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Entwicklung von Fahrbahnoberflächenmaterialien mit Sensorfähigkeit für den Einsatz in intelligenten Verkehrssystemen

Schaubild: Füllstoff in Asphaltbeton Urheberrecht: P. Park, Characteristics and applications of high-performance fiber reinforced asphalt concrete (Ph.D. thesis). University of Michigan: Michigan 2012, S.205. Verwendung von Füllstoffen in Asphaltbeton

Mit seinem steigenden Verkehrsaufkommen und zugleich gewachsenen Anforderungen an Sicherheit und Effizienz stellt das 21. Jahrhundert uns vor zahlreiche neue Herausforderungen im Straßenverkehr. Daher stellt die Entwicklung von intelligenten Verkehrssystemen (ITS) ein zentrales Element der deutschen Verkehrspolitik dar. Zu diesem Zweck sollen zunächst intelligente Infrastruktursysteme entwickelt werden, um die Realisierung der ITS zu erleichtern.

So werden zum Beispiel Fahrbahnbeläge weiterentwickelt, um neue Aufgaben zu übernehmen, wie etwa eine strukturelle Zustandsüberwachung und eine Echtzeit-Verkehrsüberwachung mit Hilfe von Sensoren, Materialien mit sogenannten sensitiven Fähigkeiten oder auch mittels einer Kombination beider Varianten. Durch die Einarbeitung von Nanopartikeln in Belagsmaterialien entstehen multifunktionale Fahrbahnbeläge mit piezoresistive Fähigkeiten, was bedeutet, ihr elektrischer Widerstand verändert sich bei Einwirkung von Druck- oder Zugkräften. Ein mit piezoresistivem Belagsmaterial ausgestatteter Straßenabschnitt reflektiert also die von Fahrzeugen (beziehungsweise ihren Reifen) induzierten Belastungen anhand einer Änderung des elektrischen Widerstandes. Die Messung der Leitfähigkeit des Belags kann kontinuierlich Echtzeitinformationen über Fahrzeuge liefern, zum Beispiel über ihre Position, Ausrichtung, Geschwindigkeit und Achslasten. Die Erfassung dieser Daten kann mit hoher räumlicher und zeitlicher Präzision erfolgen, und stellt deshalb eine wertvolle Informationsquelle für intelligente Verkehrssysteme dar.

Dieses Projekt dient dem Zweck, Werkstoffe für Straßenbeläge mit derartigen sensorischen Fähigkeiten für eine Einbindung in intelligenten Verkehrssystemen zu optimieren. Die Studie berücksichtigt den Einfluss der Umgebungsbedingungen auf piezoresistive Eigenschaften. Es wird ein elektromechanisches konstitutives Modell abgeleitet und in numerischer Simulation angewendet. Die Berechnungsergebnisse liefern eine theoretische Grundlage für die Optimierung der Konzeption des Belagssystems. Die Ergebnisse dieser Forschungen liefern einen Ausgangspunkt für weitere nationale und internationale Vorhaben zur Realisierung intelligenter Verkehrssysteme.

Auftraggeber

Dieses Forschungsvorhaben wird gefördert vom Bundesministerium für Bildung und Forschung und vom Ministerium für Kultur und Wissenschaft des Landes Nordrhein-Westfalen im Rahmen der Exzellenzstrategie des Bundes und der Länder

Jahr der Fertigstellung

2021

Bearbeiter

Dr.-Ing. Pengfei Liu