Erkennbarkeit von Fußgängern - Verschiedene Beleuchtungssysteme - Wissensdatenbank Gerichts ...
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Dipl.-Phys. Annika Kortmann
Sachverständige für Straßenverkehrsunfälle
Erkennbarkeit von Fußgängern
Verschiedene Beleuchtungssysteme
1. Einleitung und Problemstellung 2. Grundlagen der lichttechnischen Untersuchung
Die häufigsten Scheinwerfertypen für Abblendlicht an PKW Zur Erkennbarkeit eines Fußgängers wird die Leuchtdichte-
arbeiten heutzutage mit Halogenlicht. Zunehmend werden differenz des Fußgängers relativ zum Hintergrund in cd/m2
neue PKW-Modelle mit Xenon und sogar LED-Scheinwer- gemessen. Die Leuchtdichte ist die Leuchtintensität, die
fern ausgerüstet, die mit einer verbesserten Lichtqualität pro Fläche auf das Auge einwirkt. Bei der Auswertung der
werben. Typische Dunkelheitsunfälle wurden jedoch mit Sichtbarkeit wird die gemessene Leuchtdichtedifferenz der
den neuen Lichtsystemen bisher kaum analysiert. Wer erforderlichen Schwellenleuchtdichtedifferenz von Berek1
„nur“ über ein Fahrzeug mit Halogenscheinwerfern verfügt, und Adrian2 gegenübergestellt. Bei der Schwellenleucht-
kann sein System durch die Wahl eines anderen Leucht- dichte handelt es sich um die Leuchtdichtedifferenz eines
mittels nachrüsten, das sich mittlerweile frei zugänglich im Objekts zu seinem Hintergrund, bei der das Objekt unter
Internet erwerben lässt. In den meisten Lampentests, zB Laborbedingungen von einem konzentrierten Beobachter
durch den ADAC, werden die Lichtqualität und -intensität, gerade noch erkannt werden kann.
die Blendung und die Lebensdauer dieser Glühlampen be-
urteilt. Eine Beurteilung hinsichtlich der Erkennbarkeit von In Abhängigkeit von der Objektgröße (Sehwinkel) und der
Objekten bei Dunkelheit fehlt. Hierzu ist eine lichttechni- Umgebungsleuchtdichte ergeben sich die in Abbildung 1
sche Untersuchung (kurz: LTU) erforderlich. dargestellten Kurven (Bereksche Kurven). In der Realität
muss der Seheindruck von sich bewegenden Objekten
Die Erkennbarkeit eines Fußgängers ist für einen PKW- in kürzester Zeit verarbeitet werden, gleichzeitig wird der
Fahrer nicht nur mit der Lichtstärke und der „Reichweite“ Fahrer durch Leuchtquellen in der Umgebung abgelenkt.
seines Scheinwerfers zu verknüpfen. Von Bedeutung ist Durch sogenannte Praxisfaktoren wird dies berücksich-
auch das „Streulicht“ des Scheinwerfers. Es stellt sich die tigt. Laut Schmedding/Becke3 kann die vor Ort gemesse-
Frage, ob durch den Austausch von Leuchtmitteln im Ha- ne Leuchtdichtedifferenz gegen die Fußgängerentfernung
logenscheinwerfer bessere Fußgängererkennbarkeiten zum PKW in einem „Soll-Ist-Diagramm“ (SI-Diagramm)
erreicht werden können und welchen Einfluss eine mögli- dargestellt werden.
che Scheinwerfertrübung, gerade bei älteren Fahrzeugen,
auf die Fußgängererkennbarkeit hat. Können die neuen Die Leuchtdichten an der Unfallstelle bzw Sichteindrücke
Scheinwerfersysteme wie Xenon und LED durch die steti- lassen sich mithilfe eines Leuchtdichtemessgeräts oder
ge technische Weiterentwicklung von PKW zu einer frühe- einer Standardspiegelreflexkamera aufnehmen. Da der
ren Fußgängererkennbarkeit beitragen? Aufbau einer Digitalkamera dem eines Leuchtdichtemess-
Abbildung 1: Bereksche Kurven (1) und das SI-Diagramm (2) zur Auswertung der LTU
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Erkennbarkeit von Fußgängern
geräts ähnelt, entwickelten Wüller 4 und Hoger 5 Verfahren, fertigt. In jeder Messreihe wurden Sichtfotos aus dem PKW
um die Digitalkamera bei einer LTU ohne das Problem der auf den Fußgänger für die zeitlichen Abstände zwischen
Über- oder Unterbelichtung der aufgenommenen Bilder 5 s und 1 s vor der Kollision mit einer kalibrierten Digital-
einsetzen zu können. Die Auswertung der aufgenomme- kamera für je eine Fußgängerannäherung von rechts und
nen Lichtbilder kann dann am PC erfolgen. links aufgenommen.
3. Versuchsaufbau und -durchführung 4. Leuchtmittelvergleich für den Halogenscheinwerfer
Zur Beurteilung der Fußgängererkennbarkeit wurden LTU Beim Leuchtmittelvergleich stellte sich heraus, dass die
durchgeführt, bei denen sich ein Fußgänger unter 90° zur LED-Leuchte ohne Straßenzulassung nicht den Anfor-
Fahrzeuglängsachse, von links und rechts kommend, mit derungen der Scheinwerferkonstruktion entspricht. Das
einer Geschwindigkeit von 5 km/h näherte. Die Geschwin- Scheinwerferprofil wird verfälscht und der Gegenverkehr
digkeit des PKW wurde mit konstant 50 km/h angenommen geblendet. Bei der Glühlampe von Osram mit der größten
und die Kollision mittig an der Fronthaube berücksichtigt. Beleuchtungsstärke im Nahbereich zeigte sich eine gleich
Um die Positionen zwischen Fußgänger und PKW mit ver- gute oder sogar schlechtere Fußgängererkennbarkeit im
schiedenen Fahrzeugen möglichst genau reproduzieren Vergleich zur Standardglühlampe. Dies könnte aufgrund
zu können, wurde nur der Fußgänger auf das Fahrzeug der Überbeleuchtung des Nahbereichs und dem daraus
zubewegt. Die Entfernungen zum Kollisionsort von PKW resultierenden Adaptionsproblem des Auges resultieren.
und Fußgänger zeigt Tabelle 1. Die größte Erkennbarkeitsentfernung wurde mit einer
Glühlampe von Philips festgestellt. Allerdings wird unab-
Entfernung zum Kollisionsort (s = 0 m) [m] hängig vom Fahrzeug der linke Bereich des Lichtkegels
Zeit [s] 50 km/h (PKW) 5 km/h (Fußgänger) erweitert. Es ist zu prüfen, ob der Zuwachs an Erkennbar-
keitsentfernung durch eine größere Blendung erkauft wird.
–1 13,9 1,4
Durch die Veränderung des Leuchtmittels im Halogen-
–2 27,8 2,8
scheinwerfer ist es möglich, eine zusätzliche Erkennbar-
–3 41,7 4,2 keitsentfernung eines Fußgängers von maximal 8 m zu
–4 55,6 5,6 erreichen. Die untersuchten unterschiedlichen Scheinwer-
–5 69,4 6,9
fertypen (Audi und BMW) zeigten Abweichungen von ma-
ximal 20 m in der Erkennbarkeitsentfernung.
Tabelle 1: Positionen von PKW/Fußgänger für die LTU
Bei einer LTU muss somit der Scheinwerfertyp identisch
Zusätzlich zu den Sichtfotos aus dem PKW wurde bei je- gewählt werden, wenn möglich sollte auch das Leuchtmit-
der Messreihe die Beleuchtungsstärke auf dem Boden in tel Beachtung finden. Zentraler Punkt in der Bestimmung
Abständen von 10 m in Verlängerung der Fahrzeuglängs- der Erkennbarkeitsentfernung bleibt jedoch die Berück-
achse bis zu einer Entfernung von 100 m bestimmt und ein sichtigung der Annäherungsgeschwindigkeiten, der Klei-
Hochfoto aus rund 5 m Höhe des Scheinwerferprofils ge- dung des Fußgängers und der örtlichen Gegebenheiten.
Abbildung 2: Fußgängererkennbarkeit in Abhängigkeit von Fahrzeugmodell und Leuchtmitteln
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Erkennbarkeit von Fußgängern
5. Fußgängererkennbarkeit mit Halogen-, Xenon- und Durch den hohen Lichtstrom, den die Xenon- und LED-
LED-Scheinwerfern Scheinwerfer liefern können, ist trotz großem Öffnungswin-
kel des Lichtkegels eine große „Reichweite“ möglich. Von
Das Lichtprofil des Audi ist annähernd symmetrisch und
rechts kommende Fußgänger können mit Xenonschein-
länglich, während der BMW über ein klassisches asym-
werfern bereits in einer Entfernung von 70 m erkannt wer-
metrisches Scheinwerferprofil verfügt. Dies lässt sich unter
den. Bei LED und Halogen liegen die Erkennbarkeitsgren-
anderem aus den Erkennbarkeitsentfernungen in Abhän-
zen bei 56 m bzw 44 m (Abbildung 4). Zur Vermeidung
gigkeit vom Fahrzeugmodell und Leuchtmittel ablesen,
der Blendung des Gegenverkehrs ist die Fußgängerer-
siehe exemplarisch Abbildung 2. Der Öffnungswinkel des
Lichtkegels des BMW ist deutlich breiter als beim Audi, die kennbarkeit auf der linken Fahrzeugseite bei Xenon- und
„Reichweite“ daher geringer, was aus den Hochfotos als insbesondere LED-Scheinwerfern deutlich eingeschränkt.
Falschfarbenbilder entsprechend Abbildung 3 entnommen Können von links kommende Fußgänger mit Halogen-
werden kann. Von rechts kommende Fußgänger können Leuchtmitteln bereits in einer Entfernung von 42 m erkannt
im Audi-Scheinwerfer mit Standardleuchtmittel in 44 m er- werden, so zeigen sich für Xenon und LED geringere Er-
kannt werden, im BMW-Scheinwerfer bereits in einer Ent- kennbarkeitsentfernungen (38 m bzw 27 m).
fernung von 60 m. Aus der Gegenüberstellung der Sichteindrücke aus dem
Welches Lichtprofil vorteilhaft ist, ist unter anderem von Fahrzeug auf den Fußgänger und der Aufteilung der Er-
den Geschwindigkeiten, der Kleidung des Fußgängers kennbarkeitsgrenze nach Oberkörper und Beinen wird
und dem Kontaktpunkt am PKW abhängig und kann nicht deutlich, dass der Streulichtanteil der Scheinwerfer von
verallgemeinert werden. Generell sollte das Lichtprofil der
Geschwindigkeit angepasst werden, was durch adaptive
Lichtsysteme zu erreichen ist.
Aus der LTU geht hervor, dass die Erkennbarkeit von
Objekten außerhalb des Nahfeldes beim Halogenschein-
werfer durch „Streulicht“ erreicht wird, nicht durch direkte
Beleuchtung, wodurch ein am Oberkörper hell gekleideter
Fußgänger frühzeitig erkannt werden kann. Dies wird als
„Streulichteffekt“ bezeichnet.6
Je technologisch „hochwertiger“ das Scheinwerfersystem
ist, desto breiter wird die beleuchtete Fläche im Nahbe-
reich. Während Xenon- und insbesondere Halogen-
scheinwerfer im Audi A4 B8 über ein eher symmetrisches
Scheinwerferprofil verfügen, ist die Ausrichtung des LED-
Scheinwerferprofils deutlich asymmetrisch nach rechts
gerichtet, sodass in einer Entfernung von 70 m zur Fahr-
zeugfront eine Beleuchtungsstärke von weniger als 1 lx Abbildung 4: Fußgängererkennbarkeit in Abhängigkeit vom
auf der Fahrzeuglängsachse gemessen werden konnte. Im Leuchtmittel (Audi)
Vergleich hierzu weisen Halogen- bzw Xenonscheinwerfer
eine Beleuchtungsstärke zwischen etwa 3 lx und 5 lx auf.
Abbildung 5: Sichtaufnahmen aus dem Audi mit Halogen-,
Abbildung 3: Zusammenhang zwischen schematischer Licht- Xenon- und LED-Scheinwerfern bei Fußgängerannäherung von
profilform und Fußgängererkennbarkeit links und rechts zwischen 4 s und 1 s vor der Kollision
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Erkennbarkeit von Fußgängern
Halogen über Xenon bis zu LED immer weiter verringert suchsfahrzeug mit bereits getrübten Scheinwerfern weiter
wurde (Abbildung 5). beschädigt.
Dies führt zu einer schärfer definierten Hell-Dunkel-Gren- Die Fußgängererkennbarkeit bei getrübten/verkratzten
ze (HDG) und letztendlich zur Ausblendung des Oberkör- Scheinwerfern erfolgt über den höheren Streulichtanteil,
pers bei der Fußgängererkennbarkeit, da die Erkennbar- der aus der Beschädigung der Abschlussscheibe resultiert
keit hauptsächlich über die direkte Beleuchtung der Beine (Abbildung 8). Der höhere Streulichtanteil bedingt eine ge-
des Fußgängers bestimmt wird. Am Computer wurden die ringe direkte Ausleuchtung im Nahbereich, wodurch die
Absolutwerte der Leuchtdichten auf dem Oberkörper für Beine des Fußgängers schlechter erkannt werden können.
jede Beleuchtungsart ermittelt. Von Halogen (0,07 cd/m2) Durch die Trübung wird zusätzlich das Scheinwerferpro-
über Xenon (0,04 cd/m2) bis zu LED (0,02 cd/m2) nimmt fil zerstört, was anhand des Anstiegs der Erkennbarkeit
die Leuchtdichte stetig ab, der Oberkörper wird demnach eines sich von links nähernden Fußgängers erkannt wer-
weniger stark angeleuchtet. den kann. Es liegt keine Verschlechterung der Fußgänger-
erkennbarkeit bei hellerer Oberbekleidung von getrübten
Reflektierende Kleidung und Straßenschilder lassen sich Scheinwerfern durch zusätzliches Verkratzen vor. Aller-
aber nach wie vor selbst mit den streulichtarmen LED- dings ist eine höhere Blendung des Gegenverkehrs zu
Scheinwerfern problemlos in größerer Entfernung erken- erwarten.
nen (Abbildung 6). Bei der Versuchsdurchführung wurde
das Licht eines Mercedes E-Klasse T-Modells (S212) im
Abblendmodus betrieben und die Sicht aus dem Fahrzeug 7. Fazit
auf einen Fußgänger mit entsprechender Warnjacke mit
Der Streulichteffekt trägt nur bei Halogenscheinwerfern si-
Reflektoren in 10 m-Abständen bis zu einer Entfernung
gnifikant zur Fußgängererkennbarkeit bei, sodass die Fuß-
von 120 m zur Fahrzeugfront entlang der Längsachse der
gängererkennbarkeit bei Xenon- und LED-Scheinwerfer-
Scheinwerfer aufgenommen. Bis in diese Entfernung reicht
systemen durch adaptive Lichtsysteme verbessert werden
die Reflexion zum Erkennen aus.
muss. Durch ein geschwindigkeitsabhängiges Lichtprofil
und das blendfreie Fernlicht ist es mit diesen Scheinwer-
6. Einfluss durch Scheinwerfertrübung fern möglich, Fußgänger auch auf der linken Fahrzeug-
seite in größerer Entfernung erkennen zu können, sodass
Zur Ermittlung des Einflusses der Scheinwerfertrübung auf dann eine klare Überlegenheit zum herkömmlichen Halo-
die Fußgängererkennbarkeit wurde der zuvor beschriebe- genscheinwerfer vorliegt. Blendfreies Fernlicht kommt in
ne Versuchsaufbau (Abschnitt 3) mit zwei baugleichen 5er der Regel innerorts nicht zum Einsatz. Fußgängerunfälle
BMW E60 umgesetzt.7 Ein Fahrzeug verfügte über klare, passieren jedoch hauptsächlich innerorts, sodass neue
eines über bereits getrübte Scheinwerfer (Abbildung 7). In Scheinwerfersysteme gegenüber Halogenscheinwerfern
beiden Fahrzeugen wurden vor der Versuchsdurchführung innerorts keinen Vorteil bei der Fußgängererkennbarkeit
neue H7-Glühlampen eingesetzt. Nach erfolgter Messung bieten.
wurde die Abschlussscheibe mit Schleifpapier am Ver-
Die Untersuchung der neuen Scheinwerfersysteme mit
Xenon und LED zeigt, dass aus technischer Sicht somit
adaptive Systeme erforderlich sind, um auch innerorts
eine bessere Fußgängererkennbarkeit zu gewährleisten.
Abbildung 6: Sichteindruck aus dem Mercedes auf den Fuß-
gänger – LED-Scheinwerfer im Abblendmodus betrieben
Abbildung 7: Klarer (links), getrübter (Mitte) und zusätzlich mit Abbildung 8: Erkennbarkeitsgrenze des Fußgängers in Abhän-
Schleifpapier beschädigter BMW-Halogenscheinwerfer (rechts) gigkeit von der Scheinwerfertrübung
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Erkennbarkeit von Fußgängern
4
Durch die Lichtassistenten wird es in Zukunft notwendig Wüller/Gabele, Digitale Standard-Spiegelreflexkameras als Leucht-
dichtemessgerät im mesopischen Bereich, 18. EVU Kongress
sein, in die Fahrzeugelektronik einzugreifen, um die dyna-
(2009).
mische Lichtveränderung bei der Fahrzeugannäherung im 5
Hoger, Lichttechnische Untersuchungen mit einer Standard-Digital-
Rahmen einer LTU nachstellen zu können. kamera, VKU 2016, 50 (52).
6
Kortmann/Hoger, Fußgängererkennbarkeit mit Halogen, Xenon
und LED: „der Streulichteffekt“ (Teil 1), VKU 2017, 8 (8 ff); Kort-
Anmerkungen: mann/Hoger, Fußgängererkennbarkeit mit Halogen, Xenon und
LED: „der Streulichteffekt“ (Teil 2), VKU 2017, 100 (100 ff).
1
Berek, Zum physiologischen Grundgesetz der Wahrnehmung von 7
Kortmann/Hoger, Einfluss auf die Fußgängererkennbarkeit durch
Lichtreizen, Zeitschrift für Instrumentenkunde 63/1943, 297. Scheinwerfertrübung, 27. EVU Kongress (2018).
2
Adrian, Die Unterschiedsempfindlichkeit des menschlichen Auges
und die Möglichkeit ihrer Berechnung, Lichttechnik 21/1943, 2.
3
Schmedding/Becke, Das SBU-Diagramm und die Bestimmung Korrespondenz:
von Erkennbarkeitsentfernungen mit Hilfe des SI-Diagramms, VKU Dipl.-Phys. Annika Kortmann
28/1990. E-Mail: kortmann@ureko.de
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