Verkehrsplanung: genauighkeit von schleppkurvensimulationen im praxistestIM PRAXISTEST

05-04-2016

Die Ingenieure von ENEL Green Power, einem italienischen Spezialisten für erneuerbare Energien, sind wahrlich nicht leicht aus der Fassung zu bringen, wenn es um Transporthindernisse für ihre Produkte geht. Immerhin zählen nicht nur unhandliche Solaranlagen und extrem schwere Teile für Wasserkraftanlagen zu ihrem Repertoire. Auch die notorisch sperrigen Einzelteile von Windkrafträdern sind Teil von ENELs Sortiment.

Doch selbst bei ENEL läuteten alle Alarmglocken, als man sich einen logistischen Albtraum der allerhöchsten Ordnung eingehandelt hatte. In Kalabrien, dem südlichsten Teil des italienischen Festlandes, sollten zwei Windkraftanlagen aufgestellt werden, eine mit 14, die andere mit 25 einzelnen Windrädern. Das Problem: In der kargen Gebirgsregion kommt man um sehr enge Bergstraßen mit starken Höhenschwankungen nicht herum. Hier ist der Transport der zahlreichen Komponenten im zweistelligen Tonnenbereich ein echter Härtetest hinsichtlich der Streckenplanung….

 

SIMULATION PER SCHLEPPKURVEN-SOFTWARE

Da eine Testfahrt den Projektplan erheblich verzögert hätte, mussten sich die Planer auf eine Computersimulation verlassen. Die Wahl des Programms fiel auf AutoTURN von Transoft Solutions, das die Schleppkurven der Laster in den außergewöhnlichen Bedingungen des kurvigen Kalabriens berechnen sollte. Gefüttert mit den topographischen Daten der geplanten Routen, die von örtlichen Ingenieuren vermessen wurden, und basierend auf den bestehenden AutoTURN-Profilen von Lkws und Sonderfahrzeugen wurde die Machbarkeit des Transports virtuell getestet.

Es bestand kein Spielraum für Fehler. Transportiert werden mussten ein Fiberglas-Rotorblatt von 26 Metern Länge, ein einteiliger Turm von 25 Meter Länge, sowie das sieben Meter lange Maschinenhaus, mit einem Gewicht von 40 Tonnen. Jede Ungenauigkeit der Daten würde in den Nadelöhrkurven schonungslos aufgedeckt. Die Frage stand im Raum: Kann man sich in der Planung solcher extremen Fälle auf Softwarelösungen verlassen?

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STUDIEN: WIE GENAU IST AUTOTURN?

In der Theorie sehen die Ergebnisse moderner Straßenplanungs-Software eigentlich immer verlässlich aus. Die einschlägigen Programme sind so fortgeschritten, dass sie bei richtiger Bedienung immer brauchbare Daten zum Fahrbahnentwurf liefern.

Doch welche Rolle spielen Faktoren, die simulativ schlecht darzustellen sind? In der Praxis zeigte sich in der Vergangenheit oft, dass zum Beispiel vorhandene Schäden an Bordsteinen oder Fehleinschätzungen der Kurvengängigkeit der Testfahrzeuge die Ergebnisse von Schleppkurven-Simulationen beeinträchtigen.

Um herauszufinden, wie brauchbar die Simulationen von AutoTURN letztlich unter realen Bedingungen sind, haben sich in den vergangenen Jahren eine ganze Reihe wissenschaftlicher Studien daran gemacht, die durch das Transoft-Programm erzielbaren Ergebnisse auf empirische Weise zu testen. Die Ergebnisse dieser Studien haben direkten Einfluss auf Planungsentscheidungen wie im Fall von ENEL.

 

AUF HERZ UND NIEREN GETESTET

Mittels des Vergleichs harter GPS-Daten von realen Testfahrten mit den simulierten Schleppkurven von AutoTURN sollte festgestellt werden, in welchem Maße Verkehrsplaner AutoTURN bedenkenlos für ihre Projekte einsetzen und aufwändige Testfahrten vermeiden können.

Besonders machte sich dabei der Lehrstuhl für Verkehrswesen und Straßenverkehrsanlagen der Universität der Bundeswehr München verdient. Hier wurden AutoTURN in zwei verschiedenen Studien auf Herz und Nieren getestet.

 

VERGLEICH MIT GPS-DATEN

In der ersten, durch Ingenieur Stephan Stroh durchgeführten Studie, wurden als Vergleichswerte für die durch AutoTURN gelieferten Ergebnisdaten GPS-Daten von zuvor unter realen Bedingungen durchgeführten Testfahrten herangezogen. Als Testfahrzeug diente ein Gespann aus einem MAN 18.410 als Zugmaschine und einem drei-achsigem Auflieger, das insgesamt auf eine Länge von 16,5 Metern kam. An allen vier Eckpunkten des Fahrzeugs wurden GPS-Sensoren angebracht, welche die Daten kontinuierlich aufzeichneten. Für die Kurvenfahrt wurde ein Winkel von 270° in einem Kreisverkehr gewählt, der von zwei verschiedenen Fahrern absolviert wurde.

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Zum Vergleich wurden die selben Bedingungen in AutoTURN auf Basis des “Sattelauflieger CO”-Profils nachgestellt. Mit Hilfe des “Constant Pursuit” Analyseverfahrens wurde die Kurvenfahrt entlang eines “Aktiven Weges” simuliert. Die so erhaltenen Daten ermöglichen einen direkten Vergleich von realen und simulierten Schleppkurven.

Das Ergebnis: Laut Stroh wurde die innere Hüllkurve von AutoTURN “nahezu identisch” abgebildet. Bei der äußeren Hüllkurve wurde eine geringe Abweichung festgestellt, AutoTurn berechnete den Platzbedarf etwas großzügiger als nötig. Dennoch kommt die Studie zu dem Fazit, dass die “durchgeführte Simulation hinreichend genau und damit für einen Einsatz in der Planung geeignet ist.”

 

DYNAMISCHE SCHLEPPKURVENERMITTLUNG MIT PRÄDIKAT “ELEGANT”

Auch in einer weiteren Studie der Bundeswehr unter der Leitung der Ingenieure Stefan Klein und Sebastian Simmen zogen die Tester eine positive Bilanz. Im Gegensatz zur obigen Studie wurde hier auf der Basis einer dynamischen, nicht einer statischen, Leitlinie (also der idealen Fahrtkurve) getestet. Im Vergleich mit konkurrierenden Programmen bekam AutoTURN gar das Prädikat “elegant” verliehen. “Die dynamische Schleppkurvenermittlung ohne vorgegebene Leitlinie lässt eine Überprüfung der Befahrbarkeit des Kreisverkehrs innerhalb kürzester Zeit ohne aufwendige Hilfskonstruktionen zu”, schloss der Bericht.

In einer weiteren Studie testete die Technische Universität München AutoTURN unter ganz anderen Voraussetzungen. Ingenieur Steffen Hürter fokussierte sich in seiner Versuchsanordnung auf moderne Landmaschinen. In der Agrarwirtschaft wird die Berechnung von Schleppkurven immer dringender, weil die hier verwendeten Nutzfahrzeuge im Laufe der Jahrzehnte immer größer geworden sind. Mähdrescher waren zum Beispiel in den fünfziger Jahren oft gerade einmal drei Meter breit, während moderne Maschinen fast elf Meter Länge erreichen und mehr als vier Mal so viel wiegen. Der Schaden, den Maschinen jüngeren Datums an Feldwegen anrichten, ist beachtlich.

Hürter wählte für seine Studie fünf landwirtschaftliche Fahrzeuge verschiedener Größe, darunter ein Zuckerrübenroder und Traktor mit Pflug von knapp 15 Meter Länge. Im Ergebnis lag die prozentuale Abweichung von simulierter zu reeller Schleppkurve bei AutoTURN bei nur 2,69 Prozent: “Durch die Simulation lassen sich Schleppkurven präzise nachbilden und vorhersagen”, urteilt Hürter abschließend.

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ERFOLG DANK 3D-SIMULATION

Alles in allem geben die an den Studien beteiligten Ingenieure AutoTURN eine positive Bewertung. Die durch das Programm generierten Schleppkurven sind genau genug, so dass man sich in der Planung auch ohne Testfahrten auf sie verlassen kann. Zu demselben Schluss kamen in der Praxis letztlich auch die Planer bei ENEL.

Die 40 Kilometer lange Strecke für den Transport der Windanlagen wurde in der Simulation durchgespielt, und AutoTURN zeigte auf, dass eine ganze Reihe an Ausbesserungen der Route nötig waren, um einen sichere Fahrt zu gewährleisten.

So wurden auf der Basis der simulativen Daten mehr als 100 kleinformatige Ad-hoc-Projekte zur Korrektur der vorhandenen Infrastruktur durchgeführt – im Schnitt gab es alle 400 Meter auf der Strecke Hindernisse, die ohne vorherige Erkennung zum Abbruch des Transports hätten führen können. Darunter fielen der Aushub des Untergrunds mancher Straßen zum Zwecke der Verbreiterung, das Einrammen von Schotten zur Schaffung zusätzlichen Manövrierraums, die Entfernung und Wiederaufstellung von Schildern und Sicherheitsbarrieren, sowie das Entfernen von Bäumen.

Auch punktuelle Probleme mit Beleuchtungsanlagen und Telefonkabeln wurden identifiziert und erfolgreich behoben.

Hier kam die 3D-Funktionalität von AutoTURN zum Tragen, die nicht nur die zweidimensionalen Schleppkurven generiert, sondern auch die Höhe und Breite des gesamten Fahrzeugs in Betracht zieht. Gerade den, im ländlichen Italien nicht immer in enormer Höhe befindlichen, Telekommunikationskabeln kam diese Software-Funktion sehr zu Gute.

Der Transport ganzer Windanlagen auf verwinkelten italienischen Serpentinen ist sicher ein extremes Beispiel. Der Erfolg dieses anspruchsvollen Projekts, sowie die lobenden Bewertungen der empirischen Studien zur Genauigkeit AutoTURNs illustrieren, warum das Transoft-Programm die weltweit am meisten genutzte Software für den Nachweis von Schleppkurven ist.