91 Fahrzeugkonstruktion
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Fahrerassistenzsystemen mit Umfeldwahrnehmung wird ein hohes Potenzial zur Unfallvermeidung zugeschrieben, wenn diese umfassender und intensiver in die Fahrdynamik von Fahrzeugen eingreifen und weiter vernetzt werden. Diese erweiterten Eingriffsmöglichkeiten erzeugen auch neue Risiken, welche vor der Genehmigung und Zulassung für den öffentlichen Straßenverkehr abgesichert werden müssen. Neuartig ist bei diesen Systemen, dass sie nur über eine Situationsrepräsentation die unfallvermeidenden Handlungen ableiten können. Somit kommt zum Risiko des Versagens von Systemkomponenten, das bereits durch die ISO 26262-Norm zur funktionalen Sicherheit adressiert ist, das Risiko aufgrund einer falschen Interpretation auftretenden, nicht situationsgemaessen Auslösung, z. B. durch Situationskonstellationen, die bei der Entwicklung nicht berücksichtigt wurden und daher in den Funktionsspezifikationen nicht enthalten sind. Um die Anforderungen an Absicherungsmethoden für diese Assistenzsysteme zu identifizieren, werden diese zusammengestellt und der Absicherungsaufwand mit bestehenden Methoden, bspw. aufbauend auf den Anforderungen der ISO 26262, bestimmt. Die Analyse zeigt, dass bisherige Ansätze sowohl hinsichtlich der objektiven Nachweisbarkeit der Vollständigkeit der theoretisch möglichen Situationen Lücken aufweisen als auch hinsichtlich des Umfangs der notwendigen Spezifikationen und deren Prüfung in Versuchen. Aufgrund des daher zu erwartenden Aufwands für den Nachweis eines sicheren Verhaltens der Systeme sind eine Priorisierung von Fahrsituationen und die Gewährleistung einer hohen Übertragbarkeit von Bewertungsergebnissen notwendig. Um die Vollständigkeitsproblematik zu adressieren, wird ein Ansatz vorgestellt, der eine objektive Bewertung und den Vergleich von Fahrsituationen ermöglicht. Abschließend werden die Erkenntnisse zusammengefasst und notwendige weitere Schritte für die Schaffung einer einheitlichen Absicherungsstrategie für Fahrerassistenzsysteme abgeleitet.
Accident analysis
(2014)
For the assessment of vehicle safety in frontal collisions compatibility (which consists of self and partner protection) between opponents is crucial. Although compatibility has been analysed worldwide for years, no final assessment approach has been defined to date. Taking into account the European Enhanced Vehicle safety Committee (EEVC) compatibility and frontal impact working group (WG15) and the EC funded FP5 VC-COMPAT project activities, two test approaches have been identified as the most promising candidates for the assessment of compatibility. Both are composed of an off-set and a full overlap test procedure. In addition another procedure (a test with a moving deformable barrier) is getting more attention in today- research programmes. The overall objective of the FIMCAR project is to complete the development of the candidate test procedures and propose a set of test procedures suitable for regulatory application to assess and control a vehicle- frontal impact and compatibility crash safety. In addition an associated cost benefit analysis should be performed. The specific objectives of the work reported in this deliverable were: - Determine if previously identified compatibility issues are still relevant in current vehicle fleet: Structural interaction, Frontal force matching, Compartment strength in particular for light cars. - Determine nature of injuries and injury mechanisms: Body regions injured o Injury mechanism: Contact with intrusion, Contact, Deceleration / restraint induced. The main data sources for this report were the CCIS and Stats 19 databases from Great Britain and the GIDAS database from Germany. The different sampling and reporting schemes for the detailed databases (CCIS & GIDAS) sometimes do not allow for direct comparisons of the results. However the databases are complementary " CCIS captures more severe collisions highlighting structure and injury issues while GIDAS provides detailed data for a broader range of crash severities. The following results represent the critical points for further development of test procedures in FIMCAR.
Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit den Auswirkungen alternativer Antriebskonzepte auf die Fahrdynamik von Pkw. Es werden einleitend die konventionellen und alternativen Antriebskonzepte sowie Unterschiede in Hinblick auf die Fahrdynamik herausgearbeitet. Die Ergebnisse einer Recherche zur Fahrwerksentwicklung von Hybrid- und Elektrofahrzeugen zeigen keine klaren Trends zu neuartigen oder geänderten Fahrwerkskonzepten, sodass auf eine getrennte Betrachtung von Fahrwerken für Fahrzeuge mit konventionellen und alternativen Antrieben verzichtet werden kann. Die erarbeiteten Unterschiede zwischen konventionellen und alternativen Antrieben zeigen, dass die Möglichkeit der Rekuperation von Hybrid- und E-Fahrzeugen insbesondere bei kombinierten Längs- und Querkräften zu deutlichen Auswirkungen auf die Fahrdynamik führen kann. Im nächsten Schritt werden daher Fahrmanöver zusammengestellt und in Bezug auf die Relevanz für die Rekuperation analysiert. Dabei erweist sich das nach DIN ISO 7975 genormte Fahrmanöver "Bremsen im Kreis" als zielführend, die Auswirkungen der Rekuperation auf die Fahrdynamik zu analysieren. Außerdem wird das Fahrzeugverhalten bei einer Geradeausbremsung und folgender Lenkanregung sowie bei einer Bremsung auf μ-Split untersucht, da auch hier Wechselwirkungen von Antrieb und Fahrwerk auftreten. Zur Beurteilung der Ergebnisse wird neben der Fahrstabilität auch die Wahrnehmbarkeit eines geänderten Fahrverhaltens betrachtet. Anhand einer Literaturrecherche wurde für die Giergeschwindigkeit ein Schwellwert von 3-°/s für die Wahrnehmbarkeit gefunden. Die Ergebnisse einer Simulationsstudie mit zwei Fahrzeugkonzepten (Front-/Heckantrieb) in den drei genannten Fahrmanövern zeigen, dass die Rekuperation in weiten Bereichen der Längsverzögerungen sinnvoll eingesetzt werden kann. Bei der Bremsung in der Kurve führt die Rekuperation an der Vorderachse zu einer deutlichen Reduzierung störender Fahrzeugreaktionen und kann auch bei höheren Querbeschleunigungen verwendet werden. Bei der Rekuperation an der Hinterachse kann es insbesondere auf Niedrigreibwerten bei Bremsungen in der Kurve zu kritischen Fahrzuständen kommen. Durch die Begrenzung des Rekuperationsmomentes bei großen Schlupfwerten kann die Stabilität des Fahrzeugs jedoch sichergestellt werden. Auch die Ergebnisse der Simulationen der anderen Fahrmanöver zeigen, dass bei geringen Schlupfwerten keine wahrnehmbaren fahrdynamischen Unterschiede festzustellen sind.
Im FE 82.509/2010 "Verkehrssicherheit in Einfahrten auf BAB" werden die Verkehrssicherheit und der Verkehrsablauf an Einfahrten des Typs E1 auf Autobahnen (als den Standardtyp von Einfahrten, der am häufigsten im Autobahnnetz anzutreffen ist) untersucht. Vor dem Hintergrund des vom Bundesministerium für Verkehr, Bau und Stadtentwicklung gestarteten Feldversuchs mit Lang-Lkw wurde die Aufgabenstellung um die Thematik der Lang-Lkw erweitert. Hierzu soll das Verhalten der Verkehrsteilnehmer im Bereich von Einfahrten an Autobahnen beobachtet werden. Ziel ist es, hieraus eine Bewertung der Verkehrssicherheit für den Einsatz von Lang-Lkw abzuleiten. Zur Untersuchung dieser Fragestellung wurden Lang-Lkw-Fahrten mit Hilfe einer Front- sowie einer Seitenkamera aufgezeichnet, um das Verkehrsgeschehen im Bereich der Einfahrten rechts neben und vor dem Lkw beobachten zu können. Zum Vergleich der Lang-Lkw-Fahrten mit heute bereits zulässigen Lkw-Kombinationen wurden zusätzlich die Fahrten von Gliederzügen in gleicher Weise beobachtet. Die Lokalisierung der Einfahrtbereiche erfolgte über die GPS-Koordinaten der Fahrten. Insgesamt wurden an Einfahrten 534 Vorbeifahrten von Lang-Lkw und 271 Vorbeifahrten eines Gliederzugs aufgezeichnet. Neben der systematischen Bewertung der Verkehrssituationen im Bereich der Einfahrten erfolgte zusätzlich eine Auswertung der Lkw-Geschwindigkeiten bei der Vorbeifahrt an den Einfahrten. Insgesamt konnten bei den durchgeführten Untersuchungen im Bereich von Einfahrten keine abrupten Fahrmanöver beobachtet werden. Weiterhin konnten sowohl bezüglich der Verhaltensweisen als auch bei den Geschwindigkeiten im Einfahrbereich keine wesentlichen Unterschiede im Vergleich zwischen Lang-Lkw und Gliederzug festgestellt werden. Das Verhalten der beiden Lkw-Kombinationen kann demnach als vergleichbar angesehen werden. Aus den Untersuchungen konnte unter den gegebenen Randbedingungen für den Lang-Lkw im Vergleich zum Gliederzug kein erhöhtes Sicherheitsrisiko im Bereich von Einfahrten festgestellt werden.
Cost benefit analysis
(2014)
Although the number of road accident casualties in Europe is falling the problem still remains substantial. In 2011 there were still over 30,000 road accident fatalities [EC 2012]. Approximately half of these were car occupants and about 60 percent of these occurred in frontal impacts. The next stage to improve a car- safety performance in frontal impacts is to improve its compatibility for car-to-car impacts and for collisions against objects and HGVs. Compatibility consists of improving both a car- self and partner protection in a manner such that there is good interaction with the collision partner and the impact energy is absorbed in the car- frontal structures in a controlled way which results in a reduction of injuries. Over the last ten years much research has been performed which has found that there are four main factors related to a car- compatibility [Edwards 2003, Edwards 2007]. These are structural interaction potential, frontal force matching, compartment strength and the compartment deceleration pulse and related restraint system performance. The objective of the FIMCAR FP7 EC-project was to develop an assessment approach suitable for regulatory application to control a car- frontal impact and compatibility crash performance and perform an associated cost benefit analysis for its implementation.
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.
The objectives of the FIMCAR (Frontal Impact and Compatibility Assessment Research) project are to answer the remaining open questions identified in earlier projects (such as understanding of the advantages and disadvantages of force based metrics and barrier deformation based metrics, confirmation of specific compatibility issues such as structural interaction, investigation of force matching) and to finalise the frontal impact test procedures required to assess compatibility. Research strategies and priorities were based on earlier research programs and the FIMCAR accident data analysis. The identified real world safety issues were used to develop a list of compatibility characteristics which were then prioritised within the consortium. This list was the basis for evaluating the different test candidates. This analysis resulted in the combination of the Full Width Deformable Barrier test (FWDB) with compatibility metrics and the existing Offset Deformable Barrier (ODB) as described in UN-ECE Regulation 94 with additional cabin integrity requirement as being proposed as the FIMCAR assessment approach. The proposed frontal impact assessment approach addresses many of the issues identified by the FIMCAR consortium but not all frontal impact and compatibility issues could be addressed.
For the assessment of vehicle safety in frontal collisions compatibility (which consists of self and partner protection) between opponents is crucial. Although compatibility has been analysed worldwide for over 10 years, no final assessment approach has been defined to date. Taking into account the European Enhanced Vehicle safety Committee (EEVC) compatibility and frontal impact working group (WG15) and the FP5 VC-COMPAT project activities, two test approaches have been identified as the most promising candidates for the assessment of compatibility. Both are composed of an off-set and a full overlap test procedure. In addition another procedure (a test with a moving deformable barrier) is getting more attention in current research programmes. The overall objective of the FIMCAR project is to complete the development of the candidate test procedures and propose a set of test procedures suitable for regulatory application to assess and control a vehicle- frontal impact and compatibility crash safety. In addition an associated cost benefit analysis should be performed. The objectives of the work reported in this deliverable were to review existing full-width test procedures and their discussed compatibility metrics, to report recent activities and findings with respect to full-width assessment procedures and to assess test procedures and metrics. Starting with a review of previous work, candidate metrics and associated performance limits to assess a vehicle- structural interaction potential, in particular its structural alignment, have been developed for both the Full Width Deformable Barrier (FWDB) and Full Width Rigid Barrier (FWRB) tests. Initial work was performed to develop a concept to assess a vehicle- frontal force matching. However, based on the accident analyses performed within FIMCAR frontal force matching was not evaluated as a first priority and thus in line with FIMCAR strategy the focus was put on the development of metrics for the assessment of structural interaction which was evaluated as a first priority.
For the assessment of vehicle safety in frontal collisions compatibility (which consists of self and partner protection) between opponents is crucial. Although compatibility has been analysed worldwide for over 10 years, no final assessment approach has been defined to date. Taking into account the European Enhanced Vehicle safety Committee (EEVC) compatibility and the final report to the steering committee on frontal impact [Faerber 2007] and the FP5 VC-COMPAT[Edwards 2007] project activities, two test approaches were identified as the most promising candidates for the assessment of compatibility. Both are composed of an off-set and a full overlap test procedure. In addition another procedure (a test with a moving deformable barrier) is getting more attention in current research programmes. The overall objective of the FIMCAR project is to complete the development of the candidate test procedures and propose a set of test procedures suitable for regulatory application to assess and control a vehicle- frontal impact and compatibility crash safety. In addition an associated cost benefit analysis will be performed. In the FIMCAR Deliverable D 3.1 [Adolph 2013] the development and assessment of criteria and associated performance limits for the full width test procedure were reported. In this Deliverable D3.2 analyses of the test data (full width tests, car-to-car tests and component tests), further development and validation of the full width assessment protocol and development of the load cell and load cell wall specification are reported. The FIMCAR full-width assessment procedure consists of a 50 km/h test against the Full Width Deformable Barrier (FWDB). The Load Cell Wall behind the deformable element assesses whether or not important Energy Absorbing Structures are within the Common Interaction Zone as defined based on the US part 581 zone. The metric evaluates the row forces and requires that the forces directly above and below the centre line of the Common Interaction Zone exceed a minimum threshold. Analysis of the load spreading showed that metrics that rely on sum forces of rows and columns are within acceptable tolerances. Furthermore it was concluded that the Repeatability and Reproducibility of the FWDB test is acceptable. The FWDB test was shown to be capable to detect lower load paths that are beneficial in car-to-car impacts.
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.