Berichte der Bundesanstalt für Straßenwesen, Reihe F: Fahrzeugtechnik
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Aufgrund des hohen Anteils von ca. 80 Prozent des Individualverkehrs am gesamten Personenverkehr, der abnehmenden Verkehrsräume und der zunehmenden Verkehrsdichte im innerstädtischen Bereich ist es erforderlich, geeignete Verkehrs- und Fahrzeugkonzepte zu entwickeln, um dieses Verkehrsaufkommen zu bewältigen. Die BMW AG hat vor diesem Hintergrund ein neuartiges Zweiradfahrzeug konzipiert. Auf diesem Fahrzeug sitzt der Fahrer aufrecht und angegurtet in einem speziellen Schutzraum, der aus Überrollbügeln gebildet wird. Zusätzlich verfügt das Zweirad im Frontbereich über eine Knautschzone. Da das Fahrzeug bezüglich der passiven Sicherheit über einen hohen Standard verfügt und die Akzeptanz am Markt davon abhängig ist, wird die Möglichkeit untersucht, den Fahrer dieses Fahrzeugs von der Helmtragepflicht zu befreien. Darüber hinaus werden allgemeine Aspekte der aktiven und passiven Sicherheit bewertet. Die Ergebnisse der Untersuchungen sollen es dem Bundesministerium für Verkehr ermöglichen, wissenschaftlich begründete Entscheidungen hinsichtlich der Befreiung von der Helmtragepflicht und den allgemeinen Zulassungsbedingungen zu treffen. Die Untersuchungen basieren auf Messergebnissen und Videoaufzeichnungen von Anprallversuchen, auf Ergebnissen von Computersimulationen, Daten aus Unfallerhebungen, Literaturstudien, Fachgesprächen und weiteren Analysen. Die Sicherheit des C1-Zweirades wurde jeweils für den Frontalanprall, den seitlichen Anprall und die Ausschleuderphase bewertet. Alle Versuchs- und Simulationsdaten ergaben Dummybelastungen, die zeigten, dass das C1-Fahrzeug im Frontalanprall erheblich sicherer ist als ein herkömmliches Zweirad. Auch beim seitlichen Anprall ergibt sich ein Sicherheitsvorteil gegenüber herkömmlichen Zweirädern. Die Ausschleuderphase bei einem Zweiradunfall ist sehr komplex. Soll der Fahrer des C1-Zweirades von der Helmtragepflicht befreit werden, ist sicherzustellen, dass sein Kopf zu keinem Zeitpunkt mit der Fahrbahn oder anderen Hindernissen in Kontakt kommt. Hierzu sind die Sicherheitsrahmenstruktur und das Gurtsystem entsprechend auszulegen. Um das Sicherheitspotential des Zweirades zu bewerten, wurden unter anderem Versuche nach ISO 13232 durchgeführt, in der Unfallkonstellationen zur Beurteilung des Schutzes von Zweiradaufsassen bei Unfällen empfohlen werden. Das Gutachten stellt fest, dass das C1-Zweirad die an die aktive und passive Sicherheit zu stellenden Anforderungen erfüllt. Darüber hinaus kann der Benutzer des Zweirades vorerst von der Helmtragepflicht befreit werden. Die Helmtragepflichtbefreiung ist an die Umsetzung von Sicherheitsanforderungen gekoppelt, die in einem Anforderungskatalog zusammengestellt wurden. In diesem Zusammenhang sind zwei neue Testverfahren entwickelt worden. Aus den Ergebnissen dieses Gutachtens wurden allgemeine Anforderungen für Zweiräder dieser Bauart definiert und eine Ausnahmeverordnung für die Straßenverkehrsordnung (Befreiung von der Helmtragepflicht) vorbereitet. Damit etwaige Probleme frühzeitig erkannt werden, sind nach Markteinführung Unfälle unter Beteiligung des C1-Zweirades sorgfältig zu beobachten und auszuwerten.
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Der Anteil von Geländefahrzeugen an der Gesamtzahl von Personenkraftwagen betrug im Juli 1991 in den alten Bundesländern ca. 1,1 Prozent. Nach eigenen Erhebungen sind etwa 62 Prozent der Geländefahrzeuge mit einem Frontschutzbügel ausgestattet. Der Bundesminister für Verkehr hat die BASt beauftragt zu prüfen, ob solche Konstruktionen einen Einfluss auf die Verletzungen bei Kollisionen mit Fußgängern und Zweiradbenutzern haben. Dazu wurde das Datenmaterial der Unfallerhebung der Medizinischen Hochschule Hannover ausgewertet und die um fahrzeugtechnische Angaben ergänzten Unfalldaten aus Nordrhein-Westfalen betrachtet. Weiterhin wird von Komponententests berichtet, die den Anprall menschlicher Körperteile an das Fahrzeug simulieren. Mit den Ergebnissen dieser Untersuchung wurde ein Frontschutzbügel hergestellt, der weniger aggressiv gegenüber ungeschützten Verkehrsteilnehmern ist. Zur Quantifizierung der Gefährdung von Fußgängern wurden zwei gängige Geländefahrzeugtypen mit und ohne Frontschutzbügel gemäß dem Prüfvorschlag der EEVC-WG 10 zur Bestimmung der Fußgängerverträglichkeit von Pkw-Frontflächen getestet. Die Ergebnisse aus den Versuchsreihen wurden mit Ergebnissen aus Versuchen an normalen Pkw verglichen.Es kann festgestellt werden, dass bei einem Unfall mit Kopfanprall eines Kindes an ein mit Frontschutzbügel ausgestattetes Geländefahrzeug bei 20 km/h mit gleichen Kopfbelastungen zu rechnen ist, wie bei einem Unfall mit 30 km/h mit einem Geländefahrzeug ohne Frontschutzbügel, beziehungsweise mit 40 km/h mit einem normalen Pkw. Für den Hüftanprall eines Erwachsenen an die Haubenkante ist bei einer Fahrzeuggeschwindigkeit von 25 km/h bei einem Fahrzeug mit Frontschutzbügel mit gleichen Belastungen zu rechnen, wie bei einem Unfall mit einem Fahrzeug ohne Frontschutzbügel bei 40 km/h (Pkw oder Geländewagen). Für die Belastungen des Knies eines Erwachsenen lässt sich keine Verschlechterung durch montierte Frontschutzbügel ableiten.
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Das Auto gerät zunehmend in das Spannungsfeld zwischen dem Bedürfnis nach Mobilität und dem Umweltschutz. Viele Maßnahmen zur Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs und der Schadstoffemission wurden bereits ergriffen. Nunmehr wird auch dem Rollwiderstand der Bereifung Beachtung geschenkt. Dem Autofahrer werden von mehreren Reifenherstellern sogenannte "rollwiderstandsarme" Reifen angeboten. In den Werbeaussagen der Hersteller wird eine Reduzierung des Rollwiderstandes mit bis zu 30 Prozent angegeben und eine Kraftstoffersparnis von bis zu 5 Prozent versprochen. Durch die Untersuchung der Bundesanstalt für Straßenwesen sollte diese Aussage überprüft werden. Dabei wurden im Prüfstand Fahrzeug/Fahrbahn ingesamt jeweils drei Reifen von drei Herstellern in zwei Reifengrößen (175/70 R13 T und 195/65 R15 H/V) als Normalversion und als rollwiderstandsarme Ausführung bei unterschiedlichen Geschwindigkeiten getestet. Gemessen an den Werbeaussagen konnte lediglich bei einem Reifenhersteller das gesteckte Ziel annähernd erreicht werden.
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Um die Verletztenschwere von ungeschützten Verkehrsteilnehmern bei der Kollision mit Personenkraftwagen zu reduzieren, sollte die Fahrzeugfront bestimmten Anforderungen entsprechen. Dazu wurde von der EEVC-WG 10 ein Testverfahren zur Prüfung der Pkw-Frontfläche vorgeschlagen. In dieser Untersuchung wurde der Nutzen an vermeidbaren Personenschäden geschätzt, der erzielt werden könnte, wenn alle Pkw diese Anforderungen erfüllten. Als Nutzen wurde das Reduktionspotential bei Getöteten, der mögliche Übergang von Schwerverletzten zu Leichtverletzten und von Leichtverletzten zu Unverletzten bewertet. Verletzungsminderungen innerhalb der Gesamtheit der Schwerverletzten konnten nicht bewertet werden. Auch die hohe Dunkelziffer der Verletzten ging nicht in die Rechnung ein. Daraus ergibt sich, dass der errechnete Nutzen eine Mindestgröße darstellt. Diese Größe wird stark beeinflusst von einer gegebenen Verteilung der Pkw-Kollisionsgeschwindigkeiten, denn ein Nutzenpotential des EEVC-WG-10-Testverfahrens kann nur für Kollisionsgeschwindigkeiten bis 40 km/h angenommen werden. Um mit einer verlässlichen Datenbasis zu arbeiten, wurde diese Untersuchung zunächst für die Bundesrepublik Deutschland (Gebietsstand vor dem 3. Oktober 1990) und das Jahr 1990 durchgeführt. Dafür errechnete sich ein Nutzenpotential pro neuzugelassenem Pkw in Höhe von 46 bis 63 DM (22 bis 31 ECU) nach deutschen Unfallkostensätzen oder 28 bis 36 ECU nach europäischen Durchschnittskostensätzen. Wirtschaftlich ist die Maßnahme, solange die Kosten pro neu zugelassenem Pkw (zum Preisstand 1990) diesen Betrag nicht übersteigen. Von diesem Ergebnis ausgehend, wurde dessen zeitliche und regionale Übertragbarkeit erörtert. Es ist wahrscheinlich, dass das Ergebnis für ganz Deutschland gilt, da die Maßnahme nicht vor dem Jahr 2000 eingeführt wird und die Vollausrüstung aller Pkw mit dem geforderten Fußgängerschutz erst 10 Jahre später erreicht ist. Aus Prognosen bis zum Jahre 2010 für die Entwicklung der Bevölkerungszahl (gleichbleibender Fußgängeranteil vorausgesetzt) und der Zahl der Pkw-Neuzulassungen lässt sich keine Änderung des Nutzenpotentials herleiten. Weil für andere EG-Länder die Verteilung der Kollisionsgeschwindigkeiten bei Fußgängerunfällen unbekannt ist, können die Wirksamkeitsannahmen dieser Untersuchung nicht auf andere Länder übertragen werden.
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Der Nutzen des Schutzhelmes für motorisierte Zweiradfahrer ist unumstritten. Die Grenzwerte für eine zulässige Kopfbeschleunigung bei der Prüfung des Dämpfungsverhaltens gemäß ECE-R 22 sind jedoch weiterhin in der Diskussion. In der vorliegenden Untersuchung wird deshalb die Kopfbelastung eines Dummys beim Pkw-Crash-Versuch mit den Belastungen des behelmten Prüfkopfes bei Fallversuchen gemäß ECE-R 22 verglichen. Bei den durchgeführten Fallversuchen besteht ein enger Zusammenhang zwischen HIC und maximaler Beschleunigung, der durch eine analytische Funktion beschrieben werden kann. Es kann gezeigt werden, dass die bei ECE-R 22 zulässige Kopfbeschleunigung von 300 g einem HIC von etwa 3400 entspricht. Zur Bewertung von Schutzhelmen mit verbesserten Stoßabsorptionseigenschaften erscheint es sinnvoll, wie anhand von Modellrechnungen gezeigt wird, den HIC als Schutzkriterium einzuführen. Bei einer Anprallgeschwindigkeit von 7 m/s kann ein HIC von 1500 als realistische Forderung angesehen werden, sofern bei der ECE-Regelung der sogenannte Zweitschlag entfällt. Bei den Pkw-Versuchen ist kein Zusammenhang zwischen HIC und maximaler Beschleunigung vorhanden. Hier ist der HIC als Verletzungskriterium etabliert, und das ist für den komplexen Verlauf des Signals der Kopfbeschleunigung sinnvoll. Eine Bewertung nach anderen Kopfschutzkriterien würde die Rangfolge der einzelnen Versuche ändern. Bei Helmversuchen auf den Stirnanprallpunkt B werden starke Rotationen des rückprallenden Systems Prüfkopf/Helm beobachtet. In Verbindung damit treten hohe Rotationsbeschleunigungen auf. Diese liegen, wie bei einem Teil der Helmversuche gemessen, zwischen 2,4 und 4,8 krad/s2.
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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.
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Although the bus belongs to the safest traffic means, single accidents can be particularly severe and concern many passengers. Especially in case of fires a high number of injured and killed persons can be the outcome. Fire safety of buses therefore is of high importance. With the increase of plastic materials as a material for the interior equipment of buses and coaches due to their good mechanical properties combined with low weight, the question arises whether the safety level has decreased in case of a fire during the last years " also compared to other means of transport. Because of the combustible plastics and their ability to release a high amount of heat the main fire load in buses is no longer the fuel but the plastic materials which are also often easy to ignite. Besides the flammability of the equipments, also the production of smoke, the smoke development and propagation as well as its toxicity are of interest. That counts for the passengers as well as for the test methods and its limit values. The severe fire in Germany near Hanover in 2008 with 20 fatalities showed how disastrous such fires can be. For those reasons several research projects were initiated on behalf of the German Federal Highway Research Institute. At the one hand the fire behaviour of coach interiors was examined in general focusing on fire propagation as well as fire detection and signalling. As result, recommendations with regard to early fire detection systems for the engine compartments and onboard extinguishing equipment were elaborated. On the other hand research was carried out to examine heat release, smoke, smoke propagation and its toxicity due to burning bus interior materials. In this project small and real scale experiments on material specimens, interior parts and vehicles were performed. Trains and buses often have very similar operation conditions. Consequently, bus interior material was tested according to the regulations for rail vehicles, i.e. DIN EN 45545 as well as DIN 5510. None of the tested bus interior materials would have been allowed to use in a train. The fire safety regulations for bus materials are on a low level compared to other transport sectors, i.e. railway, ship and aircraft. Also numerical investigations with the Fire Dynamics Simulator (FDS) were performed. The very rapid fire development during the severe bus fire from 2008 could be predicted with the numerical model. The model was then used to investigate the influence of different materials, ventilation conditions and ignition sources. The bus materials contribute significantly to a very rapid fire development in bus fires. Especially, the flammable ceiling and the passenger seats were identified to be key issues of the fire propagation in a bus and can be explained by the rapid fire spread along the ceiling and the high fire load of passenger seats. As conclusion of the project effective and economically reasonable fire safety requirements for interiors of buses are recommended which would improve the current situation. Proposals for amendments of current requirements are recommended including the specification of appropriate limit values. In particular, it is taken into consideration which reasonable fire safety standards from other transport sectors, especially the rail sector, should be transferred to buses
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Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit den Auswirkungen alternativer Antriebskonzepte auf die Fahrdynamik von Pkw. Es werden einleitend die konventionellen und alternativen Antriebskonzepte sowie Unterschiede in Hinblick auf die Fahrdynamik herausgearbeitet. Die Ergebnisse einer Recherche zur Fahrwerksentwicklung von Hybrid- und Elektrofahrzeugen zeigen keine klaren Trends zu neuartigen oder geänderten Fahrwerkskonzepten, sodass auf eine getrennte Betrachtung von Fahrwerken für Fahrzeuge mit konventionellen und alternativen Antrieben verzichtet werden kann. Die erarbeiteten Unterschiede zwischen konventionellen und alternativen Antrieben zeigen, dass die Möglichkeit der Rekuperation von Hybrid- und E-Fahrzeugen insbesondere bei kombinierten Längs- und Querkräften zu deutlichen Auswirkungen auf die Fahrdynamik führen kann. Im nächsten Schritt werden daher Fahrmanöver zusammengestellt und in Bezug auf die Relevanz für die Rekuperation analysiert. Dabei erweist sich das nach DIN ISO 7975 genormte Fahrmanöver "Bremsen im Kreis" als zielführend, die Auswirkungen der Rekuperation auf die Fahrdynamik zu analysieren. Außerdem wird das Fahrzeugverhalten bei einer Geradeausbremsung und folgender Lenkanregung sowie bei einer Bremsung auf μ-Split untersucht, da auch hier Wechselwirkungen von Antrieb und Fahrwerk auftreten. Zur Beurteilung der Ergebnisse wird neben der Fahrstabilität auch die Wahrnehmbarkeit eines geänderten Fahrverhaltens betrachtet. Anhand einer Literaturrecherche wurde für die Giergeschwindigkeit ein Schwellwert von 3-°/s für die Wahrnehmbarkeit gefunden. Die Ergebnisse einer Simulationsstudie mit zwei Fahrzeugkonzepten (Front-/Heckantrieb) in den drei genannten Fahrmanövern zeigen, dass die Rekuperation in weiten Bereichen der Längsverzögerungen sinnvoll eingesetzt werden kann. Bei der Bremsung in der Kurve führt die Rekuperation an der Vorderachse zu einer deutlichen Reduzierung störender Fahrzeugreaktionen und kann auch bei höheren Querbeschleunigungen verwendet werden. Bei der Rekuperation an der Hinterachse kann es insbesondere auf Niedrigreibwerten bei Bremsungen in der Kurve zu kritischen Fahrzuständen kommen. Durch die Begrenzung des Rekuperationsmomentes bei großen Schlupfwerten kann die Stabilität des Fahrzeugs jedoch sichergestellt werden. Auch die Ergebnisse der Simulationen der anderen Fahrmanöver zeigen, dass bei geringen Schlupfwerten keine wahrnehmbaren fahrdynamischen Unterschiede festzustellen sind.
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Fahrerassistenzsystemen mit Umfeldwahrnehmung wird ein hohes Potenzial zur Unfallvermeidung zugeschrieben, wenn diese umfassender und intensiver in die Fahrdynamik von Fahrzeugen eingreifen und weiter vernetzt werden. Diese erweiterten Eingriffsmöglichkeiten erzeugen auch neue Risiken, welche vor der Genehmigung und Zulassung für den öffentlichen Straßenverkehr abgesichert werden müssen. Neuartig ist bei diesen Systemen, dass sie nur über eine Situationsrepräsentation die unfallvermeidenden Handlungen ableiten können. Somit kommt zum Risiko des Versagens von Systemkomponenten, das bereits durch die ISO 26262-Norm zur funktionalen Sicherheit adressiert ist, das Risiko aufgrund einer falschen Interpretation auftretenden, nicht situationsgemaessen Auslösung, z. B. durch Situationskonstellationen, die bei der Entwicklung nicht berücksichtigt wurden und daher in den Funktionsspezifikationen nicht enthalten sind. Um die Anforderungen an Absicherungsmethoden für diese Assistenzsysteme zu identifizieren, werden diese zusammengestellt und der Absicherungsaufwand mit bestehenden Methoden, bspw. aufbauend auf den Anforderungen der ISO 26262, bestimmt. Die Analyse zeigt, dass bisherige Ansätze sowohl hinsichtlich der objektiven Nachweisbarkeit der Vollständigkeit der theoretisch möglichen Situationen Lücken aufweisen als auch hinsichtlich des Umfangs der notwendigen Spezifikationen und deren Prüfung in Versuchen. Aufgrund des daher zu erwartenden Aufwands für den Nachweis eines sicheren Verhaltens der Systeme sind eine Priorisierung von Fahrsituationen und die Gewährleistung einer hohen Übertragbarkeit von Bewertungsergebnissen notwendig. Um die Vollständigkeitsproblematik zu adressieren, wird ein Ansatz vorgestellt, der eine objektive Bewertung und den Vergleich von Fahrsituationen ermöglicht. Abschließend werden die Erkenntnisse zusammengefasst und notwendige weitere Schritte für die Schaffung einer einheitlichen Absicherungsstrategie für Fahrerassistenzsysteme abgeleitet.
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Es wird zunächst eine Übersicht über typische Systembausteine und wesentliche Akteure für den Betrieb Intelligenter Verkehrssysteme (IVS) in Deutschland gegeben. Unter Verwendung der IVS-Systembausteine werden für die vier Systemsparten Intelligenter Verkehrssysteme - die Straßenverkehrstelematik, - die Verkehrsinformationsdienste, - die autonomen Fahrerassistenzsysteme und - die kooperativen Systeme einfache funktionale Anwendungsbeispiele skizziert und analysiert. Die Anwendungsbeispiele bilden den Ausgangspunkt für eine Rekombination der Systembausteine. Die so erreichte Auflösung der Systemgrenzen hin zur Modularisierung der einzelnen Szenarien liefert eine Vielzahl neuer Kombinationsmöglichkeiten der identifizierten Bausteine intelligenter Verkehrssysteme in einer Matrix. Der vorliegende Bericht verdeutlicht und veranschaulicht die Potenziale dieses Baukastens, benennt außerdem aber auch die noch zu bewältigenden Herausforderungen im organisatorischen, funktionalen und technischen Bereich. Der Bericht ist als Grundlagenarbeit zu verstehen, die in eine Vielzahl weiterführender Aktivitäten in Deutschland als harmonisierte Analyse eingeflossen ist und noch einfließen wird.