Universiẗat, Diss., 2003--Giessen.

Zugl.: Karlsruhe, Univ., Diss., 2006

Techn. Universiẗat, Diss., 2004--Chemnitz.

Zugl.: Erlangen, Nürnberg, Univ., Diss., 2007

Zugl.: Erlangen-Nürnberg, Universiẗat, Diss., 2007.

Sicherheit ist ein hohes Ziel in allen Bereichen des menschlichen Lebens, so auch im Straßenwesen und im Straßenverkehr. Ihre Förderung ist ein volkswirtschaftliches und ethisches gesamtgesellschaftliches Anliegen. Aus diesem Grund und wegen der Dominanz von Fahrunfällen auf Landstraßen wurde die vorliegende Arbeit auf die Bewertung der Linienführung einbahnig zweistreifiger Außerortsstraßen nach der Zielfunktion Fahrsicherheit ausgerichtet. Als fahrsicher wurde der Zustand definiert, bei dem angenommen werden kann, daß ein unbehindert fahrender Pkw keinen durch die Gestalt der Straßenverkehrsanlage und ihre Wahrnehmbarkeit induzierten Risiken ausgesetzt ist. Unter unbehindert fahrend wird ein Pkw verstanden, dessen Fahrer sein Verhalten unabhängig vom übrigen Verkehr wählen kann. Der Bezug auf den unbehindert fahrenden Pkw macht deutlich, daß die Betrachtungen in der vorliegenden Arbeit eine lediglich durch die Wahrnehmung der Straßenverkehrsanlage bedingte Wahl des Fahrverhaltens voraussetzen. Somit wird die Fahrsicherheit von der Verkehrssicherheit abgegrenzt. In der Arbeit wurden zunächst die bekannten Bewertungsmethoden einer kritischen Wertung unterzogen. Daraus wurden die theoretischen Bewertungsgrundlagen ausgearbeitet und ein Konzept für die praktische Umsetzung entwickelt. Schließlich wurden einige der vorgeschlagenen Bewertungskriterien anhand des Unfallgeschehens an Beispielstrecken überprüft. Verfolgt wurde in der Arbeit die Bewertung mit Hilfe mittelbarer Sicherheitskenngrößen. Vorteil einer solchen Bewertung ist, daß letztere im direkten Zusammenhang mit den Elementen und Parametern der Linienführung stehen. Ursachen für Sicherheitsmängel können somit aus der Sicht des Entwurfsingenieurs eindeutig identifiziert werden. Aus diesem Grund wurde der Bewertungsrahmen in folgende Ebenen gegliedert: · Objektiv vorhandene Streckencharakteristik · Wahrnehmung der Streckencharakteristik · Handlung Fahrverhalten · Wirkung - Aktivierung / Beanspruchung - Fahrdynamik Die vorgestellte Gliederung entspricht in ihrer Reihenfolge dem Fahrprozeß. Die objektiv vorhandene Streckencharakteristik und ihre Wahrnehmung durch den Kraftfahrer stellen den Ausgangspunkt dar. Sie bilden demzufolge die Gruppe der primären Merkmale, auf die die Bewertung schwerpunktmäßig zu konzentrieren ist. Die übrigen Bewertungsebenen umfassen sekundäre bzw. abgeleitete Merkmale. Sie kennzeichnen die Handlungen des Fahrers (Fahrverhalten) und deren Folgen (Aktivierung/ Beanspruchung, Fahrdynamik). Eine Bewertung soll hier nur in Ausnahmefällen ergänzend vorgenommen werden. Für die einzelnen Kriterien erfolgt die Bewertung in Form eines "Zielerreichungsgrades", d. h. als dimensionslose Angabe der Ausprägung des jeweiligen Bewertungskriteriums. Dabei wurden der untere Grenzwert des Anspruchniveaus (Grenze der Zumutbarkeit) als 0% und der obere Wert (Grenze der Hinnehmbarkeit) als 100% Zielerreichungsgrad angesetzt. Zur Berücksichtigung unterschiedlicher Streckenniveaus wurden gute, brauchbare und zu vermeidende Bereiche in Abhängigkeit der Straßenkategorie definiert. Die Gegenüberstellung der Bewertungsergebnisse für die hier behandelten Kriterien mit dem Unfallgeschehen deutet zunächst auf Zusammenhänge hin. Diese sollen in Rahmen weiterführender Arbeiten anhand eines größeren Strecken- und Unfallkollektivs eingehend geprüft werden.

Sicherheit ist ein hohes Ziel in allen Bereichen des menschlichen Lebens, so auch im Straßenwesen und im Straßenverkehr. Ihre Förderung ist ein volkswirtschaftliches und ethisches gesamtgesellschaftliches Anliegen. Aus diesem Grund und wegen der Dominanz von Fahrunfällen auf Landstraßen wurde die vorliegende Arbeit auf die Bewertung der Linienführung einbahnig zweistreifiger Außerortsstraßen nach der Zielfunktion Fahrsicherheit ausgerichtet. Als fahrsicher wurde der Zustand definiert, bei dem angenommen werden kann, daß ein unbehindert fahrender Pkw keinen durch die Gestalt der Straßenverkehrsanlage und ihre Wahrnehmbarkeit induzierten Risiken ausgesetzt ist. Unter unbehindert fahrend wird ein Pkw verstanden, dessen Fahrer sein Verhalten unabhängig vom übrigen Verkehr wählen kann. Der Bezug auf den unbehindert fahrenden Pkw macht deutlich, daß die Betrachtungen in der vorliegenden Arbeit eine lediglich durch die Wahrnehmung der Straßenverkehrsanlage bedingte Wahl des Fahrverhaltens voraussetzen. Somit wird die Fahrsicherheit von der Verkehrssicherheit abgegrenzt. In der Arbeit wurden zunächst die bekannten Bewertungsmethoden einer kritischen Wertung unterzogen. Daraus wurden die theoretischen Bewertungsgrundlagen ausgearbeitet und ein Konzept für die praktische Umsetzung entwickelt. Schließlich wurden einige der vorgeschlagenen Bewertungskriterien anhand des Unfallgeschehens an Beispielstrecken überprüft. Verfolgt wurde in der Arbeit die Bewertung mit Hilfe mittelbarer Sicherheitskenngrößen. Vorteil einer solchen Bewertung ist, daß letztere im direkten Zusammenhang mit den Elementen und Parametern der Linienführung stehen. Ursachen für Sicherheitsmängel können somit aus der Sicht des Entwurfsingenieurs eindeutig identifiziert werden. Aus diesem Grund wurde der Bewertungsrahmen in folgende Ebenen gegliedert: · Objektiv vorhandene Streckencharakteristik · Wahrnehmung der Streckencharakteristik · Handlung Fahrverhalten · Wirkung - Aktivierung / Beanspruchung - Fahrdynamik Die vorgestellte Gliederung entspricht in ihrer Reihenfolge dem Fahrprozeß. Die objektiv vorhandene Streckencharakteristik und ihre Wahrnehmung durch den Kraftfahrer stellen den Ausgangspunkt dar. Sie bilden demzufolge die Gruppe der primären Merkmale, auf die die Bewertung schwerpunktmäßig zu konzentrieren ist. Die übrigen Bewertungsebenen umfassen sekundäre bzw. abgeleitete Merkmale. Sie kennzeichnen die Handlungen des Fahrers (Fahrverhalten) und deren Folgen (Aktivierung/ Beanspruchung, Fahrdynamik). Eine Bewertung soll hier nur in Ausnahmefällen ergänzend vorgenommen werden. Für die einzelnen Kriterien erfolgt die Bewertung in Form eines "Zielerreichungsgrades", d. h. als dimensionslose Angabe der Ausprägung des jeweiligen Bewertungskriteriums. Dabei wurden der untere Grenzwert des Anspruchniveaus (Grenze der Zumutbarkeit) als 0% und der obere Wert (Grenze der Hinnehmbarkeit) als 100% Zielerreichungsgrad angesetzt. Zur Berücksichtigung unterschiedlicher Streckenniveaus wurden gute, brauchbare und zu vermeidende Bereiche in Abhängigkeit der Straßenkategorie definiert. Die Gegenüberstellung der Bewertungsergebnisse für die hier behandelten Kriterien mit dem Unfallgeschehen deutet zunächst auf Zusammenhänge hin. Diese sollen in Rahmen weiterführender Arbeiten anhand eines größeren Strecken- und Unfallkollektivs eingehend geprüft werden.

To measure the speed of a vehicle, the revolution of a wheel or a rigid axle is traditionally used. Therefore non corrigible systematic errors occur which are caused by slip, spin and by the change of wheel diameter due to fretting. Train control and traction systems require new robust as well as precise methods of speed measurement. Because of their physical properties, Doppler-radar-sensors attached to the vehicle and measuring ground speed are first choice for this range of applications. Currently used sensors cannot fulfil the high demands under all operating conditions, because they are unable to completely compensate the various interferences and systematic deviations. This is the starting point of this dissertation. Two independent diverse methods with optimised reliability and accuracy must be used to meet all requirements. Limited resources of the embedded digital signal processor system under real-time conditions have to be taken into account. According to the boundary conditions, the introductory chapters critically discuss the frequency analysis methods currently used and describe starting points for further development. This leads to the design of a new, robust, wide-band spectral analysis which combines techniques of the dyadic wavelet transformation with the fast Fourier transformation. At the same time a new frame procedure and general model for the estimation of motion parameters is developed which features short delays. The disadvantages of the block-based discrete spectral analysis applied over continuous approaches are extensively compensated. The block structure of spectral data enables the selective use of new knowledge-based spectral filters for the compensation of the remaining intense interferences which are typical of this kind of application. / Die Fahrzeuggeschwindigkeitsmessung über die Drehzahl eines Rades weist in Schlupf- und Schleuderzuständen erhebliche systematische Abweichungen auf. Deshalb erfordern Zugbeeinflussungs- und Antriebssysteme neue gleichzeitig robuste und präzise Geschwindigkeitsmessmethoden. Die Mikrowellensensorik unter Nutzung des Dopplereffekts zwischen Fahrzeug und Gleisbett wird wegen ihrer physikalischen Eigenschaften für dieses Einsatzgebiet favorisiert. Bisherige Sensorapplikationen erfüllen aber die hohen Ansprüche nicht in allen Betriebszuständen. Hier setzt die in dieser Arbeit beschriebene Sensorentwicklung auf. Zwei getrennt hergeleitete und nach Zuverlässigkeit und Genauigkeit optimierte neue Verfahren können bei gleichzeitiger Anwendung die gestellten Anforderungen erfüllen. Dabei müssen auch die beschränkten Ressourcen des eingebetteten digitalen Signalverarbeitungssystems unter Echtzeitbedingungen berücksichtigt werden. Entsprechend dieser Randbedingungen findet einleitend eine kritische Betrachtung bestehender Frequenzanalysemethoden statt und Ansätze für die Weiterentwicklung werden herausgearbeitet. Einerseits führt dies zur Konstruktion einer neuen störunempfindlichen Weitbereichsspektralzerlegung, welche Ansätze der dyadischen Wavelettransformation mit der Diskreten Fourier-Transformation verbindet. Andererseits wird ein neues Rahmenverfahren für die verzögerungsarme Schätzung der Bewegungsparameter des Fahrzeuges aufgrund seines physikalischen Bewegungsmodells hergeleitet und mit einem hochgenauen Frequenzauswerteverfahren kombiniert. Beide Verfahren basieren auf blockweisen diskreten Spektralzerlegungen, deren prinzipielle Nachteile gegenüber kontinuierlichen Ansätzen weitgehend kompensiert werden können. Durch die Blockorganisation lassen sich neuartige wissensbasierte Spektralfilter selektiv zur Unterdrückung starker bahnanwendungstypischer Störeinflüsse einsetzen.

To measure the speed of a vehicle, the revolution of a wheel or a rigid axle is traditionally used. Therefore non corrigible systematic errors occur which are caused by slip, spin and by the change of wheel diameter due to fretting. Train control and traction systems require new robust as well as precise methods of speed measurement. Because of their physical properties, Doppler-radar-sensors attached to the vehicle and measuring ground speed are first choice for this range of applications. Currently used sensors cannot fulfil the high demands under all operating conditions, because they are unable to completely compensate the various interferences and systematic deviations. This is the starting point of this dissertation. Two independent diverse methods with optimised reliability and accuracy must be used to meet all requirements. Limited resources of the embedded digital signal processor system under real-time conditions have to be taken into account. According to the boundary conditions, the introductory chapters critically discuss the frequency analysis methods currently used and describe starting points for further development. This leads to the design of a new, robust, wide-band spectral analysis which combines techniques of the dyadic wavelet transformation with the fast Fourier transformation. At the same time a new frame procedure and general model for the estimation of motion parameters is developed which features short delays. The disadvantages of the block-based discrete spectral analysis applied over continuous approaches are extensively compensated. The block structure of spectral data enables the selective use of new knowledge-based spectral filters for the compensation of the remaining intense interferences which are typical of this kind of application. / Die Fahrzeuggeschwindigkeitsmessung über die Drehzahl eines Rades weist in Schlupf- und Schleuderzuständen erhebliche systematische Abweichungen auf. Deshalb erfordern Zugbeeinflussungs- und Antriebssysteme neue gleichzeitig robuste und präzise Geschwindigkeitsmessmethoden. Die Mikrowellensensorik unter Nutzung des Dopplereffekts zwischen Fahrzeug und Gleisbett wird wegen ihrer physikalischen Eigenschaften für dieses Einsatzgebiet favorisiert. Bisherige Sensorapplikationen erfüllen aber die hohen Ansprüche nicht in allen Betriebszuständen. Hier setzt die in dieser Arbeit beschriebene Sensorentwicklung auf. Zwei getrennt hergeleitete und nach Zuverlässigkeit und Genauigkeit optimierte neue Verfahren können bei gleichzeitiger Anwendung die gestellten Anforderungen erfüllen. Dabei müssen auch die beschränkten Ressourcen des eingebetteten digitalen Signalverarbeitungssystems unter Echtzeitbedingungen berücksichtigt werden. Entsprechend dieser Randbedingungen findet einleitend eine kritische Betrachtung bestehender Frequenzanalysemethoden statt und Ansätze für die Weiterentwicklung werden herausgearbeitet. Einerseits führt dies zur Konstruktion einer neuen störunempfindlichen Weitbereichsspektralzerlegung, welche Ansätze der dyadischen Wavelettransformation mit der Diskreten Fourier-Transformation verbindet. Andererseits wird ein neues Rahmenverfahren für die verzögerungsarme Schätzung der Bewegungsparameter des Fahrzeuges aufgrund seines physikalischen Bewegungsmodells hergeleitet und mit einem hochgenauen Frequenzauswerteverfahren kombiniert. Beide Verfahren basieren auf blockweisen diskreten Spektralzerlegungen, deren prinzipielle Nachteile gegenüber kontinuierlichen Ansätzen weitgehend kompensiert werden können. Durch die Blockorganisation lassen sich neuartige wissensbasierte Spektralfilter selektiv zur Unterdrückung starker bahnanwendungstypischer Störeinflüsse einsetzen.