Schmal, sicher, sparsam, schnell

Die Automobilindustrie wird zurzeit mit zahlreichen Problemen konfrontiert: Abgasskandale, zu hohe CO2-Emissionen, der globale Verkehrsinfarkt, um nur einige zu nennen. Eine Lösung für viele dieser Probleme bietet das neuartige modulare Neigefahrzeug, das auf der vom Steinbeis Transfer Center Ino8 Pty Ltd Australia entwickelten Balanceregelung Safe8™ Balance Aid basiert.

© Richard (Chaoyi) Li

1,3 Millionen Menschen sterben jedes Jahr weltweit im Straßenverkehr, insbesondere in Entwicklungsländern, viele davon durch Zweiräder. Prognosen zufolge steigt diese Zahl weiter an, obwohl die Anzahl der Unfalltoten durch PKW in den letzten Jahren gesunken ist. Gründe sind u.a. die steigende Elektrifizierung von Fahrrädern sowie das wirtschaftliche Wachstum der Schwellenländer, das ein Zweirad für mehr Menschen erschwinglich macht. Die Erderwärmung mit den daraus resultierenden neuen Gesetzen zur Reduzierung von CO2-Emissionen stellt die nächste Herausforderung dar.

Das größte Problem ist allerdings der globale Verkehrsinfarkt, insbesondere in Groß- und Megastädten. Während seines Lebens verschwendet jeder Verkehrsteilnehmer rund zwei Jahre mit Warten beim Autofahren. Diese Zeit beinhaltet nicht einmal die großen Staus, sondern nur die Standzeit des vor über 20 Jahren entwickelten „neuen Europäischen Fahrzyklus“. Der damit verbundene wirtschaftliche Schaden beträgt weltweit über 1 Trillion USD pro Jahr. Die größte Ursache des Verkehrsproblems besteht darin, dass im Schnitt nur eine Person in einem PKW sitzt, der Platzbedarf eines Autos aber rund viermal so groß ist, wie der für ein 2-sitziges Zweirad.

Der erste Lösungsansatz bestand darin, einen PKW in seiner Länge um die Hälfte zu verkürzen, wie es beim Smart der Fall ist. Dies hilft zwar beim Parken in den seitlich zugänglichen Parkplätzen parallel zur Fahrbahn, nicht jedoch in Parkhäusern. Zur Verringerung des Platzbedarfs auf den Straßen helfen solche Fahrzeuge noch weniger, da dieser im Wesentlichen durch den Mindestabstand im Verkehr bestimmt wird. So beträgt bei einer Geschwindigkeit von 50 km/h der gesetzliche Mindestabstand 27,5m, ein Unterschied von 1,5m zwischen einem 5-sitzigen Fiesta und einem 2-sitzigen Smart erhöht die Ausnutzung der Straßeninfrastruktur gerade mal um 5%, bei der Autobahnrichtgeschwindigkeit von 130 km/h sind es sogar nur noch schlappe 2%. Die kurze Bauform führt zudem zu einer ungünstigen Aerodynamik. Ein anderer Versuch war der i-Road von Toyota, der den Platzbedarf wie ein Zweirad deutlich reduziert. Leider ist dessen aktive Neigeregelung extrem aufwändig, braucht viel Energie und lässt aus fahrdynamischen Sicherheitsgründen nur eine Höchstgeschwindigkeit von 60 km/h zu. Auch die Kosten sind sehr hoch, daher wird das Fahrzeug noch nicht verkauft sondern nur in Flottenversuchen z.B. per Car Sharing erprobt.

Eine wirkliche Lösung für viele der genannten Probleme ist ein modulares Neigefahrzeug, dessen Grundlage die vom Steinbeis Transfer Center Ino8 Pty Ltd Australia entwickelte und patentierte, relativ einfache Balanceregelung Safe8™ Balance Aid bildet. Diese wirkt ähnlich wie ein elektronisches Stabilitätsprogramm (ESP) bei PKW: Über verschiedene Sensoren, die für andere Systeme wie das gesetzlich vorgeschriebene Antiblockiersystem schon vorhanden sind, wird die Bewegung des Fahrzeugs in mehreren Dimensionen gemessen. Anhand eines vorgegebenen Modells wird dann bei gefährlichen Fahrzuständen von mindestens zwei Balancedämpfern durch jeweils ein Ventil, das den Ölvolumenstrom zwischen den durch die Dämpferkolben getrennten Ölkammern regelt, quasi passiv eine gegen die Bewegung des Dämpferkolbens gerichtete Reaktionskraft erzeugt, die so das Fahrzeug stabilisiert. Dieses Funktionsprinzip hat zahlreiche Vorteile: Ab einer relativ geringen Geschwindigkeit besitzt das System die Eigenschaft sich selbst zu stabilisieren. Bei normalen unkritischen Fahrzuständen kann sich der Kolben der Balancedämpfer bis auf die innere Reibung frei von einer Seite zur anderen bewegen, so dass der Selbststabilisierungseffekt genutzt wird. Dies bildet eine eingebaute Redundanz. Des Weiteren werden in über 90% der Fahrzustände die Dämpferventile nicht aktiviert und somit auch keine Energie verbraucht. Eine weitere Besonderheit besteht darin, dass das Fahrzeug auch ohne Lenkeingriff nur durch Gewichtsverlagerung des Fahrers gelenkt werden kann. Das ist eine weitere sicherheitstechnische Redundanz, die beim PKW nicht möglich ist. Die Erkennung und Kompensation von Seitenwind ist eine zusätzliche Sicherheitsfunktion, die bei PKW bislang nur wenigen großen Luxusfahrzeugen vorenthalten war.

Als Balancedämpfer kommen elektrorheologische Dämpfer der Firma Fludicon zum Einsatz. Sie sind deutlich dynamischer als beispielsweise elektromechanische oder magnetorheologische Hydraulikventile, bei gleichzeitig attraktivem Preis-Leistungsverhältnis. Außerdem enthalten die Ventile keine beweglichen Bauteile, die verschleißen oder gar steckenbleiben könnten, was einen weiteren Sicherheitsvorteil bietet.

Vor der Bestimmung der wichtigsten Auslegungsparameter des neuen Neigungsfahrzeuges führten die Steinbeis-Experten zahlreiche Marktforschungsstudien durch: In Australien fanden unter der Leitung von Prof. Paul Couchman und Associate Prof. David Bednall acht Fokusgruppeninterviews mit Teilnehmern aus Australien, Indien und China statt. Prof. Werner Hagstotz von der Hochschule Pforzheim und Mitgründer und Partner der Hagstotz ITM initiierte eine Reihe von Experteninterviews innerhalb der deutschen Automobilindustrie. Die gewonnenen Erkenntnisse führten zu einigen Änderungen des ursprünglichen Konzepts. Da die Anzahl der Personen mit PKW-Führerschein rund zehnmal so groß ist wie die der mit Motorradführerschein, wird das Fahrzeug modular aufgebaut mit entweder drei oder vier Rädern, je nach Zielmarkt. Auch die Länge ist skalierbar und beträgt zwischen 2,5m und 5m, je nachdem ob ein, zwei, drei oder sogar vier Sitze gewünscht sind. Für die ersten Modelle ist eine Höchstgeschwindigkeit von 200 km/h vorgesehen. Diese ergab sich aus einer Kooperation mit der Motorradabteilung der australischen Polizei in Melbourne. Wegen Sicherheitsbedenken und Mangel an qualifizierten Motorradfahrern wurde dort in den letzten Jahren die Anzahl der Motorradflotte um rund 2/3 reduziert, und das obwohl Motorräder schneller am Ort des Geschehens von Unfällen oder Straftaten sind und sich durch die erhöhte Sitzposition auch hervorragend zur Erkennung von Gurtmuffeln und Handy-Sündern am Steuer eignen. Daher ist die Polizei dort bereit für das neue Neigefahrzeug denselben Preis wie für die jetzigen Polizeiautos zu zahlen.

Ein weiterer Meilenstein zur Realisierung dieses revolutionären Fahrzeuges erreichte das Steinbeis Transfer Center Ino8 Pty Ltd Australia im April dieses Jahres: Als einziger deutscher Teilnehmer qualifizierte sich dessen Gründer und Leiter Dr. Frank Will für das Finale des ersten Innovationswettbewerbs für internationale Talente Shenzhen, China, der vier Kontinente umfasste. Im Rahmen des Finales zeigte insbesondere die Regierung der Stadt Shenzhen großes Interesse an dem Fahrzeug, da die tägliche Verkehrssituation eines der größten Probleme der Stadt ist. Daher arrangierten die Regierungsvertreter kurzerhand Meetings mit dem Batteriehersteller BYD sowie mehreren Investoren, mit einem Investor wurde schon ein Letter of Collaboration unterzeichnet. Auch BYD, das in einem Joint Venture mit Daimler luxuriöse Elektroautos der Marke Denza herstellt, ist an einer kostengünstigen Lösung interessiert, die wenig Energie verbraucht. Hier kommen weitere Vorteile des neuen Fahrzeuges zum Tragen: Durch die geringere Stirnfläche in Kombination mit üblichen Fahrzeuglängen sinkt der Windwiderstand, wodurch das Fahrzeug sehr effizient ist. Da Marktforschungsstudien der Hagstotz ITM gezeigt haben, dass die Reichweitenerwartung an Neigefahrzeuge wie Motorräder nur rund 20% im Vergleich zu PKWs beträgt, kann die Batteriegröße und deren Zusatzkosten auf ein Bruchteil der eines normalen Elektro- PKWs minimiert werden. Somit ist der Fahrzeugpreis endlich keine Hürde mehr zur großflächigen Umsetzung der Elektromobilität.

Dr. Frank Will

Kontakt

Dr. Frank Will ist Leiter des Steinbeis Transfer Center Ino8 Pty Ltd Australia. Das Unternehmen beschäftigt sich mit den Fragen der Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs und der Abgasemissionen, der Verbesserung der Sicherheit von Neigefahrzeugen und bietet seinen Kunden Engineering-Beratung im Automobilbereich sowie Forschung und Entwicklung.

Dr. Frank Will
Steinbeis Transfer Center Ino8 Pty Ltd Australia (Jan Juc, Victoria/Australien)
su1954@stw.de

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