Forschungsberichte des Bundesministers für Verkehr, Bereich Fahrzeugtechnik
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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.
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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.
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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.