Berichte der Bundesanstalt für Straßenwesen, Reihe F: Fahrzeugtechnik
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19
Die Schwingungsdämpfer von Pkw werden in Deutschland bei der regelmäßigen technischen Überwachung im Rahmen der Hauptuntersuchung nach Paragraph 29 StVZO überprüft. In eingebautem Zustand werden sie dabei im wesentlichen nur einer Sichtkontrolle unterzogen, bei der die Dichtigkeit der Dämpfer und ihre äußerliche Unversehrtheit beurteilt werden. Ziel der Untersuchung war die Klärung der Frage, ob die Notwendigkeit einer aussagekräftigeren Kontrolle der Schwingungsdämpfer bei der regelmäßigen technischen Überwachung von Kraftfahrzeugen besteht, da die objektive Messung der Dämpferleistung problematisch ist und der Nutzen einer solchen Maßnahme bisher nicht quantifiziert werden kann. Objektive Prüfergebnisse an Schwingungsdämpfern sind jedoch nur in ausgebautem Zustand zu erhalten. Durch die Untersuchung sollte über eine "Ist-Zustands-Prüfung" von im Verkehr befindlichen Pkw und eine darauf aufbauende Hochrechnung der Anteil der Fahrzeuge, die mit defekten Dämpfern fahren, festgestellt werden. Die Auswertung der Reihenuntersuchung ergab, dass von 5.749 untersuchten Pkw 450 Pkw eine Fahrwerksbeurteilung erhielten, nach der an mindestens einem Rad der prüfstandspezifische Grenzwert nicht eingehalten wurde, was in der Regel auf einen defekten Dämpfer zurückzuführen ist. Dies entspricht hochgerechnet einem Anteil von 7,8 Prozent der zugelassenen Pkw. Folgt man den durch die Reihenuntersuchung ermittelten Ergebnissen und den bisher diskutierten Grenzwerten von 50 Prozent für die Restwirkung der Dämpfer, so würde die Einführung einer obligatorischen Dämpferprüfung zu erheblichen Kosten führen, deren Nutzen jedoch aufgrund fehlender Angaben derzeit nicht festgestellt werden kann. In Anbetracht der Unsicherheiten bezüglich des Einflusses defekter Schwingungsdämpfer auf das Unfallgeschehen und der ermittelten Defektrate konnte die Einführung einer obligatorischen Prüfung auf einem Prüfstand im Rahmen der regelmäßigen Hauptuntersuchung nicht abschließend bewertet werden.
14
In der Europäischen Gemeinschaft werden derzeit jährlich ca. 50.000 Menschen bei Verkehrsunfällen getötet, ca. 10.000 davon als Fußgänger. Von den 10.600 (1992) in der Bundesrepublik Deutschland bei Straßenverkehrsunfällen Getöteten waren 1.800 Fußgänger (etwa 17 Prozent). Problemgruppen bei Fußgängerunfällen bilden die Kinder wegen ihrer hohen Unfallhäufigkeit und alte Personen wegen ihrer hohen Unfallschwere. Kopfverletzungen sind die häufigste Todesursache bei Fußgängerunfällen. Eine Verringerung der Unfallschwere kann - außer durch Verminderung von Fahr- beziehungsweise Aufprallgeschwindigkeiten der Fahrzeuge - nur durch konstruktive Eingriffe an der vorderen Fahrzeugaußenkontur oder dem Unterbau von Pkw erfolgen. Dazu ist es notwendig, einheitliche Prüfverfahren für die Beurteilung der "Fahrzeugaggressivität" gegenüber Fußgängern bereitzustellen. Die Ableitung eines Prüfvorschlages zur Simulation des Kopfaufpralls auf Fronthauben von Pkw beim Fußgängerunfall, unterteilt in Kopfaufpralltests für Erwachsene und Kinder, ist Gegenstand dieser Arbeit. Es werden, ausgehend von einer Analyse der Unfallstatistik, der Entstehungsmechanismus von Kopfverletzungen erklärt, die für ein Prüfverfahren notwendigen Eingangsparameter (Masse, Geschwindigkeit, Aufprallstellen am Fahrzeug etc.) abgeleitet und die Ergebnisse der gewählten Prüfkörpertestmethode mit Ergebnissen von Leichenversuchen verglichen. Eine Kosten-/Nutzen-Betrachtung am Schluss der Arbeit zeigt, dass sich bei nur geringen Kosten ein volkswirtschaftlicher Nutzen durch eine allgemeine Anwendung des Prüfverfahrens mit ca. 270 Millionen DM allein in der Bundesrepublik Deutschland pro Jahr erzielen ließe.
11
In Form einer Pilotstudie wurden eine Literaturrecherche, eine Befragung von Experten der Automobilindustrie und theoretische Untersuchungen zur Frage der Head-Up-Display-Technik (HUD) im Kraftfahrzeug durchgeführt. Auf der Suche nach neuen, die Sicherheit des Kraftfahrzeugverkehrs fördernden Anzeigen findet das HUD zunehmend Interesse. Das Prinzip des HUD im Kraftfahrzeug besteht darin, dass die Informationen des Displays über den in die Windschutzscheibe integrierten Combiner in die Verkehrsszene als virtuelles Bild eingeblendet werden. In Europa wurden von Automobil- und Zulieferfirmen ca. ein Dutzend HUD-Systeme als Experimentalsysteme entwickelt. In den europäischen Forschungsprogrammen PROMETHEUS und DRIVE wird das HUD als eine von mehreren neuen Anzeigetechniken untersucht. In den USA und Japan befinden sich HUD-Systeme in Serienfahrzeugen bereits seit einigen Jahren auf dem Markt. Informationen auf einem HUD im Kraftfahrzeug werden schneller und sicherer abgelesen, als auf der konventionellen Instrumententafel. Insbesondere die physiologischen Anteile des Wahrnehmungsvorganges, das heißt die Augenbewegung, das Akkommodieren und das Adaptieren, erfolgen mit einem HUD schneller. Allerdings kann die Verquickung der Verkehrsszene mit bordeigenen Informationen zu verändertem Fahrverhalten und zu anderen Beobachtungsstrategien der Kraftfahrer führen. Die HUD-Technik ist zwar relativ fortgeschritten, jedoch liegen nur wenige fundierte experimentelle Ergebnisse vor. Es wurde daher eine Untersuchungsreihe mit Labor-, Simulator- und Feldexperimenten entworfen, die offene Fragen zu Nutzen, Informationsinhalten und Gestaltung von HUD-Anzeigen beantworten sollen. Gesetzliche Vorschriften der StVZO und die sie tangierenden EG-Richtlinien beziehungsweise ECE-Regelungen legen die Mindestanforderungen an die Sicht aus Kraftfahrzeugen fest, und es bestehen Vorgaben sowohl für die mögliche Position der HUD-Anzeigen, als auch für die Transmission und für die Farberkennung der Verkehrsobjekte.
12
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.
13
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.
10
Künftig sollen in Kfz-Scheinwerfern anstelle von Glühlampen auch Gasentladungslampen eingesetzt werden können. Hierbei handelt es sich um Hochdruckentladungslampen, die sich von bisher eingesetzten Halogen-Glühlampen durch die spektrale Verteilung ihres Lichtes, eine höhere Leuchtdichte und einen größeren Lichtstrom - bei geringerer elektrischer Aufnahmeleistung - unterscheiden. Derzeit werden Lampen unter der Bezeichnung D 1 in ein deutsches Fahrzeug der gehobenen Klasse eingebaut. Im Rahmen einer Vorstudie innerhalb des Projektes wurden die folgenden Punkte untersucht: - Integrierbarkeit der Lampe und des Scheinwerfers in bestehende Regelungen; - lichttechnische Eigenschaften der Gasentladungssysteme wie Zünd- und Anlaufverhalten in unterschiedlichen Betriebszuständen; - Farbwiedergabe retroreflektierender Verkehrszeichen und Signaleinrichtungen; - Leuchtdichtekontraste bei retroreflektierenden Materialien und Rückstrahlern; - Sicherheitsaspekte; - Blendung des Gegen- und des vorausfahrenden Verkehr. In der anschließenden Hauptstudie wurden Vorwärtsreflexion an Fahrbahnoberflächen zur Bestimmung der indirekten Blendung im trockenen und nassen Zustand; - spektrale Reflexion von Fahrbahndecken; - Streuleuchtdichten vor dem Fahrzeug bei Schlechtwettersituationen; - Blendungsunterschiede zwischen konventionellen und Gasentladungs-Systemen; - Gradient der Hell-Dunkel-Grenze untersucht. Bei der Untersuchung der Vorwärtsreflexion zeigte sich, dass sich bei nassen Fahrbahnoberflächen das Maximum der Reflexion in Fahrtrichtung verschiebt. In Schlechtwettersituationen wurde durch den größeren Lichtstrom ein Anstieg der Streuleuchtdichte gemessen. Aus diesem Grunde scheint eine Begrenzung der Vorfeldbeleuchtungsstärke sinnvoll. Aufgrund der Fahrzeugdynamik ergeben sich verschiedene Gradienten der Hell-Dunkel-Grenzen. Sie sind abhängig vom Fahrzeugtyp sowie von der Ausstattung der Fahrzeuge mit Niveauregulierung und automatischer Leuchtweitenregelung. Es ergab sich bei Verwendung von Gasentladungssystemen eine Erhöhung der Blendung. Die Blendbeleuchtungsstärken lagen dabei höher als bei vergleichbaren Halogensystemen. Ebenso wird durch die Vorwärtsreflexion auf der Fahrbahnoberfläche eine erhöhte Blendbeleuchtungsstärke bewirkt. Es zeigte sich, dass insbesondere zur Ermittlung der Beeinflussung älterer Verkehrsteilnehmer durch Gasentladungslampen weitere Untersuchungen erforderlich sind.
5
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.
3
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.
1
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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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.
98
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.
95
Unfälle im Straßenverkehr sind in aller Regel Konsequenzen normalen Fahrverhaltens, das an eine bestimmte Situation nicht angepasst war und daher zum Unfall beigetragen hat. Zur Klassifikation dieses mutmaßlich fehlerbehafteten Verhaltens wurde im hier berichteten Projekt eine Taxonomie entwickelt. Sie dient der Klassifizierung von Fahrerfehlverhalten und integriert Aspekte des menschlichen Informationsverarbeitungsprozesses sowie die drei Fehlertypen von RASMUSSEN (1983). Als Bestimmungsstücke beinhaltet die Taxonomie Fehlertypen (regel-/wissens-/fertigkeitsbasiert) und Entscheidungsknoten mit Fragen, deren Beantwortung den Analysten zum jeweiligen Fehler führt. Zusammengefasst bietet die erarbeitete Taxonomie eine breite Anwendbarkeit für die Klassifikation von Fahrfehlern und fehlerfreiem Verhalten bei Manövern, kritischen Situationen bis hin zu Beinaheunfällen oder Unfällen, z. B. zur Harmonisierung der (Video-)Auswertung von FOT- und NDS-Datensätzen oder für In-Depth-Unfallerhebungen. Die Taxonomie wird komplementiert durch eine Übersicht über Fehlervorläuferbedingungen, die im Sinne von Genotypen (HOLLNAGEL 1998) in ihrer jeweiligen Ausprägung auslösende und begünstigende Bedingungen für Fehler, Beinaheunfälle und Unfälle darstellen. Die Übersicht ist als erweiterbares strukturierendes Dokument zu sehen, welches je nach wissenschaftlichen Erkenntnissen verändert werden kann. Gemeinsam mit der Taxonomie bildet sie die Basis für die Ableitung von Fahrerassistenzbedarf und andere Maßnahmen, zur Generierung von Hypothesen und zur strukturierten Sammlung von Studienergebnissen. Der vorliegende Bericht adressiert die FOT- und NDS-Community sowie allgemein verkehrspsychologisch-wissenschaftlich Interessierte. In acht Kapiteln widmet er sich den Arbeitsschritten und Ergebnissen der Taxonomieentwicklung.
94
Die hier vorgestellten Forschungsprojekte hatten die Aufgabenstellung, - sinnvolle Obergrenzen für den biogenen Blend-Anteil im Kraftstoff aus ökonomisch-technischer Sicht aufzuzeigen sowie - technische Anforderungen an Pkw aus Altbestand und Neufahrzeugen für den Betrieb mit solchen Kraftstoff-Blends zu untersuchen, insbesondere in Hinblick auf Aspekte der Dauerhaltbarkeit. Auf Basis einer umfangreichen Literaturrecherche wurden zunächst sinnvolle Beimischungen ermittelt, die in 5 Fahrzeugen (3 Otto-Pkw, 2 Diesel-Pkw) auf einem Abgasrollenprüfstand getestet wurden. Anschließend wurden zwei Fahrzeuge einer Dauerlaufuntersuchung (ca. 80.000 km) unterzogen. Hierbei wurden u. a. Emissionsverhalten, Kraftstoffverbrauch und Motorleistung bewertet und Motorölproben entnommen. Am Ende der Dauerlaufuntersuchungen wurden bei beiden Fahrzeugen Motor und Kraftstoffsystem sorgfältig inspiziert. Aus fahrzeugtechnischer Sicht begrenzen bei Biodiesel vor allem die Ölverdünnung sowie der Anstieg der NOx-Emissionen den maximal möglichen Beimischungsanteil. Bei Bio-Alkohol sind insbesondere die Materialverträglichkeit und der Kraftstoffverbrauch limitierende Faktoren für erhöhte Beimischungen. Obwohl die betrachteten Euro-5-Fahrzeuge nicht für den Betrieb mit erhöhten Beimengungen an Biokraftstoffen ausgelegt waren, wurden die maßgeblichen Grenzwerte für die limitierten Emissionen im Verlauf der Untersuchungen nicht überschritten. Mit Ausnahme von NOx bei den Dieselfahrzeugen wurden darüber hinaus sogar die Euro-6-Grenzwerte unterschritten.
93
Ziel des hier dargestellten Forschungsprojektes ist die Entwicklung eines Beanspruchungsmodells zur Bewertung von Informationssystemen beim Motorradfahren. Dazu ist zunächst das Feld der Belastungs-/ Beanspruchungsmessung, -darstellung und deren Auswirkungen für den Bereich des Motorradfahrens abzustecken. Anhand verschiedener Studien in der Motorradsimulation wurde eine erste inhaltliche Näherung an das Thema Infotainment auf dem Motorrad vorgenommen. Hauptaugenmerk liegt auf Studien zu Belastung/Beanspruchung, die schließlich mit der erarbeiteten Messanordnung durchgeführt wurden. N = 14 bis 20 Personen nahmen, je nach Versuchsreihe, an folgenden Studien teil: - Validierung der Motorradsimulation als Methode, - Beschreibung der Belastung/Beanspruchung auf dem Motorrad, - Vergleich der Belastung/Beanspruchung Motorrad - PKW, - Darstellung der Auswirkung von Blickabwendung anhand Okklusion (Verdunkeln des Bildes über einen bestimmten Zeitabschnitt, bei Fortführung der Fahraufgabe), - Untersuchung der Auswirkung verschiedener Nebenaufgaben auf das Motorradfahren. Es zeigte sich, dass Belastung/Beanspruchung beim Motorradfahren ein viel versprechendes, bislang zu wenig behandeltes Forschungsthema ist. Die Motorradsimulation bietet eine gute Möglichkeit zur Untersuchung von Belastung und Beanspruchung des Fahrers im "normal" fahrdynamischen Bereich. Aus diesem Grund wird eine weitergehende Forschung dringend empfohlen, da erst durch eine geeignete Simulation die gefahrlose Untersuchung von Assistenz- und Informationssystemen auf dem Motorrad möglich wird. Aus technischer Perspektive zum aktuellen Forschungsstand bleibt zu erwähnen, dass die Moeglichkeit zur Simulation des Lenkens in der Motorradsimulation leider nur unzureichend umsetzbar ist. Inhaltlich hat sich gezeigt, dass Informationssysteme für das Fahren auf dem Motorrad eine große Gefahrenquelle darstellen. Die Fahrer können ihre Leistung beim Bedienen eines Systems nicht immer optimal einschätzen. Bei der Entwicklung solcher Systeme sollte dieser Befund dringend berücksichtigt werden.
91
Die Bedeutung von Standards allgemein und Schnittstellenstandards in besonderem Maße sowie zugehöriger Standardisierungsprozesse hat in den letzten Jahren massiv zugenommen. Vor dem Hintergrund und den Zukunftsaufgaben von Intelligenten Verkehrssystemen (IVS) führt die Konvergenz der Branchen Telekommunikation, Medien und Informationstechnologie dazu, dass ehemals feste Grenzen zwischen der Kommunikation und Information zusehends verschwimmen. Gleichermaßen besteht in der Verkehrstelematik zunehmend Bedarf an nachhaltigen Standard-Schnittstellenlösungen zur Sicherstellung der Interoperabilität der Systeme und deren Komponenten, dies verstärkt aufgrund der Proliferation von Sensorsystemen durch zunehmende Ausstattung mit miniaturisierten Chipelementen. Analog trifft dies auch für die Automobiltechnik und deren Vernetzung in kooperativen Verkehrs- und Fahrerassistenzsystemen mittels C2X-Kommunikation zu. Die Standardisierungsforschung ist dementsprechend ein vergleichsweise noch junges Forschungsgebiet. Dies gilt sowohl für die nationale als auch internationale Ebene. Zur Bewältigung des ansteigenden Datenaufkommens bei gleichzeitig technologisch kürzer werdenden Innovationszyklen sind umso mehr effiziente Standardisierungsprozesse erforderlich, um aus übergreifendem Datenaustausch nachhaltig Nutzen für das Verkehrsmanagement schöpfen zu können. Besonders an die Akteure der Standardisierung offener Systeme der Straßenverkehrstelematik stellen sich neue Herausforderungen und Fragen hinsichtlich der Organisation eines hierfür geeigneten Standardisierungsprozesses. Die Forschungsarbeiten im FE-Projekt 63.0013/2009/BASt unterstützen die Vorbereitung der Entscheidung auf staatlicher Ebene über die zukünftige Positionierung der öffentlichen Hand bezüglich der Begleitung und Unterstützung von Standardisierungsaktivitäten offener Systeme im Sektor kommunal eingesetzter Straßenverkehrstelematik. Untersucht werden hierzu die seit Beginn in Deutschland im Jahre 1999 bisherig im Standardisierungsprozess OCIT (Open Communication Interface for Road Traffic Control Systems) und OTS (Open Traffic Systems) erzielten und künftig bei weitergehender Standardisierung zu erwartenden Nutzwirkungen und Risiken. Berücksichtigt werden in Hinblick auf den im November 2011 zur künftigen Harmonisierung der Standardisierung offener Schnittstellen gegründeten Standardisierungsverbund OCTS (Open Communication Standards for Traffic Systems) dabei die erwachsenden Einflussfaktoren und Anforderungen aus affinen Standardisierungsaktivitäten sowie EU-Richtlinien, insbesondere zu kooperativen IVS.
92
Ziel des Projektes war es, bedingt durch die wachsende Anzahl der im Verkehr befindlichen elektrisch und hybrid-elektrisch betriebenen Fahrzeuge, notwendige Anpassungen der periodisch technischen Überwachung zu erarbeiten. Dazu wurden von verschiedenen Fahrzeugen die relevanten Bauteile des elektrischen Antriebsstrangs identifiziert und deren Ausfallverhalten analysiert. Um die Degradationsauswirkungen einzelner Bauteile und Funktionen auf das gesamte System bestimmen zu können, hat die FSD ein Simulationsmodell erstellt. Die daraus ermittelten Ergebnisse waren Grundlage für die Bestimmung verkehrssicherheits- und umweltkritischer Bauteile sowie deren Funktionen. Diese Modellaussagen wurden mit Realversuchen an Fahrzeugen validiert. Zusätzlich konnten in einem Feldversuch 2.560 Fahrzeuge mit elektrischem Antriebsstrang untersucht werden. Aus diesen Ergebnissen lassen sich Änderungsvorschläge für die Untersuchungen und Vorgaben ableiten. Dafür ist für einen Großteil dieser Untersuchungen die Nutzung von Diagnosedaten eine geeignete Möglichkeit. Die 47. Verordnung zur Änderung straßenverkehrsrechtlicher Vorschriften berücksichtigt bereits an vielen Stellen die neuen Antriebskonzepte. Von daher werden lediglich geringe Anpassungen in der StVZO für -§ 19 und den Beispielkatalog dazu, -§ 29, Anlage VIIIa, Anlage VIIId sowie die HU-Richtlinie vorgeschlagen. Für die Durchführung der Untersuchungspunkte zum HV-System ist die Entwicklung einer Hochvolt-Richtlinie empfehlenswert. Einige wichtige Prüfverfahren lassen sich derzeit technisch noch nicht umsetzen. Dazu sind Änderungen der internationalen Bau- und Betriebsvorschriften notwendig. Diese werden bei der EU/UNECE anzuregen sein. Es besteht über dieses Projekt hinaus weiterhin Forschungsbedarf, um sich intensiv mit diesen Fahrzeugen zu befassen und deren Weiterentwicklung zu beobachten, damit notwendige Auswirkungen auf die PTI rechtzeitig erkannt werden können.
90
Aktive Systeme der passiven Fahrzeugsicherheit zum Fußgängerschutz, sogenannte crash-aktive Fußgängerschutzsysteme, werden seit 2005 zur Erfüllung der gesetzlichen Anforderungen (siehe Verordnung (EG) Nr. 78/2009 und 631/2009) in Serienfahrzeugen eingesetzt. Diese crash-aktiven Fußgängerschutzsysteme stellen im Gegensatz zu den rein passiven Systemen nur eine instationäre Lösung dar. Da die innerhalb der gesetzlichen Anforderungen definierten Testverfahren zur Bewertung stationärer Systeme entwickelt wurden, können derzeit mögliche Risiken instationärer Systeme nicht berücksichtigt werden. Im Rahmen dieses Forschungsprojektes soll ein Bewertungsverfahren für diese crash-aktiven Fußgängerschutzsysteme entwickelt werden, welches das reale Potential dieser Systeme möglichst gut wiedergibt. Basis hierfür soll eine umfangreiche Untersuchung zusätzlicher Risiken bilden. Die hier untersuchten instationären Schutzmaßnahmen werden nur im Falle eines Fahrzeuganpralls gegen Fußgänger aktiviert, der daher zuverlässig erkannt werden muss. Für die hierfür eingesetzten, kontaktbasierten Sensorsysteme stellen Fußgänger mit geringen Lasteinträgen in die Fahrzeugfront eine große Herausforderung dar. Die Lasteinträge hängen von zahlreichen Faktoren, wie bspw. der Höhe der entsprechenden Krafteinleitungspfade sowie der Größe und dem Gewichts des Fußgängers, ab. Mit Hilfe von umfangreichen Anprallversuchen und -simulationen wird gezeigt, dass die bisher eingesetzten Prüfkörper nur zum Teil für die Erfüllung dieser Anforderungen geeignet sind. Für ein geeignetes Prüfverfahren müssen daher neue Prüfkörper entwickelt werden. Durch die Aktivierung der Schutzmaßnahme soll bei den crash-aktiven Systemen vor allem das Verletzungsrisiko beim Kopfanprall verringert werden. Hierfür wird häufig die hintere Motorhaubenkante angehoben, um zusätzlichen Deformationsfreiraum zur Verfügung zu stellen. Die Haubenanhebung kann jedoch auch in zusätzlichen Verletzungsrisiken resultieren, bspw. durch die exponierte hintere Haubenkante oder die Verringerung des Deformationsfreiraums in Folge des Oberkörperanpralls. Ein Ersatzprüfverfahren zur Bewertung der Haubendeformation mit Hilfe des Hüftimpaktors wird vorgestellt. Ein hybrides Testverfahren bestehend aus Simulation und Versuch eignet sich für eine objektive Bewertung dieser Systeme, wobei die entsprechenden Versuchsparameter mit Hilfe der vorherigen Simulation bestimmt werden können.
89
10 % bis 20 % der Straßenverkehrsunfälle werden auf Müdigkeit am Steuer zurückgeführt. Es steht eine Vielzahl unterschiedlicher Methoden zur Verfügung, um Müdigkeit beim Fahrer zu erkennen. Ziel des vorliegenden Projekts war es, die Stärken und Schwächen der verschiedenen Müdigkeitsmessverfahren vergleichend zu beschreiben und existierende Müdigkeitsmess- und Müdigkeitswarnsysteme im Überblick darzustellen. Die Ergebnisse beruhen auf folgender Verknüpfung von Literaturanalysen, Experten- und Nutzerbefragungen: • Literaturanalyse und zusammenfassende Darstellung von Müdigkeitsmessverfahren, die auf physiologischen und leistungsbezogenen Messgrößen beruhen. • Literaturanalyse zu Müdigkeitsmess- und Warnsystemen, Befragung der Systemhersteller und zusammenfassende Darstellung der identifizierten Systeme. • Befragung von 20 Nutzern von den in Mittel- und Oberklassefahrzeugen implementierten Müdigkeitswarnsystemen zur Beurteilung der wahrgenommenen Detektionsgüte, Akzeptanz und Compliance. • Erarbeitung eines Gütekriterienkatalogs als Grundlage für die Bewertung und den Vergleich ausgewählter Müdigkeitsmessverfahren. • Zweistufige Befragung von 12 Experten aus Industrie- und Hochschulforschung nach der Delphi-Methode. Ziel war die Auswahl und Bewertung der validesten Verfahren zur Erfassung der Fahrermüdigkeit, begründeter Zweitbewertungen bei abweichenden Urteilen und der Beurteilung ihrer Eignung für verschiedene Einsatzgebiete. • Workshop mit den Delphi-Teilnehmern zur Diskussion und Ergänzung der Delphi-Ergebnisse. Die 70 in der Fachliteratur identifizierten Müdigkeitsmesssysteme unterscheiden sich in den zugrunde liegenden Müdigkeitsmessverfahren, dem Vorliegen und der Gestaltung von Warnfunktionen und ihrer Verbreitung. Nur selten werden überzeugende Validierungsbelege oder Angaben zur Anzahl falscher und ausbleibender Alarme angeführt. Aus Nutzersicht bieten die derzeit in Mittel- und Oberklassemodellen verfügbaren Müdigkeitswarnsysteme oftmals keine zufriedenstellende Detektionsgüte. Vielfach wird die Fahrt trotz detektierter und selbst eingestandener Müdigkeit fortgesetzt. Ca. die Hälfte der Fahrer sieht in der Nutzung der Müdigkeitswarnsysteme einen Zuwachs an Sicherheit. Zu den validesten Müdigkeitsmessverfahren gehören aus Expertensicht die Erfassung der Fahrperformanz (Lenkverhalten und Spurhaltung) und des Lidschlussverhaltens, das videobasierte Expertenrating, das EEG und der Pupillografische Schläfrigkeitstest. Die unterschiedlichen Stärken und Schwächen der sechs ausgewählten Messverfahren werden im Bericht detailliert aufgeführt. Nach wie vor existiert kein Goldstandard zur Müdigkeitserfassung. Je nach Einsatzgebiet sind entweder alle sechs ausgewählten Messverfahren (Forschung & Entwicklung), nur einige (Müdigkeitswarnsystem im Fahrzeug) oder kein einziges (Verkehrskontrolle) geeignet. Die Auswahl der Messverfahren sollte daher in Abhängigkeit des jeweiligen Ziels und Kontexts der Müdigkeitserfassung erfolgen und die spezifischen Stärke-Schwächenprofile berücksichtigen. Eine valide Müdigkeitserfassung bedarf der Kombination von mindestens zwei Messverfahren. Bedarf besteht in der Optimierung und der begleitenden Evaluierung der Müdigkeitswarnsysteme im Fahrzeug und der vielversprechendsten Messverfahren. Weitere Maßnahmen zur wirksamen Reduzierung müdigkeitsbedingter Unfälle wurden im Rahmen des Expertenworkshops diskutiert und im Bericht dargelegt.
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Im Jahr 2004 fand an der Medizinischen Hochschule Hannover die erste ESAR-Konferenz (Expert Symposium on Accident Research) statt. Die Idee einer internationalen Konferenz war aus der Notwendigkeit entstanden, diejenigen Experten zusammen zu bringen, die weltweit tätig sind und Verkehrsunfälle wissenschaftlich analysieren, um ihre Ergebnisse gemeinsam zu diskutieren und einem Zielpublikum von Behördenvertretern, Entwicklungsingenieuren der Automobilindustrie und anderen Wissenschaftlern darzubringen. Die durch Professor Otte initiierte und nun zum vierten Male organisierte Konferenz fand eine breite Akzeptanz und ist mittlerweile Bestandteil einer Konferenzlandschaft mit Zielvorträgen von der Fahrzeugsicherheit bis hin zur Verletzungsanalyse und den Unfallursachen. ESAR kann als wissenschaftliches Kolloquium und Plattform für einen Informationsaustausch der Unfallforscher angesehen werden, die sich speziell mit Methoden der Unfalluntersuchung, mit Verletzungsmechanismen und der Bewertung von Verletzungen, Unfallursachen und anderen Bereichen der statistischen Unfalldatenanalyse befassen. Experten aus den Bereichen der Medizin, der Verkehrspsychologie und der Technik sowie Vertreter zuständiger Behörden kommen hier zusammen, um die Erfahrungen in der Unfallprävention und der Unfallrekonstruktion zu diskutieren und um der Forschung neue Felder zu eröffnen. Neben den Belangen der Europäischen Gemeinschaft werden auch die weltweit zu registrierenden hohen Verletztenzahlen berücksichtigt. Wissenschaftliche Vorträge aus aller Welt tragen dazu bei, geeignete Maßnahmen und Methoden zur Analyse und drastischen Verringerung der Zahl der bei Verkehrsunfällen Getöteten zu entwickeln. Die Zusammensetzung des Teilnehmerkreises dieser wie früherer ESAR-Konferenzen hat längst eine über Europa hinausgreifende Internationalitaet erreicht und bietet daher einen aufschlussreichen Überblick über die verschiedenen Standards bestehender Verkehrssicherheit und unterschiedlichen Unfallszenarien und über die Anforderungen an die Unfallanalysen. Die Ergebnisse langjähriger Forschungsarbeiten in Europa, USA, Australien und asiatischen Ländern beinhalten unterschiedliche infrastrukturelle Zusammenhänge und geben Erkenntnisse über Population, Fahrzeugbestand und Fahrereigenschaften. Derartige Informationen bilden eine exzellente Basis für abzuleitende Empfehlungen und Maßnahmen für die Erhöhung der Verkehrssicherheit international.
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Aufgrund des demografischen Wandels werden in der Zukunft immer mehr ältere Menschen ein Kraftfahrzeug führen. Das vorliegende Projekt soll Erkenntnisse dazu liefern, wie unter Berücksichtigung der Verkehrssicherheit die Mobilität der älteren Fahrer so lange wie möglich erhalten werden kann. Unfallanalysen zeigen, dass ältere Kraftfahrer typische Fahrfehler bzw. Unfälle begehen. Unklar ist derzeit die genaue Ursache hierfür, vor allem vor dem Hintergrund der langjährigen Erfahrung älterer Kraftfahrer, welche eher eine äußerst geringe Unfallrate vermuten ließe. Ziel der vorliegenden Untersuchung war es, tiefere Erkenntnisse äber die Ursache von Fahrfehlern älterer Kraftfahrer zu gewinnen, um daraus Anforderungen an die technische Weiterentwicklung von Fahrerassistenzsystemen ableiten zu können. Diese Fahrerassistenzsysteme sollen speziell älteren Autofahrern Hilfestellung zum sicheren Führen von Kraftfahrzeugen bieten. In dem folgenden Laborexperiment wurde ein Doppeltätigkeits-Paradigma verwendet, indem eine Spurhalteaufgabe mit einer peripheren Lichtreizaufgabe kombiniert wurde. Die peripheren Lichtreize wurden den Probanden bilateral in zwei verschiedenen Abständen vom zentralen Punkt des Sehens (20 Grad und 60 Grad) präsentiert. Die Aufgaben wurden von älteren (65+) und jüngeren Kraftfahrern (22-45) zuerst einzeln, dann in Kombination durchgeführt. Um Aufschluss über mögliche Ursachen von Leistungsbeeinträchtigungen erhalten zu können, wurde neben der Erfassung von Verhaltensdaten (Spurabweichungen, Reaktionszeit, Anzahl der Auslassungen) ein Elektroenzephalogramm abgeleitet, welches Einblicke in die zugrunde liegenden neuronalen Verarbeitungsmechanismen ermöglicht. Wie erwartet, zeigten Ältere in der Spurhalteaufgabe schlechtere Leistungen als Jüngere, besonders bei gleichzeitiger Durchführung der Lichtreizaufgabe (Doppel-Aufgabe). In der Lichtreizaufgabe unterschieden sich die Leistungen der Altersgruppen nur bei Lichtreizen, die im 60 Grad Sehwinkel auftraten. Die Älteren reagierten hier langsamer und zeigten mehr Auslassungen als die Jüngeren. Überraschenderweise zeigten alle Versuchspersonen weniger Auslassungen in der Doppel-Aufgabe. Mittels Elektroenzephalogramm wurde anhand der ereigniskorrelierten Potenziale (EKP) deutlich, dass die Defizite Älterer nicht in einer Einschränkung der frühen Verarbeitung peripherer Reize (P1) liegen, da die P1 Amplitude bei Älteren sogar höher war als bei Jüngeren. Die N2 Amplitude, welche Hinweise auf die Verschiebung der Aufmerksamkeit gibt, war bei Jüngeren hingegen bei weiter peripher liegenden Reizen (60 Grad Sehwinkel) erhöht, was einen fronto-zentral fokussierten Kontrollprozess widerspiegelt. Die Orientierung auf den peripheren Reiz (P3a) war bei Älteren geringer ausgeprägt sowie auch die Zuordnung von Verarbeitungsressourcen (P3b) vor allem bei peripheren Lichtreizen. Es liegen zudem Hinweise darauf vor, dass Ältere verlängerte Reaktionszeiten aufgrund einer verzögerten Reaktionsaktivierung aufweisen. Mit dem vorliegenden Experiment konnte also gezeigt werden, dass die schlechteren Leistungen der älteren Versuchspersonen nicht auf periphere Sehleistungsmängel zurückzuführen sind, sondern einem späteren kognitiven Verarbeitungsprozess zuzuschreiben sind. Die Ergebnisse werden vor dem Hintergrund der Literatur und der Erfordernisse technischer Unterstützungen älterer Kraftfahrer diskutiert.