620 Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
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Ein wichtiges Ziel der Sicherheitsmaßnahmen in Straßentunneln ist es, sicherzustellen, dass sich die Tunnelnutzer im Falle eines Ereignisses (zum Beispiel bei einem Brand im Tunnel) selbst retten können. Aus diesem Grund ist es unerlässlich, zu untersuchen, wie sich die technischen Tunnelanlagen und -ausrüstungen auf das Verhalten der Tunnelnutzer auswirken. Der Einfluss von automatischen Brandbekämpfungsanlagen (BBA) auf den Erfolg der Selbstrettung von Tunnelnutzern ist bisher nicht untersucht worden. Aus diesem Grund wurden mehrere Untersuchungen sowohl in der Virtuellen Realität (VR) als auch in realen Tunnelbauwerken durchgeführt, um die Wirkung von BBA auf das Selbstrettungsverhalten der Tunnelnutzer zu ermitteln. Die Ergebnisse zeigten die Möglichkeiten zur Untersuchung des Nutzerverhaltens sowohl in realen Tunneln als auch in der VR. Der Fachbeitrag gibt einen Überblick über die wichtigsten Ergebnisse dieser Studien.
In den letzten Jahren wurden viele neue Regelungen im Bereich der Fahrzeug-Rückhaltesysteme in Deutschland überarbeitet oder komplett neu erstellt. Das Einsatzfreigabeverfahren für Fahrzeug-Rückhaltesysteme in Deutschland wurde überarbeitet und in die Technischen Kriterien für den Einsatz von Fahrzeug-Rückhaltesystemen überführt. Gleichzeitig hat die Anzahl an Schutzeinrichtungen, die am deutschen Markt angeboten werden, weiter deutlich zugenommen. Um verkehrssichere Fahrzeug-Rückhaltesysteme an die Straße zu bekommen, muss man sich bereits bei der Planung detailliert mit Schutzeinrichtungen, deren Übergangskonstruktionen und zugehörigen Anfangs- und Endkonstruktionen beschäftigen. Dies bedeutet auch, ein Streckband mit passenden Fahrzeug-Rückhaltesystemen beispielhaft durchzuplanen, um für die Ausschreibungen u. a. die Grundlagen zur Längenermittlung zu liefern. Um dies zu erleichtern, wurden Datenblätter für alle Fahrzeug-Rückhaltesysteme, die in der Technischen Übersichtsliste enthalten sind, erstellt. Aber auch für Fälle, in denen bislang keine regelwerkskonformen Lösungen zur Verfügung stehen, wurden Lösungen erarbeitet und wie beim Leitfaden zum Baum- und Objektschutz an Landstraßen mit Steckbriefen, die typische Lösungsmöglichkeiten aufzeigen, praxisnah aufbereitet. Im Folgenden werden diese Neuerungen, sich daraus ergebende Herausforderungen für die Anwender und mögliche Lösungswege dargestellt. Es wird aufgezeigt, dass Fahrzeug-Rückhaltesysteme keine Nebensache, sondern ein wichtiger Bestandteil des Gesamtbauwerks Sichere Straße sind.
Senioren als Verkehrsteilnehmer stehen seit einigen Jahren vermehrt im Fokus der Verkehrspsychologie und der Unfallforschung. Da der Anteil der Senioren an der Gesamtbevölkerung immer weiter zunimmt, erhöht sich entsprechend auch deren Anteil an Autofahrern und anderweitigen Verkehrsteilnehmern. Die Unfälle älterer Kraftfahrer unterscheiden sich von denen jüngerer Generationen in der Art der zugrundeliegenden Fahrfehler. Diese Fehler lassen sich wiederum auf bestimmte altersbedingte Rückgänge der sensorischen, kognitiven und motorischen Fähigkeiten zurückführen. Daher gilt es, Möglichkeiten für und Anforderungen an technische Unterstützung für ältere Autofahrer auszuloten. Ein Ansatz könnte sein, der Einschränkung des nutzbaren Sehfeldes (Useful Field of View) entgegenzuwirken, da alterskorrelierte Schwierigkeiten in der visuell-räumlichen Informationsverarbeitung teils darauf zurückgeführt werden, dass sich das nutzbare Sehfeld mit dem Alter verringert und damit Einbußen in der Verarbeitungsgeschwindigkeit und der Aufmerksamkeitssteuerung einhergehen. Vorangegangene Laboruntersuchungen der BASt zu Aufmerksamkeitsprozessen und Sehfeld zeigten mithilfe von Doppeltätigkeitsparadigmen mit einer Spurhalte- und einer Reaktionsaufgabe, dass Senioren auf Lichtreize, die bilateral im peripheren Gesichtsfeld (60°-Sehwinkel vom zentralen Punkt des Sehens) präsentiert wurden, langsamer und weniger korrekt reagierten als auf Reize, die nahe dem zentralen Sehfeld (20°-Sehwinkel) dargeboten wurden. Ereigniskorrelierte Potenziale (ERP) aus dem Elektroenzephalogramm (EEG) der Älteren wiesen darauf hin, dass augenscheinlich nicht die abnehmende Sehleistung die Ursache der abnehmenden Leistungen der Älteren ist, sondern Schwierigkeiten in der kognitiven Verarbeitung von visuell-räumlichen Aufmerksamkeitsprozessen. Aufbauend auf diesen Erkenntnissen wurden nach einer umfassenden Literaturanalyse zwei Fahrsimulatorstudien durchgeführt, einmal mit und einmal ohne EEG-Messung. Mit einem ähnlichen Paradigma wie in den Vorgängerstudien, aber in einer realitätsnäheren Fahrumgebung, wurde untersucht, inwieweit ein Sehfeld-Assistent insbesondere ältere Fahrer bei der peripheren Objekterkennung von verkehrsrelevanten Reizen unterstützen kann. Ein solches Assistenzsystem wäre in der Lage, periphere Verkehrsinformationen in den zentraleren Bereich des Gesichtsfeldes zu bringen. Durch diesen Hinweis könnten Fahrer ihre Aufmerksamkeit in die angezeigte Richtung lenken, wodurch sich die Zeit bis zu einer angemessenen Reaktion verkürzen sowie die Reaktionsbereitschaft erhöhen könnte. In beiden Studien wurde eine ältere Teilnehmergruppe (65+) mit einer jüngeren Kontrollgruppe (bis 45) verglichen. Es wurden sowohl Verhaltensdaten (Bremsreaktionszeit) als auch Blickbewegungen erfasst. Die Teilnehmer mussten, während sie geradeaus blickten, auf peripher (bei 60° Sehwinkel) auftauchende, vorfahrtsberechtigte Fahrzeuge reagieren und das Bremspedal betätigen – in der Hälfte der Fälle mit einer gleichzeitig zentral eingeblendeten Warnung (das Wort ACHTUNG! bei 20° Sehwinkel). Im ersten Experiment wurden zusätzlich EEG-Daten erhoben, um den neuronalen Informationsverarbeitungsprozess abzubilden, beziehungsweise Erkenntnisse über eventuelle Unterschiede zwischen den Bedingungen (mit Warnung / ohne Warnung) und Altersgruppen zu erhalten. Um den EEG-Anforderungen gerecht zu werden, bestand die Simulation im ersten Experiment aus einer dichten Abfolge sehr vieler sich ähnelnder Kreuzungssituationen. Im zweiten Experiment lag der Fokus auf einem realitätsnahen Szenario im Fahrsimulator mit weniger Kreuzungen, aber unterschiedlichen, nicht so vorhersehbaren Vorfahrtssituationen. Die Ergebnisse zeigen erwartungsgemäß, dass mit zentral eingeblendeter Warnung schneller auf die peripher erscheinenden Fahrzeuge mit Bremsen reagiert wurde, sowohl bei Senioren als auch bei der Kontrollgruppe. …
Regionale Klimamodelle projizieren für Deutschland bis zum Jahr 2100 heißere Sommer als bisher, die durch längere Trockenperioden und häufiger wiederkehrende Starkregenereignisse geprägt sind. Eine Zunahme von Starkregenereignissen kann die Funktionsfähigkeit von Straßenentwässerungseinrichtungen erheblich beeinflussen, wenn es häufiger zu hydraulischen Überlastungen und infolgedessen zu Schädigungen im Umfeld der Entwässerungseinrichtungen und zu eventuellen Verkehrsbeeinträchtigungen kommt. Auch Trockenperioden können sich negativ auswirken, wenn beispielsweise der Bewuchs einer Bodenfilteranlage durch Trockenstress geschädigt wird. Im Projekt werden für vier über Deutschland verteilte Regionen die Änderungen von Starkregenereignissen und Trockenperioden sowie die resultierenden Auswirkungen auf die Straßenentwässerung untersucht. Für die Auswertungen werden zwei Läufe des Klimamodells CLM verwendet, die auf dem globalen Emissionsszenario A1B basieren. Die für die Straßenentwässerung maßgeblichen konvektiven Starkregenereignisse mit hohen Niederschlagsintensitäten und kurzen Dauern werden von den regionalen Klimamodellen nicht abgebildet. Es wird daher im Projekt ein statistisches Downscalingverfahren verwendet, um die Daten unter Nutzung gemessener historischer Niederschlagszeitreihen für die vier Regionen auf eine kleinere Skala mit höherer zeitlicher und räumlicher Auflösung zu übertragen. Als Ergebnis liegen jeweils Niederschlagszeitreihen für den Referenzzeitraum 1961-1990, die nahe Zukunft 2021-2050 und die ferne Zukunft 2071-2100 vor. Durch statistische Auswertung der Zeitreihen werden die Trends für Niederschläge definierter Dauer und Häufigkeit errechnet. Gegenüber dem Referenzzeitraum ergeben sich für die Zukunft überwiegend Zunahmen der statistischen Starkregenhöhen. Für die Regionen 1 (dynaklim-Projektgebiet Nordrhein-Westfalen), 2 (Basel-Karlsruhe) und 3 (Hamburg-Puttgarden) ergeben sich Zunahmen, die überwiegend statistisch signifikant sind und mit über 10 % über dem Toleranzbereich der regionalisierten Starkniederschlagshöhen des Deutschen Wetterdienstes (KOSTRA) liegen. In Region 4 (Leipzig) fallen die Änderungen deutlich geringer aus. Insgesamt ergeben sich größtenteils Zunahmen der statistischen Starkregenhöhen im Bereich von +5 % bis +25 %. Die Ergebnisse zu den Starkregentrends sind mit Unsicherheiten behaftet. Sowohl die Klimaprojektionen als auch das im Projekt verwendete Downscalingverfahren beinhalten Annahmen und Vereinfachungen. Die Projektergebnisse weisen insgesamt auf eine Starkregenzunahme hin, es treten allerdings große Unterschiede zwischen den untersuchten Regionen und CLM-Rechenläufen auf. …
Schon kleine Änderungen in der Fahrzeugneigung können, bedingt z. B. durch Beladung, den Lichtkegel des Scheinwerfers anheben und dadurch Blendung verursachen. Die UN-Regelung Nr. 48 schreibt eine automatische Leuchtweitenregelung (LWR) vor, die den entstandenen Nickwinkel für Scheinwerfer automatisch ausgleicht, falls eine Lichtquelle mit einem Lichtstrom über 2000 lm verwendet wird. Die neueste Entwicklung ist die dynamische LWR, bei der dynamische Neigungsänderungen, z. B. durch Beschleunigungsvorgänge, kompensiert werden. Allerdings gibt es neben dem Lichtstrom-Grenzwert für die automatische LWR keine weiteren Anforderungen an die dynamische LWR. Um Vorschläge für Anforderungen an die dynamische LWR zu erarbeiten, wurden sechs repräsentative Fahrzeuge mit Halogen-, Gasentladungs- und LED-Scheinwerfern untersucht. Diese Fahrzeuge weisen unterschiedliche Federeigenschaften aus und wurden sowohl unbeladen, als auch mit einer Zuladung von 250 kg getestet. Zusätzlich wurde, falls vorhanden, die dynamische LWR deaktiviert und mit aktivierter LWR verglichen. Um die unterschiedlichen Scheinwerfer, Leuchtweitenregelungen und Beladungszustände analysieren und vergleichen zu können, wurden zusätzliche Fahrzeuge verwendet, um Gegenverkehr zu simulieren. Diese Fahrzeuge waren mit einem Photometer ausgestattet und mit Probanden besetzt, deren Aufgabe darin bestand, die psychologische und physiologische Blendung zu bewerten. Die Ergebnisse zeigen, dass die Fahrzeugneigung durch eine Vielzahl von Parametern beeinflusst wird und Blendung nur durch eine verpflichtende Anwendung der dynamischen LWR reduziert werden kann. Im zweiten Teil dieser Untersuchung wurden Kfz-Werkstätten daraufhin überprüft, inwieweit diese die Scheinwerfer in Bezug auf die Anforderungen der UN-Regelung korrekt einstellen. Aus diesem Grund wurden Halogen- und Gasentladungs-Scheinwerfer von zwei Fahrzeugen definiert verstellt, um sie anschließend von Werkstätten justieren zu lassen. Die Analyse der Daten zeigen, dass die Scheinwerfer im Mittel um -1,25 % zu tief ausgerichtet werden.
Die schnell voranschreitende Entwicklung im Bereich der Fahrzeugautomatisierung wirft unter anderem die Frage auf, welche Anforderungen an eine entsprechende Gestaltung bzw. Adaptation der Infrastruktur daraus hervorgehen. Es kann davon ausgegangen werden, dass bei einer Infrastruktur mit regelwerkskonformer Umsetzung der Standards automatisiertes Fahren auf Autobahnen grundsätzlich möglich ist. Da in der Praxis automatisiert fahrende Fahrzeuge aber mit allen Gegebenheiten zurechtkommen müssen und der Status Quo der Infrastruktur nicht immer dem technischen Regelwerk entspricht, werden relevante infrastrukturseitige Umfeldbedingungen erörtert und im Vergleich mit dem Status Quo technologieoffen möglichen Lösungsansätzen sowie ihrer Realisierbarkeit gegenübergestellt. Dabei kommt einer digitalen Referenzkarte mit temporären Merkmalen eine zentrale Bedeutung zu. Entscheidend ist dabei auch der Aspekt der Bidirektionalität: So sollte die Referenzkarte einerseits Informationen zur Verfügung stellen, andererseits aber auch durch die Fahrzeugflotte selbst über plötzlich auftretende, durch die Fahrzeugsensorik erkannte Ereignisse Informationen aus der Fahrzeugflotte erhalten.
Fehlende Parkstände für Lkw auf Autobahnrastanlagen, insbesondere in den Nachtstunden, führen aufgrund von Fahrzeugen, die ordnungswidrig auf nicht dafür vorgesehenen Flächen der Rastanlage abgestellt werden, oder aufgrund von weiterfahrenden übermüdeten Fahrzeugführern zu erheblichen Verkehrssicherheitsproblemen. Neben dem langfristigen Ausbau der Rastanlagen sollen telematische Systeme eingesetzt werden, um eine bessere Verteilung der Nachfrage zu erreichen und den Parksuchverkehr zu reduzieren. Zu diesem Zweck werden telematische Systeme eingesetzt, die den Belegungsgrad detektieren und die Verkehrsteilnehmer über dynamische Anzeigen informieren. Eine bessere Ausnutzung der zur Verfügung stehenden Fläche einer Rastanlage kann durch geringe bauliche Veränderungen und dem Einsatz von intelligenten telematischen Systemen erzielt werden. Dazu werden vorhandene Parkstände zunächst so umgestaltet, dass mehrere Lkw kompakt hinter- und nebeneinander parken können. Für den störungsfreien Ablauf dieser Aufstellungsweise der Lkw ohne Fahrgassen wurde ein neues Steuerungsverfahren entwickelt. Mithilfe von dynamischen Anzeigen über den Parkstandsreihen informiert das System die ankommenden Fahrzeugführer über die späteste Abfahrzeit der Fahrzeuge, die in einer Reihe bereits parken. Die ankommenden Fahrzeugführer sollen mithilfe dieser Information in der Reihe parken, in der die eigene geplante Abfahrtszeit angezeigt wird. Damit gewährleistet das System, dass sich die Fahrzeuge gegenseitig bei der Abfahrt nicht behindern.
Gemäß Eurocode 1 ist für die Unterbauten von Brücken außerorts eine horizontale Anpralllast von 1500 kN zu berücksichtigen. Gemäß der ZTV-ING ist für die Stiele von Schilderbrücken eine Anpralllast von 100 kN anzusetzen. Im Rahmen des Forschungsvorhabens wurde aufbauend auf einer qualitativen und quantitativen Risikoanalyse sowie der Berechnung der Auftretenswahrscheinlichkeit eine statische Ersatzkraft für ein Anprallereignis anhand dynamischer numerischer FE-Berechnungen berechnet. Die Auftretenswahrscheinlichkeit für P(Anprall mit Todesfolge / km) konnte auf der Grundlage recherchierter Anprallereignisse mit 6,8 x 10-5 / Jahr berechnet werden. Im Rahmen einer qualitativen Risikoanalyse konnte festgestellt werden, dass die Anordnung von Fahrzeugrückhaltesystemen eine deutliche Senkung des Gefährdungsgrades für den Anprallenden und für Dritte bewirkt. Am Gesamtmodell einer Verkehrszeichenbrücke wurden dynamische Berechnungen mit dem Programm Siemens NX durchgeführt. Der Anprallkörper wurde dabei so modelliert, dass der LKW Anprall möglichst realistisch nachempfunden werden kann. Es zeigte sich, dass ein Anprallsockel gemäß Richtzeichnung Riz-Ing VZB 4 eine deutliche Reduzierung des Anprallereignisses in Hinblick auf Geschwindigkeit und einwirkende Masse an die Stütze bewirkt. Die statischen und dynamischen Berechnungen haben zudem gezeigt, dass durch die Berücksichtigung der dynamischen Effekte eine Steigerung der Tragfähigkeit von ca. 90 % durch die Trägheit der Verkehrszeichenbrücke und ca. 50% durch die Dehnrateneffekte zu erwarten ist. Es wird empfohlen die statische Ersatzlast mit H = 100 kN zu berücksichtigen. Der Angriffspunkt der statischen Ersatzlast liegt dabei 1,25 m über OK Fahrbahn. Für die Erhöhung der Querkrafttragfähigkeit und der lokalen Tragfähigkeit der Stütze am Anprallort wird die Anordnung von 2 zusätzlichen Steifen vorgeschlagen. Die beim Aufprall auftretenden Kontaktkräfte zwischen Fahrzeug und Verkehrszeichenbrücke, die um ein Vielfaches höher sind, können mit der so bemessenen Konstruktion mit großen plastischen Verformungen aufgenommen werden, sofern ein Anprallsockel vorhanden ist.
Als Alternative zu psychometrischen Test sind realitätsnahe Untersuchungen im Fahrsimulator denkbar, die standardisiert ohne Gefährdung erfolgen. Ziel des beschriebenen Projekts war die Entwicklung und Validierung einer Methodik für die Simulation (Streckenauswahl, Bewertungskriterien, Simulator-Konfiguration), anhand derer die Fahrkompetenz älterer Autofahrer im Fahrsimulator vergleichbar gut gemessen werden kann wie im Realverkehr. Neben Fahraufgaben mittlerer Schwierigkeit waren im Fahrparcours auch Szenarien enthalten, die besonders für ältere Autofahrer schwierig sind. Die Bewertung der Fahrkompetenz wurde auf der Basis registrierter und klassifizierter Fahrfehler vorgenommen. Realisiert wurde ein 2x3-Versuchsplan mit dem dreistufigen abhängigen Faktor "Methode" (Realverkehr versus High-Fidelity-Simulator versus Kompaktsimulator) und dem zweistufigen Gruppenfaktor "Alter" (25-50 Jahre versus älter als 70 Jahre). Im Ergebnis schneiden die älteren Fahrer in verschiedenen Fahrverhaltensparametern in den Fahrverhaltensbeobachtungen sowohl im Simulator als auch im Realverkehr, bei hoher interindividueller Varianz, im Mittel schlechter ab als die Vergleichsgruppe. Die Befunde der beiden Simulatoren korrelieren sehr hoch miteinander. Zu folgern sei, dass bei entsprechend gestalteter Fahrverhaltensbeobachtung sich die Befunde zur Fahrkompetenz von Senioren aus dem Simulator auf den realen Straßenverkehr übertragen lassen. In Bezug auf seine Vorhersagekraft der Fahrkompetenz bei einer Fahrverhaltensbeobachtung hat sich das Verfahren gegenüber herkömmlichen psychometrischen Tests als überlegen erwiesen.
Ziel der Forschungsarbeiten zum Thema Durchsickerung von Straßenböschungen ist es, ausgewogene Beurteilungskriterien für einen umwelteffizienten und zugleich ökonomischen Einsatz von Ersatzbaustoffen und Bodenmaterial zu schaffen. Durch eine belastbare Datengrundlage zur Erfassung des Wasserhaushaltes des gesamten Bauwerkes können Instrumente entwickelt werden, um die Wirksamkeit der unterschiedlichen technischen Sicherungsmaßnahmen zu beurteilen. Um dieses Ziel zu erreichen, verfolgt die Bundesanstalt für Straßenwesen verschiedene Projektansätze zum Thema Durchsickerung von Straßenböschungen. Jeder Projektansatz hat seine Stärken und Schwächen. Durch großmaßstäbliche Versuche können die realen Verhältnisse gut wiedergegeben werden. Solche Versuche sind jedoch personalintensiv und langwierig. Schneller und preisgünstiger sind Modellrechnungen. Die Qualität der Berechnungen hängt aber stark von der Qualität der gewählten Parameter ab. Durch inverse Modellierung müssen die Eingabeparameter der Programme zur Modellrechnung an die Realität angepasst werden. Die realen Bedingungen werden am besten durch ein Pilotprojekt an einem realen Versuchsdamm wiedergegeben. Diese Versuche sind sehr aufwendig und sehr kostenintensiv, aber zur Validierung der Modellrechnung und der großmaßstäblichen Versuche erforderlich. In dem Betrag wird beschrieben, welche großmaßstäblichen Versuche durch die Bundesanstalt für Straßenwesen (BASt) durchgeführt wurden und wie sie von Anfang an durch Simulationsrechnungen begleitet wurden.