Abteilung Fahrzeugtechnik
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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.
It is commonly agreed that active safety will have a significant impact on reducing accident figures for pedestrians and probably also bicyclists. However, chances and limitations for active safety systems have only been derived based on accident data and the current state of the art, based on proprietary simulation models. The objective of this article is to investigate these chances and limitations by developing an open simulation model. This article introduces a simulation model, incorporating accident kinematics, driving dynamics, driver reaction times, pedestrian dynamics, performance parameters of different autonomous emergency braking (AEB) generations, as well as legal and logical limitations. The level of detail for available pedestrian accident data is limited. Relevant variables, especially timing of the pedestrian appearance and the pedestrian's moving speed, are estimated using assumptions. The model in this article uses the fact that a pedestrian and a vehicle in an accident must have been in the same spot at the same time and defines the impact position as a relevant accident parameter, which is usually available from accident data. The calculations done within the model identify the possible timing available for braking by an AEB system as well as the possible speed reduction for different accident scenarios as well as for different system configurations. The simulation model identifies the lateral impact position of the pedestrian as a significant parameter for system performance, and the system layout is designed to brake when the accident becomes unavoidable by the vehicle driver. Scenarios with a pedestrian running from behind an obstruction are the most demanding scenarios and will very likely never be avoidable for all vehicle speeds due to physical limits. Scenarios with an unobstructed person walking will very likely be treatable for a wide speed range for next generation AEB systems.
Optimierung des rückwärtigen Signalbildes zur Reduzierung von Auffahrunfällen bei Gefahrenbremsung
(2002)
Das derzeitige Bremssignalbild übermittelt dem nachfolgenden Verkehr nur dass gebremst wird, die Fahrer erhalten jedoch keine Information über die Stärke des Bremsmanövers. Im vorliegenden Bericht wird im Rahmen einer Literaturstudie untersucht, wie das rückwärtige Signalbild optimiert werden könnte, um vor allem Gefahrenbremsungen gesondert darzustellen. Einige praktikable Lösungsvorschläge, die bereits fertig entwickelt sind, werden vorgestellt und analysiert. Es hat sich gezeigt, dass prinzipiell zwei Maßnahmen geeignet sind, die Fahrerreaktionszeit zu verkürzen: - Eine Flächen- und Leuchtdichtevergrößerung der Bremsleuchten wird von den nachfolgenden Fahrern intuitiv als Annäherung an das vorausfahrende Fahrzeug erkannt. - Blinkende Leuchten sind besonders geeignet, die Aufmerksamkeit des nachfolgenden Fahrers auch bei Ablenkung auf das verzögernde Fahrzeug zu lenken. Als mögliche Weiterentwicklung für ein optimiertes rückwärtiges Signalbild wird vorgeschlagen: Bei Ansprechen eines Bremsassistenten oder Antiblockiersystems (ABS) beziehungsweise einer Fahrzeugverzögerung über 7 m/s2 ist die Gefahrenbremsung über ein Blinken der dritten hochgesetzten Bremsleuchte mit 3-5 Hz zu signalisieren. Optional sollten sich zusätzlich die Flächen beziehungsweise Leuchtdichten der beiden unteren Bremsleuchten vergrößern. Diese Maßnahmen erfordern Änderungen in den ECE-Regelungen Nummer 7 und Nummer 48 sowie im Wiener Weltabkommen. Ziel des vorgestellten Lösungsvorschlags ist die Reduzierung der Zahl beziehungsweise Schwere von Auffahrunfällen.
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.
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.
It is well known that most accidents with pedestrians are caused by the driver not being alert or misinterpreting the situation. For that reason advanced forward looking safety systems have a high potential to improve safety for this group of vulnerable road users. Active pedestrian protection systems combine reduction of impact speed by driver warning and/or autonomous braking with deployment of protective devices shortly before the imminent impact. According to the Euro NCAP roadmap the Autonomous Emergency Braking system tests for Pedestrians Protection will be set in force from 2016 onwards. Various projects and organisations in Europe are developing performance tests and assessment procedures as accompanying measures to the Euro NCAP initiative. To provide synthesised input to Euro NCAP so-called Harmonisation Platforms (HP-) have been established. Their main goal is to foster exchange of information on key subjects, thereby generating a clear overview of similarities and differences on the approaches chosen and, on that basis, recommend on future test procedures. In this paper activities of the Harmonisation Platform 2 on the development of Test Equipment are presented. For the testing targets that mimic humans different sensing technologies are required. A first set of specifications for pedestrian targets and the propulsion systems as collected by Harmonisation Platform 2 are presented together with a first evaluation for a number of available tools.
With the present brake signal pattern the traffic behind only receives the information that the brakes are applied, however, the drivers have no information about the intensity of the braking maneuver. In this report it is examined on the basis of a study of the literature, how the rear signal pattern could be optimized for a special representation of emergency braking maneuvers. In principle there are two suitable possibilities to reduce the driver reaction time: - An increase in the area and luminance of the brake lights intuitively provide the drivers following with an impression of approaching the vehicle in front , - Flashing lights are particularly suited to attract the attention of the driver following to the deceleration of the vehicle ahead , - The following advancement is recommended as an optimization of the rear signal pattern: When the brake assistant or ABS actuates or at a vehicle deceleration rate greater than 7 m/s-², the emergency braking maneuver is signaled by flashing of the third high-mounted brake light at a rate of 3-5 Hz. As an option, the area and luminance of the two lower brake lights could be increased in addition. These measures require changes to ECE Regulations No. 7 and No. 48 as well as to the Vienna Convention. The purpose of the described solution is to reduce the number or severity of rear-end accidents.
Insbesondere auf Landstraßen, das heißt außerorts ohne Bundesautobahnen, hat sich in den letzten Jahren ein deutlicher Rückgang bei den Unfällen mit Pkw gezeigt. Von 2001 bis 2005 ist die Zahl der bei Landstraßenunfällen Getöteten von 4.481 auf cirka 3.230 zurückgegangen. Als eine wesentliche Ursache für diese positive Entwicklung wird die stetige Verbesserung der aktiven und passiven Sicherheit von Fahrzeugen angesehen. In der vorliegenden Arbeit wurde untersucht, inwieweit sich in der amtlichen Unfallstatistik Belege für diese Vermutung finden lassen. Ob die Wirkung straßeninfrastrukturseitiger Maßnahmen auf Landstraßenunfälle mit dem gewählten Ansatz analog nachweisbar ist, wurde ebenfalls betrachtet. Der Einfluss fahrzeugseitiger Maßnahmen auf das Unfallgeschehen wurde zum einen für drei Systeme der aktiven Fahrzeugsicherheit Fahrdynamikregelungen (ESP), Bremsassistenten (BAS) und Gasentladungsscheinwerfer (XENON) Ń ermittelt. Zum anderen wurden Verbesserungen der passiven Fahrzeugsicherheit, wie Airbags oder auch die Einführung von Vorschriften zum Beispiel für Frontal- und Seitenaufprall, als Gesamtpaket betrachtet. Darüber hinaus wurden Einflussmöglichkeiten verbesserter Straßeninfrastruktur beziehungsweise -ausstattung erörtert. Für die ausgewählten Sicherheitseinrichtungen wurden geeignete Teilmengen aus dem Unfallgeschehen ausgewählt, bei denen sich der Einfluss der Fahrzeugtechnik erwarten lässt. Diese wurden dann mit Unfallsituationen verglichen, in denen die Maßnahmen keine Wirkung zeigen sollten. Im Einzelnen konnten folgende Ergebnisse aus den Auswertungen des Unfallgeschehens abgeleitet werden: Die Zahl der Unfälle in ESP-relevanten Situationen ist bei neuen Fahrzeugen, in denen ESP zu einem hohen Anteil verbaut ist, deutlich und überproportional zurückgegangen. Hier ist zwischen den Jahren 2000 und 2005 ein Rückgang der Landstraßenunfälle mit Personenschaden und der schwerwiegenden Unfälle mit Sachschaden in Höhe von 28 % eingetreten. Der positive Effekt des ESP zeigt sich auch an der Zahl der schweren Personenschäden (Getötete und Schwerverletzte). Insgesamt ergibt sich für den Rückgang der schweren Personenschäden in ESP-relevanten Situationen auf Landstraßen unter Berücksichtigung der Unfälle älterer Pkw sowie der Unfälle in Vergleichssituationen ein Wert von 13 %. Das Unfallgeschehen in BAS-relevanten Situationen hat sich sowohl für Neufahrzeuge als auch für ältere Fahrzeuge gleichermaßen, aber überproportional verbessert (-31 % Unfälle für BAS-relevante Situationen gegenüber -20 % für nicht BAS-relevante). Ein Sicherheitsvorteil allein durch BAS lässt sich mit den vorliegenden Zahlen somit nicht eindeutig nachweisen. Dass auch ältere Fahrzeuge in der BAS-Situation einen starken Rückgang aufweisen, deutet darauf hin, dass es neben dem BAS weitere Faktoren gibt, die diese Situation positiv beeinflussen, die aber nicht identifiziert sind. Hier könnte ABS, das in der gleichen Situation wirkt wie BAS und auch noch bei älteren Fahrzeugen wachsende Ausstattungsquoten zeigt, eine Rolle spielen. Rückgänge in den Unfallzahlen fallen für Neufahrzeuge in den XENON-relevanten Situationen etwas stärker aus als bei älteren Pkw (-34 % gegenüber -28 %). Daraus lassen sich, vermutlich bedingt durch die geringen Änderungen der Ausstattungsquote, jedoch in dieser Untersuchung keine Sicherheitsvorteile durch Gasentladungslicht ableiten, da der Rückgang gleichermaßen auch in der Vergleichssituation auftritt. Gleichzeitig deutet die Unfallentwicklung in Abhängigkeit vom Fahrzeugalter jedoch darauf hin, dass auch in der XENON-Situation andere Maßnahmen, die zum Beispiel der passiven Fahrzeugsicherheit zuzuordnen sind, wirksam sein müssen. Die Rückgänge der Unfallschwere (Anzahl der Getöteten und Schwerverletzten je 100 Pkw-Fahrer bei Unfällen mit Personenschaden) in Unfällen mit entgegenkommenden Fahrzeugen (relevante Situation für die passive Sicherheit) sind bei Fahrern von Neufahrzeugen am größten (-42 % gegenüber -14 % bei älteren Fahrzeugen). Dies zeigt eindeutig die Wirkung verbesserter Systeme der passiven Fahrzeugsicherheit wie Airbags, Gurtstraffer und -kraftbegrenzer sowie optimierte Fahrzeugstruktur beziehungsweise Fahrgastzelle. Deutliche Rückgänge in der Unfallschwere bei den sonstigen Unfällen von Neufahrzeugen zeigen, dass sich die ständig weiterentwickelte passive Sicherheit auch in anderen Unfallkonstellationen, wie zum Beispiel seitlichen Kollisionen, bewährt. Im Straßeninfrastrukturbereich besteht das Problem, dass die wesentlichen Informationen für den hier gewählten Ansatz zur Ermittlung des Einflusses von Maßnahmen auf das Unfallgeschehen nicht verfügbar sind. Dafür müssten zum einen Daten über die Menge der umgesetzten Maßnahmen im Zeitverlauf vorliegen; zum anderen müsste es eine Vergleichsgruppe geben (Unfälle, die durch die Maßnahme nicht beeinflusst wurden). Maßnahmen und Nicht-Maßnahmen müssten dabei räumlich und/oder zeitlich abgrenzbar sein. Es zeigt sich, dass diese Daten für die meisten Maßnahmen im Infrastrukturbereich nicht vorliegen, sodass mit Hilfe der amtlichen Unfallstatistik keine Untersuchungen zur Wirksamkeit durchgeführt werden können. Hier sind demnach andere Untersuchungsansätze anzuwenden.