Berichte der Bundesanstalt für Straßenwesen, Reihe F: Fahrzeugtechnik
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Institut
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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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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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.
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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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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.
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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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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.
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Dem Benzinverbrauch heutiger moderner Kraftfahrzeuge wird in zunehmendem Maße Beachtung geschenkt, um dem Konflikt zwischen Mobilität einerseits und Umweltschutz andererseits entgegenzuwirken. Ein Beitrag hierzu wird in der Reduzierung des Rollwiderstands der Bereifung mit einem Potential von bis zu 5 Prozent gesehen. Insbesondere bei Geschwindigkeiten unterhalb von 80 km/h dominierte der Roll- gegenüber dem Luftwiderstand. Bei der Bundesanstalt für Straßenwesen wurden Systeme und Verfahren für Messungen des Rollwiderstandes von Pkw-Reifen in einem Innentrommelprüfstand sowie mit einem Messanhänger entwickelt. In der vorliegenden Untersuchung wird gezielt der Frage nachgegangen, inwieweit Ergebnisse einer Messung im Prüfstand auf Ergebnisse einer Straßenmessung übertragen werden können und umgekehrt. Der Vergleich zeigt, dass die Messgenauigkeit mit dem Anhänger auf der Straße im Mittel geringer anzusetzen ist und erwartungsgemäß nicht die Aussagequalität von Messungen im Prüfstandsversuch erreicht wird. Dennoch weist jedes System Vorteile auf. So steht mit der Rollwiderstandsmessung im Prüfstand ein Verfahren zur Verfügung, bei dem als Schwerpunkt mehr der reifenseitige als der fahrbahnseitige Aspekt des Rollwiderstandes im Vordergrund steht. Hingegen kann mit dem Messanhänger vornehmlich der Einfluss der Oberflächeneigenschaften von verschiedenartigen Fahrbahnen untersucht werden. Beide Systeme ergänzen sich und können bei Fragestellungen zum Rollwiderstand sowohl von Reifen als auch von Fahrbahnoberflächen eingesetzt werden.
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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.