen von Fahrer- und Fahrzeugeigenschaften im Unfallgeschehen unabhängig voneinander betrachten zu können, war es notwendig, einen "Normalfahrer" zu definieren. Der "Normalfahrer" wurde anhand von Analysen ausgewählter Unfallsituationen mit dem Ziel beschrieben, mit diesen Fahrern Fahrversuche mit Pkw durchführen zu können, deren Ergebnisse weder durch besonders gute noch durch besonders schlechte, sondern vielmehr durch eine durchschnittliche Eignung des Fahrers zum Führen eines Kraftfahrzeuges geprägt sein sollen. Anhand dieser Fahrversuche sollen Grenzen von Kennwerten, die Fahrzeugeigenschaften und das Fahrverhalten beschreiben, abgeleitet werden, die sich als dem "Normalfahrer" angepasst erweisen. Aufgrund der aufgezeigten Zusammenhänge zwischen dem Fahreralter und der ursächlichen Beteiligung an bestimmten Unfalltypen ist es nunmehr möglich, durchschnittlich gute Fahrer als Probanden auszuwählen, die je nach Art des Versuches entweder zur Gruppe der jüngeren und älteren Fahrer gehören. Nach vorheriger Festlegung eines Anteilswertes von Fahrern, die als "normal" anzusehen sind, können bei gleichzeitiger Berücksichtigung der für jüngere und ältere Fahrer typischen Versagensarten die Altersintervalle bestimmt werden, aus denen die "Normalfahrer" für die Fahrversuche auszuwählen sind.
Teil 1: Die vorliegende Untersuchung befasst sich mit der optimalen Kennzeichnung von Lkw und Anhängern. Der Bericht ist in vier Abschnitte unterteilt: Nach einer Einleitung mit Informationen über die Seh- und Wahrnehmungsbedingungen werden die internationalen Kennzeichnungsvorschriften dargestellt.Der zweite Teil beschäftigt sich mit Grundlagenuntersuchungen zur Gestaltung und Wirksamkeit von zusätzlichen Kennzeichnungen für Lkw. Die Vorgängeruntersuchungen mit homogenem Umfeld werden neuen Ergebnissen der Untersuchungen von Lkw und Anhängern in strukturierten Umfeldern gegenübergestellt. In Bezug auf die Wahrnehmbarkeit und die Erkennbarkeit zeigen sich sowohl in homogenen als auch in strukturierten Umfeldern, dass eine Linien- oder Konturkennzeichnung am besten geeignet ist. Darüber hinaus bieten diese Kennzeichnungen die Möglichkeit, den Lkw zu identifizieren. Hingegen werden die heute üblichen punktartigen Kennzeichungen oft mit anderen Verkehrsteilnehmern verwechselt, was zu gefährlichen Verkehrssituationen bei Nacht führen kann. Für optimale Wahrnehmbarkeit müssen diese Kennzeichnungen eine Leuchtdichte von etwa 10 cd/m2 aufweisen. Im dritten Teil werden neuere Messungen des Feldversuches dargestellt. Neben den Angaben über spezifische Rückstrahlwerte der Kennzeichnungen werden deren auftretende Leuchtdichten im Verkehr gezeigt. Ferner werden Hinweise gegeben, in welcher Form die Kennzeichnungen an den verschiedenen Lkw-Aufbauten angebracht werden können. Abschließend wird eine Unfallanalyse dargestellt.Zum einen wurden hier in Zusammenarbeit mit dem HUK-Verband sämtliche Lkw-Unfälle in Bayern aus dem Jahre 1984 ausgewertet. Es zeigte sich, dass mehr als ein Drittel aller nächtlichen Lkw-Seiten- und Heck-Unfälle auf die Unfallursache "nicht oder zu spät erkannter Lkw" zurückzuführen sind. Eine begleitende Unfallanalyse der Lkw im Feldversuch für das Jahr 1991 ergab, dass sich in der gekennzeichneten Gruppe ein Unfall mit dieser Unfallursache ereignete. In der etwa gleich großen Vergleichsgruppe ergaben sich 15 Unfälle mit dieser Ursache. Damit konnten die Ergebnisse des Vorjahres bestätigt werden, die den positiven Einfluss von Linien- und Konturkennzeichnungen für Lkw auf das Unfallgeschehen zeigten.rnTeil 2: Der vorliegende Bericht enthält die Entwürfe für eine Neuformulierung der ECE-Regelungen 69 und 70, die sich mit Mitteln zur besseren Wahrnehmbarkeit und Erkennbarkeit von LKW, Anhängern und langsam fahrenden Fahrzeugen beschäftigen. Die Originalversionen von ECE-Regelung 69 (Stand Oktober 1989) und Regelung 70 (Stand März 1990) sind teilweise neuformuliert oder erweitert. Der hauptsächliche Änderungsvorschlag im Entwurf der ECE-Regelung 69 besteht in einem Ersatz des rot-fluoreszierenden inneren Dreiecks durch ein rot retroreflektierendes Dreieck. Der Entwurf der ECE-Regelung 70 wurde um die seitliche und rückwärtige Linien- und Konturkennzeichnung erweitert. Die rückwärtigen Kennzeichnungstafeln (Kennzeichnungsschilder) sollen weiter verwendet werden dürfen, wobei auch hier die rot-fluroeszierenden Flächen durch rot-retroreflektierende Flächen ersetzt werden sollen. Es wird der Oberbegriff der Markierung eingeführt, der sich in einzelne Klassen aufteilt: Klasse 1: Hintere Kennzeichnungstafel (Hinteres Kennzeichnungsschild) für Kraftfahrzeuge (Motorfahrzeuge); Klasse 2: Hintere Kennzeichnungstafel (Hinteres Kennzeichnungsschild) für Anhänger; Klasse 5: Seitliche und rückwärtige Linienkennzeichnung; Klasse 6: Seitliche und rückwärtige rechteckige Konturkennzeichnung; Klasse 7: rückwärtige runde und ovale Konturkennzeichnung.
Airbag-Systeme können, wie frühere Untersuchungen gezeigt haben, die passive Sicherheit von Motorrädern wirksam verbessern. Der vorliegende Forschungsbericht betrachtet die Übertragbarkeit von Pkw-Airbag-Konzepten auf das Motorrad und befasst sich vor allem mit dem Problem der motorradgerechten und sicheren Auslösung des Airbags. Die Funktion des Motorradairbags unterscheidet sich von der des Pkw-Airbags in entscheidender Weise durch die Möglichkeit, die Flugbahn des Fahrers bei einem Zusammenstoß mit einem rechtwinklig vor dem Motorrad befindlichen Pkw so zu beeinflussen, dass dieser das Hindernis ohne einen harten Anprall überfliegen kann. Der Abbau der kinetischen Energie des Fahrers geschieht so nicht in der kurzen Knautschzone vor dem Kollisionsobjekt, sondern in der meist ausreichend langen Auslaufzone dahinter. Der Motorradairbag kann am vorderen Tankbereich angebracht sein. Fülltechnik und Gewebematerial können vom Pkw direkt übernommen werden; jedoch ist die Nahtführung zu verstärken, da der Motorradairbag vorwiegend auf Scherung beansprucht wird. Gravierende Unterschiede ergeben sich in der Sensierung eines Crashs, da durch das an der Telegabel geführte Vorderrad signifikante Verzögerungsanstiege des Motorrades erst sehr spät erfolgen. Es ist daher nicht möglich, wie beim Pkw den Airbag allein über Beschleunigungsaufnehmer zu zünden. Schwerpunkt des Berichtes sind daher verschiedene Vorschläge, bei heute üblichen Motorradkonstruktionen einen Crash für eine Airbagauslösung rechtzeitig und sicher sensieren zu können. Zu charakteristischen Unfall-Ereignissen werden Sensoren nach verschiedenen Wirkprinzipien geordnet vorgestellt. Nach einer technischen Bewertung erweisen sich zwei Sensorvarianten als geeignet für eine zuverlässige Zündung des Airbag; gleichzeitig kann mit einer logischen Verknüpfung ihrer Signale eine Fehlauslösung sicher vermieden werden. Die ausgewählten und näher beschriebenen Sensoren registrieren den Druckanstieg im Vorderradreifen und die plastische Verformung der Telegabel. Damit ist eine Sensierung des Aufpralls rechtzeitig möglich. Je nach Größe und Dauer der Verzögerung kann der Druck des Luftkissens verändert werden, so dass der Motorradairbag in Abhängigkeit der Fahrgeschwindigkeit nur aufpralldämpfend oder flugbahnbeeinflussend wirkt. Testprogramme zur weiteren Entwicklung von Airbagsensoren für Motorräder werden als Forschungsbedarf näher erläutert.
Mit den Schwerpunkten Fahrstabilität, Kurshaltung und Kraftschlussausnutzung wurden die theoretischen und fahrdynamischen Grundlagen für die fahrsichere Motorrad-Kurvenbremsung mit einem kurventauglichen Bremssystem untersucht. In theoretischen Betrachtungen wurden ein Bremskraftregelungs- und das zugehörige Sensorkonzept sowie Maßnahmen zur Schräglaufbegrenzung (Fahrstabilität/Kraftschlussausnutzung) und zur Ausschaltung des Bremslenkmoments (Kurshaltung) erarbeitet. Die elektronische Bremskraftregelung baut auf einer dynamisch lastabhängigen Kombibremse mit voreilend überbremstem Hinterrad auf. Die Sensorik umfasst Raddrehzahlen (bzw. -änderungen), dynamische Radlasten, Radseitenkräfte und Fahrzeugrollwinkel. Das Sensorkonzept ermöglicht indirekte Messung des aktuellen Umfangs- und Seitenkraftschlussbedarfs und bietet einen Ansatz für eine kraftschlussorientierte Bremskraftregelung. Die Radkraftmessung erkennt den Beginn einer querdynamischen Destabilisierung frühzeitig und eindeutig; dies konnte im fahrdynamischen Experiment ebenso bestätigt werden wie die Praxistauglichkeit der von der Forschungsstelle neu entwickelten und gebauten Sensorik. Die kraftschlussorientierte Radregelung ist notwendigerweise angewiesen auf die Kenntnis des Reifenkraftübertragungsverhaltens. Dieses wurde mit einem Motorradreifenmessanhänger der Forschungsstelle auf realen Fahrbahnen exemplarisch untersucht. Mit seiner Hilfe kann für jeden Betriebspunkt der Kurvenbremsung der aktuelle Schräglauf an beiden Rädern bestimmt werden. Alle erfassten Daten können für weitere zukünftige Sicherheitssysteme genutzt werden. Es ist vorgesehen, das entworfene Bremskraftregelungskonzept einschließlich der Maßnahmen zur Schräglauf- und Bremslenkmomentbegrenzung zu realisieren und die hiermit zu erzielenden Verbesserungen im fahrdynamischen Experiment nachzuweisen. Die Messungen zum Reifenverhalten sollen fortgesetzt und auf den dynamischen Bereich ausgedehnt werden.