620 Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
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Accident simulation and reconstruction for enhancing pedestrian safety: issues and challenges
(2015)
The enhancement of pedestrian safety represents a major challenge in traffic accidents. This study allows a better understanding of the issues in pedestrian protection. It highlights the potential of in-depth studies in identifying relevant crash parameters interfering in the pedestrian safety. A computational simulation tool was developed to reconstruct pedestrian real-world crashes. A sample of 100 in-depth accident cases was reconstructed from two sources: 40 crashes provided by IFSTTAR-LMA and 60 crashes from CASR. To exemplify the methodology, two accident cases from each database were illustrated. A description of the sample of crashes was presented including the travel and impact speed of the vehicle, the driver reaction, the pedestrian walking speed, the scene configuration with the eventual obstacles, etc. This detailed description is pointing to the major factors affecting the limits of pedestrian safety systems.
This work aimed for getting the main features of accidents involving Light Goods Vehicles (LGV), using accident cases collected in the In-Depth Accidents Studies built up at IFSTTAR-LMA (France), in order to analyse thoroughly the proceedings of these accidents and identify the major factors for the different types of LGV. This work was based on the analysis of 88 accident cases involving LGV with a Maximum Authorised Mass inferior to 3.5 tonnes. In particular kinematics reconstruction of these accidents were performed to calculate the average impact speeds and to better understand the compatibility problems between LGV and antagonist vehicles. Specific features have been reviewed to pick up problems concerning safety, maintenance, loading, LGV design: general conditions of the accident, vehicle features, and passive safety. The main results of this study are presented in this paper.
Für die Förderung des Radverkehrs in Städten ist ein attraktives und sicheres Radverkehrsnetz unabdingbar. Dabei gewinnt die Führung des Radverkehrs im Mischverkehr auf Hauptverkehrsstraßen sowie insbesondere Schutzstreifen als Form der Führung im Mischverkehr zunehmend an Bedeutung. Mit einem Schutzstreifen wird dem Radfahrer auf der Fahrbahn eine Fläche zur Verfügung gestellt werden, die von anderen Fahrzeugen nur bei Bedarf und ohne Gefährdung des Radverkehrs befahren werden darf. Erstes Ziel des Forschungsvorhabens war es, das Gefährdungspotenzial für Radfahrer auf Hauptverkehrsstraßen im Mischverkehr mit und ohne Schutzstreifen zu bestimmen. Das zweite Ziel war die Bewertung der Einflüsse von Radverkehr im Mischverkehr mit und ohne Schutzstreifen auf die Leistungsfähigkeit und die Verkehrsqualität von Straßenabschnitten. Im Rahmen der Bearbeitung wurde der Erkenntnisstand zur Radverkehrsführung im Mischverkehr recherchiert und aufbereitet. Dazu gehörte auch eine Kommunalrecherche zur aktuellen und zukünftig geplanten Anwendung von Schutzstreifen. Für die Bestimmung des Gefährdungspotentials erfolgte eine Verkehrssicherheitsanalyse durch die Auswertung von Unfalldaten. Die Auswertungen erfolgten für definierte Querschnittstypen. Gleichzeitig wurde das Verkehrsverhalten anhand von Videobeobachtungen auf Strecken mit und ohne Schutzstreifen analysiert. Dazu wurden u.a. Geschwindigkeiten von Kfz- und Radverkehr sowie Überholvorgänge und Abstände erfasst und ausgewertet. Die Videobeobachtungen erfolgten sowohl an zweistreifigen als auch an vierstreifigen Strecken. Da nicht alle denkbaren Verkehrsmengenkonstellationen beobachtet werden konnten, wurde aufbauend auf den Erhebungsdaten eine mikroskopische Simulation durchgeführt, bei der die Verkehrsqualität mit Radeinfluss auch für gegenwärtig nicht beobachtbare Verkehrsstärken von Kfz- und Radverkehr bestimmt wurde. Im Ergebnis werden das Unfallgeschehen und Einflussfaktoren auf das Unfallgeschehen für Radverkehrsführungen im Mischverkehr mit und ohne Schutzstreifen bewertet. Für die verschiedenen untersuchten Querschnittstypen werden die wesentlichen Einflussfaktoren auf die Verkehrsqualität benannt und teilweise quantifiziert. Für den Kfz-Verkehr wurden Qualitätsstufen für die Querschnittstypen und Verkehrsstärkenkombinationen Kfz-Rad entsprechend der HBS-Kategorisierung ermittelt.
Abbiegeunfälle mit Kollisionen zwischen rechtsabbiegenden Güterkraftfahrzeugen und Fahrrädern haben in der Regel schwerwiegende Folgen für den ungeschützten Verkehrsteilnehmer. In der Vergangenheit wurde durch eine steigende Anzahl von Spiegeln das individuelle Sichtfeld des Lkw-Fahrers vergrößert und die Sicherheit für ungeschützte Verkehrsteilnehmer durch den Seitenunterfahrschutz verbessert. Da Abbiegeunfälle trotz der Vielzahl an Spiegeln auch heute noch geschehen, gleichzeitig aber Fahrerassistenzsysteme Einzug in viele Fahrzeugklassen gehalten haben, liegt es nahe, derartige Systeme für die Verhinderung von Abbiegeunfällen zu nutzen. Um entsprechende Systementwicklungen fördern zu können oder aber auch Systeme vorschreiben zu können, sind Anforderungen und passende Testmethoden für Abbiegeassistenzsysteme erforderlich. Ziel der BASt war es, solche Anforderungen und ein mögliches Testverfahren hierfür zu entwickeln. Ausgehend von Analysen des Unfallgeschehens wurden charakteristische Parameter und Begleitumstände von Unfällen zwischen Fahrrädern und rechtsabbiegenden Lkw identifiziert. Aus fahrdynamischen Überlegungen folgt bei den gegebenen Parametern, dass nur eine frühe, aber niederschwellige Fahrerinformation eine wirkungsvolle Assistenzfunktion zur Verhinderung der Unfälle sein kann. Für automatische Bremsungen gibt es bisher noch zu wenig Erfahrungen im Feld, und klassische, hochschwellige, aber sehr spät erfolgende Warnsignale würden durch die dann noch verstreichende Reaktionszeit keine rechtzeitige Bremsung des Lkw-Fahrers mehr hervorrufen. Basierend auf dem identifizierten Parameterraum, der zum komfortablen Anhalten erforderlichen Zeit und einem geeigneten Kinematikmodell lassen sich die räumlichen Bereiche um den Lkw definieren, in dem eine Umfelderkennung den Fahrradfahrer detektieren können muss, damit das Informationssignal durch das Assistenzsystem an den Lkw-Fahrer rechtzeitig ausgegeben wird. Aktuell wird davon ausgegangen, dass ein Abbiegeassistenzsystem, das die hier beschriebenen Prüfungen besteht, einen sehr positiven Einfluss auf das Unfallgeschehen zwischen rechtsabbiegenden Lkw und Fahrrädern haben wird.
Standortkataster für Lärmschutzanlagen mit Ertragsprognose für potenzielle Photovoltaik-Anwendungen
(2015)
Lärmschutzwände an bundesdeutschen Fernverkehrsstraßen bieten ein beachtliches Energiepotenzial. In welchem Umfang war bisher nicht ausreichend untersucht. Es fehlen bisher jedoch Untersuchungen darüber, welcher Anteil dieser Anlagen für eine Photovoltaik-Nutzung geeignet ist. Auch fehlen die geeigneten Werkzeuge und Datengrundlagen, um die Eignung im Einzelfall und in der statistischen Übersicht zu analysieren und zu bewerten. Die Ergebnisse dieses Forschungsvorhabens liefern einen Beitrag, diese Lücken zu schließen. Mit diesem Forschungsvorhaben wurde zum ersten Mal ein für die BRD flächendeckendes Kataster der Lärmschutzeinrichtungen erstellt. Auf Grundlage des zu erstellenden Katasters von Lärmschutzeinrichtungen und sonstigen Barrieren an Straßen (Seiten- und Mittelbarrieren) wurden zudem Verfahren entwickelt, die die Standorteignung von Lärmschutzanlagen für Photovoltaikanlagen ermittelt. Die erfassten Informationen wurden in einem "Geografischen Informationssystem" (GIS) zusammengeführt, das nun der Fachabteilung als Arbeitsgrundlage dienen kann. Das entwickelte geografische Informationssystem beinhaltet Berechnungswerkzeuge, die es erlauben, Potenzialanalysen des Photovoltaikertrags an jedem Punkt des Straßenraums für Bundesfernstraßen durchzuführen. Dabei ist es möglich, Ertragsberechnungen sowohl für bestehende Lärmschutzeinrichtungen als auch für neue Standorte für die Zwecke der Ausbauplanung durchzuführen. Damit wird die Grundlage geschaffen, die private Investorenbeteiligung zu forcieren. Die Ergebnisse wurden so aufbereitet und zur Verfügung gestellt, dass ein Import der Ergebnisse in das "Bundesinformationssystem Straße" (BISStra) problemlos möglich ist. Die Ergebnisse des Forschungsvorhabens liefern entscheidende Grundlagen zur Beurteilung der multifunktionalen Nutzung von Lärmschutzanlagen und Barrieren im Straßennebenraum. Damit wird die Grundlage für weitere Planungen geschaffen. Bei Neuanlagen kann bereits in der Planungsphase die Photovoltaik-Eignung bewertet werden. Mit den erfassten Wildbarrieren besteht nun eine Datengrundlage, die es nachfolgenden Arbeiten erlaubt, den Bedarf für besondere Schutzmaßnahmen zur Verbesserung der Verkehrssicherheit und auch zum Schutz gefährdeter Arten oder Populationen abzuleiten.
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.
Das wesentliche Ziel des Projekts war es, Kennwerte des Reaktionsverhaltens in sicherheitskritischen Situationen zu erheben. Weiter sollten Rahmenbedingungen für eine standardisierte Erhebung dieses Reaktionsverhaltens erarbeitet werden. Dies kann vor allem als Basis für die Auslegung und Untersuchung der Wirkung von Fahrerassistenzsystemen genutzt werden. Zu diesem Zweck wurden drei Untersuchungen in einem statischen Fahrsimulator durchgeführt, die sich vom Kontext (Stadt: 50 km/h, Landstraße: 100 km/h, Autobahn: 130 km/h) unterschieden. Zur Validierung fand ein vergleichbarer Realversuch im Stadtbereich statt. Dabei wurde jeweils der Einfluss der Umgebung, der Erwartung und von kognitiver Ablenkung auf die Art der Reaktion (Lenken, Bremsen, kombinierte Reaktionen) und die Reaktionszeiten untersucht. An der Untersuchung nahmen insgesamt 131 Fahrer im mittleren Altersbereich zwischen 20 und 40 Jahren teil wobei etwa die Hälfte weiblich war. In den kritischen Situationen tauchte entweder ein Fußgänger oder stehendes Fahrzeug plötzlich vor dem eigenen Fahrzeug auf oder ein Führungsfahrzeug bremste unerwartet stark. Beim Vergleich von Realfahrt und Simulator zeigte sich eine hohe Validität der Simulatorergebnisse. Die Wahl des Fahrmanövers hing maßgeblich von der zur Verfügung stehenden Zeit und dem Ausweichraum ab. Bremsreaktionszeiten lagen zwischen 1.0 (Stadt) und 1.1 (Autobahn) Sekunden, Lenkreaktionszeiten zwischen 0.7 (Stadt) und 1.3 (Autobahn) Sekunden. Bei der Folgefahrt verlängerte sich die Reaktionszeit um etwa 0.2-0.3 Sekunden. Ein Einfluss der kognitiven Ablenkung war nicht nachzuweisen. Dagegen fanden sich deutliche Lerneffekte, was zu einer Verkürzung der Reaktionen um 0.2-0.4 Sekunden führte. Aus den Ergebnissen lässt sich ein Set von 9 Situationen definieren, mit denen man unterschiedliche Arten von Reaktionen und die durch die situativen Bedingungen beeinflussten Reaktionszeiten untersuchen kann.
Einsatzbereiche und Einsatzgrenzen von Straßenumgestaltungen nach dem "Shared Space"-Gedanken
(2015)
Aufbauend auf einer deutschlandweiten Städtebefragung sowie einer Literaturrecherche wurden insgesamt 17 nach dem "Shared Space"-Gedanken gestaltete Fallbeispiele (davon 3 Fallbeispiele aus der Schweiz) für eine weitere detaillierte Untersuchung ausgewählt. Für die weiteren Analysen wurden über einen Zeitraum von 12 Stunden Verkehrszählungen, Geschwindigkeitsmessungen sowie Videoaufnahmen durchgeführt. Die Analysen zeigen, dass Umgestaltungen nach dem "Shared Space"-Gedanken Straßen- und Platzräume mit großen Verkehrsstärken im Kfz-Längsverkehr und besonders im Fußgänger-Radfahrer-Querverkehr umfassen. Alle untersuchten Platz- und Straßenräume unterscheiden sich in ihrer Gestaltung deutlich vom angrenzenden Straßennetz. Mit den verschiedenen Möglichkeiten der verkehrsrechtlichen Ausweisung und der hier untersuchten Beschränkung der zulässigen Höchstgeschwindigkeit auf Schrittgeschwindigkeit, 20 km/h oder 30 km/h ergibt sich ein verträgliches Geschwindigkeitsniveau. In Bezug auf das Interaktionsverhalten zwischen Kraftfahrern und den Fußgängern/Radfahrern mit Querungswunsch kann festgestellt werden, dass sich der Kraftfahrer unabhängig der geltenden Vorrangregelung in den meisten Fällen zurücknimmt und dem Fußgänger/Radfahrer die Querung der Fahrbahn gewährt. Voraussetzung ist ein besonderer Überquerungsbedarf, also eine hohe Anzahl an Überquerungen in der Größenordnung von mehr als 200 querenden Fußgängern/Radfahrern in der maßgebenden Stunde. Die Analyse des Unfallgeschehens erbrachte bei insgesamt geringer Anzahl von Unfällen keine aussagekräftigen Ergebnisse bezüglich Gestaltung und straßenverkehrsrechtlicher Ausweisung. Aufbauend auf den Erkenntnissen aus diesem Forschungsvorhaben wurde ein Entwurf zur Fortschreibung der "Hinweise zu Straßenräumen mit besonderem Überquerungsbedarf " Anwendungsmöglichkeiten des 'Shared Space'-Gedankens" (H SBÜ 2011) erarbeitet, der in Kürze veröffentlicht werden soll.
Arbeitsstellen stellen auf Autobahnen neuralgische Bereiche dar. Der erforderliche Ausbau (Anbau von Fahrstreifen) und die Erhaltung (Instandsetzung bzw. grundhafte Erneuerung) der Autobahnen führen zwangsläufig zu einer vermehrten Einrichtung von Arbeitsstellen längerer und kürzerer Dauer. Bisherige Untersuchungen zum Einsatz von Lang-Lkw gehen davon aus, dass sich durch die Erhöhung der zulässigen Länge von Fahrzeugen bzw. Fahrzeugkombinationen keine grundlegenden Risiken neuer Art ergeben. Es wird aber nicht ausgeschlossen, dass durch die Fahrzeuglängen eine Zunahme der Anzahl kritischer Situationen, z. B. in Überleitungsbereichen von Arbeitsstellen, möglich ist. Erkenntnisse hierzu liegen bislang jedoch nicht vor. Deshalb sollte der Einsatz von Lang-Lkw in Arbeitsstellen längerer wie kürzerer Dauer analysiert werden, mit dem Ziel, fundierte Erkenntnisse zu den Auswirkungen von Lang-Lkw auf Verkehrsablauf und -sicherheit in Arbeitsstellen auf Autobahnen zu gewinnen. Insbesondere sollte bewertet werden, ob diesbezüglich Unterschiede zwischen Lang-Lkw und herkömmlichen Lkw zu erwarten sind. Dazu wurden " aufbauend auf einer Recherche und Auswertung internationaler Literatur zu bisherigen Erkenntnissen hinsichtlich der Auswirkungen von Lang-Lkw, aber auch des Schwerverkehrs allgemein, auf Verkehrsablauf und Verkehrssicherheit in Arbeitsstellen auf Autobahnen " im Rahmen des Feldversuchs mit Fahrzeugen und Fahrzeugkombinationen mit Überlänge gezielt empirische Untersuchungen mit Lang-Lkw in Arbeitsstellen durchgeführt. Hierbei wurden bei 16 Begleitfahrten von Lang-Lkw acht verschiedener Speditionen insgesamt 34 Arbeitsstellen längerer Dauer " mit 40 unterschiedlichen Verkehrsführungen " sowie 18 Arbeitsstellen kürzerer Dauer, mit Sperrung mindestens eines Fahrstreifens, durchfahren. Alle Fahrten wurden anschließend im Hinblick auf die zu klärenden Fragestellungen bezüglich möglicher verkehrlicher Auswirkungen von Lang-Lkw in Arbeitsstellen analysiert. Die Ergebnisse zeigen, dass durch Lang-Lkw keine Auswirkungen auf die Sicherheit und den Ablauf des Verkehrs in Arbeitsstellen auf Autobahnen zu erwarten sind. Sowohl in Arbeitsstellen längerer Dauer als auch in Arbeitsstellen kürzerer Dauer konnten alle Verkehrsführungen durch Lang-Lkw problemlos befahren werden. Weder der Verkehrsablauf noch die Verkehrssicherheit wurden negativ beeinflusst. Seitens der anderen Verkehrsteilnehmer war in keiner Situation ein auf die Lang-Lkw angepasstes Verhalten erkennbar. Somit sind auf Grund des Einsatzes von Lang-Lkw keine erhöhten Anforderungen an die Sicherung von Arbeitsstellen längerer und kürzerer Dauer zu stellen. Für Lang-Lkw gelten diesbezüglich dieselben generellen Anforderungen, die sich aus dem Schwerverkehr allgemein ergeben, wie z. B. die Markierung einer Trennlinse in Überleitungen.
Im Rahmen der wissenschaftlichen Begleitung zum deutschlandweiten Feldversuch mit Lang-Lkw ist auch eine Untersuchung zu den Sicherheitsauswirkungen im Zusammenhang mit Überholvorgängen gegenüber Lang-Lkw sowie deren Räumvorgängen an Knotenpunkten durchgeführt worden. Wegen der geringen Anzahl an diesem Feldversuch teilnehmender Lang-Lkw, vor allem aber auch wegen des vorrangigen BAB-Einsatzes von Lang-Lkw und daher fehlender nennenswerter Streckenabschnitte auf Landstraßen, werden im Rahmen des FE-Vorhabens ausschließlich Messungen bzw. Beobachtungen durchgeführt, die vom Lang-Lkw selbst ausgehen. Mit ihnen wird das Annäherungs-, Ausscher-, Vorbeifahrt- und Einscherverhalten bei Überholvorgängen gegenüber Lang-Lkw auf Landstraßen und Autobahnen erfasst. Aus den Analysen von über 200 Überholungen gegenüber Lang-Lkw bzw. Vergleichsfahrzeugen lassen sich keine Indizien für ein erhöhtes Risiko beim Überholen von Lang-Lkw erkennen. Tendenziell nehmen die geringsten Sicherheitsabstände in ausreichendem Maße zu, die Beschleunigungen bei kritischen Geschwindigkeiten liegen leicht höher. Ansatzpunkte für eine Erhöhung der Sicherheitsrisiken sind auch beim Räumen von Lang-Lkw nicht zu erkennen. Generell ist eine geringere Geschwindigkeit der betrachteten Lang-Lkw und damit eine theoretisch sicherheitsfördernd größere Geschwindigkeitsdifferenz zwischen Überholer und Überholtem zu beobachten. Allerdings würde eine systematisch niedrigere Geschwindigkeit von Lang-Lkw vor allem auf Autobahnen vermutlich zu einer höheren Anzahl an Überholungen durch andere Lkw führen. Auch für den im Dauerbetrieb zu erwartenden Fall gleicher Geschwindigkeiten gibt es keinen Anhaltspunkt, dass erhöhte Sicherheitsrisiken zu erwarten sind: Bei allen Parametern liegen die Werte bei kritischen Überholvorgängen bei Lang-Lkw etwas günstiger als bei den Vergleichsfahrzeugen, so dass die theoretisch wegen der größeren Fahrzeuglänge zu erwartenden Erhöhungen des Risikos mindestens kompensiert würden.