Die Straße der Zukunft - Department Bauingenieurwesen · Die Straße der Zukunft – Uni-Siegen...

Die Straße der Zukunft

Univ.-Prof. i. R. Dr.-Ing. habil. Bernhard Steinauer

Die Straße der Zukunft – Uni-Siegen 12.07.2017 2

Vorhandenes Straßennetz: – Bauboom: 60er und 70er Jahre – Straßen im Schnitt 40 Jahre alt – Technologie ebenfalls 40 Jahre alt

Geänderte Anforderungen: – Zunahme Schwerverkehr – Zunahme Achslasten – Lärmreduktion – Griffigkeit

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500

1.000

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3.500

1960 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005

Jahr

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[Mrd

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Straßengüterverkehr Eisenbahnen Binnenschifffahrt RohrfernleitungenStraßengüterverkehr Eisenbahnen Binnenschifffahrt Rohrfernleitungen

Verkehrsleistung in Mrd. t-km

Verkehrsaufkommen in Mio. t


Derzeitige Lage – 1.000 Baustellen längerer Dauer – hinzu kommen 100.000 Baustellen kürzerer Dauer – Massive Einschränkungen des Straßenverkehrs durch Staus

Staus werden zukünftig noch zunehmen

– Kalkulation der Reisezeit schwierig – Volkswirtschaftlicher Schaden immens


Wie reagieren wir darauf?

Über 80.000.000 Stunden/Jahr Reisezeitverlust auf BAB nur durch Baustellen!

[Quelle: www.aktiv-online.org]

[Que

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bahn

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.de]


extrem leise Umwelt hell, reflektierend Verkehrssicherheit wasserabstoßend Verkehrssicherheit hohe Griffigkeit Verkehrssicherheit intelligent Verkehrssicherheit Verschleißfest Mobilität / Kosten energieoptimiert Umwelt Lufthygiene Umwelt

Anforderungen an die Zukunft Vision


Die intelligente Straße


Intelligente und werkstoffoptimierte Straßen minimieren das Unfallrisiko

ReisezeitKöln West: 18,2 MinutenKöln Ost: 23,4 Minuten

Sensorik und Datenverarbeitung ermöglichen die netzweite Verkehrssteuerung (z.B. Streckennetzbeeinflussung) und bilden die

Grundlage für ressourcenschonendes Fahren.


− Geschwindigkeit, − Fahrzeugklassen − etc.

Modellbildung zur Erzeugung von Verkehrsdaten

Detektion von Körperschall

Detektion


Detektion

Ganzheitlicher autarker Sensorknoten


Detektion

Transparente Abdeckung

Energiewandlung

Funkmodul

Detektionsmodul

Vorverarbeitung

Energiespeicherung


Detektion

Detektion von Fahrzeugen über Körperschallsensoren


Kommunikation

Kommunikation zwischen Sensorknoten und Bake – Energieeffizient – Raumeffizient (Bauteilgröße)

Kommunikation zwischen Bake und Verkehrsleitzentrale – Nutzung bestehender Infrastruktur – Anpassung an bestehende Protokolle

Kommunikation zwischen Bake und Verkehrsteilnehmer – Bestehende Funkprotokolle – Verbreitung ohne zusätzlliche Technologie

Funktechnologie

Kabel W-LAN

Mobilfunknetz

TMC TPEG


Funktionen

Mögliche Funktionen: – Hinderniserkennung

(z. B. Stauende) – Nässeerkennung

(zur Regelung des Sicherheitsabstandes) – Gefahrenerkennung

(Geisterfahrer, Überholen gefährlich, Toter Winkel) – Verkehrszustandserfassung im Netz – Verkehrssteuerung – Optimierung von Ampelanlagen

(dynamische, adaptive Schaltungen) – Car2Car / Car2X

keine Verkehrszeichen mehr nötig!


Kommunikation


Kommunikation

Individueller kleinräumiger Nutzen

(Verkehrssicherheit)

Kollektiver netzweiter Nutzen

(Kapazität u. Reisezeit)

Präzise Geisterfahrerwarnung

Präzise Stauwarnung

Präzise Glättewarnung

angemessene Geschwindigkeitsempfehlung

Reisezeitberechnung

Umleitungsempfehlungen

Verkehrssteuerung

etc.

ACHTUNG!

Geisterfahrer voraus

in

690 Metern !

Reisezeit

Köln West: 18,2 Minuten

Köln Ost: 23,4 Minuten


Elektromobilität


Elektromobilität Problem: geringe Reichweite auf Autobahnen Lösung: Nutzung der Sonnenenergie (1.000 KWh/Jahr) bei einem Wirkungsgrad von 5% ergibt dies eine Energie von 15 Terra-Watt-Stunden/Jahr auf Autobahnen das entspricht 50% der benötigten Energiemenge


Die bautechnischen Komponenten


„car-pad“ 10-15 mm

Asphaltbinder*

Tragschicht*

*Alternativ: Betonfahrbahn


Einsatz von Nanotechnologie zur Optimierung

der Asphalteigenschaften


Einsatz von Nanotechnologie zur Optimierung von Asphalteigenschaften

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Grundidee:

Einbringung von Nanopartikeln (z. B. Montmorillonit) in Bitumen und Sicherstellung einer exfoliierten Struktur

Erhoffte Wirkungen:

Erhöhung der Alterungsbeständigkeit durch verbesserte Barriereeigenschaften

Verbesserung des Adhäsionsverhaltens / Affinität zwischen Bindemittel und Gestein

Steuerung der rheologischen Bitumen-eigenschaften durch gezielte Dosierung der Nanopartikel

Straßenbaumaterialien / Innovative Baustoffe

Die Straße der Zukunft – Uni-Siegen 12.07.2017

Viskositätsanstieg durch Nanomodifizierung


Die umweltfreundliche Straßenoberfläche


Emissionsarme Verkehrsinfrastruktur

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Die industrielle Fertigung ermöglicht eine optimal leise Oberflächenstruktur.

Titandioxid (TiO2) in der Straßenoberfläche bindet Stickoxid (NOx) durch das Prinzip der Photokatalyse.

Abriebarme Straßen reduzieren Feinstaub (PM10 und PM1).


Oberflächeneigenschaften - Akustik

Forschungsschwerpunkt: Reifen-Fahrbahn-Geräusche Gezielte Strukturierung der Fahrbahnoberfläche zur

Minimierung von Reifen-Fahrbahn-Geräuschen

Anregung zu mechanischen Schwingungen

Aerodynamische Effekte in der Kontaktzone

Umweltfreundlicher Straßenbelag mit Abgasnachbehandlung durch

photokatalytischen Stickstoffdioxidabbau unter Nutzung der Nanotechnologie

Die Straße der Zukunft – Uni-Siegen 12.07.2017

Problemstellung: NOx besonders schädlich für Mensch und Umwelt NO2-Grenzwerte sind ohne zusätzliche Maßnahmen schwierig einzuhalten:

− der Jahresmittelwert ist auf 40 µg/m3 begrenzt − Ein-Stunden-Mittelwert von 200 µg/m3 darf maximal an 18 Tagen im

Kalenderjahr überschritten werden

Ansatz: Stickoxidreduktion durch die photokatalytische Aktivität von TiO2: Umwandlung

schädlicher NOx zu wasserlöslichen Nitraten mit Hilfe von UV-Strahlung

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„Es wird Wagen geben, die von keinem Tier gezogen werden und mit unglaublicher Gewalt daherfahren.“

Leonardo da Vinci (1452 – 1519)

1911

2009

100 Jahre

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