91 Fahrzeugkonstruktion
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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.
Although the bus belongs to the safest traffic means, single accidents can be particularly severe and concern many passengers. Especially in case of fires a high number of injured and killed persons can be the outcome. Fire safety of buses therefore is of high importance. With the increase of plastic materials as a material for the interior equipment of buses and coaches due to their good mechanical properties combined with low weight, the question arises whether the safety level has decreased in case of a fire during the last years " also compared to other means of transport. Because of the combustible plastics and their ability to release a high amount of heat the main fire load in buses is no longer the fuel but the plastic materials which are also often easy to ignite. Besides the flammability of the equipments, also the production of smoke, the smoke development and propagation as well as its toxicity are of interest. That counts for the passengers as well as for the test methods and its limit values. The severe fire in Germany near Hanover in 2008 with 20 fatalities showed how disastrous such fires can be. For those reasons several research projects were initiated on behalf of the German Federal Highway Research Institute. At the one hand the fire behaviour of coach interiors was examined in general focusing on fire propagation as well as fire detection and signalling. As result, recommendations with regard to early fire detection systems for the engine compartments and onboard extinguishing equipment were elaborated. On the other hand research was carried out to examine heat release, smoke, smoke propagation and its toxicity due to burning bus interior materials. In this project small and real scale experiments on material specimens, interior parts and vehicles were performed. Trains and buses often have very similar operation conditions. Consequently, bus interior material was tested according to the regulations for rail vehicles, i.e. DIN EN 45545 as well as DIN 5510. None of the tested bus interior materials would have been allowed to use in a train. The fire safety regulations for bus materials are on a low level compared to other transport sectors, i.e. railway, ship and aircraft. Also numerical investigations with the Fire Dynamics Simulator (FDS) were performed. The very rapid fire development during the severe bus fire from 2008 could be predicted with the numerical model. The model was then used to investigate the influence of different materials, ventilation conditions and ignition sources. The bus materials contribute significantly to a very rapid fire development in bus fires. Especially, the flammable ceiling and the passenger seats were identified to be key issues of the fire propagation in a bus and can be explained by the rapid fire spread along the ceiling and the high fire load of passenger seats. As conclusion of the project effective and economically reasonable fire safety requirements for interiors of buses are recommended which would improve the current situation. Proposals for amendments of current requirements are recommended including the specification of appropriate limit values. In particular, it is taken into consideration which reasonable fire safety standards from other transport sectors, especially the rail sector, should be transferred to buses
Within the automotive context camera monitor systems (CMS) can be used to present views of the traffic situation behind the vehicle to the driver via a monitor mounted inside the cabin. This offers the opportunity to replace classical outside rearview mirrors and therefore to implement new design concepts, aerodynamically optimized vehicle shapes and to reduce the width of the vehicle. Further, the use of a CMS offers the potential to implement functionalities like warnings or situation-adaptive fields of view that are not feasible with conventional rearview mirrors. Despite these potential advantages, it is important to consider the possible technical constraints of this technology and its effect on driver perception and behavior. On the technical side next to the field of view and die robustness of die system, aspects as its functionality at day and night as well as under varying weather conditions should be object to scientific investigation. Concerning human machine interaction, it has to be considered, that the perception of velocities and distances of approaching vehicles might be different for CMS as compared to conventional rearview mirrors and potential influences of factors as the Position of the displays or drivers' age should be taken into account. In order to shed light on these and further open issues, BASt is currently conducting a study that will cover the use of CMS under controlled conditions as well in real traffic. The first part of the study will focus on passenger cars, while in a second step the empirical investigation will be extended to heavy goods vehicles, where the potentials as well as the limitations of CMS might differ considerably. The presentation will cover the first part, with regard to the experimental design, implementation and initial results if already available.
Topics of this report are: Securing mobility and making mobility sustainable - Strategies for road safety: Safe behavior, Safe vehicles, Safe infrastructure, Telematics, International vehicle-engineering measures " Accident statistics " Accident research " Passive vehicle safety " Active vehicle safety " Driver assistance systems " Environmental protection through vehicle engineering.
Sicherheitstechnische Anforderungen an die Bestuhlung moderner Reisebusse als Rückhaltesysteme
(1991)
Die Schutzfähigkeit von KOM-Fahrgastsitzen, die den ECE-R 80-Anforderungen entsprechen, ist bisher nur für die aufgerichtete Rückenlehne nachgewiesen. Hier wurde untersucht, ob auch geneigte Rückenlehnen ausreichende Schutzwirkung bieten. Ausgehend von der Normalsitzposition verfügen Reisebussitze heutiger Bauart über einen Lehnenverstellwinkel von circa 15 Grad (Normal-, Ruhesitzposition). Sondersitze für Ältere und Sportler erlauben auch die Liegesitz- beziehungsweise Liegeposition bei jedoch erheblich größeren Sitzteilern. In Schlittenaufprallversuchen mit je zwei instrumentierten anthropometrischen Messpuppen auf Reisebus-Doppelsitzen wurden die Belastungsverhältnisse eines frontalen Aufpralls simuliert. Die Lehnenverstelleinrichtung der Prüfsitze wurde behelfsweise so verändert, dass 3 (4) Winkeleinstellungen der Lehnenneigung möglich waren. Für jeweils zwei hintereinander zugeordnete Sitzplätze wurden wechselweise diese Lehneneinstellungen variiert. Mit 17 Doppelsitzen wurden insgesamt 32 Körperaufprallereignisse in den verschiedenen Lehnenneigungskonfigurationen durchgeführt. Die Versuchsergebnisse gliederten sich nach der Bewegungsform des Dummy, seinen Belastungen und den am Vordersitz hervorgerufenen Beschädigungen. Die Aufprallverhältnisse in aufrechter Normalsitzposition entsprechend der ECE-R 80 bildeten die Bewertungsbasis. Die gewonnenen Versuchsergebnisse lassen sich wie folgt zusammenfassen: - Für beliebige Lehneneinstellungen im Winkelbereich bis zu 30 Grad zur Senkrechten bietet die vorgebaute Sitzlehne generell ausreichende Rückhaltewirkung beim Körperaufprall. - Wenn die Vordersitzlehne jedoch steiler eingestellt ist als es der Körperhaltung des dahintersitzenden Dummy entspricht, ist mit 1,5-2fach höheren Kopfbelastungen zu rechnen. Das ECE-R 80-Schutzkriterium HAC < 500 wird überschritten. - Vorsorglich sollte aus sicherheitstechnischer Sicht der zulässige Grenzwinkel der Lehnenneigung auf 30 Grad zur Senkrechten beschränkt werden.
Sicherheitsgurte sind als wirksamer Schutz für Pkw-Insassen bei Verkehrsunfällen weltweit anerkannt; trotzdem werden sie in der Bundesrepublik Deutschland von den Autofahrern noch nicht im wünschenswerten Maße benutzt, obwohl Sicherheitsgurte in ihren Fahrzeugen eingebaut sind. Von dieser Situation ausgehend behandelt die vorliegende Studie sowohl die wirtschaftlichen, rechtlichen und technischen Aspekte, einschließlich alternativer Rückhaltesysteme, als auch die Frage nach der Wirksamkeit des Sicherheitsgurtes. Die Auswertung der internationalen Literatur und die Erörterung der anstehenden Probleme mit Experten führten zu folgenden Feststellungen: - Der Dreipunktgurt kann sowohl hinsichtlich seines Bedienungs- und Tragekomforts als auch im Hinblick auf die beabsichtigte Schutzwirkung im Detail verbessert werden. - Derzeit gibt es keine serienreifen Alternativen zum Gurtsystem. - Das Risiko von gurtbedingten Verletzungsverschlimmerungen ist gering, so dass ihm keine ausschlaggebende Bedeutung beigemessen werden kann. - Ausländische Erfahrungen zeigen, dass durch die Einführung eines Bußgeldes die Kraftfahrer in ihrer überwiegenden Mehrheit die Anlegepflicht befolgen. - Würden in der Bundesrepublik Deutschland alle Frontinsassen von Pkw den Gurt stets anlegen, so könnte der derzeitige Sicherheitsgewinn praktisch verdoppelt werden.
Gegenstand der Studie ist die Sicherheitsbeurteilung kleiner Stadt-Pkw. Durch die Auswertung von Herstellerunterlagen zur konstruktiven Gestaltung, von Veröffentlichungen zum Kollisionsverhalten und zur Betriebssicherheit, in Kontakten mit einem Importeur solcher Fahrzeuge und durch eigene Begutachtung mehrerer Modelle wurde der technische Stand gegenwärtig angebotener Fahrzeuge erfasst. Die rechtliche Situation der Fahrzeuge in der Bundesrepublik Deutschland, Frankreich, Italien und Japan wurde zusammengestellt. Die gesetzlichen Anforderungen dieser Staaten an diesen Fahrzeugen unterscheiden sich deutlich. Europäische Fahrzeuge berücksichtigen nur in geringem Maß Belange der passiven Sicherheit, da die Fahrzeuge in ihren Herstellungsländern Vorschriften zum Aufprallverhalten und zum Insassenschutz nicht erfüllen müssen. Japanische Fahrzeuge sind in ihren Eigenschaften herkömmlichen Fahrzeugen ähnlich. Wichtige Anforderungen an die innere und äussere passive Sicherheit dieser Stadt-Pkw werden zusammengestellt.
Die Elektromobilität ist nicht erst seit dem Nationalen Entwicklungsplan Elektromobilität der Bundesregierung, der u.a. als Zielsetzung hat, dass eine Million Elektrofahrzeuge bis 2020 auf deutschen Straßen fahren sollen, ein allgegenwärtiges Thema. Eine zu lösende Aufgabe auf dem Weg zu diesem Ziel ist die Betrachtung der Abhängigkeiten der Systeme Elektrofahrzeug, Ladeverbindungseinheit und Ladesystem, welche bisher weitgehend autonom normiert sind. Um Personen- und Sachschäden beim Laden von Fahrzeugen zu vermeiden, ist es möglicherweise erforderlich, Anforderungen an die Sicherheit dieses Gesamtsystems zu definieren. Zu diesem Zweck beauftragte die Bundesanstalt für Straßenwesen die SGS-TÜV Saar GmbH, Competence Center Funktionale Sicherheit mit der Durchführung einer Risikoanalyse, mit dem Ziel die Sicherheitsaspekte beim Laden eines Elektrofahrzeuges zu untersuchen. Bisher nicht bzw. unzureichend betrachtete Gefährdungen während des Ladevorganges sollten aufgezeigt werden. Nötige Maßnahmen sollten definiert und punktuell mittels Tests validiert werden, um identifizierte Risiken auf ein ausreichend geringes Maß zu senken. Im Kern wurde untersucht, welche potenziellen Risiken (Das Risiko definiert sich als die Beschreibung eines Ereignisses mit der Möglichkeit negativer Auswirkungen. Das Risiko wird allgemein als Produkt aus Eintrittswahrscheinlichkeit eines Ereignisses und dessen Konsequenz angesehen. (Quelle: Wikipedia)) beim Laden eines Elektrofahrzeugs auftreten. Auf Basis einer Normenrecherche wurde die Frage beantwortet, an welchen Stellen normativer und gesetzlicher Handlungsbedarf besteht. Dazu wurden die nachfolgenden Schwerpunkte erarbeitet: - Darstellung möglicher sicherheitskritischer Bedingungen beim Laden; - Zuordnung der sicherheitskritischen Bedingungen zu den Subsystemen Infrastruktur, Kabel und Fahrzeug; - Definition von Maßnahmen zur Erhöhung der Sicherheit beim Laden; - Aufzeigen der Zuständigkeiten für die Gewährleistung der Sicherheit; - Offenlegung des regelungsseitigen Bedarfs. Im ersten Schritt wurde eine Risikoanalyse durchgeführt, um die potenziellen Risiken beim Laden eines Elektrofahrzeugs aufzuzeigen. Die Risikoanalyse wurde zunächst ohne Berücksichtigung bereits normativ oder gesetzlich festgelegter Schutzmaßnahmen durchgeführt. Anschließend erfolgte eine iterative Weiterführung der Betrachtung der Risiken in zweierlei Hinsicht: a) Berücksichtigung existierender normativer und/ oder gesetzlicher Anforderungen, welche parallel zur Risikoanalyse recherchiert wurden; b) Beschreibung ergänzender technischer und/ oder organisatorischer Maßnahmen, um nicht abgedeckte Risiken weiter zu reduzieren. Danach wurde eine erneute Beurteilung der Risiken vorgenommen, um aufzuzeigen, ob die vorhandenen bzw. neu definierten Maßnahmen in der Lage sind, das identifizierte Risiko in ausreichendem Maß zu reduzieren. Generell zeigte sich im Rahmen der Risikoanalyse eine breite, durch Normen und Richtlinien bzw. gesetzlichen Regelungen, vorhandene Abdeckung der möglichen Risiken. Derzeit nicht abgedeckte Risiken konnten adressiert und wirksame Lösungsmöglichkeiten vorgeschlagen werden. Bei Umsetzung aller aufgezeigten Lösungsansätze bleiben somit keine relevanten Risiken offen. Jedoch zeigt sich auch, dass zu bestimmten Themen dringender Handlungsbedarf besteht. Als Ergebnis ließ sich zu folgenden Punkten ein konkreter Handlungsbedarf ableiten: - Als eines der Hauptrisiken wurde das Laden an einer haushaltsüblichen Schukosteckdose, ohne die Nutzung einer zusätzlichen in der Ladeleitung integrierten Schutzeinrichtung, identifiziert. Bei Ladeleitungen mit Schutzeinrichtung hängt deren Schutzwirkung nicht zuletzt von einer regelmäßigen technischen Überprüfung ab; - Als relevant wurden weiterhin die elektromagnetischen Felder, die von einer Ladeleitung bei hohen Strömen ausgehen (zukünftige Schnellladesysteme), identifiziert, hier sind tiefergehende Untersuchungen erforderlich; Im Sinne der Risikominimierung sollte auch das maximal zulässige Gewicht der Ladegarnitur limitiert sein; - Auch Risiken, die sich durch die Bedienung ergeben, wurden untersucht. Mit entsprechenden Hinweisen im Bedienungshandbuch des Elektrofahrzeuges kann hier bereits einigen möglichen Gefahren begegnet werden. Dies betrifft unter anderem die Handhabung der Ladegarnitur beim Laden im öffentlichen Raum. Aus den ermittelten, noch umzusetzenden Maßnahmen geht hervor, dass der derzeitige Stand der Normung und gesetzlichen Regelungen noch nicht vollkommen ausreichend ist, um alle ermittelten und aufgezeigten Risiken in ausreichendem Maße zu reduzieren. Aus den Ergebnissen der Studie wird aber auch deutlich, dass die Sicherheit nicht alleine von einem Teilsystem alleine, sondern vielmehr durch das sichere Zusammenwirken aller Teile, auch in Kombination mit dem Verhalten der Nutzer und partizipierender Personen, gewährleistet wird.
Nach einer Reisebusunfallserie im Jahre 1992 wurde die Bundesanstalt für Straßenwesen beauftragt ein Expertengespräch durchzuführen und eine Projektgruppe einzurichten, um Schwachstellen im Sicherheitssystem des Reisebusverkehrs aufzudecken, Verbesserungsvorschläge zu erarbeiten und den Forschungsbedarf zu identifizieren. Der Beitrag befasst sich schwerpunktmäßig mit den ökonomischen Rahmenbedingungen und der Sicherheit, den Ausbildungs- und Eignungsfragen der Busfahrer, deren Belastung und Beanspruchung, der Einhaltung und Kontrolle von Vorschriften, der Erhöhung der kraftfahrzeugtechnischen Sicherheit sowie dem Notfall- und Unfallmanagement. Zur Weiterentwicklung des Sicherheitssystems wird eine auf breite Mitwirkung auch von Beteiligten angelegte Sicherheitsforschung für den Wirtschaftsverkehr empfohlen. Aus den untersuchten Feldern werden Empfehlungen abgeleitet und der notwendige Forschungsbedarf aufgeführt.
Wegen der wachsenden Verbreitung von Fahrradanhängern zum Kindertransport und der möglichen Unfallgefährdung ist im vorliegenden Forschungsprojekt deren passive Sicherheit untersucht worden. Zudem wurde der Frage nachgegangen, ob der Transport von Kindern im Fahrradanhänger sicherer ist als mit dem Fahrrad mit Kindersitzen. In Absprache mit Herstellern und Vertreibern wurden verschiedene Untersuchungen durchgeführt. Es handelte sich um Anprallversuche (Anfahrversuche), Rollwagenversuche (Schlittenversuche) sowie Kopffreiheitsprüfungen und Fallversuche. Bei den Versuchen waren die Prüfobjekte mit einem oder zwei Dummies besetzt, die mit Messdatenaufnehmern ausgestattet waren. Verschiedene Messdaten, zum Beispiel Kopf- und Brustbeschleunigung, wurden erfasst und ausgewertet. Zusätzlich wurde das Kopfschutzkriterium (HPC) berechnet und bewertet. Entstandene Schäden an den Prüfobjekten wurden aufgenommen und durch Fotos dokumentiert. Die Versuchsabläufe selbst wurden mit Hochgeschwindigkeitskameras aus verschiedenen Positionen aufgezeichnet. Beim Anfahrversuch mit einem Pkw gegen ein Gespann aus Fahrrad und Anhänger waren direkte Anstöße der Anhängerinsassen an die Pkw-Front zu erkennen. Die Beschleunigungswerte waren dabei relativ hoch. Anstöße gegen Anhängerinnenteile waren bei fast allen Versuchen zu beobachten. Teilweise wurden Radaufhängungen und Radnaben beschädigt. Durch die Rollwagenversuche wurden konstruktive Schwächen bei den Sitzen und Rückhaltesystemen festgestellt. Nähte, Befestigungen und Verstellösen wurden zerstört. Es stellte sich heraus, dass die Qualität des Gurtsystems, die Steifigkeit des Anhängeraufbaus, die Sitzposition der Kinder und die vorhandene Kopffreiheit ausschlaggebend für das Verletzungsrisiko der Insassen sind. Bei den Versuchen mit Fahrradsitzen ergaben sich hohe Beschleunigungswerte durch den direkten Kontakt des Radfahrers mit der Fahrzeugfront und/oder der Fahrbahn. Das Gewicht des Radfahrers, des Fahrrades und auch Fahrradteile bergen ein erhöhtes Verletzungsrisiko für das Kind. Zusätzlich besteht die Gefahr überfahren zu werden, wenn das Kind nach dem Sturz des Fahrrades ungeschützt auf der Fahrbahn liegt. Ein direkter Vergleich der beiden Transportmöglichkeiten war aufgrund der geringen Daten der Versuche mit Fahrradkindersitzen nur bedingt möglich. Tendenziell ist der Transport der Kinder im Fahrradanhänger als weniger gefährlich zu bewerten. Es werden die Vor- und Nachteile dargestellt. Zur Bewertung der Sicherheit von Fahrradanhängern wurden die folgenden Prüfmethoden erarbeitet: - Pendelschlagprüfung für die gesamte Chassisstruktur; - Kopffreiheitsprüfung; - Belastungsprüfung der Aufbaustruktur; - Festigkeitsprüfung der Gurtsysteme. Die Prüfungen sind so aufgebaut, dass sie mit einfachen Mitteln durchzuführen sind. Es sollte somit jedem Anhängerhersteller möglich sein, die passive Sicherheit seiner Produkte umfassend zu untersuchen. Die Prüfverfahren für die Sicherheitsbewertung sollen in eine DIN-Norm und in das Merkblatt für Fahrradanhänger einfließen. Der Original-Forschungsbericht enthält einen umfangreichen Fotoband zu den Einzelheiten der Versuche und Versuchsaufbauten sowie zu den Beschädigungen der Prüfobjekte und kann bei der BASt eingesehen werden.