Sensitive Straßendeckschicht: Zeitlich und räumlich hochaufgelöste Detektion von Radlasten

In Teilprojekt A03 erfolgt die Entwicklung einer sensitiven Deckschicht, deren Funktionsweise auf der Piezoresistivität basiert. Durch Dehnungsinduzierung wird der Widerstand des leitfähigen Materials verändert. Die daraus folgende Widerstandsänderung bildet ein Signal, welches zur Ermittlung von flächendeckenden Lastpositionen und Lastgrößen von Fahrzeugen (Reifen) und zur Erfassung von Zustandsdaten verwendet wird.

Eine umfassende Literaturstudie zur Additivierung von polymerbasierten Materialien mit Nanopartikeln bildet den ersten Meilenstein des Teilprojektes. Aufbauend darauf findet eine experimentelle Parameterstudie, begleitet von der Entwicklung numerischer Methoden, statt, mit dem Ziel einen optimalen leitfähigen Werkstoff zu identifizieren. Dabei ist das Ziel die Homogenität, die Mischbarkeit, die Festigkeit sowie die Leitfähigkeit des Werkstoffs in Einklang zu bringen.

Am daraus identifizierten optimalen Werkstoff wird anschließend eine experimentelle Charakterisierung der mechanischen und piezoresistiven Eigenschaften vorgenommen, in der die mechanische und tribologische Leistungsfähigkeit der sensitiven Deckschicht geprüft und weiterentwickelt wird.

Ein weiterer Teil des Teilprojektes A03 umfasst die Entwicklung eines multiphysikalischen Modells, welches die mechano-elektrische Interaktion des piezoresistiven Materials auf der Nano-, Mikro- und Meso-Skala abbildet. Nach erfolgter iterativer Verbesserung der Materialeigenschaften findet die Integration des Materials in den Kontext des Digitalen Zwillings statt. In diesem Schritt werden die Umsetzung der Radlast- und Positionsabschätzung sowie die Ansätze zur Selbstdiagnose vorangetrieben. Die Deckschicht wird bereichsweise auf Asphalt- oder Betondecken appliziert und ist ein wesentlicher Bestandteil des im SFB/TRR 339 angestrebten Digitalen Zwillings Straße. Darüber hinaus werden in diesem Teilprojekt erste Forschungsarbeiten zur Entwicklung von Ansätzen zur Erzeugung der elektrischen Energie anhand piezoelektrischer Energieerzeuger und die Übertragung der von der sensitiven Oberflächenschicht abgeleiteten Signale an die Kommunikationssysteme durchgeführt.