Framtida digitalisering och dess inverkan på vägar och gators tekniska utformning

Införandet av autonoma fordon i bred skala förväntas skapa nya krav och standarder för utformningen av infrastrukturen för att kunna möjliggöra deras navigering och försäkra säkerheten hos andra trafikanter (Albino et. al, 2015 and Bösch et. al. 2018).

Det finns mycket forskning genomförd om vilken teknologi som krävs för att operera autonoma fordon på allmänna vägar, såväl som analyser av interaktionen mellan de autonoma fordonen och vägmiljön. Däremot finns det begränsat med forskning om hur autonoma fordon påverkar

beläggningsuppbyggnaden. Införandet av autonoma fordon i fordonsflottan kommer mestadels påverka ytan och bärlagren, eftersom dessa lager tar upp största delen av spänningarna som påförs beläggningsuppbyggnaden (Steyn and Maina, 2019).

Autonoma fordon påverkar lastbilstrafiken, speciellt val av körfält och placering inom körfältet (Noorvand et al., 2017). Förändringar för befintlig infrastruktur kan bli ett ökat antal och ändrad placering av körfält och belastning av uppbyggnaden på sätt som den inte konstruerats för. Den viktigaste inverkan av självkörande fordon på den tekniska utformningen av vägar kan vara effekten av mer kanaliserad trafiklast och platooning (konvojkörning, det vill säga kortare avstånd mellan fordon). Detta kan leda till större trafikvolymer med mer likartade fordonstyper och laster. Om autonoma, tunga fordonskonvojer ska stödjas behöver även underhållsprogrammen ta hänsyn till ökade laster från konvojkörning (Huggins et. al 2017). Konvojkörning innefattar att länka samman fordon liknande ett tåg och är inte begränsat till autonoma fordon. Både lätta och tunga fordon kan opereras i platoner (Huggins et. al 2017).

Användandet av autonoma och halv-autonoma transporter kan resultera i en ännu smalare användning av körfälten (Litman, 2014, Lombardo, 2018 and Snyder 2018). Enligt Bowman (2016) antar

övergången till autonoma fordon en samverkande minskning av körfältsbredd (omkring 25 % minskning av körfält på motorväg) och en ökning i trafikkapacitet (mer än 50 % enligt flera uppskattningar av industrin). Detta antagande stämmer överens med det som ges i Metz (2018). Detta kan leda till en snabbare uppbyggnad av beläggningsskador (Litman, 2014). Med

precisionskörning kommer fordonen återkommande att köra i samma spår i körfältet. Detta medför att lastfördelningen och nedbrytningen av beläggningen kommer bli annorlunda jämfört med nuvarande beläggningar. Detta faktum kommer att påverka hur beläggningar utformas och byggs för autonoma fordon. Notera att denna effekt har bekräftats experimentellt enligt Noorvand et al (2017). Utöver det kan konvojkörning leda till säsongsvarierande förändringar i porvattentryck i underliggande lager i beläggningen och försvaga jordarna i undergrunden genom pumpning (Saarenketo, 2018).

Utvecklingen av dynamiska vägmarkeringar gör det möjligt att optimera användningen av befintliga kvadratmeter väg. Genom att minska körfältsbredd (tillsammans med hastighetsbegränsningar), kan ett extra körfält läggas till i tvärsnittet. Dynamiska vägmarkeringar för automatiska förändringar i

körriktning inom räckhåll, på alla nätverksnivåer.

Sammanfattningsvis, digitalisering genom användandet av autonoma och halvautonoma fordon, dynamisk vägmarkering och intelligenta system för sammanvävning av körfält kommer leda till ökad kapacitet på gatu- och vägnätet genom angivna körfält, tillfälliga förbifarter och flexibel körfältsbredd som i sin tur kan leda till en belastning på beläggningsuppbyggnaden som den inte är konstruerad för och därmed en snabbare ökning av beläggningsskador.

följer i korta intervaller (på grund av tätt placerade axlar eller vid högre hastigheter) kan göra att beläggningen stannar något nedsjunken innan nästa axel orsakar ännu en deformationstratt. De följande nedsjunkningarna är normalt sett större för efterföljande laster, vilket orsakar större elastiska deformationer än om belastningen sker med längre tidsintervall som låter beläggningen återhämta sig helt efter varje belastning.

Monismith et al. (2000) utvärderade effekten av kanaliserad trafik (exempelvis återkommande användande av ett enskilt, precist hjulspår) för Wes Track-projektet och fann att utmaningssprickor kunde ökas med faktor tre eller mer genom kanalisering av trafiken. Liknande utmattning, har Harvey et al. (2000) utvärderat effekten av kanaliserad trafik, noll sidovandring, med hjälp av simulerad tung trafik (HVS) och visade mellan 25 % och 45 % större spårbildning på kanaliserade sektioner jämfört med sektioner där HVS:en flyttades normalfördelat i sidled. Steyn (2009) studerade effekten av vandrade fordon jämfört med kanaliserad trafik på samma provsektion. Försöken utfördes med en linjär APT-apparat på sektioner med varmblandad asfalt (samma utformning). Resultaten visade att permanent deformation som orsakats av kanaliserad trafikering är omkring 60 % högre än den

permanenta deformationen för samma förhållanden (hastighet och temperatur), men med ett vandrande belastningsmönster (Steyn, 2009). Detta fenomen tyder på att en förändring mot mer kanaliserade belastningar med autonoma fordon kan påverka beläggningens nedbrytning, och att APT (Accelerated Pavement testing, accelererad beläggningsprovning) kan användas för att effektivt kvantifiera sådana effekter (Hugo et. al 2004; Steyn, 2012). Med hänvisning till (Noorvand et al., 2017), när lastbilar följer noll vandring i sidled sker en snabbare ackumulering av spårbildning. Detta fynd är i linje med de numeriska studier som Erlingsson et al. (2012) gjort, som fann att en noll-sidovandring ökade spårbildningen på en flexibelbeläggning med omkring 25 %. Oturligt nog kan konvojkörning skapa stora kluster bestående av enbart tunga fordon (Kulmala et. al., 2019).

Enligt Steyn och Maina (2019), kan införandet av autonoma fordon leda till mer konsekventa körförhållanden såsom konstant hastighet och färre stopp/starter vid korsningar tack vare bättre fördelade trafikvolymer och styrning vid korsningar. Fordons marschhastighet påverkar kontakttiden mellan lasten och den bitumenbundna vägytan. Ett mer konsekvent ökande och bromsande av hastigheten som autonoma fordon har leder också till lägre längsgående spänningar på den bitumenbundna vägytan vilket leder till mindre permanent deformation (Steyn and Maina, 2019). Angående fordons hastighet har en debatt förts om framkomlighetens dominerande företräde i transportplaneringen under de senaste åren. Att få till generellt lägre hastigheter i staden kan skapa smidigare flöden och bättre balans mellan trafikslag, i förlängningen leder det till att man kan minska separeringen. Minskad separering innebär att man kan spara yta. I nästa steg kan man också ge mindre plats för biltrafik och mer plats till delad och aktiv mobilitet. Som ett resultat av dessa förändringar kan man öka både gatornas totala trafikala kapacitet och skapat möjligheter till mer plats för en rad funktioner som våra städer är i behov av för att möta de olika utmaningar som tas upp i rapporten En av de nya teknologierna för hastighetskontroll är aktiva farthinder som är baserad på dynamiskt hastighetssäkrande lösning. Fordon som kör över hastighetsgränsen aktiverar en lucka som sänks ner några centimeter i vägbanan och ger föraren en fysisk påminnelse om hastighetsöverträdelsen.

Systemet låter alla som kör i rätt hastighet passera på plan väg och utgör därför inte något problem för busschaufförer (Edeva, 2019).

Ur ett "smarta gator-perspektiv" kan aktiva farthindersystem betraktas som en gradvis omvandling till mer multifunktionella och flexibla gator som kan ha en högre total trafikkapacitet än tidigare

(inkluderat kollektivtrafikresenärer, cyklister, gående och bilister).

Då tekniken funnits i bruk i Sverige sedan 2010 har flera utvärderingargenomförts, bland annat i Uppsala, Linköping, Malmö och Skåne. Utvärderingen har visat att medelhastigheten hos fria motorfordon är lägre med aktiv farthinderteknologi än utan. Dessutom lämnar en högre andel av

motorfordonsförare företräde åt korsande oskyddade trafikanter vid användning av det aktiva farthindersystemet (Börefelt och Nilsson, 2016).

Annan teknik som relaterar till digitalisering av framtida smarta gator är användandet av sensorer som bäddas in i vägytan som bidrar till att öka trafiksäkerheten och tillåter kommunikation mellan fordon och infrastruktur. Till exempel behöver livslängden hos sensorer motsvara vägytans livslängd eller infrastrukturen som den är inbäddad i, och en lämplig strömförsörjning behöver finnas. Inte minst behöver ingenjörer tillverka sensorer till en enhetskostnad som fungerar med en storskalig spridning. Enligt Clapaud (2017), arbetar Hikob tillsammans med Vicat, Frankrikes tredje största tillverkare av cement, ballast och betong, för att utveckla en uppkopplad betong, som i industrin kallas

”funktionaliserad” betong. Denna nya teknologi möjliggör för sensorer att integreras i ytan på motorvägar, viadukter och tunnlar för att på så sätt övervaka deras fysiokemiska egenskaper under deras livstid och därigenom optimera underhållsintervall.

Hikob har också utformat en temperatursensor som håller längre än tio år enligt Clapaud (2017). Dessa temperatursensorer hjälper till att förutspå frost och isbildning för att kunna påbörja saltspridning i och kring staden. Fram tills nu kräver sådana sensorer att kablar läggs i vägen för att förse sensorerna med elektricitet och att samla in data till en kontrollpunkt, och dessa restriktioner har kraftigt begränsat en storskalig spridning av dessa sensorer.

Fullskaleprovning kan ses som en slutgiltig verifikation som kontrollerar utformningens långsiktiga prestanda hos de sensorer som är inkapslade i den funktionaliserade betongen, men det är för tidigt i detta skede att föreslå en provningsplan och en testbäddsväg för att verifiera hållbarheten hos denna nya teknologi eftersom den inte är släppt för kommersiellt bruk än.

4.2.2. Rekommendationer för testbädd som möter utmaningen med framtida