Berichte der Bundesanstalt für Straßenwesen, Reihe F: Fahrzeugtechnik
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Der vorliegende Bericht befasst sich mit den Auswirkungen von teilasphärischen Außenspiegeln von Kraftfahrzeugen auf das Unfallgeschehen. Es wird untersucht, ob die Vorteile teilasphärischer Spiegel (größeres Sichtfeld, Reduzierung des "toten Winkels") mit Nachteilen durch die optisch bedingten Verzerrungen des Spiegels verbunden sind (zum Beispiel fehlerhafte Distanz- oder Geschwindigkeitsschätzungen). Hierzu wird ein mehrstufiges Vorgehen gewählt, dass aus der Bestimmung des derzeitigen Ausrüstungsstands, einer Zusammenstellung und vergleichenden Betrachtung nationaler und internationaler Richtlinien und einer umfangreichen Literaturrecherche zur bisherigen Spiegelforschung besteht. Auf der Grundlage dieser Informationen wird der aktuelle Wissensstand zur seitlichen und rückwärtigen Sicht aus Kraftfahrzeugen unter besonderer Berücksichtigung der verschiedenen Arten von Außenspiegeln (plan, sphärisch konvex und teilasphärisch) ermittelt und systematisiert. Ergänzend wird im Rahmen von Unfallanalysen untersucht, ob die Verwendung neuartiger Spiegelsysteme einen messbaren Einfluss auf die Unfallstatistik hat. Besondere Relevanz haben in diesem Zusammenhang Unfälle bei AbbiegevorgÃ-¤ngen und Fahrspurwechseln, also Unfalltypen, bei denen der so genannte "tote Winkel" eine maßgebliche Rolle spielen könnte. Zusätzlich wird die Verwendung unterschiedlicher Spiegelsysteme und der Stand der Technik in der derzeitigen Fahrzeugpopulation ermittelt und eine Prognose für die weitere Entwicklung erarbeitet. Diese Erhebungen dienen als Basis für die Durchführung von drei Experimenten, die Informationen zum Einfluss teilasphärischer Spiegel auf die Wahrnehmung liefern sollen. Experiment 1 beschäftigt sich mit Distanzschätzungen durch plane, sphärische und teilasphärische Spiegel. Experiment 2 untersucht die Fähigkeit von Versuchspersonen, mit Hilfe eines planen, sphärischen oder teilasphärischen Außenspiegels die Distanz- und Geschwindigkeit eines sich nähernden Fahrzeugs einzuschätzen und so den Kollisionszeitpunkt zu bestimmen. Während die ersten beiden Experimente eher Nachteile teilasphärischer Spiegel zu entdecken versuchen, widmet sich Experiment 3 explizit der Frage nach den Vorteilen dieser Spiegel. Es wird daher untersucht, ob das größere Sichtfeld trotz optischer Verzerrungen genutzt werden kann und sich somit Fehleinschätzungen bei der Objekterkennung im "toten Winkel" signifikant reduzieren lassen. Die Experimente können keine Belege für sicherheitsrelevante Nachteile teilasphÃ-¤rischer Außenspiegel finden, sie zeigen jedoch, dass ein größeres, rückwärtiges Sichtfeld genutzt werden kann. Die EinfÃ-¼hrung teilasphärischer Außenspiegel wird daher befürwortet und es wird erwartet, dass diese positive Auswirkungen auf das Unfallgeschehen haben werden.
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Abstract: Für Kinder in Deutschland existiert im Pkw weiterhin ein höheres Risiko, im Straßenverkehr bei einem Unfall schwer verletzt oder getötet zu werden, als es für ungeschützte Verkehrsteilnehmer wie Fahrradfahrer oder Fußgänger besteht. Dies erscheint auf den ersten Blick nicht nachvollziehbar, da der Pkw und die vorgeschriebenen Kindersitze den Kindern eine hohe Sicherheit bieten müssten. Der vorliegende Projektbericht gibt Aufschluss über den aktuellen Stand der Sicherheit von Kindern im Pkw in Deutschland und zeigt Optimierungspotenzial auf. Die Schutzwirkung der Kindersitze hängt von mehreren Faktoren ab. Dabei stehen technische Aspekte, die hier detailliert untersucht wurden, im Vordergrund. Doch vor allem in den letzten Jahren zeigte sich immer wieder in Feldstudien, aber auch in der Unfallanalyse, dass Kinderschutzsysteme (KSS) oftmals nicht nach den Vorgaben installiert wurden. Wenn der Kindersitz und/oder das Kind nicht entsprechend der Bedienungsanleitung gesichert werden, kann sich das Schutzpotenzial der KSS reduzieren und gegen Null gehen. Im schlimmsten Fall stellt eine fehlerhafte Benutzung von KSS eine Gefahr sowohl für das Kind als auch für andere Pkw-Insassen dar. Die Unfallanalyse ergab keine Aussage darüber, ob verschiedene KSS-Modelle zu unterschiedlichen Verletzungsmustern führen, da die Unfallkonstellationen pro KSS-Modell zu verschieden waren. Des Weiteren wurde analysiert, inwieweit heutige Testverfahren mit diesen Konstellationen übereinstimmen. Das Ziel, mit wenigen Verfahren möglichst alle relevanten Unfälle abzubilden, wurde zum Teil ereicht. Zu viele Testverfahren mit unterschiedlichen Bewertungssystemen stellen heutzutage die Endverbraucher vor das Problem, dass nicht klar ist, welches KSS wirklich das beste ist. In der Realität hängt die Schutzwirkung zudem noch wesentlich von der KSS-Pkw-Kombination ab, die nur annähernd durch Versuche überprüft werden kann, da sich eine zu hohe Anzahl von Kombinationsmöglichkeiten ergibt. Anhand von mehr als 100 Versuchen wurde das Schutzpotenzial von verschiedenen aktuellen Kindersitzmodellen untersucht. Dabei wurden immer vermeintlich gute und schlechte KSS gegenübergestellt und unter gleichen Randbedingungen getestet. Ziel dieses Vorgehens war es, anhand der Messergebnisse Maßnahmen zu erkennen, die dem Schutz der Kinder dienlich sind. Zusammenfassend kann gesagt werden, dass prinzipiell für Kinder ein gutes Schutzniveau durch KSS besteht, was aber von KSS zu KSS verschieden sein kann. Die teureren KSS wiesen keine mechanische Zerstörung auf und überstanden alle Tests ohne ernsthafte Beschädigungen. Lediglich das oftmals als Dämpfungsmaterial eingesetzte Polystyrol nahm Energie auf und verformte sich wie vorgesehen plastisch. Bei den "Billig-Kindersitzen" ergab sich leider ein komplett anderes Bild. Sobald die Anforderungen über die der Gesetzgebung hinausgehen, ist immer weniger Schutz für die Kinder vorhanden. Besonders im Seitenaufprall offenbarten sich erhebliche Lücken in der Sicherheit. Dies reichte von mechanischem Versagen mancher Plastikteile bis hin zu konstruktiven Unzulänglichkeiten. Vor allem die Gurtführung muss deutlicher gekennzeichnet und mechanisch verstärkt werden. Trotz des hohen Schutzpotenzials einiger Kindersitze ist das Ende der Entwicklung noch nicht abzusehen. In allen Kindersitzklassen ist es prinzipiell möglich, die Belastungswerte weiter zu reduzieren. Dazu werden am Ende des Berichtes verschiedene Möglichkeiten aufgezeigt. Zum einen ist dies eine optimierte Babyschale, die durch eine Trägheitsbewegung gezielt Energie abbaut und das Baby in eine günstigere Position bringt, in der die Belastungen des Körpers reduziert sind. Zum anderen wird gezeigt, dass durch die feste Anbindung des KSS an den Pkw und die Reduzierung der Rotation um die Y-Achse die Belastungen für Kinder reduziert werden können. Größtes Entwicklungspotenzial bietet dabei das ISOFIX-System. Es ist bekannt, dass ISOFIX die Fehlbedienung des Kindersitzes und die Belastungen der Kinder deutlich reduzieren kann. Trotzdem ist die bisherige Marktdurchdringung von ISOFIX eher gering. Obwohl insgesamt ein positives Fazit gezogen werden kann, darf nicht aufgehört werden, die Kindersicherheit weiter zu verbessern. Denn nicht alle Kindersitze schützen heute gleich gut. Einige genügen lediglich den Gesetzesansprüchen und finden in vielen Fällen durch einen sehr geringen Verkaufspreis Zugang in die Pkw. Durch verschärfte Testbedingungen sollten diese Kindersitze abgeschafft und der Weg für neue und bessere Kinderschutzsysteme frei gemacht werden.
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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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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.
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Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit den Auswirkungen alternativer Antriebskonzepte auf die Fahrdynamik von Pkw. Es werden einleitend die konventionellen und alternativen Antriebskonzepte sowie Unterschiede in Hinblick auf die Fahrdynamik herausgearbeitet. Die Ergebnisse einer Recherche zur Fahrwerksentwicklung von Hybrid- und Elektrofahrzeugen zeigen keine klaren Trends zu neuartigen oder geänderten Fahrwerkskonzepten, sodass auf eine getrennte Betrachtung von Fahrwerken für Fahrzeuge mit konventionellen und alternativen Antrieben verzichtet werden kann. Die erarbeiteten Unterschiede zwischen konventionellen und alternativen Antrieben zeigen, dass die Möglichkeit der Rekuperation von Hybrid- und E-Fahrzeugen insbesondere bei kombinierten Längs- und Querkräften zu deutlichen Auswirkungen auf die Fahrdynamik führen kann. Im nächsten Schritt werden daher Fahrmanöver zusammengestellt und in Bezug auf die Relevanz für die Rekuperation analysiert. Dabei erweist sich das nach DIN ISO 7975 genormte Fahrmanöver "Bremsen im Kreis" als zielführend, die Auswirkungen der Rekuperation auf die Fahrdynamik zu analysieren. Außerdem wird das Fahrzeugverhalten bei einer Geradeausbremsung und folgender Lenkanregung sowie bei einer Bremsung auf μ-Split untersucht, da auch hier Wechselwirkungen von Antrieb und Fahrwerk auftreten. Zur Beurteilung der Ergebnisse wird neben der Fahrstabilität auch die Wahrnehmbarkeit eines geänderten Fahrverhaltens betrachtet. Anhand einer Literaturrecherche wurde für die Giergeschwindigkeit ein Schwellwert von 3-°/s für die Wahrnehmbarkeit gefunden. Die Ergebnisse einer Simulationsstudie mit zwei Fahrzeugkonzepten (Front-/Heckantrieb) in den drei genannten Fahrmanövern zeigen, dass die Rekuperation in weiten Bereichen der Längsverzögerungen sinnvoll eingesetzt werden kann. Bei der Bremsung in der Kurve führt die Rekuperation an der Vorderachse zu einer deutlichen Reduzierung störender Fahrzeugreaktionen und kann auch bei höheren Querbeschleunigungen verwendet werden. Bei der Rekuperation an der Hinterachse kann es insbesondere auf Niedrigreibwerten bei Bremsungen in der Kurve zu kritischen Fahrzuständen kommen. Durch die Begrenzung des Rekuperationsmomentes bei großen Schlupfwerten kann die Stabilität des Fahrzeugs jedoch sichergestellt werden. Auch die Ergebnisse der Simulationen der anderen Fahrmanöver zeigen, dass bei geringen Schlupfwerten keine wahrnehmbaren fahrdynamischen Unterschiede festzustellen sind.
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Ziel dieser Arbeit war die Entwicklung eines numerischen Modells des menschlichen knöchernen Thorax, das insbesondere altersabhängige geometrische Faktoren berücksichtigt. Dieses Modell soll sowohl die männliche als auch die weibliche Population der über 64-Jährigen repräsentieren und eine an diese Altersgruppe angepasste Verletzungssimulation ermöglichen. Die vorliegende Studie identifiziert zunächst an Hand eines Kollektivs aus 126 postmortem und 40 klinischen computertomografischen Schnittbildaufnahmen eine ganze Reihe geometrischer Parameter, die sich mit dem Alter verändern. Zu den untersuchten Parametern gehören sowohl Winkel der Rippen im Raum und innerhalb des Rippenbogens, eine detaillierte Erfassung von Parametern der einzelnen Rippe (Querschnittsfläche, Krümmung, Longitudinale Verdrillung), Parameter der Wirbelsäule als Ganzes (Skoliose, Kyphose, Rotation) und einzelner Wirbel sowie des Brustbeins. Weiterhin wurden die Grundmasse des ganzen Thorax (Thoraxtiefe, Thoraxbreite) untersucht. Die hier gefundenen Altersabhängigkeiten dienten als Eingabeparameter zur Erstellung von insgesamt neun aus dem Menschmodell THUMS 3 gemorphter alter und junger Finite-Elemente Thoraxmodelle. Implementiert wurden hierbei sowohl Durchschnittsmaße als auch extreme Maße. Die Ergebnisse zeigen mehrere sich im Alter signifikant verändernde Parameter. Als wichtigste unter ihnen sind eine Zunahme der Thoraxtiefe und Thoraxbreite im Alter, die signifikante Veränderung einiger Rippenwinkel im Raum sowie der Krümmung der sechsten und siebten Rippe zu nennen. Zudem wird die Wirbelsäulenform kyphotischer und das Sternum am Übergang zwischen Manubrium und Corpus sternii gewinkelter. Die Menschmodelle THUMS 3, THUMS 4 und HUMOS 2 sind weder als typisch alt, noch typisch jung einzuordnen, dies unterscheidet sich teils von Parameter zu Parameter. Die auf Basis der Geometrie-Inputdaten durchgeführten Finite-Elemente Simulationen zeigen einen deutlichen Einfluss der zunehmenden Thoraxtiefe im Alter auf die posteriore Kraft an der Auflagefläche der Rippen sowie die Spannungsverteilung entlang der Rippen. Sie wirkt sich jedoch entgegen der Erwartungen protektiv aus und dominiert andere Faktoren wie die unterschiedlichen Rippenwinkel. Abschließend betrachtet wird ein Menschmodell, welches das 75. Perzentil der alten Bevölkerung repräsentiert, als ausreichend aussagekräftig hinsichtlich der im Alter veränderten Geometrie klassifiziert und gleichzeitig als mit angemessenem Aufwand realisierbar angesehen. Es wird daher für die Bewertung von Sicherheitssystemen empfohlen.
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Das Fahrzeugsegment der leichten Nutzfahrzeuge (LNF) hat in den vergangenen Jahren in Deutschland stark an Bedeutung gewonnen. Der Bestand ist im Jahr 2014 auf rund 2,1 Mio. Fahrzeuge angewachsen " das entspricht einem Wachstum von +133 % gegenüber 1990. Die Fahrleistungen der LNF haben nach den Annahmen für TREMOD im gleichen Zeitraum sogar um +170 % zugenommen. Die zunehmende Bedeutung der LNF sowie die heutige Vielfalt der Einsatzzwecke spiegeln sich in der Modellierung der Emissionen von LNF in Deutschland zum Teil nicht wieder. Die Datengrundlagen für das Verkehrsemissionsmodell TREMOD (Transport Emission Model) sowie für das Handbuch für Emissionsfaktoren des Straßenverkehrs (HBEFA) sind teilweise mehr als 20 Jahre alt. Die Aufteilung der Fahrleistung nach Verkehrssituationen und Längsneigungsklassen geht beispielsweise auf eine Analyse von HEUSCH/BOESEFELDT aus dem Jahr 1996 zurück. Die Fahrzyklen, die den Verkehrssituationen und damit auch den Emissionsfaktoren zugrunde liegen, basieren gerade für leichte Nutzfahrzeuge auf wenigen Daten oder sind von Pkw abgeleitet. Zudem stehen nur eine beschränkte Anzahl von Emissionsmessungen für LNF zur Verfügung, auf deren Basis die Emissionsfaktoren für HBEFA abgeleitet werden. Die Gesamtfahrleistung (Inlandsfahrleistung) der LNF in TREMOD basiert im Wesentlichen noch auf der Fahrleistungserhebung (FLE) 2002. Die Inlandsfahrleistung der LNF war hierbei etwa gleich hoch wie die Inländerfahrleistung. Jedoch wurde nur ca. die Hälfte der Fahrleistungen auf den freien Strecken gemäß Straßenverkehrszählung der BASt erfasst und die Differenz den Innerorts- und Gemeindestraßen in TREMOD zugeordnet. Die Fortschreibung der Fahrleistungen von 2002 bis 2014 erfolgte u.a. über die Straßenverkehrszählungen und die Bestandsentwicklung. Auswertungen der (bei Berichtslegung noch nicht definitiv vorliegenden) Fahrleistungserhebung 2014 müssen zeigen, ob die angenommenen Entwicklungen der Gesamtfahrleistung der LNF sowie pro Straßenkategorie plausibel sind. Vorläufige Ergebnisse der FLE 2014 zeigen deutlich höhere LNF-Inlandsfahrleistungen als aktuell in TREMOD hinterlegt. Eine Detailanalyse und Interpretation der Ergebnisse konnte aber im Rahmen dieses Projektes noch nicht erfolgen. Neben den bisher in TREMOD verwendeten Quellen wurden weitere Fahrleistungsdaten untersucht. Für das Jahr 2013 veröffentlichte das Kraftfahrtbundesamt (KBA) erstmals Inländerfahrleistungen je Fahrzeugkategorie und Fahrzeugalter, basierend auf Tachostandinformationen von 26,5 Mio. deutschen Kraftfahrzeugen. Es wird empfohlen die Fahrleistungsstatistik vom KBA in zukünftige TREMOD-Aktualisierungen einzubeziehen. Für die Herleitung der in HBEFA den LNF zugrunde gelegten Fahrmustern wurde bislang nicht nach Pkw und LNF unterschieden. Vergleiche der verfügbaren LNF- und Pkw-Fahrmuster bezüglich der Geschwindigkeit und der Wegedauer zeigen leichte Abweichungen in der Form, dass LNF tendenziell öfter mit geringeren Geschwindigkeiten und kürzerer Wegedauer unterwegs sind als Pkw. Die Unterschiede sind jedoch durchwegs gering. Es können auf der Basis der verfügbaren Datengrundlagen keine eigenständigen LNF-Fahrzyklen abgeleitet werden. Die Emissionsfaktoren in HBEFA werden über das Simulationsmodell PHEM der FVT-TU Graz generiert. Aufgrund der unzureichenden Datenlage konnten bisher für PHEM keine LNF-spezifischen Emissionskennfelder verwendet werden, d.h. es wurden modifizierte Pkw-Kennfelder für die Modellierung der Emissionsfaktoren verwendet. Mittlerweile stehen weitere LNF-Messungen für die Herleitung von Emissionskennfeldern zur Verfügung. Für die hinsichtlich der heutigen Fahrleistungen relevanten LNF-Fahrzeugschicht (N1-III-Diesel-Euro-5) liegen beispielsweise aktuell 10 zeitlich hochaufgelöste Emissionsmessungen vor, welche bei der nächsten Aktualisierung von HBEFA genutzt werden können.