Berichte der Bundesanstalt für Straßenwesen, Reihe F: Fahrzeugtechnik
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Lkw-Notbremsassistenzsysteme
(2020)
Notbremsassistenzsysteme für Lkw können einen großen Beitrag zur Verkehrssicherheit leisten, indem sie Unfälle, die von schweren Lkw verursacht werden, wirkungsvoll vermeiden helfen. Die aktuellen Anforderungen für diese Notbremsassistenzsysteme wurden allerdings vor über zehn Jahren festgelegt. Der Stand der Technik hat sich seitdem stark weiterentwickelt. Aufgabe der Bundesanstalt für Straßenwesen war daher, zu überprüfen, ob die technischen Anforderungen für Notbremsassistenz noch zeitgemäß sind oder ob eine Anpassung sinnvoll für die Verkehrssicherheit ist. Der technische Fortschritt im Bereich der Fahrerassistenzsysteme ist so groß, dass die vor knapp 10 Jahren festgelegten Anforderungen an Notbremssysteme heute nicht mehr dem Stand der Technik entsprechen – sowohl hinsichtlich der in den derzeit geltenden Vorschriften explizit erlaubten Abschaltbarkeit der Notbremssysteme als auch hinsichtlich der geforderten Bremsleistung beziehungsweise des Geschwindigkeitsabbaus. Es war daher zunächst zu prüfen, ob die derzeit zulässige Abschaltbarkeit erforderlich ist, und falls ja, ob sie auf bestimmte Verkehrssituationen und Fahrzeugtypen eingeschränkt werden kann. Es war weiterhin zu prüfen, ob höhere Mindestverzögerungswerte gefordert werden können, ob insbesondere im Falle von stehenden Fahrzeugen vor dem Fahrzeug (z. B. am Stauende) Notbremsungen mit deutlich höherer Geschwindigkeitsreduktion eingeleitet werden können und durch die Systeme auch kleinere Fahrzeuge als bisher vorgeschrieben erkannt werden müssen. In Notbremssituationen ist es denkbar, dass Fahrer unabsichtlich eine Übersteuerung (und damit eine Abschaltung des Notbremssystems) vornehmen, indem sie beispielsweise „in das Pedal fallen“. Es sollte daher untersucht werden, ob dieser Fall relevant ist und Abhilfe bedarf. Auch eine Anpassung der Regelkriterien an unterschiedliche Straßenverhältnisse (Niedrigreibwert) sowie die Möglichkeit einer Warnung von Fahrern bei geringen Sicherheitsabständen sollte geprüft werden. Insbesondere die erforderlichen automatischen Geschwindigkeitsreduktionen bei bevorstehenden Kollisionen auf stehende Ziele können deutlich angehoben werden. Aus fahrdynamischen Grundlagen wurden, je nach Ausgangsfahrgeschwindigkeit, unterschiedliche Zeitpunkte für Bremseingriffe bestimmt. Als Voraussetzung für automatische Bremseingriffe wurde angenommen, dass diese spätestens dann gerechtfertigt sind, wenn ein menschlicher Fahrer keine Möglichkeit mehr hat, einem Zielobjekt auszuweichen. Messungen zeigen eine gute Übereinstimmung eines aus den Annahmen abgeleiteten Simulationsmodells mit den tatsächlichen Bremseingriffszeitpunkten und Bremseingriffen eines mit einem modernen Notbremssystem ausgerüsteten Lkw. Als Ergebnis wurden durchaus erzielbare Geschwindigkeitsreduktionen in Abhängigkeit von Ausgangsgeschwindigkeit und Fahrbahnoberfläche ermittelt, die sich als Anforderung für internationale Vorschriften eignen. Bezüglich der Abschaltbarkeit von Notbremsassistenzsystemen wurde anhand der durchgeführten Untersuchungen festgestellt, dass sich Fehlwarnungen im Fahrbetrieb, selbst unter Nutzung eines der derzeit am weitesten entwickelten Notbremssysteme, nicht gänzlich vermeiden lassen. Grund dafür ist im Wesentlichen die unzureichende Erkennbarkeit der Fahrerintention in bestimmten Verkehrssituationen. Fehlwarnungen in ungestörter Autobahnfahrt (= außerhalb von Autobahnbaustellen) konnten aber nicht gefunden werden. Aus technischer Sicht ist es daher sinnvoll, die Deaktivierbarkeit eines Notbremssystems nur in solchen Verkehrssituationen zu erlauben, in denen es durch Fehlinterpretationen seitens des Systems (Objekte abseits der Fahrbahn) zu Fehlfunktionen kommen kann. Ein Indikator hierfür kann eine bestimmte Geschwindigkeitsgrenze sein. Für eine zusätzliche frühzeitige Warnung des Fahrers bei zu geringem Mindestabstand ist gegebenenfalls eine Verbesserung der Verkehrssicherheit denkbar. Der tatsächliche Nutzen einer Abstandswarnung hängt aber davon ab, ob der Abstand irrtümlich oder bewusst gering gehalten ist und ob die Lkw-Fahrenden auf eine Warnung durch eine Vergrößerung des Abstands reagieren.
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Bisher liegt der Schwerpunkt der Forschungsaktivitäten im Bereich der automatisierten Fahrzeugführung auf generellen Automatisierungseffekten, die implizit einen fahrerfahrenen Fahrer annehmen. Welches Potenzial Fahrerassistenzsysteme und Fahrzeugautomatisierung für Fahrschüler und Fahranfänger während des Kompetenzerwerbs haben, ist bisher nicht ausreichend erforscht. Anhand einer Literaturrecherche und eines Expertenworkshops werden in diesem Bericht Forschungsfragen aus dem Bereich des Fahrkompetenzerwerbs im Kontext zunehmender Fahrzeugautomatisierung erarbeitet. Im Rahmen der Literaturrecherche werden zunächst relevante Begrifflichkeiten aus der Expertise- und Kompetenzforschung definiert (z.B. Experte, Experteneigenschaften) sowie allgemeingültige Modelle zum Expertise- und Kompetenzerwerb aufgeführt. Mit Hilfe dieser Grundlagen wird anschließend der Kompetenzerwerb konkret auf das Autofahren übertragen und der Prozess des Fahrkompetenzerwerbs (z.B. Lernbedingungen während der Fahrausbildung und des darauffolgenden selbstständigen Fahrens, Unfallgeschehen der Fahranfänger) betrachtet. Nach GASSER, SEECK und SMITH (2015) lassen sich Fahrerassistenzsysteme sowie die Stufen der Fahrzeugautomatisierung nach ihrer Wirkweise in drei grundlegende Funktionskategorien einteilen (Funktionen der Wirkweisen A, B und C). Heute verfügbare Systeme werden in diese drei grundlegenden Funktionskategorien eingeordnet. Schließlich werden in diesem Bericht Fahrkompetenz und Wirkweisen zusammengeführt: Für jede Wirkweise werden die bestehenden Anforderungen an den Fahrer und damit verbundene Erkenntnisse zum Erwerb und der Entwicklung von Fahrkompetenz dargestellt. Es stehen als Nutzergruppen die Fahrschüler und die Fahranfänger im Fokus. Als weitere Nutzergruppe werden fahrerfahrene Fahrer berücksichtigt. Der durchgeführte Expertenworkshop diente dazu, eine anwendungsbezogene Ergänzung zur Literaturanalyse zu schaffen. Mit Vertretern der Fahrlehrerverbände, der Forschung und fahrerfahrenen Fahrern wurden Fragen diskutiert, die sich für die Wirkweisen A, B und C im Zusammenhang mit dem Fahrkompetenzerwerb ergeben. Die Befunde der Literaturrecherche werden zusammen mit den Ergebnissen des Expertenworkshops zur Ableitung des Forschungsbedarfs herangezogen. Der Forschungsbedarf wird – strukturiert nach den Wirkweisen – für jede Nutzergruppe dargestellt. Für die Nutzergruppen allgemein (d. h. alle Fahrer) ergibt sich Forschungsbedarf bezüglich der Bestimmung des Trainingsbedarfs zum Erlernen des richtigen Umgangs mit Funktionen der Wirkweisen A bis C sowie der Entwicklung entsprechender Trainingskonzepte (Schwerpunkt: Wirkweise B). Die Entwicklung von Trainingskonzepten zur Deckung dieses Trainingsbedarfs sollte unter Berücksichtigung der Kompetenzen der einzelnen Nutzergruppen erfolgen. Weiterhin sollten in der Forschung zukünftig sowohl der Anforderungswandel an das Aufmerksamkeitsmanagement der Fahrer bei Nutzung von Funktionen der Wirkweise B als auch Veränderungen in der Kommunikation zwischen Verkehrsteilnehmern im künftigen Mischverkehr Berücksichtigung finden. Für die Nutzergruppe der Fahrschüler ergibt sich Forschungsbedarf bezüglich der kontinuierlichen Weiterentwicklung von Fahrausbildungs- und Fahrprüfungsinhalten für Funktionen der Wirkweisen A bis C. Für Funktionen der Wirkweisen A und B (Level 1) zeigt sich ein Potenzial zur Unterstützung des Kompetenzerwerbs beim Fahrenlernen, das zukünftig untersucht werden sollte. Von einem ausschließlichem Gebrauch von Funktionen der Wirkweise B während der Fahrschulausbildung sollte abgesehen werden, da potenziell ein Risiko des Nicht-Erwerbs von Fahrkompetenz besteht. Für die Nutzergruppe der Fahranfänger zeigt sich ein Potenzial zur Unterstützung des nach dem Fahrerlaubniserwerb andauernden Kompetenzerwerbs für Funktionen der Wirkweisen A und B (Level 1), welches zukünftig in der Forschung berücksichtigt werden sollte. Ähnlich wie bei der Gruppe der Fahrschüler besteht auch für Fahranfänger das potenzielle Risiko eines Nicht-Erwerbs von Fahrkompetenz bei ausschließlichem Gebrauch von Funktionen der Wirkweise B. Für die Nutzergruppe der fahrerfahrenen Fahrer ergibt sich zum einen Forschungsbedarf für die Bestimmung des notwendigen Trainingsumfangs für Funktionen der Wirkweisen A und B. Zum anderen sollte zukünftig in der Forschung die Relevanz möglicher Verschlechterungen psychomotorischer Fertigkeiten bei überdauernder Nutzung von Funktionen der Wirkweise B (hauptsächlich Level 2 und 3) berücksichtigt werden.
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In 2016 the seventh ESAR conference (Expert Symposium on Accident Research) was held in Hannover. ESAR is an international convention of experts, who analyze traffic accidents all over the world and discuss their results in this context, conducted at the Medizinische Hochschule Hannover every 2 years. It connected representatives of public authorities, engineers in automotive development and scientists and offers a forum with particular emphasis on In-Depth-Analyses of accident statistics and accident analyses. Special focus is placed on research on the basis of so-called "In-Depth-Accident-Investigations" [data collections at the sites of the accidents], which are characterized by extensive documentations of the sites of the accidents, of the vehicles as well as of the injuries, encompassing several scientific fields. ESAR aims at a multi-disciplinary compilation of scientific results and at discussing them on an international, scientific level. It is thus a scientific colloquium and a platform for exchanging information for all accident researchers. Experiences in accident prevention as well as in the complex field of accident reconstruction are stated and new research fields are added. Existing results of long-term research work in Europe, the US, Australia and Japan include different infrastructural correlations and give findings on population, vehicle population and driver characteristics, which offer a basis for recommendations to be derived and measures for increasing road safety.
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In 2014 the sixth ESAR conference (Expert Symposium on Accident Research) was held in Hannover. ESAR is an international convention of experts, who analyze traffic accidents all over the world and discuss their results in this context, conducted at the Medizinische Hochschule Hannover every 2 years. It connected representatives of public authorities, engineers in automotive development and scientists and offers a forum with particular emphasis on In-Depth-Analyses of accident statistics and accident analyses. Special focus is placed on research on the basis of so-called "In-Depth-Accident-Investigations" [data collections at the sites of the accidents], which are characterized by extensive documentations of the sites of the accidents, of the vehicles as well as of the injuries, encompassing several scientific fields. ESAR aims at a multi-disciplinary compilation of scientific results and at discussing them on an international, scientific level. It is thus a scientific colloquium and a platform for exchanging information for all accident researchers. Experiences in accident prevention as well as in the complex field of accident reconstruction are stated and new research fields are added. Existing results of long-term research work in Europe, the US, Australia and Japan include different infrastructural correlations and give findings on population, vehicle population and driver characteristics, which offer a basis for recommendations to be derived and measures for increasing road safety.
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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.
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In 2012 the fifth ESAR conference (Expert Symposium on Accident Research) was held in Hannover. ESAR is an international convention of experts, who analyze traffic accidents all over the world and discuss their results in this context, conducted at the Medizinische Hochschule Hannover every 2 years. It connected representatives of public authorities, engineers in automotive development and scientists and offers a forum with particular emphasis on In-Depth-Analyses of accident statistics and accident analyses. Special focus is placed on research on the basis of so-called "In-Depth-Accident-Investigations" [data collections at the sites of the accidents], which are characterized by extensive documentations of the sites of the accidents, of the vehicles as well as of the injuries, encompassing several scientific fields. ESAR aims at a multi-disciplinary compilation of scientific results and at discussing them on an international, scientific level. It is thus a scientific colloquium and a platform for exchanging information for all accident researchers. Experiences in accident prevention as well as in the complex field of accident reconstruction are stated and new research fields are added. Existing results of long-term research work in Europe, the US, Australia and Japan include different infrastructural correlations and give findings on population, vehicle population and driver characteristics, which offer a basis for recommendations to be derived and measures for increasing road safety.
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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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Neben der zunehmenden Bedeutung der aktiven Sicherheit bleiben Maßnahmen der passiven Sicherheit bei der Entwicklung moderner Kraftfahrzeuge unabdingbar. Die Weiterentwicklung von Maßnahmen zum passiven Fußgängerschutz war zunächst größtenteils durch Verbraucherschutztests wie zum Beispiel Euro NCAP oder JNCAP getrieben und ist nun auch durch gesetzliche Regelungen verpflichtend geworden. Im vorangegangenen Forschungsprojekt der BASt FE 82.229/2002 Schutz von Fußgängern beim Scheibenaufprall ist die Grundlage eines modularen Prüfverfahrens für den Kopfaufprall im Bereich der Windschutzscheibe, bestehend aus einem Versuchs- und einem Simulationsteil, erarbeitet worden. Im Rahmen dieses Projektes wurde ein hybrides Testverfahren bestehend aus Versuch und Simulation ausgearbeitet, das den Bereich der Windschutzscheibe und dabei auch crashaktive Systeme wie Airbags berücksichtigt. Das Testverfahren kombiniert Komponentenversuche mit einem Simulationsteil, in dem Fahrzeug-Fußgänger-Simulationen und lmpaktorsimulationen durchgeführt werden. Zusätzliche Dummyversuche dienten zur Bewertung des Testverfahrens. Alle erarbeiteten virtuellen und realen Testmethoden wurden an einem Referenzfahrzeug (Opel Signum), welches repräsentativ für eine durchschnittliche Mittelklasselimousine steht, durchgeführt. Das Fahrzeug wurde mit einem Airbagsystem ausgerüstet und der Testprozedur mit und ohne diesem System vergleichend unterzogen. Innerhalb dieser Untersuchungen konnte gezeigt werden, dass neue Testmethoden unter Ausnutzung von Simulationen und Komponententests es erlauben, realistischere Versuchsbedingungen unter Berücksichtigung von potenziellen Kopfaufprallpositionen und -zeiten zu definieren. Dabei können sehr gute Übereinstimmungen zwischen Fußgängersimulation und Dummyversuch erreicht werden. Die Randbedingungen für den Kopfaufprall und die Aufprallzeit wurden durch den Einsatz von Fußgängermodellen ermittelt. Weiterhin ermöglichen die Simulationen, zusätzliche Einflussdaten wie Vektoren mit den Kopfaufprallgeschwindigkeiten und -winkeln zu bestimmen.
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In September 2004 the first international symposium called ESAR (Expert Symposium on Accident Research) was carried out at the University of Hannover (Germany). The idea for such international conference was to bring together experts from the fields of accident investigation teams worldwide to present their results for a common audience of people from government, industry and other universities. The first conference was a really sufficient one and followed by the second symposium also at the Hannover Medical School two years later in 2006. This two year rhythm was now continued with the third conference in Hannover again in 2008. It is planned to carry out ESAR every two years also in the future. ESAR is a scientific colloquium and can be seen as a platform for exchange of information on accident research issues based on methodologies of investigation, injury mechanisms and injury assessment, accident causation and other issues of statistical accident data analysis. Representatives from authorities as well as from medical and technical institutions come together to discuss new research issues and exchange experiences on accident prevention and the complex field of accident reconstruction. Special focus was given to the target the European Union set for itself in 2000 which stipulates that within 10 years the number of person killed in road traffic accidents must be cut in half. To reach this goal, optimized measures, comprehensive research and analysis are necessary. A key hurdle comes from the European Union extension to 27 member states, each featuring different levels of traffic safety standards and different accident scenarios. Existing results from long term research projects in Europe, the USA, Australia and Japan including analyses of infrastructure, population, vehicle fleet and driver behaviour offer an excellent basis for understanding and improving countermeasures and research support needs in underdeveloped countries. ESAR's goal is to bring together researchers from all parts of the world, who will report on their methods and recommendations to improve traffic safety based on "In-Depth-Investigations" of real world accidents. These In-depth-investigations of accidents require thorough documentation and an accident data analysis on multidisciplinary levels which must be carried out immediately after it occurs. ESAR presents scientists the opportunity to present their studies on a common basis of research level.
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The second ESAR Conference took place at the Medical University Hannover. This year conference presents the current state of affairs of relevant research activities in the field of in-depth investigations. The first conference on ESAR (Expert Symposium on Accident Research) was established in 2004. It is planned to hold ESAR every two years. Hannover seems to be the right place for this conference concerning the fact that the first in-depth research team was found here in the year 1973 and comprehensive studies on accident analysis were spread out from here around the world continuously. This year conference topped all expectations in terms of the numbers of participants, in the variety of papers and the interdisciplinary of presenters from medical, psychological and engineering background. More than 100 delegates from all over the world, that means 13 different countries and from 4 different continents, came to Hannover, presented their results of accident investigation and discussed countermeasures for accident prevention and injury reduction. ESAR should be a platform for exchange of knowledge to find an optimized way for increase of traffic and vehicle safety by in-depth investigation and methodology. ESAR as international conference should be a platform for consideration of all nations round the world. This seems to be very important for the current situation, having high safety in the high industrial countries of Europe, US and Australia, but low safety and high injury risk in Asia and Africa.