Abteilung Fahrzeugtechnik
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EEVC Status report
(2001)
Statischer und dynamischer Fahrsimulator im Vergleich: Wahrnehmung von Abstand und Geschwindigkeit
(2016)
Die Methodik der experimentellen Fahrsimulation gewährleistet sichere Anwendungsforschung unter hoher Kontrollierbarkeit. Obwohl gegenwärtig viele Forschungsfragen in virtuellen Umgebungen beantwortet werden, existieren weder systematische Validierungsszenarien für Fahrsimulatoren, noch wurde die Vergleichbarkeit der Aussagekraft von Befunden aus Fahrsimulatoren mit und ohne Bewegungssystem bislang angemessen hinterfragt. Daher sollen in der vorliegenden Studie ein statischer und ein dynamischer Fahrsimulator hinsichtlich ihrer Validität in verschieden Fahrsituationen verglichen werden, wobei der Schwerpunkt auf Abstands- und Geschwindigkeitswahrnehmung liegt. Es wird erwartet, dass ein zusätzliches Bewegungssystem nur bei Fahraufgaben mit dynamischer Involvierung einen Redundanzgewinn für die Wahrnehmung des Fahrers liefert. Werden hingegen konstante Abstände eingehalten, sollten entsprechend der Hypothese beide Prüfumgebungen äquivalente Resultate zeigen. Insgesamt durchfuhren 60 Probanden Fahrszenarien zur Abstandsherstellung und -einschätzung, teils mit Okklusion, sowie Folgefahrten mit Beschleunigung und Verzögerung. Die Querführung wurde mithilfe einer Gassendurchfahrt untersucht. Indem die virtuelle Umgebung nach Vorbild einer real existierenden Teststrecke konstruiert wurde, kann ebenfalls auf reale Referenzwerte Bezug genommen werden. Die Ergebnisse weisen auf eine vergleichbare relative Validität zwischen statischem und dynamischem Simulator hin, wenn keine Kinetik in der Fahraufgabe vorhanden ist. In Beschleunigungssituationen bewirkt simulierte Fahrdynamik signifikante Wahrnehmungseinbußen, wobei das Bewegungssystem in Bremssituationen die Wahrnehmung signifikant unterstützt. In dem Querführungsszenario ist die Fahrgeschwindigkeit im statischen Simulator zwar signifikant höher und damit näher an der realen Referenz, allerdings wird im statischen Simulator eine auffällig nach rechts versetzte Spur gehalten. Dennoch, so der vorrangige Befund, sollte auch ein statischer Fahrsimulator valide Evaluationen für die meisten Fahraufgaben gewährleisten.
Von der Bundesanstalt für Straßenwesen (BASt) und dem Rheinisch-Westfälischen TÜV wurde 1988/89 eine Pilotstudie zum Einfluss der Korrosion auf die passive Sicherheit von Pkw bei drei unterschiedlichen Fahrzeugtypen durchgeführt. Es wurde je ein dem Alter entsprechend durchschnittlich durch Korrosion geschädigtes älteres und ein möglichst gering geschädigtes jüngeres Fahrzeug bezüglich des Korrosionszustandes vermessen und im Aufprallversuch getestet. Bei den von der BASt durchgeführten Wandaufpralltests versagten insbesondere bei den älteren Fahrzeugen sicherheitsrelevante Fahrzeugteile. Es wurde daraufhin beschlossen, die Pilotstudie mit der vorliegenden zweiten Untersuchung unter den folgenden zwei Vorgaben fortzuführen: - Verbreiterung der Datenbasis von Tests mit weiteren Fahrzeugtypen mit starker Korrosion. - Prüfung von Fahrzeugen des gleichen Typs wie in der Pilotstudie, jedoch sollten an ihnen Korrosionsschutzmaßnahmen verwirklicht sein, welche die Automobilindustrie mit Beginn der 80er Jahre in die Fertigung eingeführt hatte. Die stark korrodierten Fahrzeuge der jetzt vorliegenden Untersuchung zeigten ein ähnliches Versagensspektrum wie die stark korrodierten Fahrzeuge der Pilotstudie. An den korrosionsgeschützten und auch jüngeren Nachfolgemodellen der Fahrzeuge der Pilotstudie konnte kein korrosionsbedingter Einfluss auf die passive Fahzeugsicherheit mehr gefunden werden.
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.
The objective of European Enhanced Vehicle-safety Committee (EEVC) Working Group (WG) 15 Car Crash Compatibility and Frontal Impact is to develop a test procedure(s) with associated performance criteria and limits for car frontal impact compatibility. This work should lead to improved car to car frontal compatibility and self protection without decreasing the safety in other impact configurations such as impacts with car sides, trucks, and pedestrians. The WG consists of national government representatives who are supported by industrial advisers. The WG serves as a focal point for European research conducted by national and industry sponsored projects. The WG is responsible for collating the results from this research to achieve its objectives. EEVC WG 15 serves as a steering group for the car-to-car activities in the "Improvement of Vehicle Crash Compatibility through the Development of Crash Test Procedures"(VC-COMPAT) project partly funded by the European Commission. This paper presents a review of the current European research status. It also identifies current issues with candidate test procedures and lists the parameters that should be considered in assessing compatibility. The current candidate test procedures are: an offset barrier test with the progressive deformable barrier (PDB) face; a full width wall test with or without a deformable aluminium honeycomb face and a high resolution load cell wall; an offset barrier test with the EEVC barrier and load cell wall. These candidate test procedures must allow assessment of structural interaction, frontal force levels and compartment strength. The WG will report its findings to the EEVC Steering Committee and propose a test procedure in November 2006.
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.
Airbag-Systeme können, wie frühere Untersuchungen gezeigt haben, die passive Sicherheit von Motorrädern wirksam verbessern. Der vorliegende Forschungsbericht betrachtet die Übertragbarkeit von Pkw-Airbag-Konzepten auf das Motorrad und befasst sich vor allem mit dem Problem der motorradgerechten und sicheren Auslösung des Airbags. Die Funktion des Motorradairbags unterscheidet sich von der des Pkw-Airbags in entscheidender Weise durch die Möglichkeit, die Flugbahn des Fahrers bei einem Zusammenstoß mit einem rechtwinklig vor dem Motorrad befindlichen Pkw so zu beeinflussen, dass dieser das Hindernis ohne einen harten Anprall überfliegen kann. Der Abbau der kinetischen Energie des Fahrers geschieht so nicht in der kurzen Knautschzone vor dem Kollisionsobjekt, sondern in der meist ausreichend langen Auslaufzone dahinter. Der Motorradairbag kann am vorderen Tankbereich angebracht sein. Fülltechnik und Gewebematerial können vom Pkw direkt übernommen werden; jedoch ist die Nahtführung zu verstärken, da der Motorradairbag vorwiegend auf Scherung beansprucht wird. Gravierende Unterschiede ergeben sich in der Sensierung eines Crashs, da durch das an der Telegabel geführte Vorderrad signifikante Verzögerungsanstiege des Motorrades erst sehr spät erfolgen. Es ist daher nicht möglich, wie beim Pkw den Airbag allein über Beschleunigungsaufnehmer zu zünden. Schwerpunkt des Berichtes sind daher verschiedene Vorschläge, bei heute üblichen Motorradkonstruktionen einen Crash für eine Airbagauslösung rechtzeitig und sicher sensieren zu können. Zu charakteristischen Unfall-Ereignissen werden Sensoren nach verschiedenen Wirkprinzipien geordnet vorgestellt. Nach einer technischen Bewertung erweisen sich zwei Sensorvarianten als geeignet für eine zuverlässige Zündung des Airbag; gleichzeitig kann mit einer logischen Verknüpfung ihrer Signale eine Fehlauslösung sicher vermieden werden. Die ausgewählten und näher beschriebenen Sensoren registrieren den Druckanstieg im Vorderradreifen und die plastische Verformung der Telegabel. Damit ist eine Sensierung des Aufpralls rechtzeitig möglich. Je nach Größe und Dauer der Verzögerung kann der Druck des Luftkissens verändert werden, so dass der Motorradairbag in Abhängigkeit der Fahrgeschwindigkeit nur aufpralldämpfend oder flugbahnbeeinflussend wirkt. Testprogramme zur weiteren Entwicklung von Airbagsensoren für Motorräder werden als Forschungsbedarf näher erläutert.
Past European collaborative research involving government bodies, vehicle manufacturers and test laboratories has resulted in a prototype barrier face called the Advanced European Mobile Deformable Barrier (AE-MDB) for use in a new side impact test procedure . This procedure offers a better representation of the current accident situation and, in particular, the barrier concept is a better reflection of front-end stiffness seen in today- passenger car fleet compared to that of the current legislative barrier face. Based on the preliminary performance corridors of the prototype AE-MDB, a refined AE-MDB specification has been developed. A programme of barrier to load cell wall testing was undertaken to complete and standardise the AE-MDB specification. Barrier faces were supplied by the four leading manufacturers to demonstrate that the specification could be met by all. This paper includes background, specification and proof of compliance.
For a number of EU regulatory acts Virtual Testing (VT) is already allowed for type approval (see Commission Regulation No. 371/2010 of 16 April 2010 amending the Framework Directive 2007/46/EC). However, only a very general procedure on how to apply VT for type approval is provided. Technical details for specific regulatory acts are not given yet. The main objective of the European project IMVITER (IMplementation of VIrtual TEsting in Safety Regulations) was to promote the implementation of VT in safety regulations. When proposing VT procedures the new regulation was taken into account, in particular, addressing open issues. Special attention was paid to pedestrian protection as pilot cases. A key aspect for VT implementation is to demonstrate that the employed simulation models are reliable. This paper describes how the Verification and Validation (V&V) method defined by the American Society of Mechanical Engineers was adapted for pedestrian protection VT based assessment. or the certification of headform impactors an extensive study was performed at two laboratories to assess the variability in calibration tests and equivalent results from a set of simulation models. Based on these results a methodology is defined for certification of headform impactor simulation models. A similar study was also performed with one vehicle in the type approval test setup. Its bonnet was highly instrumented and subjected to 45 impacts in five different positions at two laboratories in order to obtain an estimation of the variability in the physical tests. An equivalent study was performed using stochastic simulation with a metamodel fed with observed variability in impact conditions of physical headforms. An estimation of the test method uncertainty was obtained and used in the definition of a validation corridor for simulation models. Validation metric and criteria were defined in cooperation with the ISO TC22 SC10 and SC12 WG4 "Virtual Testing". A complete validation procedure including different test setups, physical magnitudes and evaluation criteria is provided. A detailed procedural flowchart is developed for VT implementation in EC Regulation No 78/2009 based on a so called "Hybrid VT" approach, which combines real hardware based head impact tests and simulations. This detailed flowchart is shown and explained within this paper. Another important point within the virtual testing based procedures is the documentation of relevant information resulting from the verification and validation process of the numerical models used. For this purpose report templates were developed within the project. The proposed procedure fixes minimum V&V requirements for numerical models to be confidently used within the type-approval process. It is not intended to be a thorough guide on how to build such reliable models. Different modeling methodologies are therefore possible, according to particular OEM know-how. These requirements respond to a balance amongst the type-approval stakeholders interests. A cost-benefit analysis, which was also performed within the IMVITER project, supports this approach, showing the conditions in which VT implementation is beneficial. Based on the experience gained in the project and the background of the experts involved an outlook is given as a roadmap of VT implementation, identifying the most important milestones to be reached along the way to a future vehicle type approval procedure supported by VT. The results presented in this paper show an important step addressing open questions and fostering the future acceptance of virtual testing in pedestrian protection type approval procedures.