Berichte der Bundesanstalt für Straßenwesen, Reihe F: Fahrzeugtechnik
81
16% aller Verkehrstoten in Deutschland sind Motorradfahrer und die Anzahl stagniert auf diesem hohen Niveau. Daher ist eine Verbesserung der Fahrsicherheit von Motorrädern zwingend erforderlich. Im Pkw leisten aktive bzw. verstellbare Fahrwerksysteme einen positiven Beitrag zur Fahrsicherheit und helfen, Unfälle zu vermeiden. Hierzu zählen neben den Fahrdynamikregelsystemen wie ABS und ESP auch Verstelldämpfer und Stabilisatorverstellsysteme. Dämpfer- und Stabilisatorsysteme beeinflussen die dynamische Radlast und können insbesondere im ABS-Regelbereich die Fahrsicherheit erhöhen. Der Einfluss geregelter Dämpfersysteme auf die Fahrsicherheit und den Komfort im Pkw-Bereich ist in ausführlichen Untersuchungen sowohl theoretisch als auch praktisch belegt. Im Kraftradbereich existieren zwar Untersuchungen zu verstellbaren Dämpfersystemen, meist werden hier aber ausschliesslich komfortorientierte Kriterien betrachtet. Neben der Übertragbarkeit der positiven Effekte, die im Pkw-Bereich hinsichtlich Komfort und Fahrsicherheit durch geregelte Dämpfersysteme erreicht werden, auf Krafträder, ist der Einfluss geregelter Systeme auf die besonderen kraftradspezifischen Eigenschaften noch nicht ausführlich simulativ betrachtet worden. Das labile System Kraftrad, das in Abhängigkeit der Fahrgeschwindigkeit stark veränderliche Eigenschaften bezüglich der Eigenstabilisierung aufweist, neigt je nach Geschwindigkeitsbereich zu unterschiedlichem Verhalten. Die Zielsetzung dieser Arbeit liegt somit in der Überpruefung der Übertragbarkeit der aus dem Pkw-Bereich bekannten Einflüsse geregelter Dämpfersysteme auf Fahrkomfort und Fahrsicherheit im Kraftradbereich. Weiter soll hierbei auf kraftradspezifische Fahrsituationen eingegangen werden, die in der Pkw-Forschung auf Grund des abweichenden Systemverhaltens keine Berücksichtigung finden. Die Untersuchung gliedert sich in die Parameterermittlung anhand eines Versuchsmotorrades, die Erstellung und Validierung eines Mehrkörpersimulationsmodells unter Verwendung der Software VI Motorcycle fuer Adams/Car, die Definition, Auswahl und Umsetzung geeigneter Fahrmanöver sowie die Beurteilung des Sicherheitsgewinns. In der Simulationsumgebung VI Motorcycle (Adams/Car) wurden Schnittstellen geschaffen, um (semi-)aktive Fahrwerke einzubinden. Die entsprechenden Regelalgorithmen sowie die Umsetzung der Dämpferkonzepte wurden hierfür in Matlab/Simulink aufgebaut. Im Rahmen dieser Untersuchung wurden zahlreiche Regelalgorithmen und Dämpferkonzepte modelliert und getestet. Es wurde ein Fahrmanöverkatalog mit solchen Fahrversuchen erstellt, die Potenzial fuer einen Sicherheitsgewinn durch aktive Dämpfer erwarten lassen. Fuer die definierten Fahrmanöver wurden Simulationen aller entwickelten Regler und als Referenz auch eines passiven Dämpfersystems durchgeführt. Die Simulationsdaten wurden anhand vorab definierter Beurteilungskriterien ausgewertet. Die Ergebnisse lassen Potenzial zur Steigerung von Fahrsicherheit und Komfort vermuten. Die Erkenntnisse aus dem Pkw-Bereich koennen in weiten Teilen auf den Kraftradbereich übertragen werden. Ein signifikanter Einfluss auf das heutige Unfallgeschehen von Motorrädern ist jedoch als unwahrscheinlich einzuschätzen.
96
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.
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.