91 Fahrzeugkonstruktion
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Motorcycling is a fascinating kind of transportation. While the riders' direct exposure to the environment and the unique driving dynamics are essential to this fascination, they both cause a risk potential which is several times higher than when driving a car. This chapter gives a detailed introduction to the fundamentals of motorcycle dynamics and shows how its peculiarities and limitations place high demands on the layout of dynamics control systems, especially when cornering. The basic principles of dynamic stabilization and directional control are addressed along with four characteristic modes of instability (capsize, wobble, weave, and kickback). Special attention is given to the challenges of braking (brake force distribution, dynamic over-braking, kinematic instability, and brake steer torque induced righting behavior). It is explained how these challenges are addressed by state-of-the-art brake, traction, and suspension control systems in terms of system layout and principles of function. It is illustrated how the integration of additional sensors " essentially roll angle assessment " enhances the cornering performance in all three categories, fostering a trend to higher system integration levels. An outlook on potential future control systems shows exemplarily how the undesired righting behavior when braking in curves can be controlled, e.g., by means of a so-called brake steer torque avoidance mechanism (BSTAM), forming the basis for predictive brake assist (PBA) or even autonomous emergency braking (AEB). Finally, the very limited potential of brake and chassis control to stabilize yaw and roll motion during unbraked cornering accidents is regarded, closing with a promising glance at roll stabilization through a pair of gimbaled gyroscopes.
Motorcycle safety research
(2007)
Honda- global motorcycle sales exceeded the 10 million units mark since 2004, and further expansion is expected. As a responsibility for a company to provide mobility, Honda is focusing on motorcycle safety as top priority and has been working on various activities for both aspects of hardware and software. Here, we present Honda- activity for the safety technology of motorcycles. At present, Honda is promoting motorcycle safety in the four themes of prevention and collision safety such as safety education, recognition assistance, accident prevention and injury reduction. First, in the area of the safety education, the "Honda Safety Driving Promotion Center" was established in 1970, and motorcycle riders and vehicle driver trainings have been organized, and the traffic training centers are used as an actual practice field not only in Japan but also in many other regions in the world. Through our training activities, the new area of safety training with hardware assistance was developed and Honda- unique technology was accumulated such as the riding simulator which can provide experience of potentially dangerous situations without risk. Especially, the "riding trainer", the popular version of the riding simulator, was introduced at several motor shows in various countries and launched in September 2005. It was distributed first in Europe and is expected to expand globally aiming at 3000 units worldwide.. And in Europe, the newest version, which includes the suburban roads program, jointly developed with ADAC, will be released in near future. In the area of recognition assistance, "vehicle to vehicle communication technology" is under development using the advantage of being a manufacturer of both motorcycles and cars. This technology is under research as Honda "ASV-3" in Japan, and as part of C2C activity in Europe. As for the accident prevention, advanced brake systems for motorcycles to assist more effective brake operation have been expanded, Honda signed the European Road Safety Charter in April 2004 with the advanced brake systems commitment and furthermore, they are expanding according to vehicle characteristics and region. Then all models above 250 cc will have a version of the system by 2010. And as the last theme, "motorcycle airbag system" is introduced which is equipped on a mass production motorcycle for the first time in the world. It has been researched and developed for a long time as an injury reduction technology for collision accidents. Honda automobile technology was used for the research and development of the motorcycle airbag, and many specific issues such as the analysis of the collision conditions particular to motorcycles have been solved to realize today- success. It might be known that ADAC in-house crash test held in August this year confirmed the high effectiveness of the airbag system and showed a positive result. This motorcycle airbag system is equipped to the Honda Gold Wing and launched in North America in August, 2006. Also in Europe, it will be sold by the end of this year. Each theme of Honda motorcycle safety technology can be seen at the Honda booth.
Ziel des Projektes war die Untersuchung der fahrdynamischen Besonderheiten der stationären, besonders jedoch der instationären Kurvenfahrt (Kurvenbremsung) von einspurigen Kraftfahrzeugen. Hierbei waren die Bewertung von Bremswirkung und Fahrstabilität unterschiedlicher Bremssysteme (Standardbremse, Kombibremse, ABV-Systeme) bei Kurvenbremsung sowie die Quantifizierung fahrer-, fahrzeug-, und fahrbahnseitiger Einflussparameter von besonderer Bedeutung. Hierzu werden zunächst die physikalischen und fahrdynamischen Grundlagen erarbeitet und der theoretische Ablauf der Kurvenbremsung betrachtet. Es folgte die experimentelle Erfassung des Kurvenbremsverhaltens im Straßenfahrversuch unter Verwendung der unterschiedlichen Bremssysteme und der Variation aller relevanter Parameter. Anschließend erfolgte die rechnergestützte Auswertung der experimentellen Ergebnisse sowie die Bewertung der unterschiedlichen Bremssysteme und Einflussgrößen. Als wichtigste Ergebnisse der Untersuchung können folgende Punkte gelten: - Alle untersuchten Bremssysteme können hinsichtlich des querdynamischen Verhaltens (Kurshaltung, Fahrstabilität) nicht befriedigen. - Effiziente Abbremsung in Kurvenfahrt mit ausreichender Bremssicherheit ist mit einer ABV-geregelten Kombibremsanlage zu erreichen unter der Voraussetzung, dass die ABV-Regelung nicht aktiviert wird, sondern das ABV-System lediglich als Überbremsungsschutz fungiert. - Die herkömmliche ungeregelte Standardbremse birgt mit zunehmender Querbeschleunigung eskalierende Sturzrisiken. Beim derzeitigen Stand der Technik lassen ABV-Systeme eine ausreichend fahr- und kursstabile Kurvenbremsung mit befriedigender Verzögerung zu, wenn nahe an der Regelungsschwelle gebremst wird. Wegen des hierbei dominierenden Einflusses des Vorderrades ist die Verbindung eines auf beide Räder wirkenden ABV-Systems mit einer lastabhängigen Kombibremse und voreilend überbremstem Hinterrad zu empfehlen.
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.
At the beginning of the year 2000 the European Commission set the goal to halve the number of road deaths till the year 2010. The main focus are passenger car and lorry traffic. A significant reduction of the accident data could be reached in these groups. The advancement of active vehicle safety systems is an important issue of the programme. The safety of the motorcycle traffic has been disregarded till now. Since 1991 the number of killed motorcycle riders per year has been constant. The number of killed passenger car occupants has been more than halved in the same period. This is why initiatives are caused for the increase of the motorcycle safety. A great safety potential is expected for the Antilock Brake System (ABS). ABS for motorcycles is considered from the economic view in this study. A cost-benefit analysis shall clarify whether the economic benefit of ABS for motorcycles is greater than the consumed resources. Moreover, a sensitivity analysis will determine the maximal justifiable consumption in resource for which ABS is worthwhile. After the sensitivity analysis is done a break-even analysis will determine the market price respectively the annual mileage from which on ABS is worthwhile on user level. For this the fair end consumer market price is calculated which the user is ready to pay. For the considered market prices the annual mileage is determined from which on ABS is worthwhile for the user. The considered time horizon for this analysis are the years 2015 and 2020. For each of these years the accident data is forecasted. At this, it is assumed that the frequency of having an accident per million registered motorcycles decreases based on the present trend. Thus, riding motorcycle gets safer. Hence, the accident data in the years 2015 and 2020 is lower than the accident data today. The cost-benefit analysis is done for each year for four scenarios. Two scenarios handle the market penetration. The first one is the trend scenario, the second one is the mandatory equipment from the year 2010 on. The other scenarios describe the effectiveness of ABS. The effectiveness rates are determined by a literature review. The only potential which can be considered due to the available data is the potential due to an avoiding of the downfall just before the real accident happens. According to this the number of accidents will decrease by 2.4 %. The number of fatalities will decrease by 12.1 %. The number of severe injuries decreases by 11.7 %. However, the number of slight injuries increases by 2.1 %. The mentioned effectiveness rates are valid for the scenarios with the high effectiveness. Even these figures underestimate the actual effectiveness because there are only considered the avoided accidents with downfall. The necessary consumption in resources depends on the produced volume. The more ABS systems are produced, the lower are the costs per system. This is due to realised effects of scale and effects out of learning curves. The system costs depend on the penetration rate. In the trend scenario the system costs for ABS are 120 Euro for the year 2015 respectively 105 Euro for the year 2020. In the mandatory scenario the system costs are 115 Euro for the year 2015 respectively 100 Euro for the year 2020. The benefit-cost ratios are all over the critical barrier of 1.0. Thus, ABS is worthwhile on economic level. In the scenarios with high effectiveness the benefit-cost ratios range between 4.6 and 4.9. Thus, the values are even above the barrier of 3.0. The result of the break-even analysis is that ABS is worthwhile on user level. The considered market prices are 400 Euro in 2015 and 300 Euro in 2020. They are clearly below the determined fair end consumer market prices. The fair end consumer price for the year 2015 is 701 Euro respectively 622 Euro for the year 2020. Thus, ABS is worthwhile for motorcycle riders with an annual mileage higher than 2,200 km (year 2015) respectively 1,900 km (year 2020). The annual mileage of a motorcycle rider is 3,900 km on average. Thus, ABS is worthwhile for most of the motorcycle riders. The mentioned results are valid for the high effectiveness scenarios.
Die vorliegende Studie untersucht die Auswirkung der Ausstattung von Motorrädern mit Anti-Blockier-System (ABS) auf die Fahrsicherheit von Motorrädern. Hierzu wurden Fahrversuche im realen Verkehr und auf abgesperrter Teststrecke durchgeführt. Erfahrene und wenig erfahrene Motorradfahrer absolvierten Testfahrten auf nasser und trockener Fahrbahn mit und ohne ABS-Aktivierung des Motorrades. Bei den Versuchsfahrten kam es zu einigen kritischen Fahrsituationen, bei denen die Versuchspersonen insbesondere zu Beginn des Bremsmanövers von ihrem "normalen" Bremsverhalten abwichen. Bei blockierendem Hinterrad wurde der Bremsdruck vorne und hinten reduziert, was zu einer deutlichen Bremswegverlängerung führte. Bei den Vollbremsungen unter idealen Bedingungen auf abgesperrter Strecke wurden von erfahrenen Fahrern ohne ABS kürzere Bremswege als mit ABS erreicht. Kurvenbremsungen mit ABS-Regelung wurden im mittleren Geschwindigkeits- und Schräglagebereich fahrstabil durchgeführt. Die Ergebnisse zeigen, dass selbst erfahrene Motorradfahrer Bremsweg in kritischen Situationen verschenken. Geeignete Antiblockiersysteme könnten Motorradfahrern die Angst vor Radblockaden nehmen. Dies dürfte einen erheblichen Beitrag zur Steigerung der aktiven Sicherheit leisten.
In the last years there has been a decline in accident figures in Germany especially for four wheeled vehicles. At the same time, accident figures for motorcycles remained nearly constant. About 17 % of road traffic fatalities in the year 2006 were motorcyclists. 33 % of these riders were killed in single vehicle crashes. This leads to the conclusion that improving driving dynamics and driving stability of powered two wheelers would yield considerable safety gains. However, the well-known measures for cars and trucks with their proven effectiveness cannot be transferred easily to motorcycles. Therefore studies were carried out to examine the safety potential of Anti Lock Braking Systems (ABS) and Vehicle Stability Control (VSC) for motorcycles by means of accident analysis, driving tests and economical as well as technical assessment of the systems. With regard to ABS, test persons were assigned braking tasks (straight and in-curve) with five different brake systems with and without ABS. Stopping distances as well as stress and strain on the riders were measured for 9 test riders who completed 105 braking manoeuvres each. Knowing the ability of ABS to avoid falls during braking in advance of a crash and taking into account the system costs, a cost benefit analysis for ABS for motorcycles was carried out for different market penetration of ABS, i.e. equipment rates, and different time horizons. The potential of VSC for motorcycles was estimated in two steps. First the kinds of accidents that could be prevented by such a system at all have been analysed. For these accident configurations, simulations and driving tests were then performed to determine if a VSC was able to detect the critical driving situation and if it was technically possible to implement an actuator which would help to stabilise the critical situation.
Die Bundesanstalt für Straßenwesen hat das Fachgebiet Fahrzeugtechnik der Technischen Universität Darmstadt (fzd) damit beauftragt, die Bremsung des Motorradfahrers mit verschiedenen Kraftradbremssystemen zu untersuchen. Die Bremsung ist eines der am schwierigsten zu beherrschenden Motorradfahrmanöver. Dem Fahrer als Regler zweier unabhängig voneinander bedienbarer Bremskreise wird die Regelaufgabe zusätzlich erschwert durch die latente Sturzgefahr eines kreiselstabilisierten Einspurfahrzeugs. Hinzu kommen das ungünstige, die Gefahr eines Bremsüberschlags begünstigende Verhältnis von Schwerpunkthöhe zu Radstand und die meist hohen Bremskräfte bereits bei niedrigen Bedienkräften. Weitere fahrwerkabhängige Parameter wie die Lage des Nickpols beeinflussen den zeitlichen Ablauf der Radlastverschiebung während der für die Erzielung eines geringen Bremswegs besonders wichtigen Anfangsphase der Bremsung. Trotz dieser für den Fahrer als Regler ungünstigen Voraussetzungen hat sich am Grundkonzept der im größten Teil der Motorradpopulation verbauten Standardbremse mit getrennter Bedienung von Vorderrad- und Hinterradbremse seit Beginn des letzten Jahrhunderts nichts geändert. Aufgabe der vorliegenden Forschungsarbeit ist es, Anforderungen an Bremssysteme, mit denen der Motorradfahrer sichere Bremsungen mit kurzen Bremswegen reproduzierbar erreichen kann, zu formulieren. Dazu wurden Testpersonen Bremsaufgaben mit den fünf verschiedenen Bremssystemen Standard- und Kombibremse jeweils mit und ohne ABS sowie blockiergeschützte Kombibremse mit Einhebel-Bedienung gestellt und die erzielten Bremswege sowie Belastungs- und Beanspruchungsgrößen des Fahrers aufgezeichnet. Die Versuche zeigen folgende Ergebnisse: Die erzielten Bremswege sind mit ABS kürzer als ohne, was vor allem auf die Unterschiede in der Anfangsphase einer Bremsung zurückgeführt werden kann. Die während dieser Anfangsphase verstreichende Zeit steigt bei Bremsungen ohne ABS überproportional mit der Ausgangsgeschwindigkeit. Dies gilt auch und vor allem für die Kurvenbremsung. Ein signifikanter Unterschied zwischen Standard- und Kombibremse konnte nicht festgestellt werden. Die Bedienung einer blockiergeschützten Kombinationsbremse mit nur einem Bremshebel zeigt keinerlei Nachteil gegenüber einer konventionellen Zweihebel-Bedienung. Bei Bremsungen ohne ABS stieg die als Beanspruchungsgröße herangezogene Herzschlagfrequenz deutlich stärker an als bei Bremsungen mit ABS. Auch der Muskeltonus des Flexor Digitorum Superficialis, eine Belastungsgröße, liegt wie auch andere Belastungsgrößen aufgrund der mit einer höheren mentalen Beanspruchung einhergehenden Muskelanspannung bei Bremsungen ohne ABS deutlich höher als bei Bremsungen mit ABS. Die während des Versuchsbetriebs aufgetretenen Stürze fanden erwartungsgemäß nur bei Bremsungen ohne ABS statt. Es können folgende Empfehlungen für zukünftige Kraftradbremssysteme abgeleitet werden: ABS sollte bei Einspurfahrzeugen möglichst flächendeckend Verwendung finden; dabei kann es abschaltbar gestaltet werden. Beim Vorhandensein einer blockiergeschützten Kombibremse ist ein Bedienelement ausreichend; dies sollte der Handbremshebel sein. Eine Überschlagregelung blockiergeschützter Bremsen ist notwendig, bestehende Überschlagregelungen müssen verbessert werden. Der Originalbericht enthält als Anhang den Test zur Ermittlung der Fahrerfahrung. Auf die Wiedergabe dieses Anhanges wurde in der vorliegenden Veröffentlichung verzichtet. Der Test liegt bei der Bundesanstalt für Straßenwesen vor und ist dort einsehbar. Verweise auf den Anhang im Berichtstext wurden beibehalten.