91 Fahrzeugkonstruktion
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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.
Entwicklung eines Prüfverfahrens zur Beurteilung der Hochgeschwindigkeitsstabilität von Motorrädern
(1991)
Ziel des Forschungsvorhabens war die Erarbeitung eines Prüfverfahrens, welches die objektive Beurteilung der Hochgeschwindigkeitsstabilität von Motorrädern ermöglicht. Insgesamt beteiligten sich 17 Fahrer an den Fahrversuchen, die auf der Hochgeschwindigkeitsstrecke eines Prüffeldes erfolgten. Zum Einsatz kamen vier Motorradmodelle, von denen zwei jeweils mit und ohne Gepäck erprobt wurden. Ein eindeutiger Zusammenhang zwischen der Hochgeschwindigkeitsstabilität von Motorrädern und grundlegenden Fahrerparametern war nur in einem Punkt zu erkennen: Oberhalb einer im Zusammenhang mit den Untersuchungen ermittelten Mindestfahrerfahrung kann ein Einfluss weitergehender Fahrerfahrung ausgeschlossen werden. Die anderen untersuchten, objektiv leicht messbaren Fahrerparameter waren Körpergröße und Masse. Eindeutig isolierbare Zusammenhänge zwischen der Pendeldämpfung und einem dieser Werte waren nicht festzustellen. Bei einem der beiden mit Gepäck untersuchten Motorrädern wurde in Analogie zu früheren Untersuchungen ermittelt, dass die Zuladung die Pendeldämpfung reduziert. Bei Mitnahme eines Beifahrers stellten sich höhere Dämpfungsgrade ein als bei den überwiegend durchgeführten Solofahrten. Das vorgeschlagene Prüfverfahren basiert größtenteils auf den Ergebnissen früherer Untersuchungen und enthält eine engere Beschreibung des einzusetzenden Versuchsfahrers. Weiterhin wurde zusätzlich die Beladung mit Gepäck im üblichen Rahmen in den vorgeschlagenen Prüfungsablauf aufgenommen.
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.
Erfahrungen in Deutschland mit der Anwendung der EU-Empfehlung "Europäischer Grundsatzkatalog zur Fahrer-Fahrzeug-Schnittstelle für Informations- und Kommunikationssysteme" werden beschrieben und daraus Konsequenzen abgeleitet. Insgesamt ist die ergonomische Bewertung der Mensch-Maschine-Schnittstelle von Fahrerinformations- und -Kommunikationssystemen nicht als einmaliges Ereignis, sondern als immer wieder zu durchlaufender Vorgang anzusehen, da neben neuen wissenschaftlichen Erkenntnissen jeweils neu entwickelte Geräte und Systeme zu berücksichtigen sind, was eine Anpassung der Grundsätze beziehungsweise eine Öffnung der Grundsätze für technische Neuerungen mit hohem Sicherheitsstandard erfordern könnte. Demonstrationen neuartiger Bedienkonzepte, Systementwicklungen und Arbeitstechniken sowie die hierzu durchgeführten Nutzertests verdeutlichen, dass ergonomisch sehr vielversprechende Lösungen (wie zum Beispiel Schnittstellen, die Eingaben mittels Gestik gestatten) existieren, beziehungsweise sich in der Entwicklung befinden. Diese Lösungen zeigen, dass die Empfehlung in weiten Bereichen technologieabhängig, das heißt, mit Blick auf Neuentwicklungen, nicht erschöpfend ist. Die Weiterentwicklung der Grundsätze sowie die Bewertung der sicheren Gestaltung der Mensch-Maschine-Schnittstelle bedarf nicht nur einer europaweit, sondern weltweit abgestimmten Vorgehensweise.
Sowohl mit dem 3. Road Safety Action Programme der Europäischen Kommission als auch mit dem deutschen Verkehrssicherheitsprogramm werden die verkehrspolitischen Zielsetzungen zur Erhöhung der Verkehrssicherheit in Europa und Deutschland festgelegt. Hierbei muss die passive Fahrzeugsicherheit auch weiterhin eine bedeutende Rolle übernehmen. Es ist jedoch auch festzustellen, dass durch den zunehmenden Einsatz von Elektronik im Fahrzeug die klassischen Bereiche der aktiven und passiven Fahrzeugsicherheit mehr und mehr ineinander greifen. Der Fortschritt in der Elektronik ermöglicht eine Integration der Systeme der aktiven und passiven Sicherheit. Dadurch lässt sich die Fahrzeugsicherheit weiter steigern. Durch die Vernetzung der Systeme lassen sich sogar Kosten einsparen. Der europäische Regierungsausschuss EEVC (European Enhanced Vehicle-safety Committee), die Verbraucherschutzorganisation Euro NCAP (European New Car Assessment Programme) und die Europäische Kommission mit der eSafety Initiative haben diesen Trend erkannt und entsprechende Aktivitäten eingeleitet.
The development of tyre- and truck-manufacturers leads to the direction to introduce wide base single tyres (size 495/45R22,5) instead of twin tyres on the driving axle of trucks, tractors and busses. To study the driving behaviour and safety of various trucks and units with different tyre combinations and loading conditions was the aim of the study. A computer-aided simulation was used for this investigation. Drive tests with a 40 t unit with prototype single tyres on the drive axle were carried out to verify the simulation. Alterations in driving behaviour and driving safety are mainly dependent on the tyre cornering stiffness. The prototype wide single tyres had a higher lateral stiffness which leads to a higher degree of under-steering (safer driving behaviour). The altered spring base on the drive axle had no influence on the side- tilt stability of vehicle combinations but the solo truck profited from the higher rear axle roll stiffness (less danger for roll-over accidents). As far as the driving safety is concerned nothing speaks against wide base tyres on the drive axle. The simulation of a tyre defect in a bend (assuming 40% of the max. transferable side force for the flat tyre) showed no increased danger using wide single tyres. Later driving tests showed however the need of tyre run flat possibilities to avoid jack-knifing of road trains. Also tyre pressure monitoring systems and electronic stability programs for the trucks are advised.
New vehicle types are extensively tested to check almost all factors that influence ride and handling. With reference to the Association of German Car Tuners" (VDAT e.V.) valuations, approximately 10% of all cars in Germany are being modified by their owners. 28 % of those modifications" sales are divergent wheel-tire combinations, 13 % are tuning measures on the chassis suspension or wheel spacers. In almost all cases the singular modifications present a general permission for specific vehicles they have been tested in. Combined tuning measures, however, are often checked by just one inspector, following a procedure of mostly subjective assessment criteria. Today, critical attributes are only being observed, in case a vehicle is involved in an accident and the modifications are identified as crash causal factors or as a cofactor on the development of a crash. For the first time, a field study allows a survey of safety affecting chassis modifications. The test layout has to comply with some basic conditions. Different vehicle concepts with a wide margin of modifications are required to get a high transferability of the results. A total amount of more than 150 tested vehicles serves the same purpose. The tests are limited concerning the installation time of measurement techniques and the requirement that no damage, defilement or immoderate wear of the vehicles are accepted by their owners. Due to such factors as well as the driver Ìs acceptance, the vehicles are controlled by its owners instead of robots or test drivers. For keeping down the driver- influence, the lane has narrow boundaries and the driver has to drive in strictly adherence to the given instructions. After gathering all modifications, as well as static and kinematic parameters like the toe and camber angle, dynamic testing of predominantly lateral dynamics is conducted. Besides standardized tests like the ISO 3888-2 (Obstacle Avoidance) or the ISO 14512 (Braking on Surfaces with Split Coefficient of Friction), to test the influence of modified kingpin offsets caused by wheel spacers, some deviant tests are conducted. Those are required due to the demand of objective test results for road tests with vertical induced stimulation of the chassis suspension. Hence, new tests on corner braking with and without vertical stimulation have been developed. The interpretation of data includes thresholds, e.g. the maximum entrance velocity without hitting cones, on the one hand, and the analysis of characteristics of data concerning time and frequency range, "1-second values" and peak response times on the other hand. Besides the thresholds as indicators for the achievable velocities, which are mainly affected by friction coefficients, the vehicle reaction in the course of time characterizes the vehicle reaction in the threshold range and consequently the operational demands on the driver. The field study has started and promises the first long-range analysis of chassis modifications. The results offer a basis for hypothesis and resultant further test layouts for oncoming studies of the identified critical tuning measures.
The ASSESS project is a collaborative project that develops test procedures for pre-crash safety systems like Automatic Emergency Braking (AEB). One key criterion for the effectiveness of e.g. AEB is reduction in collision speed compared to baseline scenarios without AEB. The speed reduction for a given system can only be determined in real world tests that will end with a collision. Soft targets that are crashable up to velocities of 80 km/h are state of the art for these assessments, but ordinary balloon cars are usually stationary targets. The ASSESS project goes one step further and defines scenarios with moving targets. These scenarios define vehicle speeds of up to 100 km/h, different collision scenarios and relative collision speeds of up to 80km/h. This paper describes the development of a propulsion system for a soft target that aims to be used with these demanding scenario specifications. The Federal Highway Research Institute- (BASt-) approach to move the target is a self-driving small cart. The cart is controlled either by a driver (open-loop control via remote-control) or by a computer (closed-loop control). Its weight is limited to achieve a good crashability without damages to the test vehicle. To the extent of our knowledge BASt- approach is unique in this field (other carts cannot move at such high velocities or are not crashable). This paper describes in detail the challenges and solutions that were found both for the mechanical construction and the implementation of the control and safety system. One example for the mechanical challenges is e.g. the position of the vehicle- center of gravity (CG). An optimum compromise had to be found between a low CG oriented to the front of the vehicle (good for driveability) and a high CG oriented to the rear of the vehicle (good for crashability). The soft target itself which is also developed within the ASSESS project will not be covered in detail as this is work of a project partner. Publications on this will follow. The paper also shows first test results, describes current limitations and gives an outlook. It is expected that the presented test tools for AEB and other pre-crash safety systems is introduced in the future into consumer testing (NCAP) as well as regulatory testing.
In the last years there has been a decline in accident figures in Germany especially for four wheeled vehicles. At the same time, accident figures for motorcycles remained nearly constant. About 17 % of road traffic fatalities in the year 2006 were motorcyclists. 33 % of these riders were killed in single vehicle crashes. This leads to the conclusion that improving driving dynamics and driving stability of powered two wheelers would yield considerable safety gains. However, the well-known measures for cars and trucks with their proven effectiveness cannot be transferred easily to motorcycles. Therefore studies were carried out to examine the safety potential of Anti Lock Braking Systems (ABS) and Vehicle Stability Control (VSC) for motorcycles by means of accident analysis, driving tests and economical as well as technical assessment of the systems. With regard to ABS, test persons were assigned braking tasks (straight and in-curve) with five different brake systems with and without ABS. Stopping distances as well as stress and strain on the riders were measured for 9 test riders who completed 105 braking manoeuvres each. Knowing the ability of ABS to avoid falls during braking in advance of a crash and taking into account the system costs, a cost benefit analysis for ABS for motorcycles was carried out for different market penetration of ABS, i.e. equipment rates, and different time horizons. The potential of VSC for motorcycles was estimated in two steps. First the kinds of accidents that could be prevented by such a system at all have been analysed. For these accident configurations, simulations and driving tests were then performed to determine if a VSC was able to detect the critical driving situation and if it was technically possible to implement an actuator which would help to stabilise the critical situation.