Berichte der Bundesanstalt für Straßenwesen, Reihe F: Fahrzeugtechnik
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Fahrerassistenzsystemen mit Umfeldwahrnehmung wird ein hohes Potenzial zur Unfallvermeidung zugeschrieben, wenn diese umfassender und intensiver in die Fahrdynamik von Fahrzeugen eingreifen und weiter vernetzt werden. Diese erweiterten Eingriffsmöglichkeiten erzeugen auch neue Risiken, welche vor der Genehmigung und Zulassung für den öffentlichen Straßenverkehr abgesichert werden müssen. Neuartig ist bei diesen Systemen, dass sie nur über eine Situationsrepräsentation die unfallvermeidenden Handlungen ableiten können. Somit kommt zum Risiko des Versagens von Systemkomponenten, das bereits durch die ISO 26262-Norm zur funktionalen Sicherheit adressiert ist, das Risiko aufgrund einer falschen Interpretation auftretenden, nicht situationsgemaessen Auslösung, z. B. durch Situationskonstellationen, die bei der Entwicklung nicht berücksichtigt wurden und daher in den Funktionsspezifikationen nicht enthalten sind. Um die Anforderungen an Absicherungsmethoden für diese Assistenzsysteme zu identifizieren, werden diese zusammengestellt und der Absicherungsaufwand mit bestehenden Methoden, bspw. aufbauend auf den Anforderungen der ISO 26262, bestimmt. Die Analyse zeigt, dass bisherige Ansätze sowohl hinsichtlich der objektiven Nachweisbarkeit der Vollständigkeit der theoretisch möglichen Situationen Lücken aufweisen als auch hinsichtlich des Umfangs der notwendigen Spezifikationen und deren Prüfung in Versuchen. Aufgrund des daher zu erwartenden Aufwands für den Nachweis eines sicheren Verhaltens der Systeme sind eine Priorisierung von Fahrsituationen und die Gewährleistung einer hohen Übertragbarkeit von Bewertungsergebnissen notwendig. Um die Vollständigkeitsproblematik zu adressieren, wird ein Ansatz vorgestellt, der eine objektive Bewertung und den Vergleich von Fahrsituationen ermöglicht. Abschließend werden die Erkenntnisse zusammengefasst und notwendige weitere Schritte für die Schaffung einer einheitlichen Absicherungsstrategie für Fahrerassistenzsysteme abgeleitet.
97
Es wird zunächst eine Übersicht über typische Systembausteine und wesentliche Akteure für den Betrieb Intelligenter Verkehrssysteme (IVS) in Deutschland gegeben. Unter Verwendung der IVS-Systembausteine werden für die vier Systemsparten Intelligenter Verkehrssysteme - die Straßenverkehrstelematik, - die Verkehrsinformationsdienste, - die autonomen Fahrerassistenzsysteme und - die kooperativen Systeme einfache funktionale Anwendungsbeispiele skizziert und analysiert. Die Anwendungsbeispiele bilden den Ausgangspunkt für eine Rekombination der Systembausteine. Die so erreichte Auflösung der Systemgrenzen hin zur Modularisierung der einzelnen Szenarien liefert eine Vielzahl neuer Kombinationsmöglichkeiten der identifizierten Bausteine intelligenter Verkehrssysteme in einer Matrix. Der vorliegende Bericht verdeutlicht und veranschaulicht die Potenziale dieses Baukastens, benennt außerdem aber auch die noch zu bewältigenden Herausforderungen im organisatorischen, funktionalen und technischen Bereich. Der Bericht ist als Grundlagenarbeit zu verstehen, die in eine Vielzahl weiterführender Aktivitäten in Deutschland als harmonisierte Analyse eingeflossen ist und noch einfließen wird.
95
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.
94
Die hier vorgestellten Forschungsprojekte hatten die Aufgabenstellung, - sinnvolle Obergrenzen für den biogenen Blend-Anteil im Kraftstoff aus ökonomisch-technischer Sicht aufzuzeigen sowie - technische Anforderungen an Pkw aus Altbestand und Neufahrzeugen für den Betrieb mit solchen Kraftstoff-Blends zu untersuchen, insbesondere in Hinblick auf Aspekte der Dauerhaltbarkeit. Auf Basis einer umfangreichen Literaturrecherche wurden zunächst sinnvolle Beimischungen ermittelt, die in 5 Fahrzeugen (3 Otto-Pkw, 2 Diesel-Pkw) auf einem Abgasrollenprüfstand getestet wurden. Anschließend wurden zwei Fahrzeuge einer Dauerlaufuntersuchung (ca. 80.000 km) unterzogen. Hierbei wurden u. a. Emissionsverhalten, Kraftstoffverbrauch und Motorleistung bewertet und Motorölproben entnommen. Am Ende der Dauerlaufuntersuchungen wurden bei beiden Fahrzeugen Motor und Kraftstoffsystem sorgfältig inspiziert. Aus fahrzeugtechnischer Sicht begrenzen bei Biodiesel vor allem die Ölverdünnung sowie der Anstieg der NOx-Emissionen den maximal möglichen Beimischungsanteil. Bei Bio-Alkohol sind insbesondere die Materialverträglichkeit und der Kraftstoffverbrauch limitierende Faktoren für erhöhte Beimischungen. Obwohl die betrachteten Euro-5-Fahrzeuge nicht für den Betrieb mit erhöhten Beimengungen an Biokraftstoffen ausgelegt waren, wurden die maßgeblichen Grenzwerte für die limitierten Emissionen im Verlauf der Untersuchungen nicht überschritten. Mit Ausnahme von NOx bei den Dieselfahrzeugen wurden darüber hinaus sogar die Euro-6-Grenzwerte unterschritten.
93
Ziel des hier dargestellten Forschungsprojektes ist die Entwicklung eines Beanspruchungsmodells zur Bewertung von Informationssystemen beim Motorradfahren. Dazu ist zunächst das Feld der Belastungs-/ Beanspruchungsmessung, -darstellung und deren Auswirkungen für den Bereich des Motorradfahrens abzustecken. Anhand verschiedener Studien in der Motorradsimulation wurde eine erste inhaltliche Näherung an das Thema Infotainment auf dem Motorrad vorgenommen. Hauptaugenmerk liegt auf Studien zu Belastung/Beanspruchung, die schließlich mit der erarbeiteten Messanordnung durchgeführt wurden. N = 14 bis 20 Personen nahmen, je nach Versuchsreihe, an folgenden Studien teil: - Validierung der Motorradsimulation als Methode, - Beschreibung der Belastung/Beanspruchung auf dem Motorrad, - Vergleich der Belastung/Beanspruchung Motorrad - PKW, - Darstellung der Auswirkung von Blickabwendung anhand Okklusion (Verdunkeln des Bildes über einen bestimmten Zeitabschnitt, bei Fortführung der Fahraufgabe), - Untersuchung der Auswirkung verschiedener Nebenaufgaben auf das Motorradfahren. Es zeigte sich, dass Belastung/Beanspruchung beim Motorradfahren ein viel versprechendes, bislang zu wenig behandeltes Forschungsthema ist. Die Motorradsimulation bietet eine gute Möglichkeit zur Untersuchung von Belastung und Beanspruchung des Fahrers im "normal" fahrdynamischen Bereich. Aus diesem Grund wird eine weitergehende Forschung dringend empfohlen, da erst durch eine geeignete Simulation die gefahrlose Untersuchung von Assistenz- und Informationssystemen auf dem Motorrad möglich wird. Aus technischer Perspektive zum aktuellen Forschungsstand bleibt zu erwähnen, dass die Moeglichkeit zur Simulation des Lenkens in der Motorradsimulation leider nur unzureichend umsetzbar ist. Inhaltlich hat sich gezeigt, dass Informationssysteme für das Fahren auf dem Motorrad eine große Gefahrenquelle darstellen. Die Fahrer können ihre Leistung beim Bedienen eines Systems nicht immer optimal einschätzen. Bei der Entwicklung solcher Systeme sollte dieser Befund dringend berücksichtigt werden.
91
Die Bedeutung von Standards allgemein und Schnittstellenstandards in besonderem Maße sowie zugehöriger Standardisierungsprozesse hat in den letzten Jahren massiv zugenommen. Vor dem Hintergrund und den Zukunftsaufgaben von Intelligenten Verkehrssystemen (IVS) führt die Konvergenz der Branchen Telekommunikation, Medien und Informationstechnologie dazu, dass ehemals feste Grenzen zwischen der Kommunikation und Information zusehends verschwimmen. Gleichermaßen besteht in der Verkehrstelematik zunehmend Bedarf an nachhaltigen Standard-Schnittstellenlösungen zur Sicherstellung der Interoperabilität der Systeme und deren Komponenten, dies verstärkt aufgrund der Proliferation von Sensorsystemen durch zunehmende Ausstattung mit miniaturisierten Chipelementen. Analog trifft dies auch für die Automobiltechnik und deren Vernetzung in kooperativen Verkehrs- und Fahrerassistenzsystemen mittels C2X-Kommunikation zu. Die Standardisierungsforschung ist dementsprechend ein vergleichsweise noch junges Forschungsgebiet. Dies gilt sowohl für die nationale als auch internationale Ebene. Zur Bewältigung des ansteigenden Datenaufkommens bei gleichzeitig technologisch kürzer werdenden Innovationszyklen sind umso mehr effiziente Standardisierungsprozesse erforderlich, um aus übergreifendem Datenaustausch nachhaltig Nutzen für das Verkehrsmanagement schöpfen zu können. Besonders an die Akteure der Standardisierung offener Systeme der Straßenverkehrstelematik stellen sich neue Herausforderungen und Fragen hinsichtlich der Organisation eines hierfür geeigneten Standardisierungsprozesses. Die Forschungsarbeiten im FE-Projekt 63.0013/2009/BASt unterstützen die Vorbereitung der Entscheidung auf staatlicher Ebene über die zukünftige Positionierung der öffentlichen Hand bezüglich der Begleitung und Unterstützung von Standardisierungsaktivitäten offener Systeme im Sektor kommunal eingesetzter Straßenverkehrstelematik. Untersucht werden hierzu die seit Beginn in Deutschland im Jahre 1999 bisherig im Standardisierungsprozess OCIT (Open Communication Interface for Road Traffic Control Systems) und OTS (Open Traffic Systems) erzielten und künftig bei weitergehender Standardisierung zu erwartenden Nutzwirkungen und Risiken. Berücksichtigt werden in Hinblick auf den im November 2011 zur künftigen Harmonisierung der Standardisierung offener Schnittstellen gegründeten Standardisierungsverbund OCTS (Open Communication Standards for Traffic Systems) dabei die erwachsenden Einflussfaktoren und Anforderungen aus affinen Standardisierungsaktivitäten sowie EU-Richtlinien, insbesondere zu kooperativen IVS.
92
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.
90
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.
88
A series of drop tests and vehicle tests with the adult head impactor according to Regulation (EC) 631/2009 and drop tests with the phantom head impactor according to UN Regulation No. 43 have been carried out by the German Federal Highway Research Institute (BASt) on behalf of the German Federal Ministry of Transport, Building and Urban Development (BMVBS). Aim of the test series was to study the injury risk for vulnerable road users, especially pedestrians, in case of being impacted by a motor vehicle in a way described within the European Regulations (EC) 78/2009 and (EC) 631/2009. Furthermore, the applicability of the phantom head drop test described in UN Regulation No. 43 for plastic glazing should be investigated. In total, 30 drop tests, thereof 18 with the adult head impactor and 12 with the phantom head impactor, and 49 vehicle tests with the adult head impactor were carried out on panes of laminated safety glass (VSG), polycarbonate (PC) and laminated polycarbonate (L-PC). The influence of parameters such as the particular material properties, test point locations, fixations, ambient conditions (temperature and impact angle) was investigated in detail. In general, higher values of the Head Injury Criterion (HIC) were observed in tests on polycarbonate glazing. As the HIC is the current criterion for the assessment of head injury risk, polycarbonate glazing has to be seen as more injurious in terms of vulnerable road user protection. In addition, the significantly higher rebound of the head observed in tests with polycarbonate glazing is suspected to lead to higher neck loads and may also cause higher injury risks in secondary impacts of vulnerable road users. However, as in all tests with PC glazing no damage of the panes was observed, the risk of skin cut injuries may be expected to be reduced significantly. The performed test series give no indication for the test procedure prescribed in UN Regulation No. 43 as a methodology to approve glass windscreen not being feasible for polycarbonate glazing, as all PC panes tested fulfilled the UN R 43 requirements. The performance of the windscreen area will not be relevant for vehicle type approval according to the upcoming UN Regulation for pedestrian protection. However, it is recommended that pedestrian protection being considered for plastic windscreens to ensure at least the same level of protection as glass windscreens.
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10 % bis 20 % der Straßenverkehrsunfälle werden auf Müdigkeit am Steuer zurückgeführt. Es steht eine Vielzahl unterschiedlicher Methoden zur Verfügung, um Müdigkeit beim Fahrer zu erkennen. Ziel des vorliegenden Projekts war es, die Stärken und Schwächen der verschiedenen Müdigkeitsmessverfahren vergleichend zu beschreiben und existierende Müdigkeitsmess- und Müdigkeitswarnsysteme im Überblick darzustellen. Die Ergebnisse beruhen auf folgender Verknüpfung von Literaturanalysen, Experten- und Nutzerbefragungen: • Literaturanalyse und zusammenfassende Darstellung von Müdigkeitsmessverfahren, die auf physiologischen und leistungsbezogenen Messgrößen beruhen. • Literaturanalyse zu Müdigkeitsmess- und Warnsystemen, Befragung der Systemhersteller und zusammenfassende Darstellung der identifizierten Systeme. • Befragung von 20 Nutzern von den in Mittel- und Oberklassefahrzeugen implementierten Müdigkeitswarnsystemen zur Beurteilung der wahrgenommenen Detektionsgüte, Akzeptanz und Compliance. • Erarbeitung eines Gütekriterienkatalogs als Grundlage für die Bewertung und den Vergleich ausgewählter Müdigkeitsmessverfahren. • Zweistufige Befragung von 12 Experten aus Industrie- und Hochschulforschung nach der Delphi-Methode. Ziel war die Auswahl und Bewertung der validesten Verfahren zur Erfassung der Fahrermüdigkeit, begründeter Zweitbewertungen bei abweichenden Urteilen und der Beurteilung ihrer Eignung für verschiedene Einsatzgebiete. • Workshop mit den Delphi-Teilnehmern zur Diskussion und Ergänzung der Delphi-Ergebnisse. Die 70 in der Fachliteratur identifizierten Müdigkeitsmesssysteme unterscheiden sich in den zugrunde liegenden Müdigkeitsmessverfahren, dem Vorliegen und der Gestaltung von Warnfunktionen und ihrer Verbreitung. Nur selten werden überzeugende Validierungsbelege oder Angaben zur Anzahl falscher und ausbleibender Alarme angeführt. Aus Nutzersicht bieten die derzeit in Mittel- und Oberklassemodellen verfügbaren Müdigkeitswarnsysteme oftmals keine zufriedenstellende Detektionsgüte. Vielfach wird die Fahrt trotz detektierter und selbst eingestandener Müdigkeit fortgesetzt. Ca. die Hälfte der Fahrer sieht in der Nutzung der Müdigkeitswarnsysteme einen Zuwachs an Sicherheit. Zu den validesten Müdigkeitsmessverfahren gehören aus Expertensicht die Erfassung der Fahrperformanz (Lenkverhalten und Spurhaltung) und des Lidschlussverhaltens, das videobasierte Expertenrating, das EEG und der Pupillografische Schläfrigkeitstest. Die unterschiedlichen Stärken und Schwächen der sechs ausgewählten Messverfahren werden im Bericht detailliert aufgeführt. Nach wie vor existiert kein Goldstandard zur Müdigkeitserfassung. Je nach Einsatzgebiet sind entweder alle sechs ausgewählten Messverfahren (Forschung & Entwicklung), nur einige (Müdigkeitswarnsystem im Fahrzeug) oder kein einziges (Verkehrskontrolle) geeignet. Die Auswahl der Messverfahren sollte daher in Abhängigkeit des jeweiligen Ziels und Kontexts der Müdigkeitserfassung erfolgen und die spezifischen Stärke-Schwächenprofile berücksichtigen. Eine valide Müdigkeitserfassung bedarf der Kombination von mindestens zwei Messverfahren. Bedarf besteht in der Optimierung und der begleitenden Evaluierung der Müdigkeitswarnsysteme im Fahrzeug und der vielversprechendsten Messverfahren. Weitere Maßnahmen zur wirksamen Reduzierung müdigkeitsbedingter Unfälle wurden im Rahmen des Expertenworkshops diskutiert und im Bericht dargelegt.