Berichte der Bundesanstalt für Straßenwesen, Reihe F: Fahrzeugtechnik
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.
21
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.
60
Ziel der Studie, die im Auftrag der BASt durchgeführt und zusätzlich vom Land Niedersachsen gefördert wurde, ist es, Über In-Depth-Analysen von Unfalldaten der Braunschweiger Polizei aus dem Jahr 2002 Anforderungen an Fahrerassistenzsysteme (FAS) abzuleiten und den Sicherheitsgewinn abzuschätzen, den die Einführung derartiger Systeme mit sich bringen würde. Bei den In-Depth-Analysen wurden aufgrund der Unfallprotokolle die dem Unfall vorausgehenden Fehlhandlungen und ihre Ursachen analysiert. Fehlhandlungen sind die Handlungen, die zum Unfall geführt haben. Diese müsste ein FAS korrigieren, um den Unfall zu verhindern, sodass diese Analyse Anforderungen an die Funktionalität des FAS ergibt (zum Beispiel Wahl einer sicheren Geschwindigkeit). Die Analyse der Ursachen der Fehlhandlung erfolgte in Anlehnung eines Informationsverarbeitungsmodells des menschlichen Handelns und ergibt Hinweise auf die Eingriffsstrategie des FAS. Liegt die Ursache zum Beispiel in fehlender Wahrnehmung vorhandener Information, so kann eine Warnung den Unfall verhindern. Bei einer Fehlentscheidung ist eine aktive Unterstützung durch ein FAS notwendig. Weiter wurden Fehlinterpretationen und Ausführungsfehler betrachtet. Datenbasis sind 4.258 Unfallprotokolle aus Braun-schweig aus dem Jahr 2002 und 185.004 Unfälle aus Deutschland, die als 50%-Stichprobe der amtlichen Unfallstatistik des Jahres 2002 vom Statistischen Bundesamt zur Verfügung gestellt wurde. In beiden Datenquellen wurden die Unfälle ausgewählt, bei denen der Verursacher ein Pkw und der Fahrer (so weit bekannt) mindestens 18 Jahre alt war. Die schweren Unfälle aus Braunschweig (993 Unfälle) wurden so gewichtet, dass sie hinsichtlich Unfalltyp, Wochentag und Tageszeit mit den bundesdeutschen Unfällen vergleichbar sind. Bei den In-Depth-Analysen wurden für 6 Unfalltypen und pro Unfalltypen für die häufigsten Untertypen die Protokolle im Hinblick auf Fehlhandlung und Ursache analysiert und gruppiert. Eine stichprobenartige Überprüfung der Beurteilerübereinstimmung erwies sich als sehr zufrieden stellend (Spearman rho = 0.91). Die Analyse zeigt drei große Gruppen von Unfällen, aus denen sich drei Arten von Unterstützungsbedarf ableiten lassen. Bei den Einbiegen/ Kreuzen-Unfällen werden andere Verkehrsteilnehmer aus unterschiedlichen Gründen bei der Planung vernachlässigt, was als fehlende Wahrnehmung vorhandener Informationen zu beschreiben ist. Seltener spielen Fehlentscheidungen eine Rolle. Um diese Unfälle zu verhindern, wird eine Kreuzungsassistenz benötigt, die bevorrechtigte Fahrzeuge von rechts, links oder entgegenkommend und von rechts kommende Radfahrer beim rechts Abbiegen erkennen kann. Durch eine Kreuzungsassistenz, die vor diesen Fahrzeugen warnt, ließen sich 26,2 % aller schweren Unfälle verhindern. Bei Fahrunfällen steht die Fehlanpassung der Geschwindigkeit an den Straßenzustand, an den Fahrerzustand und an die eigene Leistungsfähigkeit im Vordergrund, was als Fehlentscheidung zu beschreiben ist. Teilweise kommt die Vernachlässigung der Querführung ohne besonderen Grund hinzu (fehlende Wahrnehmung). Eine situationsabhängige aktive Unterstützung der Geschwindigkeitsregulation mit zusätzlicher Unterstützung der Querführung könnte insgesamt 20,4 % aller schweren Unfälle verhindern. Auffahren tritt vor allem bei Unfällen im Längsverkehr, aber auch einer Reihe anderer Unfalltypen auf. Hier ist ein System zur Kollisionsvermeidung mit situationsabhängiger Regelung von Abstand und Geschwindigkeit notwendig, das auch stehende Fahrzeuge erkennen kann und das Bremsen bei plötzlichen Eingriffen unterstützt. Würde das System diese Anforderungen erfüllen, könnten damit 17,5 % aller schweren Unfälle verhindert werden. Da die häufigsten Ursachen der Fehlhandlung im Bereich von Fehlentscheidungen liegen, ist dazu allerdings eine aktive Unterstützung der Geschwindigkeitshaltung notwendig. Insgesamt ergibt sich aus den Analysen ein sehr großes Unfallvermeidungspotenzial für FAS im Bereich über 70 % aller schweren Unfälle. Allerdings sind die Anforderungen an diese Systeme groß. So müssen sie im Kreuzungsbereich bevorrechtigte Fahrzeuge aus allen Richtungen erkennen, außerdem Situationsmerkmale wie Straßenzustand, Hindernisse auf der Fahrbahn und Merkmale des Fahrers wie zum Beispiel einen eingeschränkten Fahrerzustand berücksichtigen. Teilweise ist eine aktive Unterstützung oder ein Eingriff notwendig, was rechtliche und Akzeptanzprobleme mit sich bringt. Mit der dargestellten Methode der In-Depth-Unfallanalyse aufgrund von Unfallprotokollen ist insgesamt eine Abschätzung des Sicherheitspotenzials von Assistenzsystemen möglich, wobei die Aussagen vorsichtig zu interpretieren sind.
58
Für schwere Nutzfahrzeuge der Abgasstufe Euro 3 mit einem zulässigen Gesamtgewicht über 12 t liegen zur Zeit nur wenige belastbare Emissionsfaktoren (E-Faktoren) vor. Bislang sind nur vereinzelt entsprechende Motoren auf Prüfständen vermessen worden. Über das Emissionsverhalten solcher Antriebe im realen Fahrbetrieb liegen so gut wie keine Erkenntnisse vor. Ziele des Vorhabens waren: 1.) die Aufstockung der Emissionsfaktoren Datenbasis durch Vermessung von Fahrzeugen im Straßenbetrieb, 2.) der Vergleich von Realmessungen mit Werten aus dem Emissionsfaktoren-Handbuch und 3.) die Validierung moderner on-board-Messverfahren. Für die Messungen wurden drei schwere Sattelzugmaschinen mit Auflieger sowie ein Fahrzeug aus dem Verteilerverkehr ausgewählt. Es wurden Messfahrten mit voller und halber Beladung durchgeführt. Die verwendete on-board-Messtechnik erfasste hierbei zeitaufgelöst die gasförmigen Emissionen sowie den Abgasmassenstrom. Zusätzlich wurden Leistungs- und Geschwindigkeitsdaten erfasst. Für die Auswertung der Daten mussten die Fahrmuster, wie sie im Emissionsfaktoren-Handbuch beschrieben sind, aus den Fahrprofilen der Messfahrten isoliert werden. Für geeignete Fahrmuster wurden Emissionsfaktoren in g/km ermittelt und denen des Emissionsfaktoren-Handbuches gegenübergestellt. Zur Bewertung der benutzten on-board-Messtechnik wurden auf dem Motorprüfstand Vergleichsmessungen in den europäischen stationären und dynamischen Typprüfzyklen ESC und ETC durchgeführt. Bei diesen Vergleichen zeigte sich die Analysetechnik sehr gut geeignet für mobile Messungen. Abweichungen zu den Laborergebnissen traten im Wesentlichen durch Unterschiede in der Abgasmassenstrommessung auf. Der Vergleich der Handbuch-Emissionsfaktoren mit den in diesem Vorhaben gewonnenen Ergebnissen auf der Basis von Durchschnittsgeschwindigkeit und mittlerer positiver Leistung ergab bei den Sattelzügen keine gravierenden Unterschiede bei HC, NOx und CO2 für den Mittelwert über alle 3 Fahrzeuge. Bei CO wies ein Fahrzeug bei niedrigen Geschwindigkeiten deutlich höhere Emissionen und größere Varianzen auf, so dass dort die Kurve der Mittelwerte deutlich über der Trendkurve des Handbuchs liegt. Für eine leistungsspezifische Darstellung der Messwerte wurden in unterschiedlichen Leistungs- und Drehzahlfenstern quasistationäre Betriebsbedingungen gesucht und die Ergebnisse als gemittelte Emissionswerte dargestellt. Für ein Fahrzeug wurden exemplarisch die Prüfpunkte des ESC in diese Darstellung eingefügt. Bei Betrachtung der Betriebsweise auf der Straße und Vergleich mit der Wichtung der jeweiligen ESC-Prüfpunkte ist erkennbar, dass für dieses Fahrzeug die Wichtung des ESC nur sehr bedingt die Betriebsweise auf der Straße widerspiegelt. Abschließend kann festgestellt werden, dass, von Entwicklungsbedarf bei der Abgasmassen-strommessung abgesehen, Messtechnik zur Verfügung steht, um Realemissionen von Fahrzeugen im Straßenbetrieb für die Komponenten CO, HC, NOx und CO2 zu ermitteln. Die ermittelten Emissionsfaktoren sind geeignet, die Daten des Emissionsfaktoren-Handbuches zu validieren. Eine Erweiterung des Handbuches mit den ermittelten Ergebnissen ist aufgrund der sehr unterschiedlichen Datenstruktur nicht möglich. Dies ist aber auch nicht notwendig, da zwischen den Ergebnissen des Handbuches und den Ergebnissen der mobilen Straßenmessung eine gute Übereinstimmung besteht. Der Originalbericht enthält als Anhänge grafische Darstellungen der Geschwindigkeitsprofile der untersuchten Fahrten getrennt nach Automatik und Handschaltung bei unterschiedlichen Nutzlasten (Anhang A) sowie der Emissionsfaktoren der Fahrtabschnitte im Vergleich zum Handbuch (Anhang B). Auf die Wiedergabe dieser Anhänge wurde in der vorliegenden Veröffentlichung verzichtet. Sie liegen bei der Bundesanstalt für Straßenwesen vor und sind dort einsehbar. Verweise auf die Anhänge wurden zur Information des Lesers im Berichtstext beibehalten.
74
Ziel der Studie war es, die Auswirkungen des Fahrens mit Tempomat auf das Fahrverhalten zu untersuchen. Tempomaten haben in Deutschland eine relativ große Verbreitung, die insgesamt bei 10 bis 20 % der Fahrzeuge liegt, in der Oberklasse sogar bei 50 %. Studien, mit denen man die Auswirkungen des Tempomaten auf das Fahrverhalten bewerten kann, liegen bislang nicht vor. Relativ gut untersucht ist dagegen der Abstandsregelautomat ACC (adaptive cruise control), der zusätzlich zur Geschwindigkeitsregelung auch einen sicheren Abstand zu voranfahrenden Fahrzeugen hält. Bei ACC ergeben sich neben positiven Veränderungen im Sinne einer besseren Einhaltung von Geschwindigkeitsbegrenzungen auch Hinweise, dass Fahrer langsamer auf Reize in der Umwelt reagieren, die eine Veränderung der Geschwindigkeit notwendig machen (zum Beispiel Geschwindigkeitsbegrenzungen, einsetzender Regen oder Nebel und so weiter). Weiter zeigen diese Studien, dass sich Fahrer mit ACC eher mit Nebenaufgaben beschäftigen, sodass die Spurhaltung verschlechtert wird. Da der Tempomat bei Strecken mit geringem Verkehrsaufkommen ähnlich wie ACC die Geschwindigkeitsregelung übernimmt, liegt die Vermutung nahe, dass sich auch für den Tempomat ähnliche negative Verhaltenswirkungen ergeben könnten. Um dies zu prüfen, wurde im Fahrsimulator des DLR mit Bewegungssimulation eine Studie durchgeführt, in der 11 Tempomat-Nutzer und 11 Novizen jeweils drei Fahrten durchführten, ohne System, mit Tempomat und mit ACC. Bei jeder Fahrt waren zwei Autobahnabschnitte und ein Stück Landstraße zu bewältigen, wobei die Geschwindigkeitsbegrenzungen wechselten, um so die Anpassungsreaktionen der Fahrer untersuchen zu können. Auf der Autobahn wurde ein Stau, auf Landstraße ein Stück mit Nebel eingeführt, um die Reaktionen auf weitere Umweltreize, die eine Anpassung der Geschwindigkeit erfordern, beobachten zu können. Schließlich wurden auf der Autobahn zwei Abschnitte mit Nebenaufgaben (eine visuelle Suchaufgabe) realisiert, um eine mögliche verstärkte Abwendung von der Fahraufgabe zu prüfen. Der Altersdurchschnitt der Fahrer lag bei 38 Jahren. Bei jeder Fahrt wurden das Fahrverhalten und physiologische Reaktionen (Herzrate) aufgezeichnet. Außerdem wurden Befragungen zum Befinden, der Beanspruchung beim Fahren und der Bewertung der Systeme durchgeführt. In den Bedingungen mit Tempomat oder ACC wurden die Probanden instruiert, diese Systeme auch möglichst zu nutzen. Dies führte zu Nutzungshäufigkeiten von ca. 90 % der Fahrtzeit. Insgesamt sind die Ergebnisse für Tempomat und ACC sehr ähnlich. Geschwindigkeitsbegrenzungen werden besser eingehalten. Es werden geringere maximale Geschwindigkeiten erreicht. Auch die Standardabweichung der Geschwindigkeit ist verringert, was zu einem besseren Verbrauch und Verkehrsfluss führen könnte. Die Abstände zu voranfahrenden Fahrzeugen verändern sich durch den Tempomat nicht. Bei ACC ist der Abstand vergrößert, was allerdings durch die spezielle Auslegung begründet sein könnte, die keine Anpassung zuließ. Wenn die Geschwindigkeit aufgrund von Geschwindigkeitsbegrenzungen oder Nebel reduziert werden musste, erfolgte dies mit Tempomat und ACC um circa 5 Sekunden verzögert. Offensichtlich mussten sich die Fahrer hier erst bewusst machen, dass sie eingreifen müssen und dass die Systeme diese Anpassung nicht leisten. Hinsichtlich eines möglichen Missbrauchs der Systeme ergaben sich in dieser Studie bei der Bearbeitung von Nebenaufgaben keine deutlichen Hinweise. Weder mit Tempomat noch mit ACC werden mehr Nebenaufgaben bearbeitet. Die negativen Effekte der Nebenaufgaben auf die Spurhaltung sind deutlich, aber in allen Bedingungen zu finden. Der einzige Hinweis auf eine Gefahr liegt darin, dass die Geschwindigkeit bei der Bearbeitung von Nebenaufgaben mit ACC und Tempomat nicht so stark verringert wird wie bei der Fahrt ohne Systeme. Ob dies das Unfallrisiko erhöht, ist mit der vorliegenden Studie nicht zu beantworten. Schließlich beurteilten die Fahrer beide Systeme positiv und waren der Meinung, dass die Fahrt dadurch sicherer und weniger anstrengend wird. Insgesamt führt damit das Fahren mit Tempomat hinsichtlich der mittleren Geschwindigkeit zu Veränderungen des Fahrverhaltens, die eher positiv zu bewerten sind. Auf der anderen Seite zeigen sich wie auch bei ACC Hinweise, dass eine Geschwindigkeitsanpassung mit System deutlich verzögert geschieht, was als vermindertes Situationsbewusstsein interpretiert werden kann. Wünschenswerte Erweiterungen der Funktionalität (zum Beispiel Anpassung an Verkehrszeichen) könnten diesen Effekt noch verstärken. Angesichts dieser Bedenken und der technischen Weiterentwicklungen sind weitere Studien dringend notwendig.
115
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.