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Entwicklung lichttechnischer Kriterien zur Blendungsminimierung von adaptiven Fernlichtsystemen

Sprute, Jan Holger :
Entwicklung lichttechnischer Kriterien zur Blendungsminimierung von adaptiven Fernlichtsystemen.
TU Darmstadt, Darmstadt
[Ph.D. Thesis], (2012)

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Item Type: Ph.D. Thesis
Title: Entwicklung lichttechnischer Kriterien zur Blendungsminimierung von adaptiven Fernlichtsystemen
Language: German
Abstract:

In der vorliegenden Arbeit werden entwicklungsbegleitende Untersuchungen zu adaptiven Fernlichtsystemen durchgeführt. Neben der Analyse der einschlägigen Gesetze, Verord¬nungen und Regelungen werden dabei Untersuchungen zu physiologischen und psychologischen Fragestellungen bearbeitet und mögliche Risiken und Potentiale für die Verkehrssicherheit analysiert. Diese Arbeit fasst die einschlägigen internationalen Regelungen und Gesetze, die auf ein permanentes, adaptives Fernlichtsystem anwendbar sind, in einer Recherche zusammen. Gleichzeitig werden die Inhalte von Besprechungen mit verschiedenen Verwaltungs- und Regierungsstellen beschrieben, um deren Interpretation des bestehenden Regelwerkes darzulegen. Um aufzuzeigen, wie sich verbesserte Beleuchtungssysteme auf die Verkehrssicherheit auswirken können, wird eine umfassende Analyse der Verkehrsstatistiken der deutschen wie auch internationalen Quellen angefertigt. In Verbindung mit einschlägigen Studien zu Unfallursachen und der Rolle von Dunkelheit im Straßenverkehr ergibt sich, dass ein großer Teil von Unfällen mit unbeleuchteten Hindernissen, Wild und Fußgängern zu verhindern wäre, wenn Fernlicht häufiger genutzt würde. Als konkretes Beispiel dient ein selbst angefertigtes Gutachten zu einem nächtlichen Unfall mit einem Fußgänger, der mit Fernlichtnutzung mit großer Wahrscheinlichkeit nicht passiert wäre. Die Potenziale der Systeme gegenüber der menschlichen Fernlichtnutzung werden erforscht, indem ein Probandentest im fließenden Verkehr durchgeführt wird. Die menschliche Fehlerrate, Reaktions-ge¬schwindigkeit und die Risikokompensationsstrategien werden analysiert und detailliert beschrieben. Es zeigt sich, dass die Probanden das Fernlicht nur in etwa 50 % aller möglichen Fälle einsetzen. Dies bedeutet, dass schon gut funktionierende Fernlichtassistenten (automatische Fernlichtschaltung) die Nutzungsdauer auf ca. 60 % Fahrzeit auf Landstraßen erhöhen könnten. Weitere Studien legen nahe, dass adaptive Systeme diese Nutzungsdauer auf bis zu 90 % ausweiten können. Damit würde die mittlere zur Verfügung stehende Leuchtweite deutlich erhöht, was der Verkehrssicherheit zugutekäme. Da eine größere Leuchtweite jedoch nur dann zum Vorteil gereicht, wenn diese auch in eine höhere Detektionsweite mündet, wird ein großer Probandentest durchgeführt. Drei Fernlichtsysteme werden dabei daraufhin getestet, ob die eine frühere Erkennung von Dummies ermöglichen. Das Ergebnis legt einen Detektionsweitenvorteil von etwa 14-18 m gegenüber manuell bedientem Fahrlicht nahe. Die Einstellung möglicher Nutzer gegenüber den Systemen wird ebenfalls mit einem schriftlichen Akzeptanztest abgeschätzt, da ein System, welches aufgrund unkomfortabler Einstellung nicht genutzt wird, keinen Vorteil bringt. Die Probanden des Fahrtests bewerteten die drei Systeme nach der jeweiligen Fahrt hinsichtlich Komfort, Sicherheitsgewinn, Erlebbarkeit und Kaufanreiz. Die Blendeigenschaften von Xenon-Scheinwerfern in Abhängigkeit von Blendbeleuchtungsstärke und Abstand der Fahrzeuge im statischen Versuch werden beschrieben. Auch die Abhängigkeit von verschiedenen Lichtfarben wird ermittelt und die Ergebnisse im Kontext mit anderen Studien kommentiert. Für Entfernungen von bis zu 400 m erweisen sich die Annahmen von Holladay, Schmidt-Clausen und der CIE über den Zusammenhang zwischen Blendbeleuchtungsstärke, Blendwinkel und physiologischer Beeinträchtigung als brauchbar. Bei größeren Entfernungen sind diese Thesen allerdings nicht mehr übertragbar, wie in der Arbeit dargelegt wird. Um die Ergebnisse der statischen Tests validieren zu können, werden ebenfalls physiologische Blendungsmessungen während der Fahrt durchgeführt. Ein solcher Test ist bisher noch nicht konzipiert worden. Die Ergebnisse bestätigen die Resultate aus den statischen Tests, die eine graduelle Entblendung des Gegenverkehrs ab 400 m Begegnungsabstand nahelegen.

Alternative Abstract:
Alternative AbstractLanguage
This doctoral dissertation presents the results of studies concerning adaptive high beam systems. In addition to analysis of the relevant laws, decrees and regulations, the physiological and psychological aspects of adaptive high beam systems are discussed and risks and potentials of these systems for traffic safety are analyzed. This text summarizes the relevant international regulations while also presenting their interpretations by the relevant regulative bodies in Germany. In order to illustrate how improved automotive lighting systems might impact traffic safety, a comprehensive study of German and international traffic statics is presented. In conjunction with other analyses concerning causes of accidents and the role of night-time conditions it can be shown that a certain percentage of collisions with unlighted obstacles, game or pedestrians could be prevented, if only high beam would be used more frequently. As concrete example an expert’s report on a night-time accident with a pedestrian is discussed that almost certainly could have been prevented if high beam would have been used. The potentials of automatic high beam systems in comparison to manually operated conventional systems are explored during a real traffic study of driver behavior. The human error rate, reaction time and risk compensation strategies are studied and presented in detail. It is shown that high beam is active in only 29.5 % of the driving time. This value could be more than doubled if a good automatic, camera-controlled algorithm would be used. Therefore the average illuminating distance would be significantly raised and traffic safety would benefit. As a higher illuminating distance is only of advantage if the resulting detection distance is also rising, a large proband test is conducted. Three adaptive high beam systems are tested and their impact on detection distance is presented. The results suggest an advantage of 14-18 m in detection distance of adaptive high beam systems compared to manually controlled high beam. In order to measure possible enhanced glare of adaptive high beams, tests under realistic traffic geometry are conducted. The dependency of glare from distance, illuminance and color is tested in static and dynamic conditions. It is shown that the current glare models of Schmidt-Clausen, Holladay and the CIE are exact for glaring distances up to 400m. Beyond that the current models do not describe the measured effects. The physiological tests under dynamic driving conditions presented in this thesis are unprecedented. The results confirm the finding of the static tests yielding a distance of 400m within which automatic high beam control systems have to detect other road users reliably and prevent them from undue glare.English
Place of Publication: Darmstadt
Classification DDC: 600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften > 620 Ingenieurwissenschaften
Divisions: Fachbereich Elektrotechnik und Informationstechnik
Fachbereich Elektrotechnik und Informationstechnik > Institut für Elektromechanische Konstruktionen
Fachbereich Elektrotechnik und Informationstechnik > Institut für Elektromechanische Konstruktionen > Lichttechnik
Date Deposited: 14 May 2012 07:40
Last Modified: 07 Dec 2012 12:04
URN: urn:nbn:de:tuda-tuprints-29479
License: Creative Commons: Attribution-Noncommercial-No Derivative Works 3.0
Referees: Khanh, Prof. Dr.- Tran Quoc and Völker, Prof. Dr.- Stephan
Refereed: 6 February 2012
URI: http://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/id/eprint/2947
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