91 Fahrzeugkonstruktion
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Im Rahmen dieses Forschungsvorhabens wurde ein Verfahren entwickelt und validiert, mit dem sich reale Emissionsfaktoren für motorisierte Zweiräder in der Systematik des HBEFA generieren lassen. Das Verfahren basiert auf Fahrzeug-Emissionsmessungen in realen Testzyklen, vermessen am Rollenprüfstand oder auf der Straße, als Eingabe für ein Simulationsmodell. Das Modell erzeugt aus den Messungen Motorkennfelder, in denen die Abgasemissionen und der Kraftstoffverbrauch über normierter Motordrehzahl und normierter Motorleistung abgelegt werden. Für jedes gemessene Kfz ergibt sich ein normiertes Emissions-Motorkennfeld. Aus den einzelnen Kennfeldern können dann Durchschnittskennfelder je Fahrzeugkategorie (z.B. Motorrad über 500ccm, EURO 3) gebildet werden. Die Motordrehzahl muss in den Emissionstests entweder gemessen, oder aus Geschwindigkeit, Gang, Reifenumfang und Übersetzungen berechnet werden. Die Motorleistung kann mittels gemessenem CO2-Massenstrom und der Drehzahl aus "generischen CO2-Kennfeldern" ermittelt werden, da im Allgemeinen keine gemessene Leistung vorliegt. Um mit dem Modell dann Emissionsfaktoren für beliebige Fahrzyklen zu bestimmen, wird die Motorleistung aus der Fahrzeuglängsdynamik, den Verlusten im Antriebstrang und dem Leistungsbedarf von Nebenaggregaten aus dem jeweils vorgegebenen Geschwindigkeits- und Steigungsverlauf berechnet. Zur Bestimmung der Drehzahl wird zuerst ein passender Gang berechnet und dann aus den Übersetzungen die Motordrehzahl. Steht die geforderte Motorleistung in keinem Gang zur Verfügung, wird die Beschleunigung im betroffenen Zeitschritt so reduziert, dass sich ein Volllastbetrieb ergibt. Die Berechnungen erfolgen in 1Hz Auflösung. Für jede Sekunde werden dann aus dem zugehörigen Motorkennfeld die Emissionen entsprechend der Drehzahl und Leistung interpoliert. Die integrierten Emissionswerte über den Zyklus ergeben die Summenemissionen, die Division durch die zurückgelegte Strecke die Emissionsfaktoren in g/km. Die Methode wurde im Simulationsprogramm PHEM implementiert. Da PHEM bereits in einem ähnlichen Verfahren Emissionsfaktoren für PKW, LNF und SNF berechnet, war der Zusatzaufwand zum Einbau von Zweirädern nieder und alle Zusatzfunktionen von PHEM können auch für Zweiräder verwendet werden (z.B. Dynamikkorrekturen, automatisierte CO2-basierte Kennfelderzeugung, Batch-Modus, etc.). In dem Projekt wurde die Modellentwicklung und Validierung anhand von 4 gemessenen Zweirädern durchgeführt. Die Tests umfassten Abgasmessungen auf einem Rollenprüfstand sowie On-Road-Messungen mittels PEMS. Die Messkampagne wurde auch genutzt, um einen Vorschlag für ein einheitliches Minimalmessprogramm zur Bestimmung von Emissionsfaktoren von Zweirädern zu erarbeiten. Dazu wurden umfangreiche Fahrversuche im realen Betrieb durchgeführt, die gemessenen Zyklen in Teilstücke verschiedener Verkehrssituationen unterteilt und je Verkehrssituation ein repräsentatives Teilstück bestimmt. Diese wurden dann zu "Real World Rollenzyklen" zusammengefügt. Bei einem Motorradzyklus ist auch ein sportlicher Fahranteil mit Steigung enthalten. Damit ist sichergestellt, dass die Motorkennfelder mit diesen Rollentests gut abgedeckt sind und bei der Berechnung von Emissionsfaktoren keine Extrapolationen von Emissionswerten erforderlich sind. Die am Markt befindlichen PEMS Systeme sind für die Verwendung bei Zweirädern wegen deren Gewicht und Baugröße nicht für alle Fahrzeuge geeignet. PEMS Messungen sind vorerst nur bei größeren Motorrädern im realen Verkehr möglich. Die Emissionskennfelder enthalten jeweils CO, CO2, NOx, HC sowie optional auch die vom FTIR gemessenen Komponenten und Partikelanzahl. Die nicht limitierten Abgaskomponenten aus der FTIR Messung können, wegen der teilweise sehr niederen Emissionsniveaus, nur unsicher zeitaufgelöst gemessen und simuliert werden, so dass hier die Verwendung von Zyklusmittelwerten in [g/km] oder von mittleren Prozentwerten an den HC und NOx Emissionen empfohlen wird. Mit der entwickelten Methode und der Software PHEM bestehen nunmehr die Grundlagen, Emissionsfaktoren für Zweiräder in gleicher Qualität wie sie bei PKW und Nutzfahrzeugen bereits Standard ist, zu gerieren. Die Methoden und mögliche gemeinsame Messprogramme werden in der ERMES Gruppe bereits diskutiert und werden hoffentlich schon 2018 zu einer deutlichen Verbreiterung der Datengrundlage zum Emissionsverhalten von Zweirädern führen.
Die Schwerpunkte dieses Projekts lagen in der Untersuchung der Fahrerverfügbarkeit und Müdigkeit sowie in der Herstellung natürlichen Verhaltens bei längeren hochautomatisierten Fahrten. Es konnte im Rahmen von zwei Fahrsimulationsversuchen mit 15 und 42 Probanden gezeigt werden, dass bei hochautomatisierten Fahrten von 60 Minuten Müdigkeit auftreten kann, bei Ausprägung und Zeitpunkt des Auftretens jedoch große individuelle Unterschiede bestehen. Da eine zu kleine Stichprobe sich zum Zeitpunkt der Übernahme in einem entsprechend müden Zustand befand, kann die Auswirkung von Müdigkeit auf das Übernahmeverhalten nicht abschließend beurteilt werden. Hierfür empfehlen sich für die Zukunft Studien mit einem zustandsabhängigen Versuchsdesign. Der Einsatz von natürlichen fahrfremden Tätigkeiten, mit denen die Probanden sich frei beschäftigen durften, zeigte sowohl in der Probandstudie im Fahrsimulator als auch bei einem Expertenworkshop im Realfahrzeug eine hohe Involviertheit der Probanden in die Tätigkeiten während der gesamten 60 Minuten hochautomatisierten Fahrens. Es wird vermutet, dass dies auf die hohe intrinsische Motivation und den hohen Unterhaltungswert der selbstgewählten Aktivitäten zurückzuführen ist. Es zeigte sich außerdem, dass die Wahl der Tätigkeit vom Alter der Probanden abhängig ist. Eine Fahrtdauer von 60 Minuten wurde aufgrund der Ergebnisse aus allen drei Versuchen als realistisches Zukunftsszenario eingestuft und besitzt daher eine hohe Relevanz. Sowohl für die Bewertung von Müdigkeit als auch von Ablenkung war das Blickverhalten am meisten aufschlussreich. Für die Bewertung von Müdigkeit während der Beschäftigung mit fahrfremden Tätigkeiten wird jedoch ein kopfbasiertes Blickerfassungssystem, welches in der Lage ist, den Augenöffnungsgrad zu erfassen, oder videobasierte Verhaltensbeobachtung 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.
Das Fahrzeugsegment der leichten Nutzfahrzeuge (LNF) hat in den vergangenen Jahren in Deutschland stark an Bedeutung gewonnen. Der Bestand ist im Jahr 2014 auf rund 2,1 Mio. Fahrzeuge angewachsen " das entspricht einem Wachstum von +133 % gegenüber 1990. Die Fahrleistungen der LNF haben nach den Annahmen für TREMOD im gleichen Zeitraum sogar um +170 % zugenommen. Die zunehmende Bedeutung der LNF sowie die heutige Vielfalt der Einsatzzwecke spiegeln sich in der Modellierung der Emissionen von LNF in Deutschland zum Teil nicht wieder. Die Datengrundlagen für das Verkehrsemissionsmodell TREMOD (Transport Emission Model) sowie für das Handbuch für Emissionsfaktoren des Straßenverkehrs (HBEFA) sind teilweise mehr als 20 Jahre alt. Die Aufteilung der Fahrleistung nach Verkehrssituationen und Längsneigungsklassen geht beispielsweise auf eine Analyse von HEUSCH/BOESEFELDT aus dem Jahr 1996 zurück. Die Fahrzyklen, die den Verkehrssituationen und damit auch den Emissionsfaktoren zugrunde liegen, basieren gerade für leichte Nutzfahrzeuge auf wenigen Daten oder sind von Pkw abgeleitet. Zudem stehen nur eine beschränkte Anzahl von Emissionsmessungen für LNF zur Verfügung, auf deren Basis die Emissionsfaktoren für HBEFA abgeleitet werden. Die Gesamtfahrleistung (Inlandsfahrleistung) der LNF in TREMOD basiert im Wesentlichen noch auf der Fahrleistungserhebung (FLE) 2002. Die Inlandsfahrleistung der LNF war hierbei etwa gleich hoch wie die Inländerfahrleistung. Jedoch wurde nur ca. die Hälfte der Fahrleistungen auf den freien Strecken gemäß Straßenverkehrszählung der BASt erfasst und die Differenz den Innerorts- und Gemeindestraßen in TREMOD zugeordnet. Die Fortschreibung der Fahrleistungen von 2002 bis 2014 erfolgte u.a. über die Straßenverkehrszählungen und die Bestandsentwicklung. Auswertungen der (bei Berichtslegung noch nicht definitiv vorliegenden) Fahrleistungserhebung 2014 müssen zeigen, ob die angenommenen Entwicklungen der Gesamtfahrleistung der LNF sowie pro Straßenkategorie plausibel sind. Vorläufige Ergebnisse der FLE 2014 zeigen deutlich höhere LNF-Inlandsfahrleistungen als aktuell in TREMOD hinterlegt. Eine Detailanalyse und Interpretation der Ergebnisse konnte aber im Rahmen dieses Projektes noch nicht erfolgen. Neben den bisher in TREMOD verwendeten Quellen wurden weitere Fahrleistungsdaten untersucht. Für das Jahr 2013 veröffentlichte das Kraftfahrtbundesamt (KBA) erstmals Inländerfahrleistungen je Fahrzeugkategorie und Fahrzeugalter, basierend auf Tachostandinformationen von 26,5 Mio. deutschen Kraftfahrzeugen. Es wird empfohlen die Fahrleistungsstatistik vom KBA in zukünftige TREMOD-Aktualisierungen einzubeziehen. Für die Herleitung der in HBEFA den LNF zugrunde gelegten Fahrmustern wurde bislang nicht nach Pkw und LNF unterschieden. Vergleiche der verfügbaren LNF- und Pkw-Fahrmuster bezüglich der Geschwindigkeit und der Wegedauer zeigen leichte Abweichungen in der Form, dass LNF tendenziell öfter mit geringeren Geschwindigkeiten und kürzerer Wegedauer unterwegs sind als Pkw. Die Unterschiede sind jedoch durchwegs gering. Es können auf der Basis der verfügbaren Datengrundlagen keine eigenständigen LNF-Fahrzyklen abgeleitet werden. Die Emissionsfaktoren in HBEFA werden über das Simulationsmodell PHEM der FVT-TU Graz generiert. Aufgrund der unzureichenden Datenlage konnten bisher für PHEM keine LNF-spezifischen Emissionskennfelder verwendet werden, d.h. es wurden modifizierte Pkw-Kennfelder für die Modellierung der Emissionsfaktoren verwendet. Mittlerweile stehen weitere LNF-Messungen für die Herleitung von Emissionskennfeldern zur Verfügung. Für die hinsichtlich der heutigen Fahrleistungen relevanten LNF-Fahrzeugschicht (N1-III-Diesel-Euro-5) liegen beispielsweise aktuell 10 zeitlich hochaufgelöste Emissionsmessungen vor, welche bei der nächsten Aktualisierung von HBEFA genutzt werden können.
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.
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.
Bus or heavy vehicle passenger accidents are rare events, compared with car accidents, but sometimes leads to a large number of victims especially in rollover crash scenarios. Two accidents occurred in Portugal in 2007 and 2013 in which 28 people died and more than 50 are injured, shown the importance of the investigation of such accidents. For the investigation of these accidents multidisciplinary teams are constituted with engineers and police officers. All the factors involved are taken into consideration including road design, traffic signs, maintenance and hardware, human factors, and vehicle factors. In this work a methodology to an accurate collection of the data is proposed. From the information collected the accident is reconstructed using the PC-CrashTM software. From this all the contribution factors are determined and recommendations to mitigate these crashes are listed. These two accidents are rollover accidents and the analysis of the injuries and its correlation with the use of retention systems is very important. From the medical data and with the dynamics of the accident determined simulations of the occupants with biomechanical models are carried out in order to evaluate the effect of the retention systems in the injuries. This analysis is based on injury criteria (such as Abbreviated Injury Score (AIS) or Injury Severity Scale (ISS)). With this it is possible to determine if the seat belt was worn or not.
Since its creation in 2011 the Pre-Crash-Matrix (PCM) offers the possibility to observe the pre-crash phase until five seconds before crash for a wide range of accidents. Currently the PCM contains more than 8.000 reconstructed accidents out of the GIDAS (German In-Depth Accident Study) database and is enlarged continuously by more than 1.000 cases per year. Hence, a detailed investigation of active safety systems in real accident situations has been made feasible. The PCM contains all relevant data in database format to simulate the pre-crash phase until the first collision of the accident for a maximum of two participants. This includes the definition of the participants and their characteristics, the dynamic behavior of the participants as time-dependent course for five seconds before crash as well as the geometry of the traffic infrastructure. The digital sketch of the accident and information from GIDAS as well as from supplementary databases represent the main input for the simulation of the pre-crash phase of an accident with the VUFO simulation model VAST (Vufo Accident Simulation Tool). This simulation in turn embodies the foundation of the PCM. The PCM underlies continual improvements and enhancements in consultation with its users. In addition to collisions of cars with other cars, pedestrians, bicycles and motorcycles the PCM now also covers car to object and car to truck collisions. The paper illustrates car to truck collisions as a showcase and explains perspectives for further developments. In 2016 a more detailed definition of the contour of the vehicle was added. Furthermore, the geometrical surroundings of the accident site will be provided in a new structure with a higher level of detail. Thus, a precise classification of road marks and objects is possible to further improve the support of developing and evaluating ADAS. This paper gives an overview about the latest developments of the PCM with its innovations and provides an outlook to upcoming enhancements. Besides potential areas of application for the development of ADAS are shown.
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.
The advent of active safety systems calls for the development of appropriate testing methods. These methods aim to assess the effectivity of active safety systems based on criteria such as their capability to avoid accidents or lower impact speeds and thus mitigate the injury severity. For prospective effectivity studies, simulation becomes an important tool that needs valid models not only to simulate driving dynamics and safety systems, but also to resolve the collision mechanics. This paper presents an impact model which is based on solving momentum conservation equations and uses it in an effectivity study of a generic collision mitigation system in reconstructed real accidents at junctions. The model assumes an infinitely short crash duration and computes output parameters such as post-crash velocities, delta-v, force directions, etc. and is applicable for all impact collision configurations such as oblique, excentric collisions. Requiring only very little computational effort, the model is especially useful for effectivity studies where large numbers of simulations are necessary. Validation of the model is done by comparison with results from the widely used reconstruction software PC-Crash. Vehicles involved in the accidents are virtually equipped with a collision mitigation system for junctions using the software X-RATE, and the simulations (referred to as system simulations) are started sufficiently early before the collision occurred. In order to assess the effectivity, the real accident (referred to as baseline) is compared with the system simulations by computing the reduction of the impact speeds and delta-v.