91 Fahrzeugkonstruktion
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Motorcycling is a fascinating kind of transportation. While the riders' direct exposure to the environment and the unique driving dynamics are essential to this fascination, they both cause a risk potential which is several times higher than when driving a car. This chapter gives a detailed introduction to the fundamentals of motorcycle dynamics and shows how its peculiarities and limitations place high demands on the layout of dynamics control systems, especially when cornering. The basic principles of dynamic stabilization and directional control are addressed along with four characteristic modes of instability (capsize, wobble, weave, and kickback). Special attention is given to the challenges of braking (brake force distribution, dynamic over-braking, kinematic instability, and brake steer torque induced righting behavior). It is explained how these challenges are addressed by state-of-the-art brake, traction, and suspension control systems in terms of system layout and principles of function. It is illustrated how the integration of additional sensors " essentially roll angle assessment " enhances the cornering performance in all three categories, fostering a trend to higher system integration levels. An outlook on potential future control systems shows exemplarily how the undesired righting behavior when braking in curves can be controlled, e.g., by means of a so-called brake steer torque avoidance mechanism (BSTAM), forming the basis for predictive brake assist (PBA) or even autonomous emergency braking (AEB). Finally, the very limited potential of brake and chassis control to stabilize yaw and roll motion during unbraked cornering accidents is regarded, closing with a promising glance at roll stabilization through a pair of gimbaled gyroscopes.
Established in 1997, the European New Car Assessment Programme (Euro NCAP) provides consumers with a safety performance assessment for the majority of the most popular cars in Europe. Thanks to its rigorous crash tests, Euro NCAP has rapidly become an important driver safety improvement to new cars. After ten years of rating vehicles, Euro NCAP felt that a change was necessary to stay in tune with rapidly emerging driver assistance and crash avoidance systems and to respond to shifting priorities in road safety. A new overall rating system was introduced that combines the most important aspects of vehicle safety under a single star rating. The overall rating system has allowed Euro NCAP to continue to push for better fitment and higher performance for vehicles sold on the European market. In the coming years, the safety rating is expected to play an important role in the support of the roll-out of highly automated vehicles.
The levels of continuous vehicle automation have become common knowledge. They facilitate overall understanding of the issue. Yet, continuous vehicle automation described therein does not cover "automated driving" as a whole: Functions intervening temporarily in accident-prone situations can obviously not be classified by means of continuous levels. Continuous automation describes the shift in workload from purely human driven vehicles to full automation. Duties of the driver are assigned to the machine as automation levels rise. Emergency braking, e.g., is obviously discontinuous and intensive automation. It cannot be classified under this regime. The resulting absence of visibility of these important functions cannot satisfy " especially in the light of effect they take on traffic safety. Therefore, in order to reach a full picture of vehicle automation, a comprehensive approach is proposed that can map out different characteristics as "Principle of Operation" at top level. On this basis informing and warning functions as well as functions intervening only temporarily in near-accident situations can be described. To reach a complete picture, levels for the discontinuous, temporarily intervening functions are proposed " meant to be the counterpart of the continuous levels already in place. This results in a detailed and independent classification for accident-prone situations. This finally provides for the visibility these important functions deserve.
Die Level kontinuierlicher Fahrzeugautomatisierung sind unter Fahrerassistenzexperten weithin bekannt und erleichtern das Verständnis. Sie können aber nicht Fahrzeugautomatisierung insgesamt zufriedenstellend beschreiben: Insbesondere temporär intervenierende Funktionen, die in unfallnahen Situationen eingreifen, können offensichtlich nicht nach dem Level kontinuierlicher Fahrzeugautomatisierung beschrieben werden. Diese beschreiben nämlich die zunehmende Aufgabenverlagerung vom Fahrer zur maschinellen Steuerung bei zunehmendem Automatisierungsgrad. Notbremsfunktionen, beispielsweise, sind offensichtlich diskontinuierlich und nehmen zugleich auf intensive Weise Einfluss auf die Fahrzeugsteuerung. Sie lassen sich gerade nicht sinnvoll nach dem Level kontinuierlicher Fahrzeugautomatisierung beschreiben. Das Ergebnis kann indes nicht zufriedenstellen: Die fehlende Sichtbarkeit dieser Funktionen wird ihrer Bedeutung für die Verkehrssicherheit nicht gerecht. Daher wird hier, um ein vollständiges Bild der Fahrzeugautomatisierung zu erlangen, ein umfassender Ansatz zur Beschreibung verfolgt, der auf oberster Ebene nach Wirkweise unterscheidet. Auf dieser Basis lassen sich sowohl informierende und warnende Funktionen als auch solche, die nur temporär in unfallgeneigten Situationen intervenieren, im Detail beschreiben. Das ermöglicht es, eine eigenständige Klassifikation für unfallgeneigte Situationen zu erstellen. Dies kann für diese wichtigen Funktionen die eigenständige Sichtbarkeit herstellen, die ihrer Bedeutung gerecht wird.
Für eine Reihe von EU Regelungen im Bereich Fahrzeugsicherheit erlaubt eine Verordnung bereits seit dem Jahr 2010 virtuelles Testen für die Typzulassungsprüfung. Technische Details bzw. konkrete Prozeduren für spezifische Regelungen sind in dieser Verordnung jedoch nicht enthalten. Das Hauptziel des europäischen Projekts IMVITER (lmplementation of Virtual Testing in Safety Regulations) war es, basierend auf der neuen Verordnung ein virtuelles Testverfahren auszuarbeiten und dabei offene Fragen zu berücksichtigen. Um die im Projekt-Konsortium unter Berücksichtigung der Anliegen aller Interessensgruppen wie Autohersteller, Zulassungsbehörden und technischer Dienste erarbeiteten offenen Punkte zu adressieren, wurde ein generisches Flussdiagramm entwickelt, das den Ablauf einer virtuell basierten Typprüfung darstellt. ln diesem Diagramm ist der virtuelle Typgenehmigungsprozess in drei aufeinander folgende Phasen aufgeteilt, die Verifikations-, Validierungs- und Typgenehmigungsphase. Von entscheidender Bedeutung ist die Phase der Validierung des Simulationsmodells, für die im IMVITER-Projekt eine Methodik vorgeschlagen wurde. Mit der im Projekt vorgeschlagenen Validierungsmethode ist kein Austausch des Simulationsmodells zwischen Fahrzeughersteller und technischem Dienst notwendig, so dass die Vertraulichkeit von Betriebsgeheimnissen nicht gefährdet ist. Zur Validierung des Modells werden jedoch immer Versuche notwendig sein. Dies gilt sowohl für die Überpruefung von passiven als auch aktiven Fahrzeugsicherheitssystemen. Eine zusammenfassende Betrachtung der Erfahrungen aus dem IMVITER-Projekt ergab, dass mit der Einführung von virtuellem Testen keine Erhöhung der Anforderungen an die Fahrzeugsicherheit bzgl. bestehender Regelungen verbunden sein sollte. Jedoch werden auch weiterhin neue zusäztliche Regelungen erforderlich sein, da sich das Unfallgeschehen und die Fahrzeugtechnologie weiterentwickeln und ändern werden. Diese sollten von Beginn an die Möglichkeiten des virtuellen Testens nutzen, insbesondere bei Testverfahren für neue Technologien, z.B. aktiver Fahrzeugsicherheitssysteme. Hier bieten virtuelle Testverfahren nicht nur eine Kosten- oder Zeitersparnis, sondern ermöglichen teilweise erst die sinnvolle Abprüfung von neuen Sicherheitssystemen, die mit aktuellen auf Hardware-Test basierenden Verfahren überhaupt nicht möglich wären.
Die Level kontinuierlicher Fahrzeugautomatisierung sind unter Fahrerassistenzexperten weithin bekannt und erleichtern das Verständnis. Sie können aber nicht Fahrzeugautomatisierung insgesamt zufriedenstellend beschreiben: Insbesondere temporär intervenierende Funktionen, die in unfallnahen Situationen eingreifen, können offensichtlich nicht nach dem Level kontinuierlicher Fahrzeugautomatisierung beschrieben werden. Diese beschreiben nämlich die zunehmende Aufgabenverlagerung vom Fahrer zur maschinellen Steuerung bei zunehmendem Automatisierungsgrad. Notbremsfunktionen, beispielsweise, sind offensichtlich diskontinuierlich und nehmen zugleich auf intensive Weise Einfluss auf die Fahrzeugsteuerung. Sie lassen sich gerade nicht sinnvoll nach dem Level kontinuierlicher Fahrzeugautomatisierung beschrieben. Das Ergebnis kann indes nicht zufriedenstellen. Die fehlende Sichtbarkeit dieser Funktionen wird ihrer Bedeutung für die Verkehrssicherheit nicht gerecht. Daher wird im Beitrag, um ein vollständiges Bild der Fahrzeugautomatisierung zu erlangen, ein umfassender Ansatz zur Beschreibung verfolgt, der sich auf oberster Ebene nach Wirkweise unterscheidet. Auf dieser Basis lassen sich sowohl informierende und warnende Funktionen als auch solche, die nur temporär in unfallgeneigten Situationen intervenieren, im Detail beschrieben. Das ermöglicht es, eine eigenständige Klassifikation für unfallgeneigte Situationen zu erstellen; dies kann für diese wichtigen Funktionen die eigenständige Sichtbarkeit herstellen, die ihrer Bedeutung gerecht wird.
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.
Within the automotive context camera monitor systems (CMS) can be used to present views of the traffic situation behind the vehicle to the driver via a monitor mounted inside the cabin. This offers the opportunity to replace classical outside rearview mirrors and therefore to implement new design concepts, aerodynamically optimized vehicle shapes and to reduce the width of the vehicle. Further, the use of a CMS offers the potential to implement functionalities like warnings or situation-adaptive fields of view that are not feasible with conventional rearview mirrors. Despite these potential advantages, it is important to consider the possible technical constraints of this technology and its effect on driver perception and behavior. On the technical side next to the field of view and die robustness of die system, aspects as its functionality at day and night as well as under varying weather conditions should be object to scientific investigation. Concerning human machine interaction, it has to be considered, that the perception of velocities and distances of approaching vehicles might be different for CMS as compared to conventional rearview mirrors and potential influences of factors as the Position of the displays or drivers' age should be taken into account. In order to shed light on these and further open issues, BASt is currently conducting a study that will cover the use of CMS under controlled conditions as well in real traffic. The first part of the study will focus on passenger cars, while in a second step the empirical investigation will be extended to heavy goods vehicles, where the potentials as well as the limitations of CMS might differ considerably. The presentation will cover the first part, with regard to the experimental design, implementation and initial results if already available.
To improve vehicle safety in frontal collisions, the crash compatibility between the colliding vehicles is crucial. Compatibility aims to improve both the self and partner protection properties of vehicles. Although compatibility has received worldwide attention for many years, no final assessment approach has been defined. Within the Frontal Impact and Compatibility Assessment Research (FIMCAR) project, different frontal impact test procedures (offset deformable barrier [ODB] test as currently used for Economic Commission for Europe [ECE] R94, progressive deformable barrier test as proposed by France for a new ECE regulation, moveable deformable barrier test as discussed worldwide, full-width rigid barrier test as used in Federal Motor Vehicle Safety Standard [FMVSS] 208, and full-width deformable barrier test) were analyzed regarding their potential for future frontal impact legislation. The research activities focused on car-to-car frontal impact accidents based on accident investigations involving newer cars. Test procedures were developed with both a crash test program and numerical simulations. The proposal from FIMCAR is to use a full-width test procedure with a deformable element and compatibility metrics in combination with the current offset test as a frontal impact assessment approach that also addresses compatibility. By adding a full-width test to the current ODB test it is possible to better address the issues of structural misalignment and injuries resulting from high acceleration accidents as observed in the current fleet. The estimated benefit ranges from a 5 to 12 percent reduction of fatalities and serious injuries resulting from frontal impact accidents. By using a deformable element in the full-width test, the test conditions are more representative of real-world situations with respect to acceleration pulse, restraint system triggering time, and deformation pattern of the front structure. The test results are therefore expected to better represent real-world performance of the tested car. Furthermore, the assessment of the structural alignment is more robust than in the rigid wall test.
Gegenstand der Studie ist die Sicherheitsbeurteilung kleiner Stadt-Pkw. Durch die Auswertung von Herstellerunterlagen zur konstruktiven Gestaltung, von Veröffentlichungen zum Kollisionsverhalten und zur Betriebssicherheit, in Kontakten mit einem Importeur solcher Fahrzeuge und durch eigene Begutachtung mehrerer Modelle wurde der technische Stand gegenwärtig angebotener Fahrzeuge erfasst. Die rechtliche Situation der Fahrzeuge in der Bundesrepublik Deutschland, Frankreich, Italien und Japan wurde zusammengestellt. Die gesetzlichen Anforderungen dieser Staaten an diesen Fahrzeugen unterscheiden sich deutlich. Europäische Fahrzeuge berücksichtigen nur in geringem Maß Belange der passiven Sicherheit, da die Fahrzeuge in ihren Herstellungsländern Vorschriften zum Aufprallverhalten und zum Insassenschutz nicht erfüllen müssen. Japanische Fahrzeuge sind in ihren Eigenschaften herkömmlichen Fahrzeugen ähnlich. Wichtige Anforderungen an die innere und äussere passive Sicherheit dieser Stadt-Pkw werden zusammengestellt.