91 Fahrzeugkonstruktion
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Werden die in Deutschland gebräuchlichen Stahlschutzplanken umgestaltet um das Verletzungsrisiko für Motorradfahrer zu verringern, zeigt sich ein Kompatibilitätsproblem: Die Erhöhung der Sicherheit für Motorradfahrer wird mit Einschränkungen der Sicherheit von Pkw-Insassen erkauft. Um dieses Kompatibilitätsproblem zu lösen wurden unter Federführung der Bundesanstalt für Straßenwesen (BASt) neue Nachrüstkomponenten für Stahlschutzplanken entwickelt. Dabei lag der Schwerpunkt auf der Senkung der Verletzungsschwere für Motorradfahrer. Im vorliegenden Projekt sollten die Nachrüstkomponenten des Systems "EuskirchenPlus" ihre Tauglichkeit auch für Pkw-Insassen in Anprallprüfungen (Crashtests) beweisen. Dies gelang zunächst nicht. Daher wurden die Nachrüstkomponenten zu neuen Konstruktionen ("ESP-Motorrad" und "EDSP-Motorrad") weiterentwickelt, und es gelang, die "ESP-Motorrad" erfolgreich zu prüfen. Die Eignung der "EDSP-Motorrad" wurde aus den vorliegenden Forschungsergebnissen und den Erfahrungen der BASt abgeleitet. Das Kompatibilitätsproblem konnte zwar nicht umfassend gelöst, jedoch soweit beseitigt werden, dass keine relevanten Einsatzbeschränkungen mehr aufrecht erhalten werden müssen. Die "ESP-Motorrad" und die "EDSP-Motorrad" sind auf nahezu allen für Motorradunfälle relevanten Strecken grundsätzlich geeignet, die klassischen Stahlschutzplanken ESP beziehungsweise EDSP zu ersetzen.
Anforderungen, Zielkonflikte
(2019)
Um Sicherheit und Umweltverträglichkeit von Straßen- bzw. Kraftfahrzeugen zu gewährleisten, werden an die Gestaltung der Fahrzeuge technische Anforderungen gestellt. Es gibt Anforderungen durch den Gesetzgeber, die erfüllt werden müssen, um ein Fahrzeug in den Verkehr bringen zu dürfen. Darüber hinaus bestehen herstellerinterne Anforderungen an das Produkt, die über das vom Gesetzgeber geforderte Maß hinausgehen, um den Kundenwünschen und der Firmenphilosophie zu genügen. Und als dritter Punkt stellen auch Verbraucherschutz-Organisationen Kriterien auf, anhand derer sie die Eigenschaften der auf dem Markt befindlichen Fahrzeuge bewerten und die Fahrzeuge eingruppieren, was dann der Kundeninformation dient. Auch diese Anforderungen gehen über die des Gesetzgebers hinaus. Das Setzen der gesetzlichen Mindestanforderungen ist für die Fahrzeugtechnik mittlerweile jedoch nicht mehr einzelnen Staaten überlassen. Vielmehr sind die für die Genehmigung von Fahrzeugtypen einzuhaltenden Bedingungen international harmonisiert: Für die EU sind dies EU-Richtlinien oder EU-Verordnungen, die von der Europäischen Kommission in Brüssel vorgeschlagen werden. Für über die EU hinausgehende Staaten bzw. Regionen sind dies unter anderem Regelungen der UN, erstellt von der UN-Wirtschaftskommission für Europa (UNECE) in Genf.
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.
This study investigates the protection offered by passive head-restraints with different stiffness and energy dissipation properties. For this purpose, computational multi-body models of a generic car seat and a biofidelic 50thpercentile male human for rear impact are used to study different seat designs and passive head-restraints. The validated seat-occupant model is also used in the design of two different car-seat models which are shown to effectively mitigate whiplash by utilising a crash-energy distribution technique. Five different passive head-restraints with varying stiffness (low-medium-high) and energy dissipation percentages (low-high) are successively attached to four different car-seat models. The simulation results indicate that the protection offered by head restraints is strongly dependent on the seat design. It has also been shown that the stiffness of the passive head-restraint has much more influence on whiplash-risk in comparison to its energy dissipation capacity.
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.
Zu Beginn des Jahres 2016 macht der Anteil der Pkws mit alternativem Antrieb rund 2% des Pkw-Gesamtbestandes aus. Der Bestand an Pkw mit alternativem Antrieb stieg auf rund 712.000 Fahrzeuge im Jahr 2016 (ein Plus von etwa 11% gegenüber 2013). Um die zukünftige Entwicklung von Fahrzeugen mit alternativem Antrieb in Deutschland beurteilen zu können, initiierte die Bundesanstalt für Straßenwesen (BASt) im Auftrag des Bundesministeriums für Verkehr und digitale Infrastruktur (BMVI) schon im Jahr 2010 die Einrichtung einer langfristigen Beobachtung des Fahrzeugmarktes und des Unfallgeschehens von Fahrzeugen mit alternativen Antriebsarten mit dem Ziel, die tatsächliche Umsetzung des technologischen Fortschritts in marktgängige Produkte zu verfolgen, frühzeitig Kenntnis über die Bestandsentwicklung zu erhalten sowie mögliche Fehlentwicklungen " insbesondere mit Blick auf die Verkehrssicherheit " zu identifizieren. Vor allem die Betrachtung des letzten Punktes soll die Möglichkeit schaffen, Vorschläge für eine sinnvolle Steuerung der Entwicklung leisten zu können. Nachfolgend werden in Kapitel 2 die technischen Entwicklungslinien des Marktes für Fahrzeuge mit alternativem Antrieb dargestellt. In den Kapiteln 3 und 4 werden der Bestand sowie das Unfallgeschehen näher betrachtet.
Um die zukünftige Entwicklung von Fahrzeugen mit alternativem Antrieb, z.B. Hybrid-, Elektro- und Brennstoffzellenfahrzeuge, in Deutschland verfolgen und analysieren zu können, hatte die Bundesanstalt für Straßenwesen (BASt) im Jahr 2010 die Einrichtung einer langfristigen Beobachtung des Fahrzeugmarktes und einer konzentrierten Beobachtung des Unfallgeschehens initiiert, mit den Zielen, die tatsächliche Umsetzung des technologischen Fortschritts in marktgängige Produkte zu verfolgen, frühzeitig genaue Kenntnis über die sich der technologischen Entwicklung anschließenden tatsächlichen Marktentwicklung zu gewinnen, und mögliche Fehlentwicklungen - insbesondere mit Blick auf die Verkehrssicherheit zeitnah zu identifizieren. Auf Basis der bisherigen Marktentwicklung ist die Analyse des Unfallgeschehens naturgemäß noch wenig aussagekräftig. Die deutliche Zunahme der Unfallbeteiligung von Hybridfahrzeugen um 95% von 2007 bis 2010 wird durch einen Bestandsanstieg von 117% in diesem Zeitraum relativiert und deutet daher eher auf ein unterdurchschnittliches Risiko, wobei keine Informationen über die durchschnittliche Fahrleistung in die Interpretationen einbezogen werden können. Der relativ hohe Anteil von Innerortsunfällen ist vor allem vor dem Hintergrund der Nutzung der Fahrzeuge zu interpretieren.
Fahrzeuge, die mit alternativen Antrieben ausgestattet sind, machen 2013 lediglich etwa 2 Prozent des Pkw-Gesamtbestandes aus. Um jedoch die zukünftige Entwicklung von Fahrzeugen mit alternativem Antrieb in Deutschland analysieren und mögliche negative Auswirkungen auf die Verkehrssicherheit identifizieren zu können, ist eine langfristige Beobachtung des Fahrzeugmarktes und des Unfallgeschehens notwendig. Der vorliegende Bericht zeigt in den Kapiteln 2 und 3 die technischen Entwicklungen von Fahrzeugen mit alternativem Antrieb auf und gibt einen Überblick über die Rahmenbedingungen des deutschen Marktes bis 2015. In den Kapiteln 4 und 5 werden der Bestand sowie das Unfallgeschehen näher betrachtet. Der Bericht liefert in diesem statistischen Teil Daten für das Berichtsjahr 2013.
Um die zukünftige Entwicklung von Fahrzeugen mit alternativem Antrieb in Deutschland verfolgen, analysieren und mögliche negative Auswirkungen auf die Verkehrssicherheit zeitnah identifizieren zu können, hat die Bundesanstalt für Straßenwesen (BASt) im Jahr 2010 die Einrichtung einer langfristigen Beobachtung des Fahrzeugmarktes und des Unfallgeschehens von Pkw mit alternativen Antriebsarten initiiert. Die Daten des vorliegenden Berichtes dokumentieren die Marktdurchdringung von Personenkraftwagen mit alternativen Antriebsarten und informieren über die Unfallbeteiligung von Fahrzeugen mit alternativem Antrieb bis 2011. Es hat sich gezeigt, dass Fahrzeuge mit Hybridantrieb nach wie vor ein starkes Marktwachstum aufweisen. Die Zuwachsrate ist nahezu auf dem gleichen hohen Niveau wie in den Vorjahren (ca. 28%, getypter Bestand). Bei den reinen Elektrofahrzeugen ist die Anzahl getypter Fahrzeuge sehr stark angestiegen, von 212 im Jahr 2010 auf 1880 im Jahr 2011. Der reale Bestand an Elektrofahrzeugen (inklusive ungetypter Fahrzeuge) hat sich demgegenüber von 2010 auf 2011 auf 4.541 Pkw verdoppelt. Dies deutet auf eine zunehmende Serienreife von Elektro-Kfz hin. Pkw mit alternativem Antrieb weisen 2011 (bis auf Gas) einen höheren Anteil an Unfällen innerorts auf als Pkw mit herkömmlichem Antrieb. Hybrid Fahrzeuge haben dabei eine erhöhte Beteiligungsquote innerorts von ca. 76%. Der relativ hohe Anteil von Innerortsunfällen von alternativ betriebenen Fahrzeugen ist vor allem vor dem Hintergrund der Nutzung der Fahrzeuge zu interpretieren.
Die Klasse der Leichtkraftfahrzeuge (LKfz) unterliegt in Deutschland bislang keiner Zulassungspflicht und damit auch keiner regelmäßigen technischen Überwachung. Es handelt sich hierbei um Fahrzeuge mit einer Leermasse unter 350 kg und einer zulässigen Höchstgeschwindigkeit von 45 km/h. Das äußere Erscheinungsbild der LKfz ähnelt dem eines normalen Kleinwagens. Die Fahrzeuge erhalten ein Versicherungskennzeichen, als Fahrerlaubnis wird ein Führerschein der Klasse B benötigt. Im Rahmen dieser Forschungsarbeit wurde untersucht, ob von der Einführung einer obligatorischen technischen Überwachung für LKfz ein Beitrag zur Verkehrssicherheit zu erwarten ist und wie eine solche Überprüfung aussehen sollte. Hierzu wurden stichprobenhaft drei gebrauchte LKfz unterschiedlicher Hersteller, ein neues LKfz sowie ein vergleichbarer kompakter Pkw beschafft. Die Untersuchung erfolgte in drei Schritten: - Die LKfz wurden zunächst einer Hauptuntersuchung nach Paragraf 29 Straßenverkehrszulassungsordnung (StVZO) zugeführt und anschließend einer darüber hinausgehenden Prüfung unterzogen. Dabei zeigten sich teilweise erhebliche, sicherheitsrelevante Mängel, die ohne eine Überprüfung unerkannt geblieben wären. - Um Aussagen über die aktive Sicherheit der LKfz zu erhalten, wurden Versuche zur Fahrdynamik durchgeführt. Prinzipiell zeigten sich im Vergleich untereinander sowie mit dem normalen Kleinwagen keine wesentlichen Unterschiede in den fahrdynamischen Eigenschaften im Geschwindigkeitsbereich bis 45 km/h; es kam zu keinen kritischen Fahrsituationen. Allerdings wurden erst durch die Fahrversuche Defekte an der Bremse und der Lenkung bei je einem der LKfz entdeckt. - Zur Beurteilung der passiven Sicherheit wurden die LKfz, ausgerüstet mit einem Dummy, mit einer Geschwindigkeit von 35 km/h gegen einen starren Block gefahren. Auswirkungen auf die passive Sicherheit der LKfz aufgrund einer fehlenden technischen Überwachung konnten hierbei nicht nachgewiesen werden. Grundsätzlich zeigte sich jedoch, dass bei der passiven Sicherheit der LKfz ein erhebliches Verbesserungspotenzial besteht. Resultierend aus den Ergebnissen dieser Untersuchungen ergibt sich folgende Forderung: Zur Verbesserung der Verkehrssicherheit sollte eine regelmäßige technische Überwachung der LKfz eingeführt werden. Die Überprüfung sollte in Anlehnung an die Hauptuntersuchung von Pkw erfolgen, im Prüfumfang jedoch speziell auf die LKfz abgestimmt werden. Hierzu gehört insbesondere eine kurze Probefahrt, um Mängel an der Bremsanlage beziehungsweise Lenkanlage oder Manipulationen an der Drosselung der Geschwindigkeit feststellen zu können.