Ausgabe 6/2007


11/01/07

Experimentelle Untersuchung der Beziehung von Fahrkomfort und Kinematik beim Fahrtreppenhalt


Lutfi R. Al-Sharif

Schätzungsweise 2,5 % aller Haltevorgänge bei Fahrtreppen führen zu Fahrgaststürzen. Fahrgaststürze können zu Verletzungen und im Extremfall zu lawinenartigen Stürzen führen. Eine der Zielsetzungen bei der Auslegung einer Steuer- und Abbremsanlage für Fahrtreppen ist die Minimierung (und mögliche Beseitigung) des Risikos eines Fahrgaststurzes nach einem nicht geplanten Haltevorgang. In diesem Aufsatz werden die Ergebnisse der experimentellen Untersuchungen der Beziehung zwischen dem subjektiven Fahrgastkomfort und der Kinematik einer abbremsenden Fahrtreppe beschrieben.
Kategorie: Fachaufsaetze Ausgabe 6/2007
Erstellt von: Editor

Einige Testpersonen wurden gebeten, eine Fahrt mit der Fahrtreppe zu machen. Ihnen wurde gesagt, dass die Fahrtreppe während der Fahrt angehalten werden würde. Nach dem Fahrtreppenhalt sollten sie die Qualität des Haltevorgangs auf einer Skala von 1 bis 10 bewerten. Die Kinematik des Haltevorgangs wurde durch die Verstellung der Steuerungsparameter geändert. Das Geschwindigkeit-Zeitprofil wurde mit Hilfe eines manuell bedienten Tachometerrads aufgezeichnet.

Mit der Kurve des Geschwindigkeitsprofils wird der Wert der maximalen Beschleunigung und Stoßbelastung während des Haltevorgangs extrahiert. Diese beiden Variablen werden daraufhin in Wechselbeziehung zur Qualität des Haltevorgangs gebracht, so wie diese durch die Testpersonen bewertet wurde. Eine lineare Mehrfachregression wird durchgeführt, um die Beziehung zwischen der Qualität des Haltevorgangs und den Maximalwerten der Stoßbelastung und Beschleunigung für diese Fahrtreppe zu bestimmen.
Einleitung
Fahrgaststürze sind eine der Hauptgefahren bei einer Fahrtreppenfahrt. Bei den Fahrgaststürzen kann es sich im einfachen Fall um den Sturz einer einzelnen Person bis hin zu lawinenartigen Stürzen mehrerer Personen in Extremfällen handeln. Man spricht von einem lawinenartigen Sturz, wenn beim Sturz eines Fahrgastes ein zweiter Fahrgast und eventuell noch weitere Personen mitgerissen werden. Die wichtigste Zielsetzung bei der Auslegung und beim Betrieb einer Fahrtreppe ist daher die Minimierung (und mögliche Beseitigung) des Sturzrisikos für die Fahrgäste.
Fahrgaststürze können durch auslegungsbedingte Faktoren, durch das Fahrgastverhalten oder durch eine Kombination beider ausgelöst werden. Zu den auslegungsbedingten Faktoren gehören die Haltevorgänge, die automatisch durch Sicherheitseinrichtungen hervorgerufen werden. Beim Fahrgastverhalten kann es sich um unachtsame Fahrgäste handeln, die sich nicht am Handlauf festhalten oder nicht in Fahrtrichtung stehen.
Der Konstrukteur hat nur sehr geringen Einfluss auf das Fahrgastverhalten. Auf die auslegungsbedingten Faktoren kann er jedoch einwirken. Wenn der Konstrukteur den Haltevorgang einer Fahrtreppe so gestalten kann, dass das Sturzrisiko für die Fahrgäste minimiert wird, ist bereits die Hälfte des Problems gelöst. Die andere Hälfte des Problems (das Fahrgastverhalten) kann dann durch die Erziehung der Fahrgäste und durch die Schärfung ihrer Wahrnehmung des Fahrtreppenumfelds angegangen werden.
Dieser Aufsatz beschäftigt sich ausschließlich mit den auslegungsbedingten Faktoren des Sturzrisikos für Fahrgäste. Die Erziehung der Fahrgäste und die Schärfung ihrer Wahrnehmung zur Reduzierung des Sturzrisikos werden in diesem Aufsatz nicht behandelt und darauf wird nicht weiter eingegangen.
Faktoren, die das Sturzrisiko für Fahrgäste beeinflussen
Das Risiko von Fahrgaststürzen ist während des Haltevorgangs einer Fahrtreppe am größten. Dies lässt sich wie folgt erklären:
1. Normalerweise wird eine Fahrtreppe ohne Fahrgäste in Betrieb genommen, sodass zu diesem Zeitpunkt kein Sturzrisiko vorhanden ist.
2. Sobald eine Fahrtreppe die maximale Geschwindigkeit erreicht hat, läuft sie meistens mit einer konstanten Geschwindigkeit im Dauerbetrieb.
3. Bei Fahrtreppen, deren Geschwindigkeit sich regelmäßig ändert (entweder aus Gründen der Bewältigung des Verkehrsaufkommens oder um Energie zu sparen), wird stets darauf geachtet, dass diese Änderungen so sanft erfolgen, dass kein Sturzrisiko für die Fahrgäste hervorgerufen wird.
Daraus folgt für den Konstrukteur, dass er sich hauptsächlich auf den Haltevorgang einer Fahrtreppe (entweder auf Grund einer notwendigen Betriebsunterbrechung oder einer Notfallsituation wie die Betätigung eines Not-Aus-Tasters oder die Auslösung einer Sicherheitseinrichtung) konzentrieren muss. Dies wird durch Daten erhärtet, die besagen, dass 2,5 % aller Haltevorgänge bei Fahrtreppen zu Fahrgaststürzen führen (Metro Consulting Engineers).
Die Funktion und die Eigenschaften der Fahrtreppenbremsanlage beeinflussen das Risiko der Fahrgaststürze. Damit also der Konstrukteur dieses Sturzrisiko beeinflussen kann, muss er/sie sich auf die Funktionsweise der Bremsanlage konzentrieren. Das Problem dabei ist, dass der Konstrukteur derzeit nicht über eine Definition der Beziehung zwischen den Bremseigenschaften (d. h. der Kinematik) des Haltevorgangs und dem Risiko des Fahrgaststurzes verfügt.
Mit diesem Aufsatz soll versucht werden, die Beziehung zwischen der Kinematik des Geschwindigkeit-Zeitprofils einer haltenden Fahrtreppe und dem Risiko eines Fahrgaststurzes empirisch zu bestimmen. Diese Parameter werden als Leistungskriterien bezeichnet.
Leistungskriterien für einen Fahrtreppenhalt
Die Fahrgäste verlieren eher das Gleichgewicht und werden stürzen, wenn eine Fahrtreppe abrupt angehalten wird. Es gibt jedoch kein quantitatives und objektives Maß, mit dem sich die Beziehung zwischen dem Risiko/der Wahrscheinlichkeit eines Fahrgaststurzes und der Qualität des Haltevorgangs herstellen lässt. In diesem Abschnitt befassen wir uns mit dem bestehenden Kriterium für die Bewertung der Bremsleistung und den kürzlich durchgeführten Versuchen zur Bestimmung der Beziehung zwischen der Bremsleistung und der Wahrscheinlichkeit eines Fahrgaststurzes.
Die neuesten Bewertungskriterien
Die Kriterien für einen Nothalt von Fahrtreppen sind zweierlei und stehen miteinander im Konflikt: Eine Fahrtreppe innerhalb eines vorgegebenen Wegs abbremsen und diesen Vorgang so zu gestalten, dass sich keine Stürze ereignen. Diese beiden Anforderungen erfordern eine Kompromisseinstellung. Dabei ist es wichtig, dass ein Kriterium spezifiziert wird, das beiden gerecht wird.
Die Europäische Norm (CEN, 1983: EN 115) erfüllt diese beiden Anforderungen, indem sie Mindest- und Höchstbremswege vorgibt. Sie gibt vor, dass sich der Bremsweg der Fahrtreppe innerhalb der nachfolgend aufgeführten Werte bei den beiden Lastextremen bewegen soll. Die Mindestwerte gelten für unbelastete Fahrtreppen und die Höchstwerte für sich abwärts bewegende belastete Fahrtreppen. Die Werte sind in Tabelle 1 für verschiedene Geschwindigkeiten aufgeführt. Es ist jedoch unklar, wie sich diese Abbremsweganforderungen auf die Abbrems- oder Stoßbelastungswerte auswirken (weil wir nicht von einer einheitlichen Beschleunigung während des Haltevorgangs aus gehen können). Darüber hinaus gibt es keinen Beleg dafür, dass bei Einhaltung dieser Mindest- und Höchstwerte des Bremswegs ein sicherer Halt für die Fahrgäste im Notfall gewährleistet werden kann.
Der Entwurf für die öffentliche Stellungnahme zur Norm EN 115 (prEN 115:2005) schlägt folgende Änderungen vor:
  • Der Mindestbremsweg bei einer Geschwindigkeit von 0,75 m/s wird auf 0,4 m erhöht.
  • Eine Begrenzung des Abbremswertes auf 1 m/s² während des Haltevorgangs.
Sollte die zweite vorgeschlagene Änderung angenommen werden, wird das Kriterium für die Begrenzung des Abbremswertes explizit festgelegt.
Andererseits gibt die amerikanische Norm (ASME, 1993) die Leistungsanforderungen in Form von maximalen Beschleunigungswerten (oder in diesem Fall Abbremswerten) vor. Darin wird eine maximale Abbremsung von 3 ft/s² (0,9144 m/s² - A17.1 - Klausel 804.3b, ASME, 1993) vorgegeben. In dieser Norm wird kein maximaler Bremsweg spezifiziert.
Frühere Untersuchungen zum Thema Bremsleistung und Fahrgaststürze
Bei früheren Untersuchungen, die durch das Health und Safety Laboratory mit Förderung durch die HMRI (Her Majesty’s Railway Inspectorate) in Großbritannien stattfanden (Pittard, 1995; Swift & Brennan, 1995; Pittard & Swift, 1995), wurde die Beschleunigung bei drei Fahrtreppen der London Underground mit unterschiedlichen Belastungen und verschiedenen Bremskombinationen durchgeführt. Dabei stellte sich heraus, dass sich das Worst-Case-Szenario bei den Beschleunigungswerten dann einstellt, wenn die Fahrtreppe unbelastet ist und abwärts fährt [„Bei Haltevorgängen während der Abwärtsfahrt können bei unbelasteten Fahrtreppen höhere Beschleunigungen erwartet werden” …und dass „die stärksten Beschleunigungen durch eine unbelastete Fahrtreppe hervorgerufen wurden, die während einer Abwärtsfahrt angehalten wird.” (Swift & Brennan, 1995, p8)]. Die Studie benutzte damals die Messwerte als Eingabedaten für ein Fahrgast-Modelliersystem, um die Auswirkungen dieser Beschleunigungswerte auf die Fahrgäste bestimmen zu können (Pittard & Swift, 1995). Dabei wurden die Fahrgäste in die Kategorien „aufmerksame” und „unaufmerksame” Fahrgäste eingeteilt, und es wurde festgestellt, dass ein unaufmerksamer Fahrgast stürzen und unter den stärksten Beschleunigungsumständen einen weiteren Fahrgast mitreißen könnte. Die Studie befasst sich nicht mit der Stoßbelastung als Faktor, stellt jedoch die Bedeutung der Beschleunigung (oder in diesem Fall der Abbremsung) und ihrer Dauer als die wichtigen Faktoren heraus, die für Fahrgaststürze verantwortlich zeichnen [„... die durchschnittliche Beschleunigung und ihre Dauer sind wahrscheinlich die wichtigsten Faktoren” (Swift & Brennan, 1995)].
Fruin weist auf die Bedeutung sowohl der Beschleunigung als auch der Stoßbelastung hin: „Zu den wichtigsten Kriterien bei Fahrtreppen gehören die Abbremsung und die Änderungsgeschwindigkeit beim Abbremsen („Stoßbelastung”), die mit einem plötzlichen und unerwarteten Halt einhergehen” (Fruin, 1988).
Studien im Bereich der Eisenbahn schlagen geeignete Bremswerte für die Vermeidung von Fahrgaststürzen in Zügen vor. Die folgenden „Beschleunigungs- und Stoßwerte werden als Schwellenwerte vorgeschlagen, die im Falle einer Überschreitung bei einem typischen stehenden Fahrgast mit guten Möglichkeiten zum Festhalten zu einem Sturz und zu möglichen Verletzungen führen können [12]:
  • Maximale Längsbeschleunigung 0,2 g.
  • Maximale Geschwindigkeit der Beschleunigungsänderung (Stoßbelastung) 0,3 g/s”
Daraus geht hervor, dass die zwei wichtigsten Kriterien für die Bewertung der Qualität eines Haltevorgangs die Beschleunigung und Stoßbelastung sind. Die Studien geben aber keine Auskunft über:
1. Die empfohlenen Grenzwerte für die Beschleunigung und Stoßbelastung.
2. Die relative Bedeutung der zwei Variablen bezüglich ihrer Auswirkung auf die Qualität eines Haltevorgangs.
3. Die quantitative Beziehung zwischen dem Beschleunigungs- und Stoßwert und der Wahrscheinlichkeit eines Fahrgaststurzes.
Methodologie
In diesem Abschnitt wird die bei dieser Untersuchung verwendete Methodologie beleuchtet.
Mögliche Methoden
Es gibt zwei Möglichkeiten, um einen Bezug zwischen dem Risiko eines Fahrgaststurzes und der Kinematik der abbremsenden Fahrtreppe herstellen zu können, die nachstehend beschrieben sind:
1. Analytische Methode: Diese Methode beruht auf der theoretischen Modellierung, wobei das Modell des menschlichen Körpers mit der Kinematik der abbremsenden Fahrtreppe gekoppelt wird, um die Wahrscheinlichkeit eines Sturzes unter verschiedenen kinematischen Szenarien zu bewerten. DYNAMAN ist ein Modell, das für eine derartige Modellierung eingesetzt werden kann („… ist ein FE-Modell eines Menschen auf der Grundlage des DYNA3D-Codes. Jede Größe eines Erwachsenen oder Kindes lässt sich modellieren, und den anatomischen Gliedern kann jede erdenkliche Eigenschaft zugewiesen werden. Dadurch kann das Modell die unterschiedlichen Ebenen der menschlichen Aufmerksamkeit und Stärke darstellen, wie z.B. als eine vollkommen vorbereitete oder bewusstlose Person...” [10]). Das wurde in diesem Aufsatz zwar nicht berücksichtigt, aber hoffentlich kann es in späteren Untersuchungen benutzt werden, um die Ergebnisse der in diesem Aufsatz beschriebenen Untersuchung zu untermauern.
2. Empirische Methode: Diese Methode beruht auf dem Einsatz von Testpersonen, die sich während des Haltevorgangs auf der Fahrtreppe befinden und eine subjektive Bewertung der Qualität des Haltevorgangs und des Sturzrisikos abgeben. Diese Methode wurde für diese Untersuchung angewendet. Ein Beispiel dieser empirischen Annäherung an das Problem findet sich in der Untersuchung aus [11] wieder, bei der experimentelle Tests mit Personen durchgeführt wurden, um ihre Wahrnehmungsschwelle für Bewegungen bezogen auf das Alter und andere Faktoren zu ermitteln. Ein weiteres Beispiel ist in [14] aufgeführt, wo Testpersonen gebeten wurden, die Qualität eines Haltevorgangs auf einer Fahrtreppe stehend zu bewerten. Die Anzahl der Tests war jedoch begrenzt und die Studie zog keine Rückschlüsse aus den Ergebnissen.
Eingesetzte Methodologie
Die bei dieser Untersuchung verwendete empirische Methode bediente sich folgender Elemente:
1. Eine Fahrtreppe: Eine Fahrtreppe der London Underground in der Station Hyde Park Corner wurde hierfür verwendet (stets bei Abwärtsfahrten). Eine benachbarte Fahrtreppe stand ebenfalls zur Verfügung.
2. Eine Methode, mit der sich die Kinematik der abbremsenden Fahrtreppe verändern lässt (speziell die Beschleunigung und Stoßbelastung). In diesem Fall war die Fahrtreppe mit einer Hydraulikbremse im geschlossenen Regelkreis ausgestattet. Damit konnte der Anwender den Wert der Abbremsung bei jedem Halt ändern. Die Stoßbelastung wurde nicht gewollt verändert, sondern durfte je nach Fahrtreppenhalt und der Änderung des Abbremswertes variieren. Die Feststellung ist wichtig, dass die Fahrtreppe über unterschiedliche Methoden wie folgt abgebremst werden konnte:
a. VVVF (frequenzgeregelter Halt): Hier wird der Elektroantrieb der Fahrtreppe eingesetzt, um sie elektrisch zum Stehen zu bringen.
b. Die Fahrtreppe verfügt über zwei mechanische (hydraulisch gelüftete und federbetätigte) Bremsen, eine Betriebsbremse und eine Hilfsbremse. Die Fahrtreppe kann unter Einsatz einer der Bremsen, der anderen Bremse oder beider Bremsen zum Halten gebracht werden. Dadurcherhält man drei unterschiedliche Qualitäten des Haltevorgangs.
c. Die Fahrtreppe kann auch unter Einsatz eines kontrollierten Ablassens des Hydraulikdrucks in der mechanischen Betriebsbremse abgebremst werden (hydraulisch gelüftet und federbetätigt ). Dies bezeichnet man als ,intelligente Hydraulikbremsung’, weil die Hydraulikdruckmenge für ein sanftes Abbremsen der Fahrtreppe in Reaktion auf die Rückmeldung der Geschwindigkeit im geschlossenen Regelkreis erhöht oder verringert wird.
3. Fahrgäste, die die Fahrt auf der Fahrtreppe unternehmen und eine subjektiveBewertung der Fahrqualität abgeben möchten. Hierfür wurden ca. 10 Testpersonen eingesetzt.
4. Eine Methode für die Aufzeichnung des Geschwindigkeit- Zeitprofils des Haltevorgangs und die Extrahierung der Abbremsung und Stoßbelastung aus diesen Aufzeichnungen. Es wurde eine Messvorrichtung verwendet (eva625 mit einemhandbedienten Tachorad).
Test
Fünfzehn Tests wurden wie folgt durchgeführt:
1. Die Fahrtreppe wurde so gestartet, dass sie abwärts lief.
2. Sobald die Fahrtreppe die volle Geschwindigkeit erreicht hatte, wurden die Testpersonen gebeten, die Fahrtreppe zu benutzen (die Fahrtreppe lief abwärts, da dies die Richtung ist, die bei Stürzen kritisch ist).
3. Den Testpersonen wurde gesagt, wann ein Halt stattfinden würde, damit sie als aufmerksame Fahrgäste eingestuft werden konnten. So konnten sie den Haltevorgang antizipieren, sich am Handlauf festhalten und in Fahrtrichtung stehen.
4. Sobald die Fahrtreppe zumHalt kam, wurden die Testpersonengebeten, auf einer Skala von 1 (sehr schlecht) bis 10 (sehr gut) den Haltevorgang zu bewerten. Es wurde der Durchschnitt aller Bewertungen der Testpersonen genommen.
5. Das Geschwindigkeit-Zeitprofil der abbremsenden Fahrtreppe wurde mit Hilfe einer handbedienten Tachorad-Messvorrichtung aufgezeichnet.
6. Die Testpersonen verließen daraufhin die Fahrtreppe und die o. g. Schritte 1 bis 5 wurden wiederholt, und zwar insgesamt 15 Mal.
7. Um die Bewertungen der Testpersonen zu ,eichen’, wurde die Fahrtreppe zuerst über einen VVVF-Halt angehalten. Die Testpersonen wurden gebeten, dies mit der Note 10 (bester Halt) auf einer Skala von 1 bis 10 zu bewerten.
8. Daraufhin wurde die Fahrtreppe mit Hilfe der beiden mechanischen Bremsen abgebremst, die deshalb zusammen betätigt wurden, weil man erwartete, dass dies der schlechteste Haltevorgang sein würde. Die Testpersonen wurden gebeten, dies mit der Note 1 (schlechtester Halt) auf einer Skala von 1 bis 10 zu bewerten.
9. Dann folgten 13 weitere Haltevorgänge mit unterschiedlichen Einstellungen (jedoch nicht in einer spezifischen Reihenfolge, um die Testpersonen nicht an die Antwort ,heranzuführen’ ), und die Testpersonen wurden gebeten, diese zu bewerten.
Einer der Tests fand auf einer benachbarten Fahrtreppe (HPC2) statt. QBC ist ein Akronym für Quick Braking Contact (schneller Bremskontakt), der eine Funktion in der intelligenten Bremsanlage übernimmt. Der Hauptparameter, der in der intelligenten hydraulischen Bremsanlage geändert wurde, war die Zielbremszeit (1,7 s in einigen und 2 s in anderen Fällen).
Ergebnisse
Die Ergebnisse aller 15 Tests sind in der nachstehenden Tabelle dargestellt, wobei die Daten auf den in [13] durchgeführten Tests basieren. Bei jedem Halt wurden drei Kinematikparameter extrahiert: Maximaler Stoßwert (Spitze vor der Beschleunigung); maximaler Stoßwert (Spitze nach der Beschleunigung) und maximaler Abbremswert. Zusätzlich wird bei jedem Halt der Durchschnitt der Bewertungen des Abbremskomforts der Testpersonen dargestellt (1 bis 10).
Diese drei Parameter versteht man besser wenn man Abb. 1 heranzieht, in der eine Kurve der Abbremsung und der Stoßbelastung auf der gleichen Zeitachse dargestellt wird. Man geht von der gemeinsamen Unterstellung aus, dass die Abwärtsgeschwindigkeit negativ und in diesem Fall die Beschleunigung also positiv ist.
Die Geschwindigkeit wird 64 Mal in der Sekunde aufgezeichnet. Die Beschleunigung wird aus der Geschwindigkeitskurve durch Differenzierung abgeleitet. Anschließend wird das Ergebnis durch Herausfiltern der niedrigen Frequenzanteile bei 4 Hz ermittelt. Die Stoßbelastung wird dann aus der Beschleunigungskurve durch Differenzierung abgeleitet, wobei keine Filtrierung stattfindet (eine Erfassung aller 15,625 Millisekunden).
Die beiden Werte der Stoßbelastung stellen die Maximalwerte der Stoßbelastung dar, die erreicht werden, bevor die Abbremsung ihre Spitze erreicht; und nachdem die Beschleunigung ihre Spitze erreicht (daher die Begriffe Spitze vor der Beschleunigung und Spitze nach der Beschleunigung).
Es wird darauf hingewiesen, dass in diesem Fall der ,maximale’ Wert der Abbremsung und Stoßbelastung und nicht der ,durchschnittliche’ Wert verwendet wird.
Analyse
Zur Ermittlung der Korrelationskoeffizienten zwischen der maximalen Abbremsung während des Haltevorgangs, der maximalen Stoßbelastung (vor der Spitze) und dem maximalen Stoßwert (nach der Spitze) bezogen auf den subjektiven Index des Abbremskomforts (1 bis 10) wurde die Eingrößenregression mit Hilfe von MS Excel verwendet.
Eingrößenregression
Die Regressionsergebnisse für die maximale Abbremsung und den subjektiven Index des Abbremskomforts sind in Abb. 2 enthalten, die eine exponentielle Beziehung und einen Wert von R² um ca. 91,3 % herum zeigt (d.h. der Wert der maximalen Abbremsung erklärt die 91,3 % in der Änderung des subjektiven Abbremskomforts). Abb. 3 zeigt die exponentielle Regression zwischen Spitzenstoßwert vor der Beschleunigung und dem Wert des Indexes des subjektiven Abbremskomforts. Die zweite Potenz des Korrelationskoeffizienten (R²) liegt in diesem Fall bei etwa 87,5 %. Abb. 4 zeigt die lineare Korrelation zwischen dem Spitzenstoßwert nach der Beschleunigung und dem Index des subjektiven Abbremskomforts mit einem R²-Wert von 66,3 %.
Die Entscheidung, eine lineare oder nichtlineare Regression zu verwenden, basierte auf der Funktion, die die beste Korrelation ergab.
Aus diesen Ergebnissen geht klar hervor, dass die Werte der maximalen Abbremsung während des Haltevorgangs und der maximale Stoßwert (Spitze vor der Beschleunigung) die stärksten Indikatoren für den Abbremskomfort sind. Die Korrelation mit dem Spitzenstoßwert nach der Beschleunigung ist weniger gut (66,3 %).
Die physikalische Bedeutung kann wie folgt erklärt werden. Der wichtigste Faktor, der dazu führt, dass eine Person stürzt, ist die Kraft, die sie in Fahrtrichtung nach vorne drückt. Das wird am besten durch den Maximalwert (nicht durch den Durchschnittswert) der Abbremsung dargestellt. Wenn jedoch eine Person genügend Zeit hat, sich auf diesen Abbremswert einzustellen, hat sie eine bessere Chance, einen Sturz zu verhindern. Auf diese Weise wird bei einem niedrigen Stoßspitzenwert vor der Beschleunigung für die maximale Abbremsung mehr Zeit benötigt und hat der Fahrgast auch mehr Zeit, sich vorzubereiten. Bei einem hohen Stoßspitzenwert vor der Beschleunigung steht weniger Zeit zur Verfügung, bis der maximale Abbremswert erreicht wird, sodass auch der Fahrgast weniger Zeit für die Vorbereitung und für die Vermeidung eines Sturzes hat.
Der Spitzenstoßwert nach der Beschleunigung ist in diesem Fall weniger relevant, da er erst nach Erreichen des maximalen Abbremswertes eintritt und der Fahrgast sich bereits gut am Handlauf festhält.
Lineare Mehrgrößenregression
Um die relative Bedeutung dieser beiden Variablen bei der Vorhersage des Indexes des subjektiven Abbremskomforts noch besser verstehen zu können, wurde eine lineare Mehrgrößenregression durchgeführt (bei der der Index des subjektiven Abbremskomforts als die abhängige Variable und der maximale Abbremswert sowie der maximale Stoßwert [Spitze vor Beschleunigung] als unabhängige Variablen verwendet werden). Dies ergab die folgende Beziehung mit einem R²-Wert von 91,2 %:
Obwohl der Korrelationskoeffizient sich in diesem Fall nicht von dem unterscheidet, der für die Beziehung zwischen dem maximalen Abbremswert und dem Index des subjektiven Abbremskomforts ermittelt wurde, führt er dennoch zu einem wichtigen Ergebnis. Die relative Bedeutung des maximalen Abbremswertes ist viel größer als die des maximalen Stoßwertes (Spitze vor der Beschleunigung) (so um den Faktor 10). Das zeigt, dass die Bemühungen zur Verbesserung der Qualität des Haltevorgangs sich auf die Verringerung des maximalen Abbremswertes konzentrieren sollten, noch mehr als auf die Bemühungen in Richtung Stoßwert (auch wenn durch die Steuerung des maximalen Stoßwertes sicherlich eine Verbesserung hervorgerufen wird).
Mit dieser Formel haben wir auch ein Werkzeug zur Verfügung, mit dem wir die Qualität eines Haltevorgangs dadurch vorhersagen können, dass wir den maximalen Abbremswert und den maximalen Stoßwert (Spitze vor der Beschleunigung) messen.
Folgerungen
Einige Tests wurden mit einer Fahrtreppe durchgeführt, um die Beziehung zwischen dem durch die Fahrgäste empfundenen Abbremskomfort und der Kinematik der abbremsenden Fahrtreppe besser verstehen zu können. Die Testpersonen wurden gebeten, die Qualität der einzelnen Haltevorgänge auf einer Skala von 1 bis 10 (1 ist schlecht; 10 ist sehr gut) zu bewerten.
Es wurde dabei festgestellt, dass der durch die Fahrgäste empfundene Abbremskomfort der Fahrtreppe über die maximalen Abbremswerte und Stoßwerte des Haltevorgangs vorhergesagt werden kann. Der Spitzenstoßwert vor der Beschleunigung spielt dabei eine wichtigere Rolle als der Spitzenstoßwert nach der Beschleunigung. Der maximale Abbremswert spielt eine größere Rolle als der maximale Stoßwert (Spitzenwert vor der Beschleunigung).
Mit Hilfe der Eingrößenregression wurde festgestellt, dass wenn man den maximalen Abbremswert dem Index des subjektiven Abbremskomforts gegenüberstellt, sich ein R²-Wert von rund 91 % ergibt. Der maximale Stoßwert (Spitzenwert vor der Beschleunigung) verzeichnet einen R²-Wert von ca. 87%.
Verwendet man die lineare Zweigrößenregression mit dem Index des subjektiven Abbremskomforts als die abhängige Variable und dem maximalen Abbremswert und Stoßwert (Spitzenwert vor der Beschleunigung) als die unabhängigen Variablen, ergibt sich ein R²-Wert von ca. 91 %. Die wichtigste Erkenntnis dabei ist jedoch, dass die relative Bedeutung der Abbremsung gegenüber der Stoßbelastung bestätigt wird (Koeffizienten der linearen Gleichung 10:1).
Künftige Untersuchungen
Weitere Untersuchungen sind noch auf folgenden Gebieten notwendig:
1. Die Anzahl der Tests ist begrenzt (15 Stück). Weitere Tests sind notwendig, um die Ergebnisse zu untermauern.
2. Bei den Tests wurden die Testpersonen nach dem Abbremskomfort gefragt. Die Antworten lassen sich aber nicht unbedingt in die Wahrscheinlichkeit eines Fahrgaststurzes ummünzen. Im Idealfall sollten die Daten auf tatsächlich stattgefundenen Fahrgaststürzen auf Fahrtreppen basieren. Dafür benötigt man jedoch historische sowie kinematische Daten der Fahrtreppe zum Zeitpunkt als sich diese Stürze ereignet haben. Das ist nicht durchführbar.
3. Eine Alternative zu den historischen Daten wäre die Modellierung an einem menschlichen Körpermodell, das auf einer Fahrtreppe steht, und die Bewertung der Wahrscheinlichkeit eines Sturzes auf der Grundlage unterschiedlicher maximaler Abbremswerte, Stoßbelastungen und körperlicher Verfassungen (aufmerksam/unaufmerksam, festhalten am Handlauf…).
4. Eine nichtlineare Mehrfachgrößenregression könnte durchgeführt werden, um zu sehen, ob sie zu einem besseren R²-Wert führt.
5. Die Anwendung einer elektrischen Bremsanlage ermöglicht eine präzisere unabhängige Steuerung der Abbremsung und Stoßbelastung. Dadurch ist eine genauere Analyse der Auswirkung der einzelnen Variablen unabhängig voneinander möglich.
Der im Artikel verwendete Begriff „Beschleunigung” ist jeweils als „negative Beschleunigung” oder „Verzögerung” zu verstehen, da grundsätzlich Bremsvorgänge betrachtet werden.
Dank
Der Verfasser bedankt sich bei der Firma Tube Lines Ltd (Großbritannien) und der Firma Svendborg (Dänemark) für ihre Unterstützung bei der Durchführung dieser Forschungsarbeit.

 

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