91 Fahrzeugkonstruktion
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Ziel der vorliegenden Arbeit war es, eine möglichst umfassende Literaturstudie zu erstellen, die die Möglichkeiten und Probleme aufzeigt, die beim Einsatz von Kunststoffen in Kraftfahrzeugen auftreten können. Der Begriff "Kunststoffe" ist sehr weitreichend, so dass es zweckmäßig war, den Gesamtkomplex zu unterteilen. Die ausgewählte Gliederung richtet sich einerseits nach Werkstoffgruppen und andererseits nach übergeordneten Gesichtspunkten. Die Studie wurde daher in folgende, in sich geschlossene Abschnitte unterteilt. 1. Entwicklungen und Tendenzen beim Kunststoffeinsatz, 2. Rechtsvorschriften, 3. Eigenschaften und Anwendung von Kunststoffen, 4. Elastomere, 5. Textilien und Schaumstoffe, 6. Lacke und Beschichtungsstoffe, 7. Klebtechnik, 8. Alterung, 9. Brandverhalten/Brennverhalten, 10. Recycling. Insgesamt wurden annähernd eintausend Literaturstellen erfasst. Dabei handelt es sich vorwiegend um Publikationen, die zwischen 1980 und 1988 erschienen sind. Die an den Werkstoffen orientierte Gliederung ermöglicht einen guten Überblick über alle Verwendungsbereiche der jeweiligen Werkstoffgruppe beziehungsweise über zusammenfassende Problemstellungen. Damit unterscheidet sich diese Studie von anderen Literaturzusammenstellungen, die sich in der Regel auf spezielle Teile des Kraftfahrzeuges, wie beispielsweise Motor- oder Innenraum, beschränken. Allerdings werden in dieser Studie nur Probleme bezüglich des Einsatzes von Kunststoffen in Pkw behandelt. Die Studie kann vor allem solchen Institutionen beziehungsweise Personen dienen, für die werkstoffbezogene Übersichten wichtig sind, und die sie als Basis für die Einarbeitung in Einzelprobleme nutzen wollen. Eine Weiterführung der Arbeit auf diesem Gebiet ist wünschenswert. Dabei wäre insbesondere auf die Schwerpunkte 1. Schadensfrüherkennung "life monitoring", 2. Verbesserung der Stoßabsorption, 3. Alterungsverhalten von Klebeverbindungen, 4. On-line-Lackierung unter den Belangen des Umweltschutzes, 5. Reduzierung der Verwendung von Lösemitteln und 6. Reduzierung des Shreddermülls (Rückgewinnung sortenreiner Polymerwerkstoffe) einzugehen.
Künftig sollen in Kfz-Scheinwerfern anstelle von Glühlampen auch Gasentladungslampen eingesetzt werden können. Hierbei handelt es sich um Hochdruckentladungslampen, die sich von bisher eingesetzten Halogen-Glühlampen durch die spektrale Verteilung ihres Lichtes, eine höhere Leuchtdichte und einen größeren Lichtstrom - bei geringerer elektrischer Aufnahmeleistung - unterscheiden. Derzeit werden Lampen unter der Bezeichnung D 1 in ein deutsches Fahrzeug der gehobenen Klasse eingebaut. Im Rahmen einer Vorstudie innerhalb des Projektes wurden die folgenden Punkte untersucht: - Integrierbarkeit der Lampe und des Scheinwerfers in bestehende Regelungen; - lichttechnische Eigenschaften der Gasentladungssysteme wie Zünd- und Anlaufverhalten in unterschiedlichen Betriebszuständen; - Farbwiedergabe retroreflektierender Verkehrszeichen und Signaleinrichtungen; - Leuchtdichtekontraste bei retroreflektierenden Materialien und Rückstrahlern; - Sicherheitsaspekte; - Blendung des Gegen- und des vorausfahrenden Verkehr. In der anschließenden Hauptstudie wurden Vorwärtsreflexion an Fahrbahnoberflächen zur Bestimmung der indirekten Blendung im trockenen und nassen Zustand; - spektrale Reflexion von Fahrbahndecken; - Streuleuchtdichten vor dem Fahrzeug bei Schlechtwettersituationen; - Blendungsunterschiede zwischen konventionellen und Gasentladungs-Systemen; - Gradient der Hell-Dunkel-Grenze untersucht. Bei der Untersuchung der Vorwärtsreflexion zeigte sich, dass sich bei nassen Fahrbahnoberflächen das Maximum der Reflexion in Fahrtrichtung verschiebt. In Schlechtwettersituationen wurde durch den größeren Lichtstrom ein Anstieg der Streuleuchtdichte gemessen. Aus diesem Grunde scheint eine Begrenzung der Vorfeldbeleuchtungsstärke sinnvoll. Aufgrund der Fahrzeugdynamik ergeben sich verschiedene Gradienten der Hell-Dunkel-Grenzen. Sie sind abhängig vom Fahrzeugtyp sowie von der Ausstattung der Fahrzeuge mit Niveauregulierung und automatischer Leuchtweitenregelung. Es ergab sich bei Verwendung von Gasentladungssystemen eine Erhöhung der Blendung. Die Blendbeleuchtungsstärken lagen dabei höher als bei vergleichbaren Halogensystemen. Ebenso wird durch die Vorwärtsreflexion auf der Fahrbahnoberfläche eine erhöhte Blendbeleuchtungsstärke bewirkt. Es zeigte sich, dass insbesondere zur Ermittlung der Beeinflussung älterer Verkehrsteilnehmer durch Gasentladungslampen weitere Untersuchungen erforderlich sind.
Der Kraftschluss zwischen Reifen und Fahrbahn bestimmt in entscheidender Weise die Fahrsicherheit, insbesondere bei Nässe. Wer sein Fahrzeug mit breiteren Reifen ausrüsten will, hat oftmals keine Möglichkeit, die Eigenschaften der jeweiligen Reifen bei nachlassender Profiltiefe einzuschätzen. Es sollte in dieser Untersuchung geklärt werden, ob die Verwendung von Breitreifen Nachteile für die Fahrsicherheit bei Nässe mit sich bringt, insbesondere unter Berücksichtigung der im Betrieb zwangsläufig nachlassenden Profiltiefe. Im Innentrommelprüfstand der Bundesanstalt für Straßenwesen wurden Kraftschlussuntersuchungen an Pkw-Reifen in drei verschiedenen Breiten durchgeführt. Die Untersuchung beschäftigt sich mit dem Einfluss der Reifenbreite, der Profilgestaltung und der Profilhöhe auf den Kraftschluss bei Nässe. Dabei werden auch die Parameter Fahrgeschwindigkeit, Wasserfilmhöhe, Radlast und Reifeninnendruck berücksichtigt, die den Kraftschluss bei Nässe maßgeblich mitbestimmen. Steigende Fahrgeschwindigkeit, geringere Profiltiefe und höherer Wasserfilm verringern die maximal übertragbaren Bremskräfte. Höhere Radlasten verringern die Tendenz des Reifens, unter dem Druck des sich ausbildenden Wasserkeils aufzuschwimmen und verbessern dadurch das Kraftschlussverhalten bei Nässe. Niedrige Profilhöhen führen wegen der schlechter werdenden Wasserverdrängung zu einem stärkeren Abfall der Kraftschlussmaximalwerte bei steigender Geschwindigkeit oder höherem Wasserfilm. Insgesamt birgt die Kombination von hoher Fahrgeschwindigkeit, niedriger Profiltiefe und hohem Wasserfilm eine extrem hohe Aquaplaninggefahr, die sich noch verstärkt, wenn der korrekte Reifeninnendruck unterschritten wird. Bei niedrigen Fahrgeschwindigkeiten zeigen schmalere Reifen Vorteile, während bei höheren Fahrgeschwindigkeiten und niedrigen Wasserfilmhöhen Breitreifen das Niveau schmaler Reifen sogar übertreffen können. Dieser Effekt ist auf die spezielle laufrichtungsgebundene Profilgestaltung der hier untersuchten Breitreifen zurückzuführen.
Insbesondere auf Landstraßen, das heißt außerorts ohne Bundesautobahnen, hat sich in den letzten Jahren ein deutlicher Rückgang bei den Unfällen mit Pkw gezeigt. Von 2001 bis 2005 ist die Zahl der bei Landstraßenunfällen Getöteten von 4.481 auf cirka 3.230 zurückgegangen. Als eine wesentliche Ursache für diese positive Entwicklung wird die stetige Verbesserung der aktiven und passiven Sicherheit von Fahrzeugen angesehen. In der vorliegenden Arbeit wurde untersucht, inwieweit sich in der amtlichen Unfallstatistik Belege für diese Vermutung finden lassen. Ob die Wirkung straßeninfrastrukturseitiger Maßnahmen auf Landstraßenunfälle mit dem gewählten Ansatz analog nachweisbar ist, wurde ebenfalls betrachtet. Der Einfluss fahrzeugseitiger Maßnahmen auf das Unfallgeschehen wurde zum einen für drei Systeme der aktiven Fahrzeugsicherheit Fahrdynamikregelungen (ESP), Bremsassistenten (BAS) und Gasentladungsscheinwerfer (XENON) Ń ermittelt. Zum anderen wurden Verbesserungen der passiven Fahrzeugsicherheit, wie Airbags oder auch die Einführung von Vorschriften zum Beispiel für Frontal- und Seitenaufprall, als Gesamtpaket betrachtet. Darüber hinaus wurden Einflussmöglichkeiten verbesserter Straßeninfrastruktur beziehungsweise -ausstattung erörtert. Für die ausgewählten Sicherheitseinrichtungen wurden geeignete Teilmengen aus dem Unfallgeschehen ausgewählt, bei denen sich der Einfluss der Fahrzeugtechnik erwarten lässt. Diese wurden dann mit Unfallsituationen verglichen, in denen die Maßnahmen keine Wirkung zeigen sollten. Im Einzelnen konnten folgende Ergebnisse aus den Auswertungen des Unfallgeschehens abgeleitet werden: Die Zahl der Unfälle in ESP-relevanten Situationen ist bei neuen Fahrzeugen, in denen ESP zu einem hohen Anteil verbaut ist, deutlich und überproportional zurückgegangen. Hier ist zwischen den Jahren 2000 und 2005 ein Rückgang der Landstraßenunfälle mit Personenschaden und der schwerwiegenden Unfälle mit Sachschaden in Höhe von 28 % eingetreten. Der positive Effekt des ESP zeigt sich auch an der Zahl der schweren Personenschäden (Getötete und Schwerverletzte). Insgesamt ergibt sich für den Rückgang der schweren Personenschäden in ESP-relevanten Situationen auf Landstraßen unter Berücksichtigung der Unfälle älterer Pkw sowie der Unfälle in Vergleichssituationen ein Wert von 13 %. Das Unfallgeschehen in BAS-relevanten Situationen hat sich sowohl für Neufahrzeuge als auch für ältere Fahrzeuge gleichermaßen, aber überproportional verbessert (-31 % Unfälle für BAS-relevante Situationen gegenüber -20 % für nicht BAS-relevante). Ein Sicherheitsvorteil allein durch BAS lässt sich mit den vorliegenden Zahlen somit nicht eindeutig nachweisen. Dass auch ältere Fahrzeuge in der BAS-Situation einen starken Rückgang aufweisen, deutet darauf hin, dass es neben dem BAS weitere Faktoren gibt, die diese Situation positiv beeinflussen, die aber nicht identifiziert sind. Hier könnte ABS, das in der gleichen Situation wirkt wie BAS und auch noch bei älteren Fahrzeugen wachsende Ausstattungsquoten zeigt, eine Rolle spielen. Rückgänge in den Unfallzahlen fallen für Neufahrzeuge in den XENON-relevanten Situationen etwas stärker aus als bei älteren Pkw (-34 % gegenüber -28 %). Daraus lassen sich, vermutlich bedingt durch die geringen Änderungen der Ausstattungsquote, jedoch in dieser Untersuchung keine Sicherheitsvorteile durch Gasentladungslicht ableiten, da der Rückgang gleichermaßen auch in der Vergleichssituation auftritt. Gleichzeitig deutet die Unfallentwicklung in Abhängigkeit vom Fahrzeugalter jedoch darauf hin, dass auch in der XENON-Situation andere Maßnahmen, die zum Beispiel der passiven Fahrzeugsicherheit zuzuordnen sind, wirksam sein müssen. Die Rückgänge der Unfallschwere (Anzahl der Getöteten und Schwerverletzten je 100 Pkw-Fahrer bei Unfällen mit Personenschaden) in Unfällen mit entgegenkommenden Fahrzeugen (relevante Situation für die passive Sicherheit) sind bei Fahrern von Neufahrzeugen am größten (-42 % gegenüber -14 % bei älteren Fahrzeugen). Dies zeigt eindeutig die Wirkung verbesserter Systeme der passiven Fahrzeugsicherheit wie Airbags, Gurtstraffer und -kraftbegrenzer sowie optimierte Fahrzeugstruktur beziehungsweise Fahrgastzelle. Deutliche Rückgänge in der Unfallschwere bei den sonstigen Unfällen von Neufahrzeugen zeigen, dass sich die ständig weiterentwickelte passive Sicherheit auch in anderen Unfallkonstellationen, wie zum Beispiel seitlichen Kollisionen, bewährt. Im Straßeninfrastrukturbereich besteht das Problem, dass die wesentlichen Informationen für den hier gewählten Ansatz zur Ermittlung des Einflusses von Maßnahmen auf das Unfallgeschehen nicht verfügbar sind. Dafür müssten zum einen Daten über die Menge der umgesetzten Maßnahmen im Zeitverlauf vorliegen; zum anderen müsste es eine Vergleichsgruppe geben (Unfälle, die durch die Maßnahme nicht beeinflusst wurden). Maßnahmen und Nicht-Maßnahmen müssten dabei räumlich und/oder zeitlich abgrenzbar sein. Es zeigt sich, dass diese Daten für die meisten Maßnahmen im Infrastrukturbereich nicht vorliegen, sodass mit Hilfe der amtlichen Unfallstatistik keine Untersuchungen zur Wirksamkeit durchgeführt werden können. Hier sind demnach andere Untersuchungsansätze anzuwenden.
Es ist zu beobachten, dass trotz einer Abnahme der Zahl der Verletzungen und der Verletzungsschwere der Insassen bei Pkw-Unfällen Halswirbelsäulen (HWS)-Distorsionen, speziell im unteren Geschwindigkeitsbereich häufiger auftreten. Neben anderen Faktoren werden auch veränderte Beschleunigungs- und Verzögerungsimpulse, die im Crashfall auf die Insassen wirken, als möglicherweise ursächlich für die Entstehung von HWS-Distorsionen angesehen. In der vorliegenden Arbeit wird untersucht, welchen Einfluss konstruktive Veränderungen, die durch Versicherungseinstufungstests bedingt werden, auf die Beschleunigungs- und Verzögerungsimpulse im Fahrzeuginnenraum haben. Versuche zum Fußgängerschutz wurden einvernehmlich nicht durchgeführt, da die Fahrzeuge noch nicht konsequent nach Fußgängerschutzkriterien konzipiert werden. Die Untersuchungsmethode lässt sich gliedern in: - Analyse von internationalen Versicherungssystemen und Analyse der aus den Versicherungseinstufungstests resultierenden Veränderungen von Fahrzeugstrukturen; - Durchführung und Analyse von eigenen Aufprallversuchen mit Fahrzeugteilstrukturen und vergleichende Analyse von Vollfahrzeugversuchen der Versicherungswirtschaft; Zusammenführen der getätigten Schritte. Bei der Ersteinstufung eines Pkw in die Vollversicherung dient der Versicherungseinstufungstest des RCAR/AZT (Prüfgeschwindigkeit 15 km/h) zur Bestimmung der Schadenshöhe und damit zur Einstufung in eine Typklasse. In vielen weiteren Staaten dienen dieser oder ähnliche Tests zur Bewertung der Reparaturfreundlichkeit von Pkw. Um bei einem Versicherungseinstufungstest den Schaden möglichst gering zu halten, haben nahezu alle Neufahrzeuge Querträgersysteme mit kostenarm wechselbaren Absorptionselementen, die die Crashenergie gezielt auf kurzem Weg aufnehmen. Durch die neu EG-Richtlinie 2003/102/EG zum Fußgängerschutz müssen zukünftig hinter der Stoßfängeraußenhaut und vor dem massiven Querträger weiche Schäume untergebracht werden. Der Bauraum für Querträger und Energieabsorptionselemente wird dadurch weiter eingeschränkt. Diese Anforderungen veranlassen die Hersteller dazu, die Energieabsorptionselemente steifer zu gestalten, um einen effektiven Energieabbau bei kurzen Stopplängen zu gewährleisten. Durch diese Maßnahmen wird zwar der Insassenschutz bei Frontalaufprallen im Hochgeschwindigkeitsbereich verbessert, es werden aber zugleich höhere Innenraumverzögerungen (schnellerer Anstieg, höhere mittlere Verzögerung) bei Crashs im gesamten Geschwindigkeitsbereich erzeugt. Eine durchgeführte Korrelation zwischen konstruktiven Veränderungen am Fahrzeug und empirisch bestimmten Verzögerungsverläufen zeigte, dass eine günstigere Einstufung in der Fahrzeugvollversicherung nicht zwangsläufig höhere Verzögerungsimpulse für den Innenraum bedingen muss. Bei der Analyse von 172 Crashversuchen des Allianz Zentrums für Technik mit Neufahrzeugen aus den Jahren 1992 bis 2003 zeichnen sich aber statistisch bedeutsame ßnderungen in den Verzögerungsverläufen über die Prüfjahre ab: - Anstieg der Verzögerung wird steiler; - Mittelwert der Verzögerung wird grösser; - Zeitdauer bis zum Auftreten der maximalen Verzögerung wird kürzer; - dynamische Gesamtdeformation wird kleiner. Die steife Auslegung der für den Versicherungseinstufungstest relevanten Crashteile verbessert den Insassenschutz bei Hochgeschwindigkeitscrashs. Wenn es sich aber durch weitere Untersuchungen bestätigt, dass höhere Verzögerungs- beziehungsweise Beschleunigungsimpulse die Auftretenswahrscheinlichkeit von HWS-Verletzungen im Niedriggeschwindigkeitsbereich vergrößern, so sollten gezielt Maßnahmen zur Verringerung dieser Verletzungsrisiken ergriffen werden. Dazu gehören die weitere Optimierung der Sitzstrukturen einschließlich der Kopfstützen und die Entwicklung adaptiver Crashstrukturen, die dem Crashfall angepasste Kraft-Weg-Kennlinien ermöglichen.
EEVC Status report
(2001)
EEVC Working Group 15 (Compatibility Between Passenger Cars) has carried out research for several years thanks to collaborative project funded by the E.C. and also by exchanging results of projects funded by national programmes. The main collaborative activity of the EEVC WG15 for the last four years was a research project partly funded by the European Commission, where the group made the first attempt to investigate compatibility between passenger cars in a comprehensive research program. Accident, crash test, and mathematical modelling data were analysed. The main result was that structural incompatibilities were frequently found and identified as the main source of incompatibility problems but were not easy to quantify. Unfortunately as little vehicle information other than mass is recorded in most accident databases, most analyses have only been able to show the effect of mass or mass ratio. Common ideas to improve compatibility have been reached by this group and from discussion with other research groups. They will be investigated in the next phase, where research work will concentrate on the development of methods to assess compatibility of passenger cars. The main idea is that the prerequisite to improve crash compatibility between cars is to improve structural interaction. The most important issue is that improved compatibility must not compromise a vehicle- self protection. Test methods should lead to vehicles which show good structural interaction in car to car accidents. Test methods to prove good compatibility may be an adaptation of existing regulatory test procedures (offset deformable barrier test or full width test like in the USA) for frontal impact or may be new compatibility tests. Additional criteria, e.g. impact force distribution, and maximum vehicle deceleration or maximum vehicle impact force should result in compatible cars. Attempts will be made to estimate the benefit of a more compatible car fleet for the European Community.
At the 2001 ESV-Conference the EEVC working group on compatibility (WG 15) reported the first phase of the research work to investigate the major factors influencing compatibility between passenger cars. Following this, WG15 performed an interim study, which was partly subventioned by the European Commission, the results of which are reported in this paper. In the next phase of work, it is intended to complete the development of a suite of test procedures and associated performance criteria to assess the compatibility of passenger cars in frontal impacts The main areas of work for the interim study were: - in depth accident data analysis - the development of methods to assess the potential benefit of improved compatibility - crash testing. The accident analysis identified the major compatibility problems to be poor structural interaction, stiffness mismatching and compartment strength. Different methods to assess the potential benefit of improved compatibility were applied to in depth accident data. Full scale crash testing including a car to car test was performed to help develop the following candidate compatibility test procedures: - a full width wall test with a deformable aluminium honeycomb face and a high resolution load cell wall - an offset barrier test with the EEVC barrier face and a high resolution load cell wall - an offset barrier test with the progressively deformable barrier (PDB) face. The results of the interim study will be presented in detail and the proposed methodology of the next phase to complete the development of a suite of test procedures for the assessment of car to car compatibility in frontal impacts will be outlined
In der Europäischen Union (EU) gab es 1999 circa 1,3 Millionen Straßenverkehrsunfälle mit Personenschaden, wobei circa 42.000 Personen getötet wurden. Ziel der EU ist es diese Zahl auf 25.000 im Jahr 2010 zu senken. Die EEVC befasst sich bereits seit Anfang der 80er Jahre mit der Thematik Fußgängerschutz in verschiedenen Arbeitsgruppen. Im Dezember 1998 legte die EEVC-Arbeitsgruppe 17 "Fußgängersicherheit" ihren Abschlussbericht vor, in dessen Anhang ein Prüfverfahren zum fahrzeugseitigen Fußgängerschutz enthalten ist. Dieses Prüfverfahren wird vorgestellt. Es basiert auf Komponententests. Unterschieden werden drei Prüfkörperarten und insgesamt vier Prüfkörper. Aus wissenschaftlicher Sicht und aus Sicht der Unfallforschung empfiehlt die EEVC-Arbeitsgruppe 17 eine umfassende Einführung des vorgeschlagenen Prüfverfahrens mit allen Prüfkörpern, gegebenenfalls in Form einer stufenweisen Einführung.
The goal of the project FIMCAR (Frontal Impact and Compatibility Assessment Research) was to define an integrated set of test procedures and associated metrics to assess a vehicle's frontal impact protection, which includes self- and partner-protection. For the development of the set, two different full-width tests (full-width deformable barrier [FWDB] test, full-width rigid barrier test) and three different offset tests (offset deformable barrier [ODB] test, progressive deformable barrier [PDB] test, moveable deformable barrier with the PDB barrier face [MPDB] test) have been investigated. Different compatibility assessment procedures were analysed and metrics for assessing structural interaction (structural alignment, vertical and horizontal load spreading) as well as several promising metrics for the PDB/MPDB barrier were developed. The final assessment approach consists of a combination of the most suitable full-width and offset tests. For the full-width test (FWDB), a metric was developed to address structural alignment based on load cell wall information in the first 40 ms of the test. For the offset test (ODB), the existing ECE R94 was chosen. Within the paper, an overview of the final assessment approach for the frontal impact test procedures and their development is given.