Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBFLiBra – Lasten in Bewegung rechtssicher aufzeichnen
Zuverlässige Gewichtskontrolle fahrender LKW
Stark zunehmende Fahrzeugzahlen und steigende Fahrzeuggewichte gehen nicht spurlos an unseren Straßen vorbei. Die gestiegenen Verkehrslasten führen zu Straßenabnutzung und Brückenschäden. Vor diesem Hintergrund besteht von staatlicher Seite Interesse daran, weigh-in-motion(WIM)-System soweit zu verbessern, dass die Gewichte von Fahrzeugen auch auf Autobahnen ohne Geschwindigkeitsbegrenzung sicher erfasst werden können. Eine detaillierte Betrachtung der Messungenauigkeiten und der Systemzuverlässigkeit solcher WIM-Systeme durch das Fraunhofer LBF soll dabei helfen, dass solche Systeme in Zukunft eine Zulassung als standardisiertes Messverfahren erlangen können. Dies würde eine Gewichtskontrolle ermöglichen, die ähnlich einem Geschwindigkeits- oder Rotlicht-„Blitzer“ direkt gerichtsfeste Beweise liefert.
Überladene LKW zerstören unsere Straßen
Überladene LKWs stellen ein wesentliches Problem für den Straßenverkehr dar. Eine der Hauptfolgen der Überladung von LKWs ist die Verminderung der Fahrstabilität und der Fahrsicherheit und damit das erhöhte Risiko für Verkehrsunfälle. Eine zweite wesentliche Konsequenz ist die erhöhte Straßenbeanspruchung, die zu einer höheren Schädigung der gesamten Fahrbahn sowie von Brücken führt. Beide Aspekte haben somit auch wirtschaftliche Auswirkungen für die Gesellschaft.
Genaue und zuverlässige Messungen der Achslasten sind deshalb nötig, um die Überladung von LKWs zu überwachen und eventuelle Maßnahmen vorzeitig zu ergreifen. Typischerweise wird das Fahrzeug nach einer Vorselektion aus dem Verkehr genommen und statisch auf geeichten Waagen mit sehr hoher Messgenauigkeit gewogen. Deshalb wurde dieses System bis Mitte der 1990er Jahren als einziger Weg eingesetzt, um gerichtsfeste Verwägungen durchzuführen. Trotz der sehr guten Genauigkeit ergeben sich bei diesem Verfahren jedoch Nachteile:
- Nur wenige Fahrzeuge können exemplarisch oder im Fall eines Verdachts gewogen werden.
- Die Zeit-, Personen- und Kostenaufwände sind hoch.
- Die Umleitung zu wiegender Fahrzeuge hat negative Einflüsse auf den Verkehr.
Vom Fraunhofer LBF gemessene radseitige Kräfte entsprechen den Belastungen, denen Straßen ausgesetzt sind.
Zulassung komplexer Gewichtssensorik erfordert detailliertes Systemverständnis
Ziel des Projektes LiBra ist eine umfassende Unsicherheitsbewertung eines Weigh-in-Motion-Systems (WIM-Systems), welches geeignet ist, eine Verwiegung von schnell überfahrenden Lasten so vorzunehmen, dass durch die Fahrdynamik entstehende Überlagerungen der Gewichtskräfte erkannt und korrigiert werden können.
Diese Unsicherheitsbetrachtung bezieht folgende Elemente / Parameter des WIM-Systems mit ein:
Unsicherheiten der Kraftmesseinrichtung (Sensorik) resultierend aus:
Breite (im Vergleich zur Radaufstandsfläche)
Nachgiebigkeit / Steifigkeit (im Vergleich zu umgebenden Fahrbahn)
Eigenschwingverhalten
Temperaturverhalten
Zuverlässigkeit der Sensorik
Unsicherheiten aus dem der Kraftmesseinrichtung vorangehende Straßenstück, resultierend aus:
Fahrbahnunebenheiten
Fahrbahnrauigkeit
Fahrbahnverlauf (im Sinne des Kurven- und Höhenprofils)
Unsicherheiten aus den Fahrzeugparametern, resultierend z. B. aus:
Eigenschwingverhalten verschiedener Fahrzeuge
Reifengeometrie und -druck (Aufstandsfläche, Tragverhalten, …)
Unsicherheiten aus Fahrmanövern, resultierend z. B. aus:
Brems- und Beschleunigungsmanöver vor oder bei der Überfahrt
Lenkmanövern vor oder bei der Überfahrt
durch Seitenwind und überholende Fahrzeuge veränderte Lastverteilung
Unsicherheiten aus der Verrechnung der Messsignale, z. B. resultierend aus:
dem gewählten Korrekturansatz
der Verteilung mehrerer Kraftmesseinrichtungen
Fahrdynamikmodel eines LKW, Software IPG-TruckMaker.
Mit Hilfe eines detaillierten Mehrkörpersimulationsmodells des Reifen-Sensor-Kontaktes, eines mechanischen Sensormodells und einem Fahrdynamikmodells des Ganzfahrzeugs wurden mehrere Simulationen mit Variation der Einflussfaktoren und Parameter durchgeführt.
Die im Projekt LiBra erzielten Ergebnisse dienen als quantitative Aussage der Relevanz der wesentlichen Einflussfaktoren und Parameter eines WIM-Systems für die Qualität der Gewichtsmessung.
Straßenintegrierte Sensorik hilft, den Verkehr zu überwachen.
Ein Schritt auf dem Weg zum Gewichts-"Blitzer"
Das Projekt LiBra wird mit seinen generischen Aussagen einen Beitrag zur Entwicklung eichfähiger und gerichtsfester Systeme leisten.
Die Umsetzung und Installation solcher Systeme im Straßennetz trüge zu einer Schonung der Straßenstruktur bei. Zwar gelten auch heute schon strikte Grenzen für Gesamtgewichte und Achslasten. Deren weit verbreitete oder sogar lückenlose Überprüfung ist mit dem aktuellen Vorgehen jedoch nicht möglich. Darunter leidet die – notfalls gerichtliche – Durchsetzung der gesetzten Grenzen. Das Projekt LiBra wird einen Beitrag zur Verbesserung der Überwachungsquote leisten. Nach der oben dargestellten Wirkungskette wird dies zu einer Schonung der Straßenstruktur beitragen.
Das Forschungsvorhaben FE 88.0165/2017 – „LiBra – Lasten in Bewegung rechtssicher aufzeichnen“ wird gefördert durch die Bundesanstalt für Straßenwesen im Auftrag des Bundesministeriums für Verkehr und digitale Infrastruktur.