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Anforderungen an Radverkehrsanlagen durch Elektrofahrräder und neue Kleinstfahrzeuge

Yu, Xiaochen (2022)
Anforderungen an Radverkehrsanlagen durch Elektrofahrräder und neue Kleinstfahrzeuge.
Technische Universität Darmstadt
doi: 10.26083/tuprints-00022923
Ph.D. Thesis, Primary publication, Publisher's Version

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Item Type: Ph.D. Thesis
Type of entry: Primary publication
Title: Anforderungen an Radverkehrsanlagen durch Elektrofahrräder und neue Kleinstfahrzeuge
Language: German
Referees: Boltze, Prof. Dr. Manfred ; Kassens-Noor, Prof. PhD. Eva ; Follmann, Prof. Dr. Jürgen
Date: 2022
Place of Publication: Darmstadt
Collation: xii, 220, A296 Seiten
Date of oral examination: 14 November 2022
DOI: 10.26083/tuprints-00022923
Abstract:

Vor dem Hintergrund der Verkehrswende, einhergehend mit der Förderung des Radverkehrs und der Entwicklung der Elektroantriebe, werden immer mehr Verletzte mit dem Pedelec erfasst. Dabei ist der Anteil der verunglückten Pedelecfahrenden im Vergleich zur Anzahl der Verunglückten des Gesamtradverkehrs höher als der Anteil der Pedelecs am Gesamtradverkehrsbestand. Deswegen wird in dieser Arbeit die Verkehrssicherheit des Pedelecs in den Vordergrund gestellt. Zudem verbreiten sich auch die Lasten(fahr)räder, E-Tretroller und andere elektrisch angetriebene Kleinstfahrzeuge, die auch Radverkehrsanlagen befahren dürfen. Die Entwicklung der neuen Fahrzeuge führt zu einer Inhomogenität auf den Radverkehrsanlagen. Daraus entsteht die Frage, wie Radverkehrsanlagen an die Entwicklung der neuen Fahrzeuge angepasst werden sollen.

Die bisherigen Studien in Deutschland beziehen sich überwiegend auf das allgemeine Verhalten der Nutzenden neuer Fahrzeuge. Im Ausland, besonders in asiatischen Ländern, gibt es bereits Forschungen über E-Bikes, welche allerdings anders als Pedelecs in Deutschland definiert sind. Daher beschäftigt sich die Arbeit mit der Erfassung des Fahrverhaltens unter verschiedenen infrastrukturellen Merkmalen und der Festlegung der spezifischen Anforderungen an Radverkehrsanlagen durch neue Fahrzeuge. Dadurch sind die Empfehlungen für die Radverkehrsanlagen abzuleiten.

Basierend auf den Eigenschaften der neuen Fahrzeuge leiten sich die Hypothesen für mögliche Anforderungen an die Radverkehrsanlagen ab. Gemäß Empfehlungen für Radverkehrsanlagen (ERA) [FGSV 2010] werden die Hypothesen zusammengestellt und in drei Gruppen eingeteilt:

• Entwurfselemente: Breite von Radverkehrsanlagen; Trennung zwischen Geh- und Radweg; Breite von Sicherheitstrennstreifen; Längsneigung; Kurvenbereich; Aufstellbereich.

• Führung an Strecken: Gemeinsame Führung mit dem Fußverkehr; Duale Führungsform.

• Führung an Knotenpunkten: Zwischenzeit (Einfahrzeit); Führung des geradeausfahrenden Radverkehrs (mit nach rechts abbiegendem Kfz); Führung des nach links abbiegenden Radverkehrs.

Dazu werden zunächst die Grundlagen der Elektrofahrräder und Kleinstfahrzeuge erläutert. Dies betrifft die begriffliche Abgrenzung und rechtliche Anordnungen, technische Merkmale und nutzungsbezogene Merkmale der Elektrofahrräder und Kleinstfahrzeuge. Ebenso werden die Grundlagen zur Bemessung von Radverkehrsanlagen aufgezeigt, wobei auch auf die ausländischen Regelwerke und den Bestand der Radverkehrsanlagen in der Praxis eingegangen wird. Basierend auf den Grundlagen existieren drei Methoden für die Untersuchung. Zunächst steht die Unfallanalyse zwischen Fahrrädern und Pedelecs beruhend auf den Unfalldaten in Südhessen im Fokus. Der Schwerpunkt liegt auf den Verkehrsflächen der Unfallstelle und der Auswertung der dreistelligen Unfalltypen mithilfe des ausführlichen Unfallhergangs. Anschließend wird die Online-Umfrage genutzt, um die subjektive Wahrnehmung der Nutzenden für die Radverkehrsanlagen zu erfassen. Ergänzend werden auch die soziodemographischen Merkmale und das Mobilitätsverhalten der Rad- und E-Tretrollernutzenden einbezogen. Insgesamt wurden 755 Rückläufer (451 vollständige Rückläufer) ausgewertet. Letztendlich wird als wichtigstes Verfahren eine Videoerfassung an 54 Strecken und Knotenpunkten in den Hauptverkehrszeiten in Darmstadt und Frankfurt am Main durchgeführt. In Bezug auf die soziodemographischen Merkmale zeigen die wesentlichen Ergebnisse der Umfrage, dass Pedelecs bei älteren Menschen von großer Bedeutung sind. Allerdings spielen Pedelecs auch bei Berufstätigen im mittleren Erwachsenenalter eine wichtigere Rolle, und es ist zu erkennen, dass die Gruppe der Pedelecnutzenden tendenziell jünger wird. Die Lastenradnutzenden sind jünger als die Fahrradfahrenden. Dies wird auch bei E-Tretrollerfahrenden festgestellt, weil ein großer Anteil von Studierenden und Schüler:innen besteht, die nicht bei Pedelec- und Lastenradfahrenden auftauchen. Lastenräder und E-Tretroller werden vor allem in Stadtregionen genutzt. Die Verwendung der E-Tretroller kommt fast nur in Metropolen und Großstädten infrage. Dagegen kommen Pedelecs häufiger in Haushalten außerhalb von Metropolen und Großstädten zum Einsatz. In Hinblick auf das Mobilitätsverhalten werden Fahrräder und Pedelecs vor allem im Freizeitverkehr eingesetzt, während Lastenräder überwiegend zum Einkaufen genutzt werden. Die E-Tretroller, die in der Umfrage regelmäßig benutzt werden, kommen überwiegend im Pendlerverkehr oder bei Dienst-reisen zum Einsatz. Bei der (fast) täglichen Nutzung werden alle Fahrzeuge am häufigsten zur Arbeit benutzt. Die Wege zum Einkaufen mit Lastenrädern und die Wege zur Dienstreise mit den E-Tretrollern sind aufgrund mehrmaliger Nutzung pro Woche ausgeprägt. Durch die Nutzung der Pedelecs und Lastenräder wird die maximale Wegelänge auf 15 km bis 30 km erweitert. Die Wegelänge der Pedelecs und Lastenräder sind allerdings von der Reichweite des Akkus abhängig, besonders in der Winterzeit. Die nutzungsbezogene und fahrzeugtechnische Entfernung mit dem E-Tretroller ist deutlich kürzer als mit dem Fahrrad. Auf der Grundlage der Umfrage lassen sich anschließend allgemeine Wahrnehmungen für die Radverkehrsinfrastruktur/ -anlagen ableiten:

• Radverkehrsanlagen mit genügender Breite, gutem baulichen Zustand und Separation vom Kraftfahrzeugverkehr sind für alle von großer Bedeutung.

• Die Lastenradfahrenden bevorzugen eher breite Radverkehrsanlagen aufgrund vereinfachter Überholvorgänge.

• Die E-Tretrollerfahrenden ziehen die separaten Radverkehrsanlagen mit baulichem Zustand vor, um die subjektive Sicherheit zu gewährleisten.

• Für die Pedelecs sind zudem direktes Linksabbiegen und die für den Radverkehr angepasste Lichtsignalsteuerung von größerer Bedeutung.

• Die Wege außerorts mit der starken Kfz-Belastung werden generell nicht von Rad- und E-Tretrollerfahrenden akzeptiert.

• Die Wege innerorts mit niedriger Kfz-Belastung oder im Grünbereich sind bei den E-Tretrollerfahrenden besonders beliebt.

• Ungefähr 50% der Befragten halten das Rad- und E-Tretrollerfahren generell für „sicher“ oder „sehr sicher“. Dieser Anteil ist bei den E-Tretrollerfahrenden (13%) eindeutig niedriger.

Im Weiteren werden das infrastruktur-bezogene Fahrverhalten von Nutzenden der neuen Fahrzeuge und die Auswirkung auf Radverkehrsanlagen durch Videoerfassung registriert. In Zusammenhang mit der Betrachtung der Unfallauswertung und der (konkreten) subjektiven Wahrnehmung für die Radverkehrsanlagen werden im Folgenden die ausgewählten wesentlichen Ergebnisse dargestellt:

• Die Pedelec- und Lastenradfahrenden benötigen mehr Sicherheitsraum zu den Hindernissen und zu anderen Verkehrsteilnehmenden (Überholabstand) wegen höherer Geschwindigkeit und spezifischer Fahrzeugabmessung.

• Die schmalen Radverkehrsstreifen (Schutz- und Radfahrstreifen) und schmalen Radwege zwischen Fahrbahn und Grünflächen sind mit den Lastenrädern (im Wirtschaftsverkehr) besonders schwierig zu befahren.

• Der 0,30 m breite Begrenzungsstreifen zwischen Geh- und Radweg ist ausreichend.

• Die Pedelecfahrenden werden stärker von dem ruhenden Verkehr beeinträchtigt als Fahrradfahrende, besonders auf der Fahrbahn sowie an Radverkehrsstreifen.

• An den Steigungsstrecken wird die Geschwindigkeit der Pedelecs am geringsten beeinflusst. Im Vergleich dazu haben die E-Tretroller Schwierigkeiten mit der Befahrbarkeit steiler Steigungen (z.B. > 6%).

• Die Kapazität der aufgeweiteten Radaufstellstreifen ist bisher noch unkritisch. Allerdings werden die aufgeweiteten Radaufstellstreifen oft nicht ausgenutzt.

• Bei der gemeinsamen Führung mit dem Fußverkehr werden die Gefahrenpunkte durch Pedelecs und Lastenräder überwiegend an Gehwegen, die schmaler als 4,0 m sind, beobachtet.

• Bei der Führung des geradeausfahrenden Radverkehrs wird eine Unterschätzung der Geschwindigkeit der Pedelecs angesichts der Rechtsabbiege-Unfälle generell nicht verifiziert.

• Die Unfallanalyse von Rechtsabbiege-Unfällen bestätigt die Missachtung der Vorfahrt durch Kfz oft an langen Radfahrstreifen in Mittellage.

• Es wird festgestellt, dass die Pedelecfahrenden das direkte Linksabbiegen und die E-Tretrollerfahrenden mehrheitlich das indirekte Linksabbiegen vorziehen im Vergleich mit den Fahrradfahrenden.

• Die sehr hohen Geschwindigkeiten der Pedelecs, die sogar größer sind im Vergleich zu sportlich Fahrradfahrenden, werden vorwiegend bei jungen Nutzenden und sportlichen Pedelecs an breiten Radverkehrsanlagen oder Steigungsstrecken erfasst.

Auf Grundlage der gewonnenen Erkenntnisse wurden schließlich Empfehlungen für die Bemessung von Radverkehrsanlagen abgeleitet. Ausgewählte Empfehlungen sind:

• Der Verkehrsraum für Fahrrad/ Pedelec/ E-Tretroller ist auf 1,10 m anstatt 1,00 m gemäß ERA 2010 zu erhöhen und die Breite der Lastenräder zusätzlich zu addieren.

• Unter Berücksichtigung des Sicherheitsraums zur Bordsteinkante und des fließenden Kfz-Verkehrs werden ein Mindestmaß von 1,95 m und ein Regelmaß von 2,30 m Breite (Einrichtungsverkehr) je nach der Führungsform und des Qualitätsstandards benötigt.

• Ein Sicherheitstrennstreifen zwischen Parkständen und Radverkehrsstreifen ist mit einer Breite von mindestens 0,75 m erforderlich.

• Eine Zusatzbreite bis zu 0,50 m wird an den Strecken bis 6% Steigung in Abhängigkeit des Steigungsgrads empfohlen.

• Der aufgeweitete Radaufstellstreifen ist mit 6,0 m (ERA-Standard) / 6,5 m (Radvorrangrouten) Länge als Regelmaß angegeben. Dies lässt sich auf ein Mindestmaß von 5,0 m reduzieren und sollte nur bei zuführenden Radverkehrsstreifen breiter als 2,50 m sein.

• Als Gehwegbreite für eine gemeinsame Führung wird ein Regelmaß von 3,90 m (Einrichtungsbetrieb) / 4,90 m (Zweirichtungsbetrieb) zuzüglich des Sicherheitstrennstreifens benötigt. Ein Mindestmaß von 3,20 m sollte für die Anordnung der Benutzungspflicht nicht unterschritten werden.

• Ein Radfahrstreifen in Mittelage (bei den Dreiecksinseln) ist auf 60 m Länge zu beschränken.

• Eine Fahrradweiche am Einordnungsbereich kommt zur Erhöhung der Aufmerksamkeit der Kfz und zur Vereinfachung des direkten Linksabbiegens in Frage. Alternativ könnten die linksabbiegen-den Räder und E-Tretroller mit linksabbiegenden Kfz ohne Einordnungsvorgänge in einer Phase des Signalprogramms geführt werden, wenn der Knotenpunkt ausreichend „groß" und die eigene Signalphase für linksabbiegende Kfz vorhanden sind.

Die vorliegende Arbeit leistet im Rahmen der Verkehrswende einen grundlegenden Beitrag für die Verbesserung der Radverkehrsanlagen unter der Betrachtung von neuen Fahrzeugen im Radverkehr. Die Entwicklungen im Radverkehr schreiten schnell voran, z.B. bei der Nutzung von Lastenrädern im Wirtschaftsverkehr oder die vermehrte Nachfrage von E-Tretrollern. Ihre Auswirkungen auf Radverkehrsanlagen sollten noch näher untersucht werden. Außerdem ist eine sichere und komfortable Führung des Radverkehrs an Radschnellverbindungen und Erschließungsstraßen zu analysieren. Um die Wissenslücken an diesen Straßen zu schließen, ist weitere Forschung notwendig.

Alternative Abstract:
Alternative AbstractLanguage

Against the background of the promotion of cycling regarding to the transport revolution and the development of pedelecs, more and more people are injured with pedelecs. The proportion of victims with pedelecs among all bicycle accident victims is higher than the proportion of pedelecs among the total number of bicycles. As a result, the road safety of the pedelec is pushed to the fore. In addition, cargo bikes, e-scooters and other electric micro vehicles, which are also allowed to use the cycle facilities, are spreading. The emergence of the new vehicles leads to an inhomogeneity in the cycling facilities. This raises the question of how the cycling facilities should be adapted to the development of new vehicles. The previous studies in Germany are mainly related to the general behavior of the users of the new vehicles. Abroad, especially in Asian countries, there are some researches on e-bikes, which are different from pedelecs in Germany. Therefore, the work deals with the collection of driving behavior under different infrastructural features and determination of the specific requirements for cycle facilities by new vehicles. From this, recommendations for the cycle facilities can be derived. Based on the properties of the new vehicles, the hypotheses for possible requirements for the cycle facilities are put forward. According to Recommendations for Cycling Facilities (German: Empfehlungen für Radverkehrsanlagen (ERA)) [FGSV 2010], the hypotheses are composed and bagged into three groups:

• Design elements: width of cycle facilities; separation between footpath and cycle path; width of safety separating strips; incline; curve area; waiting area.

• Guidance on routes: guidance with pedestrians; dual guidance forms.

• Guidance at junctions: intergreen time (entering time); Guidance of bicycle traffic traveling straight ahead (with vehicles right turning); Guidance of bicycle traffic left turning.

At first, the basics of electric bicycles and electric micro vehicles are explained. This involves conceptual delimitation and legal regulations, technical features and use-related features of electric bicycles and electric micro vehicles. At the same time, the basics of dimensioning cycle facilities are discussed. This also includes the foreign regulations and the current states of cycle facilities in practice. Based on the fundamentals, there are three methods for investigation. Firstly, the accident analysis between conventional bicycles and pedelecs is conducted based on the accident data in southern Hesse. The focus is on the traffic areas of the accident site and three-digit accident types with the help of detailed accident history. The online survey is then used to gather the subjective perception of the cycling facilities. Meanwhile, the socio-demographic characteristics and mobility patterns of those who use bicycles and e-scooters are also surveyed. A total of 755 returns (451 complete returns) are received. Finally, the main method of video observation is carried out on 55 routes and junctions through the peak hours in Darmstadt and Frankfurt am Main. In terms of socio-demographic characteristics, the key results of the survey show that pedelecs are still very important to seniors. However, pedelecs play a more important role in employed people in middle adulthood and the rejuvenation of pedelec users is clearly noticeable. The cargo bike users are younger than conventional cyclists. This is also determined by e-scooter users, because there is still a proportion of students and schoolchildren among e-scooter riders, who never turn up among pedelec and cargo bike riders. As a location, cargo bikes and e-scooters are mainly used in urban. The use of e-scooters is even almost only in metropolises and large cities. By contrast, pedelecs are more commonly used in households outside of metropolises and large cities. Regarding to mobility behaviors, conventional bicycles and pedelecs are mainly used for leisure travel, while cargo bikes are mainly used for shopping. The e-scooters, which are used regularly in the survey, are mainly used for commuting or business trips. In (almost) daily use, all vehicles are used most frequently for work. The routes to shopping with cargo bikes and the routes to business trips with e-scooters are marked with multiple use per week. By using pedelecs and cargo bikes, the maximum distance is increased to between 15 km to 30 km. However, the distance covered by pedelecs and cargo bikes is limited by the range of the battery, especially in winter. The usage-related and vehicle-related distance with the e-scooter is significantly shorter than with the conventional bicycle.

On the basis of the survey, general perceptions of cycling infrastructure/facilities can then be derived:

• The cycle facilities with sufficient width, the well-built condition and the separation from motorized vehicles are of great importance for everyone.

• Cargo bike riders tend to prefer the wide cycle facilities to make overtaking easier

• E-scooter riders prefer separate cycle facilities with good structural conditions to ensure subjective safety.

• For pedelecs, direct left turning and signal control adapted to cyclists are also of greater importance

• The rural routes with the high traffic volume are generally not accepted by cyclists and e-scooter riders.

• The urban routes with low traffic volume or in green area are particularly popular with e-scooter riders.

• Around 50% of those surveyed consider cycling and e-scooter use as “safe” or “very safe” generally. This proportion is clearly lower among e-scooter riders (13%).

Furthermore, the infrastructure-related driving behavior of users of the new vehicles and the impact on cycle facilities are gathered by video observation. With the combined consideration of the accident evaluation and (concrete) subjective perception for the cycle facilities, the selected essential results are presented below:

• Pedelec and cargo bike riders need more safety space from obstacles and other road users (over-taking distance) due to higher speed and specific vehicle dimensions.

• The narrow cycle lanes and narrow cycle paths between the roadway and green areas are particularly difficult for cargo bikes (in commercial traffic).

• The 0.30 m wide boundary strip between the footpath and cycle path is sufficient.

• Pedelec riders are more affected by stationary traffic than conventional cyclists, especially on the roadway and on cycle lanes.

• The speed of the pedelecs is least affected on the uphill routes. In contrast, the e-scooters have the problem of being able to drive on steep inclines (e.g. > 6%).

• The capacity of the bike boxes is still not a problem as so far. However, the bike box is often not totally used.

• When driving together with pedestrians, the increased risks from pedelecs and cargo bikes are mainly observed on sidewalks narrower than 4.0 m.

• By guidance of straight-ahead cyclists, an underestimation of the speed of the pedelecs in the event of a right-turn accident is not verified.

• In the face of right-turn accidents, that motorized vehicle failures to give right of the way, often occur at long cycle lanes in middle.

• It must be confirmed that pedelec riders prefer direct left turning and e-scooter riders clearly prefer indirect left turning compared with conventional cyclists.

• The excessive high speed of pedelec riders, which is even larger than conventional sporty cyclists, is randomly recorded among young users of sporty pedelecs on wide cycle lanes or uphill routes.

On the basis of the knowledge gained, recommendations for the dimensioning of cycle facilities were finally given. Selected recommendations are:

• The traffic space for conventional bicycles/ pedelecs/ e-scooters is set at 1.10 m wide instead of 1.00 m wide in accordance with ERA 2010 and the width of the cargo bikes is additional added.

• Taking into account of the more safety space to the curb and flowing vehicles, a minimum width of 1.95 m and a regular width of 2.30 m (for one-way traffic) are required depending on the guidance form and quality standard of cycle facilities.

• A safety separating strip between parking and cycle lanes is required at least 0.75 m wide.

• An additional width up to 0.50 m can be considered on inclines of up to 6% depending on inclines.

• The widened bicycle parking lane (cycling box) is 6.0 m (ERA standard) / 6.5 m (bicycle priority routes) long as a standard value. This can be reduced to a minimum of 5.0 m only if the leading cycle lane is wider than 2.50 m.

• For the footpath width for joint guidance is a regular dimension of 3.90 m (one-way operation)/ 4.90 m (two-way operation) plus the safety separation strip required. A minimum dimension of 3.20 m for the arrangement of cycle facility obligation should not be undercut.

• A cycle lane in the middle (maybe by triangular islands) is to be restricted to a length of 60 m.

• The “bicycle switch” at the traffic lane changing area is intended to increase the attention of motor vehicles and regulate the lane to simplify direct left turns. Alternatively, the left-turning cycles and e-scooters could be guided into a signal phase with left-turning motorized vehicles without changing into motor vehicle lanes from cycle lanes, if the intersection is sufficiently "large" and the separate signal phase for left-turning motorized vehicles is available.

The present work makes a fundamental contribution to the improvement of cycle facilities with the development of new vehicles in bicycle traffic within the framework of the transport revolution. However, cycling is now developing rapidly and, for example, cargo bikes in commercial transport and e-scooters are just beginning to spread. Their effects on the cycling facilities should still be investigated. In addition, a safe and comfortable guidance of bicycle traffic on the cycling highway and on access roads is just as important. The knowledge gaps on such roads also requires further research.

English
Status: Publisher's Version
URN: urn:nbn:de:tuda-tuprints-229238
Classification DDC: 600 Technology, medicine, applied sciences > 620 Engineering and machine engineering
Divisions: 13 Department of Civil and Environmental Engineering Sciences > Institutes of Transportation > Institute for Transport Planning and Traffic Engineering
Date Deposited: 07 Dec 2022 13:26
Last Modified: 08 Dec 2022 06:28
URI: https://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/id/eprint/22923
PPN: 502350768
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