In Deutschland entwickelter Hybrid mit nahezu vollständiger Autonomie

Ist das Deutsche Raumfahrtzentrum (DLR) Wachsend Plug-in-Hybridkonzept mit hoher Autonomie, Intercity Vehicle (IUV) genannt. Ausgestattet mit einem Zero-Emission-Profil ist dieses Auto für Langstreckenfahrten ausgelegt, mit einer maximalen Reichweite von 1.000 km für die Passagiere (und den Fahrer, falls erforderlich).

Das DLR ist vor allem für seine Arbeiten zur Luftfahrttechnik bekannt, die vielfältige Möglichkeiten zur Emissionsminderung umfasst. Zu seinen Aufgaben gehört die Leitung eines Großprojekts namens Next Generation Car (NGC), in dem seine 20 Unternehmen zusammenarbeiten, um effiziente Vierräder zu entwickeln.

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Neben dem IUV konzentriert sich das NGC-Programm auf zwei Schlüsselkonzepte in Deutschland. Eines davon ist das UMV (Urban Modular Vehicle), beschrieben als „modulares Stadtauto für den privaten und gewerblichen Gebrauch“. Das SLRV (Safe Light Regional Vehicle) ist ein Transportauto für Mitfahrgelegenheiten.

Konzept bis 1.000 km

Das IUV soll eine Reichweite von bis zu 1.000 km/h liefern, was bei einer Gesamtleistung von 136 kW zu einer Höchstgeschwindigkeit von 180 km/h führt. Diese Kapazität ist eine Kombination aus einer 48-kWh-Batterie (am Heck des Autos), einer 45-kW-Brennstoffzelle (an der Front des Fahrzeugs) und einem 700-bar-Wasserstoffdrucktank. 7,5 kg Wasserstoff können in einem unter der Karosserie platzierten Tank gespeichert werden.

Seine Betankung mit Wasserstoff dauert genauso lange wie bei konventionellen Antrieben, während die Batterie separat aufgeladen werden kann. Dieses fünfsitzige Hybridfahrzeug ist fünf Meter lang und zwei Meter breit. Aufgrund der unterschiedlichen Leichtbauweisen wiegt das IUV weniger als 1600 kg, Energiesparsysteme eingeschlossen.

Ein Mild-Hybrid-Konzept

„Die Karosseriestruktur des IUV wiegt nur 250 kg, weniger als ein Viertel dessen, was für dieses Fahrzeugsegment typisch ist“, sagt DLR-Projektleiter Sebastian Vohrer. Der Rahmen des Konzeptfahrzeugs besteht größtenteils aus faserverstärkten Polymeren.

In manchen Bereichen kommen Strukturen aus Aluminium zum Einsatz – vor allem Bauteile, die sehr steif sein müssen und bei einem Aufprall viel Energie aufnehmen. „Sandwich“-Materialien bestehen aus einem Faserverbundwerkstoff mit einer Deckschicht aus leichtem Kern aus Schaumkunststoff oder festen Materialien wie Balsaholz (die leichteste Holzart, die hauptsächlich für den Bau von Modellflugzeugen verwendet wird).

Das Team entwickelte Prototypen von Komponenten, die für IUV ausgewählt wurden, und verwendete sie in Deaktivierungstests, um unter anderem rechnerische Berechnungen und Simulationen zu verifizieren. Bei den Tests wurde unter den Seitentüren eine Schürze aktiviert, die bei einem Angriff den Wasserstofftank und Insassen auf dem Fahrzeugboden schützen sollte.

Das DLR-Hybridkonzept verzichtet auf eine Mittelsäule, die als Kollisionselement Boden und Dach des Autos mit konventionellen Karosserien verbindet. Ein solches System im IUV schafft große Türspalte, die in Kombination mit gegenläufig öffnenden Schiebetüren den Ein- und Ausstieg erleichtern.

Das DLR wendete auch Funktionsintegrationsprinzipien an, einen Leichtbauansatz, der zum Beispiel zur Leitung des Bodensystems und zur Übertragung von Daten verwendet wird. „Dadurch entfallen zusätzliche Kabelleitungen und das Gesamtgewicht wird weiter reduziert“, erklärt Vohr.

Ein Platz zum Abhängen im Auto

In der Innenraumgestaltung des Fahrzeugs ermöglichen die drehbaren Vordersitze den Insassen im Vorderwagen des IUV, sich im vollautonomen Modus in Fahrtrichtung auf den Rücken zu setzen. So wird ein „gemeinsamer Kommunikationsraum“ geschaffen, weil alle in einer Begegnungs-/brüderlichen Umgebung einander gegenübersitzen.

Außerdem verfügt das Auto anstelle der zentralen Bedienelemente auf dem Armaturenbrett über ein maßgeschneidertes Klimatisierungskonzept, bei dem jeder Passagier die Umgebung nach seinen Wünschen anpasst. Ein solches Konzept wurde von den Schnittstellen in Flugzeugen inspiriert.

Eine der am genauesten untersuchten Technologien während der Entwicklung von IUV waren Metallhydrid-Speichersysteme. Mit einem Bruchteil der Druckdifferenz zwischen einem 700-bar-Wasserstofftank und einer 5-bar-Brennstoffzelle kann dieses Verfahren eine zusätzliche Kühlung für die interne Klimaanlage erzeugen und das herkömmliche Kühlaggregat unterstützen.

Grad der Fahrautonomie4

DLR-Forscher untersuchten am IUV auch, wie sich das autonome Fahren auf Konzept und Struktur eines Fahrzeugs auswirkt. Höchste Autonomie nach Normung Verband der Automobilingenieure (SAE), Level 4, übernimmt die volle Verantwortung für Lenkaufgaben und weist den Menschen an, die Verantwortung erst dann zu übernehmen, wenn eine Aufgabe nicht mehr bewältigt werden kann.

„Automatisierung belastet die Fahrer stark, besonders auf langen Fahrten. Dadurch kann der Innenraum des Fahrzeugs sehr offen und gleichzeitig flexibel gestaltet werden“, sagt Vohrer. Das DLR ist Deutschlands nationales Forschungszentrum in den Bereichen Luft- und Raumfahrt, Energie und Verkehr und betreibt auch die Deutsche Raumfahrtagentur.

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