Berichte der Bundesanstalt für Straßenwesen, Reihe F: Fahrzeugtechnik
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Optimierung des rückwärtigen Signalbildes zur Reduzierung von Auffahrunfällen bei Gefahrenbremsung
(2002)
Das derzeitige Bremssignalbild übermittelt dem nachfolgenden Verkehr nur dass gebremst wird, die Fahrer erhalten jedoch keine Information über die Stärke des Bremsmanövers. Im vorliegenden Bericht wird im Rahmen einer Literaturstudie untersucht, wie das rückwärtige Signalbild optimiert werden könnte, um vor allem Gefahrenbremsungen gesondert darzustellen. Einige praktikable Lösungsvorschläge, die bereits fertig entwickelt sind, werden vorgestellt und analysiert. Es hat sich gezeigt, dass prinzipiell zwei Maßnahmen geeignet sind, die Fahrerreaktionszeit zu verkürzen: - Eine Flächen- und Leuchtdichtevergrößerung der Bremsleuchten wird von den nachfolgenden Fahrern intuitiv als Annäherung an das vorausfahrende Fahrzeug erkannt. - Blinkende Leuchten sind besonders geeignet, die Aufmerksamkeit des nachfolgenden Fahrers auch bei Ablenkung auf das verzögernde Fahrzeug zu lenken. Als mögliche Weiterentwicklung für ein optimiertes rückwärtiges Signalbild wird vorgeschlagen: Bei Ansprechen eines Bremsassistenten oder Antiblockiersystems (ABS) beziehungsweise einer Fahrzeugverzögerung über 7 m/s2 ist die Gefahrenbremsung über ein Blinken der dritten hochgesetzten Bremsleuchte mit 3-5 Hz zu signalisieren. Optional sollten sich zusätzlich die Flächen beziehungsweise Leuchtdichten der beiden unteren Bremsleuchten vergrößern. Diese Maßnahmen erfordern Änderungen in den ECE-Regelungen Nummer 7 und Nummer 48 sowie im Wiener Weltabkommen. Ziel des vorgestellten Lösungsvorschlags ist die Reduzierung der Zahl beziehungsweise Schwere von Auffahrunfällen.
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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.
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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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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.
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Um Fahrzeuge und ihren Fahrzustand erkennen zu können, benötigt ein Fußgänger sensorisch übermittelte Informationen. Über die allgemeine Rolle der auditiven Information bei Wahrnehmung und Verhalten von Fußgängern in Interaktion mit Kraftfahrzeugen bestehen jedoch bislang kaum umfassende Erkenntnisse. Dem Fahrzeugaußengeräusch wird in der Literatur eine zentrale Rolle in der Informationsgewinnung für diejenigen Fußgänger zugeschrieben, die ohne eine Möglichkeit der visuellen Wahrnehmung (Sehbehinderte/Blinde) sind. Auch für Situationen, in denen die visuelle Wahrnehmung prinzipiell möglich ist, aufgrund von Einschränkungen des Gesicht- und/oder Blickfeldes sowie der Aufmerksamkeitskapazität jedoch nicht regelmäßig erfolgen kann, bestehen diesbezügliche Einschätzungen. Der Bericht "Wahrnehmung und Bewertung von Fahrzeugaußengeräuschen durch Fußgänger in verschiedenen Verkehrssituationen und unterschiedlichen Betriebszuständen" gliedert sich in zwei Teile. Der erste Berichtsteil "Auditive Wahrnehmung" liefert einen Beitrag zur Erklärung des Zusammenhangs zwischen Fahrzeugaußengeräuschen und deren Wahrnehmbarkeit in Hinblick auf eine mögliche Gefährdung von Fußgängern (Seheingeschränkte/Normalsehende) für drei ausgewählte Verkehrssituationen (herannahendes, anfahrendes und anhaltendes Fahrzeug). Außerdem wird in diesem Abschnitt geklärt, welche grundsätzlichen Eigenschaften ein synthetisches Fahrzeuggeräusch besitzen muss, um den Fahrzeugzustand "Bremsen" und "Beschleunigen" interpretieren zu können. Der zweite Berichtsteil untersucht die bimodale (auditiv-visuelle) Wahrnehmung von Fußgängern (Seheingeschränkte/Normalsehende) beim anfahrenden (Parkplatzsituation) und anhaltenden (Fußgängerüberwegssituation) Fahrzeug. Die Hörbarkeit zeigt in visuell dominanten Situationen auch bei normalsehenden Personen signifikante Effekte auf die Wahrnehmung und Bewertung von Fahrzeugaußengeräuschen. Hieraus erwächst die abschließende Anregung einer stärkeren Untersuchung und Berücksichtigung der Wahrnehmung von akustischen Fahrzeugs- und Situationsmerkmalen, auch bezüglich nichtblinder Personen, bei praktischen, verkehrssicherheitsorientierten Betrachtungen.
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Kamera-Monitor-Systeme (KMS) können bei Kraftfahrzeugen dazu verwendet werden, die Sicht nach hinten für den Fahrer auf einem im Fahrzeug montierten Monitor darzustellen. Dies bietet auch die Möglichkeit, herkömmliche Außenspiegel durch geeignete KMS zu ersetzen und damit neue Designvarianten mit aerodynamischen Vorteilen umsetzen zu können. Da es sich bei den Außenspiegeln jedoch um ein sicherheitsrelevantes Fahrzeugteil zur Gewährleistung der indirekten Sicht nach hinten handelt (Anforderungen sind in der UN-Regelung Nr. 46 festgelegt), stellt sich die Frage, ob KMS einen gleichwertigen Ersatz für Spiegel bieten können. In der vorliegenden Studie wurden das KMS und der herkömmliche Außenspiegel während der Durchführung von Versuchsfahrten und statischen Tests unter verschiedenen äußeren Bedingungen verglichen und bewertet. Untersuchungsgegenstand waren zum einen technische Aspekte, zum anderen Fragestellungen zur Gestaltung der Mensch-Maschine-Interaktion. Für die Versuche mit Pkw standen zwei Fahrzeuge zur Verfügung: Ein Fahrzeug, das in Kleinserie hergestellt wird und bereits nur mit KMS als Ersatz für Außenspiegel ausgerüstet ist, sowie ein Fahrzeug der Kompaktklasse, an dem sowohl ein KMS als Nachrüstsatz verbaut war als auch die herkömmlich vorhandenen Außenspiegel. Letztere konnten für Fahrten ausschließlich mit KMS abgedeckt werden. Für die Versuche am Lkw stand eine Sattelzugmaschine mit Auflieger zur Verfügung. Die Fahrerkabine war mit einem nachgerüsteten KMS ausgestattet. Grundsätzlich hat sich gezeigt, dass es möglich ist, die indirekte Sicht nach hinten sowohl bei Pkw als auch bei Lkw durch KMS, die gewisse Qualitätskriterien erfüllen, für den Fahrer ausreichend darstellen zu können. Je nach Ausgestaltung bietet ein KMS sogar die Möglichkeit, mehr Information über den rückwärtigen Raum zu präsentieren als es mit Spiegelsystemen möglich ist. Es hat sich auch gezeigt, dass der Umstieg von Spiegeln auf KMS immer einer gewissen Gewöhnungsphase bedarf, diese jedoch verhältnismäßig kurz ist und nicht notwendigerweise zu sicherheitskritischen Situationen führt.
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Camera-monitor systems (CMS) can be used in motor vehicles to display the driver's rear view on a monitor mounted inside the vehicle. This also offers the possibility of replacing conventional exterior mirrors with suitable CMS and thereby implementing new design concepts with aerodynamic advantages. However, as exterior mirrors are safety-relevant vehicle parts for securing the driver's indirect rear view (requirements specified in UN Regulation No. 46), the question arises whether CMS can provide an equivalent substitute for mirrors. In the scope of this study, CMS and conventional exterior mirrors were compared and assessed in test drives and static tests under different external conditions. On the one hand, the examination of technical aspects, and on the other hand, issues pertaining to the design of the human-machine interaction, were the objects of the study. Two vehicles were available for the trials with passenger vehicles: A vehicle, manufactured in small series, which is already equipped with CMS as sole replacement for the exterior mirrors, as well as a compact class vehicle which had a CMS retrofitted by the car manufacturer in addition to conventionally used exterior mirrors. The latter could be covered exclusively for trips with CMS. A tractor unit with semitrailer was available for the truck trials. The driver's cabin was equipped with a CMS system developed by the vehicle manufacturer. In general, it was shown that it is possible to display the indirect rear view sufficiently for the driver, both for cars and trucks, using CMS which meet specific quality criteria. Depending on the design, it is even possible to receive more information about the rear space from a CMS than is possible with mirror systems. It was also shown that the change from mirrors to CMS requires a certain period of familiarisation. However, this period is relatively short and does not necessarily result in safety-critical situations.
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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.