91 Fahrzeugkonstruktion
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Die Verordnungsgeber haben länderübergreifende Normen und Vorschriften für die Durchführung und Auswertung von Crashversuchen mit Personenkraftwagen bei verschiedenen Aufprallarten entwickelt, die im Rahmen der Entwicklung und Zulassung neuer Fahrzeuge Anwendung finden. Verbraucherschutzorganisationen, Automobilclubs und Fachzeitschriften tragen mit der Durchführung und Publikation eigener Tests dazu bei, dass die passive Sicherheit von Personenkraftwagen in der breiten Öffentlichkeit mehr und mehr beachtet wird. Im Gegensatz dazu ist die Durchführung von Crashtests zur Untersuchung und Bewertung der passiven Sicherheit von Motorrädern relativ neu. Vor diesem Hintergrund hat die Bundesanstalt für Straßenwesen das vorliegende Forschungsprojekt vergeben. Hierbei waren unter Verwendung geeignet erscheinender Prüfverfahren reale Unfallsituationen nachzubilden. Unter Beachtung der Vielfalt der motorisierten Zweiräder mit ihrer Einteilung in verschiedene Zulassungs-Kategorien und zugehöriger Unfalldaten wurde das reale Unfallgeschehen analysiert. Neben Daten aus der amtlichen Unfallstatistik wurden dabei Informationen aus der Literatur und eigene Erhebungen ausgewertet. Ergänzend ist der aktuelle Kenntnisstand zur Biomechanik aufbereitet worden. Eine Beschreibung des Status quo der passiven Motorradsicherheit erfolgte unter Analyse der hierbei relevanten Elemente, Baugruppen und Eigenschaften des Motorrades. Dazu gehören Lenker, Sitzbank, Fußrasten, Tank, Verkleidung, Airbag (noch nicht im Hersteller-Angebot), Vorderradgabel und Standrohre sowie die Aufsassen-Kopfhöhe. Weiterhin gingen die Ergebnisse von Full-Scale-Crashtests, die im internationalen Standard ISO 13232 beschrieben sind, mit Anstößen von Motorrädern an der Seite von Personenkraftwagen in die Darstellung des Status quo der passiven Motorradsicherheit ein. Zusätzlich wurden im Rahmen des Forschungsprojektes Schlittenversuche durchgeführt. Ein zur Darstellung des rechtwinkligen Motorradanpralles an der Seite eines stehenden Personenkraftwagens geeigneter Schlitten ist im Rahmen des Projektes entworfen, realisiert und eingesetzt worden. In der Literatur beschriebene Motorrad-Sicherheitskonzepte und Vorschläge für besondere Motorrad-Sicherheitselemente sind ebenfalls dargestellt worden. Im Rahmen des Forschungsprojektes wurde ein umfassender Ansatz verfolgt. Er enthält die Bewertung von Sicherheitsmerkmalen, die aus technischen Beschreibungen entnommen und am stehenden Fahrzeug ermittelt werden können (Primärdaten) sowie die Ergebnisse von dynamischen Crash- und Schlittentests (Sekundärdaten). Dabei erfolgt stets die Orientierung am realen Unfallgeschehen (Tertiärdaten). Der internationale Standard ISO 13232 wird als geeigneter Ausgangspunkt eines umfassenden Prüf- und Bewertungsverfahrens für die passive Sicherheit motorisierter Zweiräder erkannt. Zur Erweiterung der bereits definierten Testverfahren werden Schlittentests vorgeschlagen. Außerdem werden Alleinunfälle des Motorrades zu beachten sein. Die Ergebnisse des Forschungsprojektes tragen dazu bei, die Aspekte der passiven Sicherheit von motorisierten Zweirädern zu objektivieren.
The off-set assessment procedure potentially contributes to the FIMCAR objectives to maintain the compartment strength and to assess load spreading in frontal collisions. Furthermore it provides the opportunity to assess the restraint system performance with different pulses if combined with a full-width assessment procedure in the frontal assessment approach. Originally it was expected that the PDB assessment procedure would be selected for the FIMCAR assessment approach. However, it was not possible to deliver a compatibility metric in time so that the current off-set procedure (ODB as used in UNECE R94) with some minor modifications was proposed for the FIMCAR Assessment Approach. Nevertheless the potential to assess load spreading, which appears not to be possible with any other assessed frontal impact assessment procedure was considered to be still high. Therefore the development work for the PDB assessment procedure did not stop with the decision not to select the PDB procedure. As a result of the decisions to use the current ODB and to further develop the PDB procedure, both are covered within this deliverable. The deliverable describes the off-set test procedure that will be recommended by FIMCAR consortium, this corresponds to the ODB test as it is specified in UN-ECE Regulation 94 (R94), i.e. EEVC deformable element with 40% overlap at a test speed of 56 km/h. In addition to the current R94 requirements, FIMCAR will recommend to introduce some structural requirements which will guarantee sufficiently strong occupant compartments by enforcing the stability of the forward occupant cell. With respect to the PDB assessment procedure a new metric, Digital Derivative in Y direction - DDY, was developed, described, analysed, and compared with other metrics. The DDY metric analyses the deformation gradients laterally across the PDB face. The more even the deformation, the lower the DDY values and the better the metric- result. In order analyse the different metrics, analysis of the existing PDB test results and the results of the performed simulation studies was performed. In addition, an assessment of artificial deformation profiles with the metrics took place. This analysis shows that there are still issues with the DDY metric but it appears that it is possible to solve them with future optimisations. For example the current metric assesses only the area within 60% of the half vehicle width. For vehicles that have the longitudinals further outboard, the metric is not effective. In addition to the metric development, practical issues of the PDB tests such as the definition of a scan procedure for the analysis of the deformation pattern including the validation of the scanning procedure by the analysis of 3 different scans at different locations of the same barrier were addressed. Furthermore the repeatability and reproducibility of the PDB was analysed. The barrier deformation readings seem to be sensitive with respect to the impact accuracy. In total, the deliverable is meant to define the FIMCAR off-set assessment procedure and to be a starting point for further development of the PDB assessment procedure.
Fahrdynamikregelungen für Zweispurfahrzeuge haben in der letzten Dekade stark dazu beigetragen, die Getötetenzahlen im Straßenverkehr auf einen seit dem zweiten Weltkrieg nicht gekannten Tiefststand zu senken. Die Getötetenzahlen bei Einspurfahrzeugen, speziell Motorrädern, sind im selben Zeitraum bei weitem nicht im selben Maße gesunken. Zwar existieren für Motorräder ABS-Bremssysteme und Antriebsschlupfregelungen, aber darüber hinaus gehende technische Lösungen zur Stabilisierung des Motorrads sind nicht bekannt. Ziel dieser Arbeit ist es, abzuschätzen, ob Fahrdynamikregelungen für Motorräder einerseits technisch möglich sind und andererseits zur deutlichen Senkung der Unfallzahlen von Motorrädern beitragen können. Aus einer Analyse des Unfallgeschehens wurden für zukünftige Fahrdynamikregelungen ungebremste Kurvenunfälle durch ßberschreiten der maximalen Querbeschleunigung und durch Reibwertsprünge (wie beispielsweise glatte Fahrbahnabschnitte, Sand, ßl, Bitumen und dergleichen) als relevante Unfalltypen identifiziert und als Hauptszenarien für potenzielle Fahrdynamikregelsysteme herangezogen. Ihr Anteil am Unfallgeschehen von Motorrädern wurde mit etwa 4 bis 8 % abgeschätzt. Dazu wurden Motorradexperten nach ihren bisher erlebten Unfällen befragt und die Unfälle einer großen Unfalldatenbank im Detail untersucht. Die beiden Grundszenarien wurden mittels Simulationen und Fahrversuchen hinsichtlich besonderer Erkennungsmerkmale untersucht. Dabei erwies sich die Schwimmwinkelgeschwindigkeit des Fahrzeugs als robustes Kriterium zur Erkennung beginnender ungebremster Kurvenunfälle. ßhnlich große Schwimmwinkelgeschwindigkeiten wurden bei einer Vielzahl von unkritischen Fahrten nicht gefunden. Die Beeinflussbarkeit der untersuchten kritischen Fahrsituationen wurde mit Hilfe eines Modells für die Fahrzeugbewegung während der kritischen Fahrsituationen abgeschätzt. Eine Beeinflussung des Rollmoments zum Aufrichten des Fahrzeugs ist nicht möglich, da weder die Seitenkraft am Reifen in diesen Szenarien, wie es erforderlich wäre, erhöht werden kann, noch realistisch dimensionierte Kreisel diese Stabilisierung erbringen können. Eine Beeinflussung der Schwimmbewegung ist hingegen technisch sinnvoll durch Veränderung der Seitenkräfte über Bremsschlupf an den Rädern darstellbar. Auf diese Weise kann eine Destabilisierung des gleitenden Fahrzeugs beim ßbergang von Niedrig zurück auf Hochreibwert vermieden werden. Damit lässt sich jedoch nur eine kleine Untermenge der genannten Unfallszenarien günstig beeinflussen, sodass als Ergebnis dieser Untersuchung das Potenzial von Fahrdynamikregelungen als recht gering einzuschätzen ist.
Mit der EU-Verordnung Nummer 661/2009 zur Typgenehmigung und allgemeinen Sicherheit von Kraftfahrzeugen wird von der EU für schwere Nutzfahrzeuge der Einbau von Spurverlassenswarnsystemen und automatischen Notbremssystemen vorgeschrieben. Mit dem obligatorischen Einbau der Systeme wird eine Reduktion der Abkommens- und Auffahrunfälle von Nutzfahrzeugen aus den Klassen M2, M3, N2 und N3, die auf Grund der hohen Masse der Fahrzeuge folgenschwer sind, erwartet. Als Einführungsdaten werden der 1. November 2013 für neue Fahrzeugtypen und der 1. November 2015 für neue Fahrzeuge genannt. Leistungsanforderungen beziehungsweise technische Spezifikationen, denen die Systeme genügen müssen, liegen jedoch noch nicht vor. Diese werden derzeit von einer Expertengruppe auf UN-ECE-Ebene entwickelt. Dabei wird versucht, technologieneutrale Beschreibungen für die Ausgestaltung der Systeme zu erstellen, die gleichzeitig sowohl den gewünschten Nutzen für die Verkehrssicherheit garantieren, sich aber auch an der derzeit vorhandenen und realisierbaren Technologie orientieren. Darüber hinaus müssen die Systemkosten in einem vernünftigen Verhältnis zum Sicherheitsnutzen stehen. Ziel ist es, im Laufe des Jahres 2011 Vorschläge für die Legislative vorzulegen. Es wird über den Stand der Arbeiten, offene Fragestellungen, Herausforderungen bei der Ausgestaltung der technischen Anforderungen sowie sich abzeichnende Ergebnisse berichtet. Dabei sind die Arbeiten in Bezug auf Lane Departure Warning Systems (LDWS) bereits weiter fortgeschritten als zu Advanced Emergency Braking Systems (AEBS).
Neue Herausforderungen an die Unfallforschung durch Fahrerassistenz und automatisiertes Fahren
(2019)
Unfallrekonstruktion hat die Ableitung von Maßnahmen zur Minimierung der Unfallfolgen ermöglicht, vor allem durch Verbesserungen bei passiven Sicherheitseinrichtungen, aber auch durch die Verbesserung der Rettungskette, beispielsweise eCall. Heute können aktive Sicherheitssysteme die Unfallfolgen bereits vor der eigentlichen Kollision reduzieren oder durch Umfeldwahrnehmung und mittels Eingriff in die Fahrzeugsteuerung gegebenenfalls sogar vollständig verhindern. Funktionen, die aktiv in die Fahrzeugsteuerung eingreifen, lassen sich nach ihrer Wirkweise unterscheiden: zum einen handelt es sich um kontinuierlich automatisierende Funktionen, die meist länger aktiv bleiben (zum Beispiel ACC). Zum anderen um Funktionen, die in kritischen Fahrsituationen temporär in die Fahrzeugsteuerung eingreifen. Aufgezeigt wird, welche Konsequenzen und Risiken in Bezug auf diese Systeme sowie für bestimmte (zum Beispiel kritikale) Fahrsituationen anzunehmen sind. Zur Bewertung von aktiven Reglern, die in kritischen Fahrsituationen eingreifen, sind Unfalldaten nur noch eingeschränkt tauglich. Ähnliches gilt für die Bewertung von Ereignissen/ Zuständen im Rahmen kontinuierlicher Fahrzeugsteuerung, vor allem, wenn diese weiter vorausliegen. Wirkzusammenhänge automatisierter Fahrfunktionen müssen jedoch - gerade für den Mischverkehr mit konventionell gesteuerten Fahrzeugen - identifiziert werden. Dafür wird eine Szenariendatenbank mit relevanten Verkehrssituationen benötigt, in die Daten aus Naturalistic Driving Studies (NDS), aus Fahrversuchen oder Versuchen im Fahrsimulator eingehen können. Die zunehmende Durchdringung der Fahrzeugflotte mit kontinuierlich automatisierten Fahrfunktionen lässt eine Abnahme kritischer Fahrsituationen und eine Reduktion der Zahl der Verkehrsopfer erwarten. Allerdings verbleibt eine Restzahl an systemimmanenten Unfällen, die als unvermeidbar gelten müssen.
Im Rahmen dieser Begleitstudie zum Feldversuch mit Lang-Lkw wurde untersucht, wie die technischen Anforderungen der Verordnung über Ausnahmen von straßenverkehrsrechtlichen Vorschriften für Fahrzeuge und Fahrzeugkombinationen mit Überlänge (LKWÜberlStVAusnV) von teilnehmenden Speditionen umgesetzt wurden. Die Studie fußt auf den der BASt von den am Feldversuch teilnehmenden Speditionen zur Verfügung gestellten Daten sowie Fahrzeugbegutachtungen. Sie bildet den Stand vom 15.07.2013 mit 43 Lang-Lkw von 23 Speditionen ab. 31 Lang-Lkw vom Typ 3 bilden hierbei den größten Anteil. Alternative Umsetzungsmöglichkeiten technischer Anforderungen wurden speziell bei Achslastüberwachungssystemen und Kamera-Monitor-Systemen am Heck betrachtet. Die Achslastüberwachungssysteme weisen keine Spezifikationen hinsichtlich ihrer Genauigkeit auf. Probemessungen zeigten jedoch eine hinreichende Genauigkeit, um etwaige Überladungszustände transparent zu machen. Mit den Kamera-Monitor-Systemen können Objekte hinter dem Fahrzeug erkannt werden, eignen sich jedoch je nach Kameraposition eher zur Beobachtung des rückwaertigen Verkehrs oder als Rückfahrhilfe. Durch Simulationen und Fahrversuche wurde das Kurvenlaufverhalten der Fahrzeuge entsprechend -§ 32d der StVZO ("BO-Kraftkreis") überprüft. Es zeigte sich hierbei, dass die Prüfvorschriften nicht hinreichend genau definiert sind und sich speziell für Lang-Lkw je nach Auslegung unterschiedliche Werte ergeben können. Die Studie zeigt weiter, dass Lang-Lkw gegenüber Lkw herkömmlicher Bauart bei einem Gesamtgewicht von 40 t einen kürzeren Bremsweg aufweisen und keine erhöhte Sogwirkung auf Zweiräder ausüben. Darüber hinaus werden Unterschiede in der Fahrdynamik durch Simulationen aufgeschlüsselt, wodurch auf weiteren Forschungsbedarf hingewiesen wird. In Fragebögen wurde die Wirksamkeit der hinteren Beschilderung der Lang-Lkw untersucht. Die Befragung zeigte eine höhere Wirksamkeit von Piktogrammen, welche gegenüber Aufschriften zu bevorzugen sind. Die Auswertung von Flottentelematikdaten ergab eine CO2-Reduktion eines Lang-Lkw von rund 15 % gegenüber Lkw herkömmlicher Bauart, wenn beide Fahrzeuge die gleiche Güterart transportieren.
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.
The objective of this deliverable is to describe the expected influence of the candidate test procedures developed in FIMCAR for frontal impact on other impact types. The other impact types of primary interest are front-to-side impacts, collisions with road restraint systems (e.g. guardrails), and heavy goods vehicle impacts. These collision types were chosen as they involve structures that can be adapted to improve safety. Collisions with vulnerable road users (VRU) were not explicitly investigated in FIMCAR. It is expected that the vehicle structures of interest in FIMCAR can be designed into a VRU friendly shell. Information used for this deliverable comes from simulations and car-to-car crash tests conducted in FIMCAR or review of previous research. Three test configurations (full width, offset, and moving deformable barriers) were the input to the FIMCAR selection process. There are three different types of offset tests and two different full width tests. During the project test procedures could be divided into three groups that provide different influences or outcomes on vehicle designs: 1. The ODB barrier provides a method to assess part of the vehicles energy absorption capabilities and compartment test in one test. 2. The FWRB and FWDB have similar capabilities to control structural alignment, further assess energy absorption capabilities, and promote the improvements in the occupant restraint system for high deceleration impacts. 3. The PDB and MPDB can be used to promote better load spreading in the vehicle structures, in addition to assessing energy absorption and occupant compartment strength in an offset configuration. The consortium selected the ODB and FWDB as the two best candidates for short term application in international rulemaking. The review of how all candidates would affect vehicle performance in other impacts (beside front-to-front vehicle or frontal impacts with fixed obstacles) however is reported in this deliverable to support the benefit analysis reported in FIMCAR. The grouping presented above is used to discuss all five test candidates using similarities between certain tests and thereby simplify the discussion.
This work describes the results of the experimental activity, illustrating the driving behavior observed in different conditions, relating them to the different methods of ADAS intervention and comparing the driver behavior without ADAS. In the present study, driver behavior was studied in road accidents involving elderly pedestrians, with different ADAS HMIs, as a base to develop a driver model in near missing pedestrian accidents. A literature research was conducted with the aim of finding out the main influencing factors, including environment, boundary conditions, configuration of impact, pedestrian and driver information, when pedestrian fatalities occur and an analysis of frequent road accidents was conducted to get more detailed information about the driver- behavior. In order to obtain more detailed information about pedestrian accidents, real road accidents were reconstructed with multibody simulations on PC-Crash and, by the comparison between literature findings and reconstructions, a generic accident scenario was defined. The generic accident scenario was implemented on the full scale dynamic driving simulator in use at the Laboratory for Safety and Traffic Accident Analysis (LaSIS, University of Florence, Italy) in order to analyse the driving behaviors of volunteers, also considering the influence of ADAS devices. Forty-five young volunteers were enrolled for this study, resulting in forty valid tests on different testing scenarios. Two different scenarios consisted in driving with or without ADAS in the vehicle. Different kinds of ADAS, acoustic and optical, with different time of intervention were tested in order to study the different reactions of the driver. The tests showed some interesting differences between driver's behavior when approaching the critical situation. Drivers with ADAS reacted earlier, but more slowly, depending also on the type of alarm, and often with double reaction when braking. In fact, the results of the activity showed that with ADAS intervention the time to collision (TTC) increases, but the reaction time and braking modality change: a) there is a sort of "latency" time between the accelerator pedal release and the brake pressure; b) the brake pressure is initially less intense. So the driver only partially takes advance from the TTC increase. These differences were valued not only qualitatively, but quantitatively as well. This work revealed to be useful to improve the knowledge of drivers" behavior, in order to realize a driver model that can be implemented to help attaining and assessing higher levels of automation through new technology.