MODULE 1 - Institut für StraÃen- und Eisenbahnwesen - KIT
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Kolloguium für Fortgeschrittene im Straßenwesen<br />
Karlsruher <strong>Institut</strong> für Technologie<br />
Karlsruhe, 09 Februar 2011<br />
Prof. Dr. Ing. habil. Wolfgang Kühn<br />
Westsächsische Hochschule Zwickau<br />
<strong>Institut</strong> für Verkehrssystemtechnik
9. Februar 2011<br />
Kolloquium <strong>KIT</strong><br />
2
−<br />
−<br />
−<br />
−<br />
getrennte Bearbeitung im Lageplan, Höhenplan <strong>und</strong> Querschnitt<br />
auf der Gr<strong>und</strong>lage der klassischen Entwurfselemente<br />
die Achse im Lageplan entsteht durch Aneinanderreihung (Kopplung)<br />
von Geraden, Klothoiden <strong>und</strong> Kreisbögen zu Lageplankurven,<br />
die Gradierte im Höhenplan ist das Ergebnis der Geländeformung<br />
unter Verwendung von Steigung, Gefälle <strong>und</strong> Ausr<strong>und</strong>ungen<br />
(Kuppe, Buckel, Wanne, Senke),<br />
über den Querschnitt <strong>und</strong> den Verschnitt mit dem Gelände erfolgt<br />
schließlich die Querprofilentwicklung, die später im Gelände<br />
abgesteckt werden.<br />
Fazit: Diese Methodik hat sich in den letzten 20 Jahren nicht<br />
wesentlich geändert, wenn man von der rechnerunterstützten<br />
Bearbeitung mittels geeigneter Entwurfsprogramme absieht.<br />
9. Februar 2011<br />
Kolloquium <strong>KIT</strong> 3
- Entwurfsebenen ( Lageplan <strong>und</strong> Höhenplan )<br />
• Einhaltung der Maximal- <strong>und</strong> Minimalwerte<br />
für die einzelnen Entwurfsparameter,<br />
• Berücksichtigung der Größenverhältnisse aufeinander folgender<br />
Entwurfselemente innerhalb einer Elementfolge (Einhaltung von Relationen)<br />
- Räumliche Linienführung<br />
• Übereinstimmung der Wendepunkte im Lage- <strong>und</strong> Höhenplan<br />
• Gleiche Anzahl der Brechpunkte im Lage- <strong>und</strong> Höhenplan<br />
• Größenverhältnisse der Entwurfselemente im Lage- <strong>und</strong> Höhenplan<br />
• Sicherheitsrelevante <strong>und</strong> gestalterische Defizite<br />
Fazit: Prognose zum Fahrverhalten <strong>und</strong> zur zu erwartenden<br />
Verkehrssicherheit ist nur eingeschränkt möglich.<br />
9. Februar 2011<br />
Kolloquium <strong>KIT</strong> 4
2D<br />
Basisdaten<br />
(Topografie, DGM, QP etc.)<br />
Zerlegung in klassische Entwurfselemente in Echtzeit<br />
2D-Weiterbearbeitung (Achse,<br />
Gradiente, Querschnitt)<br />
1<br />
Räumliche Trassensuche<br />
nach Tangentenmethode<br />
3D<br />
2<br />
Übergabe LP, HP, QP, DGM<br />
Sicherheitsüberprüfung<br />
mittels geometrischer Kriterien<br />
Übergabe Trassendaten<br />
3<br />
Abschätzung des Fahrverhaltenes<br />
mittels Fahrsimulation<br />
Ergebnisse aus geometrischer<br />
Sicherheitsüberprüfung<br />
Ergebnisse aus Abschätzung<br />
des Fahrverhaltens<br />
Komplexe Bewertung<br />
durch Entwurfsingenieur<br />
9. Februar 2011 Kolloquium <strong>KIT</strong> 5
- Unter Beachtung des geltenden Regelwerkes für den Straßenentwurf<br />
wird eine dreidimensionale Entwurfstechnik für die Variantensuche<br />
in der Vorplanung entwickelt.<br />
- Der Entwurfsingenieur kann in Echtzeit mittels 3D-Display eine<br />
Raumkurve entwerfen <strong>und</strong> diese sofort in die klassischen<br />
Entwurfselemente (Achse, Gradiente) zerlegen<br />
ECHTZEITINTERAKTION<br />
- entwurfstechnische Kontrollgrößen werden angezeigt<br />
(z.B. Krümmungsradien, Radienverhältnisse, Trassenlänge u.a.)<br />
9. Februar 2011<br />
Kolloquium <strong>KIT</strong> 6
Variante 1 (V1)<br />
Variante 2 (V2)<br />
9. Februar 2011<br />
Kolloquium <strong>KIT</strong> 7
z<br />
y<br />
P 1<br />
Q<br />
Q<br />
1<br />
0<br />
r k<br />
t 1<br />
Q n−1<br />
t n−1<br />
P n−1<br />
r k<br />
Q n<br />
t n<br />
P n<br />
t 0<br />
P 0<br />
Q<br />
Q2<br />
3<br />
P 2<br />
Stützpunkt P i , i=0(1)n des Tangentenpolygons<br />
r k<br />
t 2<br />
x<br />
Manipulationspunkt Q i , i=0(1)n für Ausr<strong>und</strong>ung r k<br />
Manipulation von P i in z-Richtung<br />
Manipulation von Q i entlang der Tangente t j , j=0(1)n<br />
Ausr<strong>und</strong>ung des Tangentenpolygons<br />
9. Februar 2011<br />
Kolloquium <strong>KIT</strong> 8
3D - Model<br />
+K[m -1 ]<br />
0,002<br />
0,001<br />
0<br />
-0,001<br />
-0,002<br />
-K[m -1 ]<br />
9. Februar 2011<br />
Krümmungsband<br />
Station [m]<br />
0+000 0+100 0+200 0+300 0+400<br />
Tangentenpolygon<br />
Manipulationsrichtung (Lage <strong>und</strong> Höhe)<br />
Ausgangslage der Manipulationspunkte<br />
Endlage der Manipulationspunkte<br />
Raumkurve als Bézier-Spline oder klassische<br />
Entwurfselementfolge<br />
Kolloquium <strong>KIT</strong> 9
(1) Während des 3D – Entwurfes (Variantensuche)<br />
• sinnvolle <strong>und</strong> richtige Lage der Polygonpunkte<br />
(2) Nach Beendigung des 3D – Entwurfes für jede Variante<br />
• Prüfung der Richtlinienkonformität von Achse (Krümmungsband)<br />
<strong>und</strong> Gradiente (Elementfolge)<br />
• Prüfung der räumlichen Linienführung<br />
• Prüfung auf sonstige Kriterien (abflußschwache Zonen,…)<br />
9. Februar 2011 Kolloquium <strong>KIT</strong> 10
Linienentwurf<br />
PRÜFSTUFE 1<br />
quantitative Kontrolle<br />
qualitative Bewertung<br />
MODUL 1<br />
EE, KP … RAL<br />
Hinweise für manuelle Prüfung<br />
Vorentwurf<br />
PRÜFSTUFE 2<br />
quantitative Kontrolle<br />
qualitative Bewertung<br />
MODUL 2<br />
+ RL, SW … RAL<br />
Hinweise für manuelle Prüfung<br />
Bauentwurf<br />
PRÜFSTUFE 3<br />
quantitative Kontrolle<br />
qualitative Bewertung<br />
MODUL 3<br />
+ SE, BA … RAL<br />
Hinweise für manuelle Prüfung<br />
vor Verkehrsfreigabe<br />
PRÜFSTUFE 4<br />
quantitative Kontrolle<br />
qualitative Bewertung<br />
MODUL 4<br />
+ MA, BS, QP RAL<br />
Hinweise für manuelle Prüfung<br />
EE: Entwurfsebene RL: räumliche Linienführung SE: Schutzeinrichtung<br />
KP: Knotenpunkte SW: Sichtweite BA: Baumabstand<br />
BS: Beschilderung QP: Querprofile MA: Markierung<br />
9. Februar 2011 Kolloquium <strong>KIT</strong> 11
- Sicherheitsrelevante Defezite<br />
• kritischer<br />
Sichtschattenbereich<br />
Höhenplan<br />
1 m<br />
Sichtweite mit h z = 0m<br />
Sichtstrahl<br />
Kuppenbeginn<br />
x<br />
Vorausorientierung 75 m<br />
ΔL<br />
Krümmungsband<br />
Kurvenbeginn<br />
Richtungswinkeländerung 3,5 gon<br />
• verdeckter<br />
Kurvenbeginn<br />
9. Februar 2011 Kolloquium <strong>KIT</strong> 12
Sichtschattenband mit Regelperspektive<br />
Station<br />
Krümmungsband<br />
Gradiente<br />
Kritischer Sichtschattenbereich(Sichtschattentiefe s t > 0,75m)<br />
verdeckter Kurvenbeginn<br />
9. Februar 2011 Kolloquium <strong>KIT</strong> 13
R<br />
Gestalten<br />
Fahrer – Ich<br />
Gegenwärtig<br />
Kurzgedächtnis<br />
Langgedächtnis<br />
Unbewusstes<br />
(Unbewusste Reflexe)<br />
Vergessen<br />
Bewegungen<br />
R Regler<br />
RS Regelstrecke<br />
W Führungsgröße<br />
Z Störgröße<br />
Regelgröße<br />
Stellgröße<br />
Sinnesorgane<br />
Muskulatur<br />
W<br />
Straße<br />
Deckenbeschaffenheit<br />
Querschnittsgestaltun<br />
g<br />
Linienführung im<br />
Lage- <strong>und</strong> Höhenplan<br />
Z<br />
Geschwindigkei<br />
Verkehr<br />
t<br />
Homogenität<br />
Leiteinrichtungen<br />
Bepflanzung<br />
Stärke, Ablauf<br />
Optische<br />
Führung<br />
Böschung,<br />
Stützmauern<br />
Landschaft,<br />
Umgebung<br />
Witterung<br />
Wind<br />
Wasser,Sonne,Eis<br />
Helligkeit<br />
Rückmeldung des Fahrzeugs an den Fahrer<br />
Rückmeldung des<br />
Rückmeldung<br />
Fahrzeugs an<br />
über<br />
Systemsteuerung<br />
Systemsteuerung<br />
9. Februar 2011 Kolloquium <strong>KIT</strong><br />
Längsregelung<br />
Querregelung<br />
Steuersystem<br />
Fahrzeug<br />
Gas<br />
Schaltung<br />
Bremse<br />
Geräusch,<br />
Stoß<br />
RS<br />
14
Projektionstechnik<br />
( p3D, 3D )<br />
Fahrdymanmik<br />
Straßenraumgestaltung<br />
-Markierung<br />
-Leitpfosten<br />
-Schutzplanken<br />
-Bäume<br />
Verkehr<br />
-Stärke<br />
-Mischung<br />
-mit/ohne<br />
Gegenverkehr<br />
Sichtverhältnisse<br />
-Tag/Nacht<br />
- Witterung<br />
S<br />
T<br />
R<br />
A<br />
S<br />
S<br />
E<br />
Interaktion<br />
Simulator-<br />
Programm<br />
Sinnesorgane<br />
Sensoren<br />
F<br />
A<br />
H<br />
R<br />
E<br />
R<br />
Interaktion<br />
Simulator-<br />
Programm<br />
F<br />
A<br />
H<br />
R<br />
Z<br />
E<br />
U<br />
G<br />
Akustik<br />
Assistenz<br />
9. Februar 2011<br />
Kolloquium <strong>KIT</strong> 15
Komponenten<br />
2D/3D Bildschirm<br />
Lenkrad<br />
bewegliche Pedale<br />
Fahrsimulation<br />
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Kolloquium <strong>KIT</strong> 16
Entwurfsdaten<br />
(Koordinaten, digitales<br />
Geländemodell)<br />
3<br />
2Simulation program<br />
Verkehrsfluss<br />
(Modell Wiedenann)<br />
CarMaker<br />
1<br />
Visualisierung<br />
(Grafik-Engine)<br />
(Physik-Engine)<br />
4<br />
Interaktion<br />
(Lenkrad, Pedale)<br />
Auswertungsmodul<br />
•statisch (Geometrie)<br />
•dynamisch (Fahrverhalten)<br />
9. Februar 2011<br />
Kolloquium <strong>KIT</strong><br />
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Inhomogene Linienführung<br />
Geschwindigkeitseinbruch<br />
Mitte Fahrstreifen<br />
Bremsen, Beschleunigen<br />
9. Februar 2011<br />
Kolloquium <strong>KIT</strong><br />
18
9. Februar 2011 Kolloquium <strong>KIT</strong> 19
(1) Die Software – Tools für die einzelnen Stufen der Entwurfsmethodik<br />
befinden sich gegenwärtig in der prototypischen Testphase.<br />
Stufe 1 Trassensuche<br />
Stufe 2 Sicherheitsüberprüfung nach geometrischen Kriterien<br />
Stufe 3 Sicherheitsüberprüfung mittels Fahrsimmulation<br />
(2) Der neuartige Entwurfsarbeitsplatz ist als Pilotarbeitsplatz<br />
fertiggestellt.<br />
(3) Die neuartige Entwurfsmethodik wird gegenwärtig mit Software <strong>und</strong><br />
Arbeitsplatz an Beispielen getestet.<br />
9. Februar 2011 Kolloquium <strong>KIT</strong> 20
Change language