Forschungshighlights des Fraunhofer IVI

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Bus mit Schnellladesystem.

Schnellladefähiger Elektrobus EDDA

Steigende Kraftstoffpreise, der Wunsch nach Unabhängigkeit von den Turbulenzen der internationalen Rohstoffmärkte und die Notwendigkeit des lokalen Umwelt- und des globalen Klimaschutzes sind Anlass für viele Kommunen, Verkehrsverbände und -unternehmen, Konzepte für den Einsatz von rein elektrisch angetriebenen Bussen zu erarbeiten. Verfügten diese Busse bis auf wenige Nischenanwendungen bisher über eine linienförmige Energiezufuhr über Fahrleitungen (O-Busse), können inzwischen auch Konzepte in die Praxis umgesetzt werden, bei denen fahrzeugseitige Elektroenergiespeicher in regelmäßigen Abständen nachgeladen werden und eine Fahrleitung nicht notwendig ist.

Auf diesem Konzept basiert der schnellladefähige Elektrobus des Fraunhofer IVI. Dank einer hochleistungsfähigen Ladestation kann sein kompakter Lithium-Polymer-Akku über einen Dachstromabnehmer während eines Fahrgastwechsels innerhalb von nur 4,5 Minuten wieder aufgeladen werden. Die Idee dieses sogenannten »DockingPrinzips« entstand am Institut bereits vor einigen Jahren und wurde kontinuierlich weiterverfolgt. Die Komponenten und Technologien für den rein elektrischen Fahrbetrieb entwickelte das Fraunhofer IVI gemeinsam mit mehreren Partnern in einem BMBF-geförderten Verbundprojekt. Getestet wurde das Konzept bereits im täglichen Einsatz auf einer hochfrequentierten Dresdner und Leipziger Buslinie. Der Praxistest hat gezeigt, dass der Fahrplan durch die Nachladung nicht beeinträchtigt wird. Somit reiht sich der schnellladefähige Elektrobus hervorragend in die lange Tradition des elektrischen ÖPNV in Dresden ein.

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autartec® Haus.

Energieautarkes Wohnen im schwimmenden Haus

Immer beliebter in Deutschland werden schwimmende Häuser – und das nicht nur als Feriendomizil, sondern auch als fester Wohnsitz. Das neue Lebensgefühl auf dem Wasser kann auch bislang weniger attraktiven Regionen, wie der durch Braunkohleabbau geprägten Lausitz, künftig zu mehr Anziehungskraft und wirtschaftlichem Erfolg verhelfen. Dieses Ziel verfolgt das BMBF-geförderte Projekt »autartec®«, in dem in Zusammenarbeit von Forschungseinrichtungen, KMU und Industrie auf dem Geierswalder See ein schwimmendes Haus entsteht, das nicht nur elegant aussieht, sondern sich selbst mit Wasser, Strom und Wärme versorgt.

Das autartec®-Haus verbindet moderne Architektur und Bautechnik mit hoch effizienter Anlagen- und Gebäudeausstattung. Schwerpunkte der Forschungsarbeiten des Fraunhofer IVI bilden strukturintegrierte Speicherelemente, bei deren Entwicklung langjährige Erfahrungen im Bereich der Batterieentwicklung einfließen können. Um Platz zu sparen, werden diese Batteriesysteme in die Textilbetonwände oder Treppenelemente eingebaut. Des Weiteren arbeitet das Institut an der effizienten Bereitstellung und dem bedarfsorientierten Management von Wärme und Kälte im Gebäudekomplex.

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AutoTram® Extra Grand.

AutoTram® Extra Grand

Die Ausweichflexibilität, einfache Infrastruktur und vergleichsweise geringeren Lebenszykluskosten von Bussen, vereint mit der hohen Transportkapazität, dem Fahrkomfort sowie den umweltverträglichen Antriebssystemen von Straßenbahnen – darauf beruht das intermediäre Fahrzeugkonzept der AutoTram® Extra Grand. Das dreigliedrige gummibereifte Fahrzeug – entwickelt und gebaut in Zusammenarbeit mit Forschungs- und Praxispartnern im Rahmen des BMBF-geförderten Programms »Innovative Regionale Wachstumskerne« – ist über 30 Meter lang und kann mehr als 250 Passagiere befördern. Die AutoTram® Extra Grand lässt sich über eine längere Strecke rein elektrisch fahren, ist flexibel auf beliebigen Strecken einsetzbar und, das mag einer der wichtigsten Vorteile gegenüber einer Straßenbahn sein, in den Anschaffungs- und Betriebskosten nur halb so teuer. Somit eignet sich das Fahrzeugkonzept besonders für den Einsatz in Groß- und Megastädten mit schnell wachsendem Transportbedarf.

Besonders hervorzuheben ist die ausgezeichnete Manövrierfähigkeit. Am Fraunhofer IVI entwickelte neuartige Gelenk- und Übergangssysteme in Verbindung mit einem elektronischen Mehrachslenksystem ermöglichen eine nahezu schleppkurvenfreie Kurvenfahrt sowohl in der Vorwärts- als auch in der Rückwärtsbewegung. Mit einem für die Fahrzeuglänge extrem engen Wenderadius von 12,5 Metern erfüllt die AutoTram® Extra Grand die Zulassungsvoraussetzung für Straßenfahrzeuge im Öffentlichen Verkehr.

Aktuell wird unter des Beteiligung des Fraunhofer IVI in einem EU-Projekt getestet und demonstriert, wie sich die Länge eines solchen mehrgliedrigen Fahrzeugs bedarfsgerecht im laufenden Betrieb adaptieren lässt – für noch mehr Flexibilität im täglichen Einsatz.

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Rettungswagen.

Mobilität in Katastrophensituationen – MobiKat

In der Gefahrenabwehr müssen ständig komplexe strategische und operative Entscheidungen gefällt werden. Das gilt für Großschadenslagen und Großveranstaltungen ebenso wie für den alltäglichen Einsatz. Um diese Prozesse wirksam zu unterstützen, hat das Fraunhofer IVI in Zusammenarbeit mit Experten und Einsatzkräften der Feuerwehr, des Rettungsdienstes und der Polizei die Technologie MobiKat entwickelt.

MobiKat hilft Stäben, Einsatzleitung und Einsatzkräften vor Ort. Das universelle IT-System bietet Funktionen wie Infrastrukturdarstellung, optimierte Ressourcenauswahl und Einsatzplanung für Feuerwehr-, Rettungsfahrzeuge, Disposition und Routenplanung oder Brandschutzbedarfsplanung und ermöglicht eine Lagevisualisierung und Entscheidungsunterstützung in Echtzeit. Zur Gewinnung von Live-Informationen aus gefährdeten Bereichen wurden autonome Kameras mit drahtloser Datenübertragung entwickelt und mehrfach eingesetzt. Diese verfügen über eine autarke Stromversorgung für mehrere Tage, sind fernsteuerbar sowie mit 18-fachem Zoom ausgerüstet. Auch im Bereich Prävention unterstützt das System Behörden bei der Analyse, Risikobewertung und Konzepterstellung. MobiKat hat sich bereits vielfach im Praxistest bewährt – bei Großveranstaltungen, Gefahrensituationen sowie Naturkatastrophen.

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Intelligente Verkehrssysteme / Synchrone Mobilität / Vernetztes Fahren

Schwärme im Tierreich zeigen, dass sich durch »Synchronisation der Bewegungen« eine zum Teil erstaunliche Anzahl von Lebewesen auf engsten Raum fortbewegen kann. Dieses Schwarmverhalten ist Vorbild für die Intelligenten Verkehrssysteme der Zukunft, die das Fraunhofer IVI in mehreren Forschungsvorhaben federführend mit vorantreibt.

Neben autonomen Fahrfunktionen im Individual- wie auch öffentlichen Verkehr stehen vor allem die Verkehrsverflüssigung mit einhergehender Reduktion der Schadstoffemissionen sowie die Erhöhung der Verkehrsdichte zur optimalen Auslastung der Infrastruktur im Mittelpunkt. Am Fraunhofer IVI sind umfangreiche Kompetenzen vorhanden, die zur Umsetzung dieser Vision beitragen. Im Bereich der Fahrzeugtechnik wurde die Steer-by-wire-Technologie bereits in mehreren Testplattformen erfolgreich eingesetzt. Die Entwicklung von Sensorik für die Spur- und Hinderniserkennung mit Kamera, Radar und Laser ist für das autonome Fahren ebenso bedeutsam wie die notwendigen Evaluierungen von Assistenzsystemen, um die Interaktion zwischen Mensch und Fahrzeug effizient und sicher zu gestalten.

Der Standort Dresden ist besonders für die Weiterentwicklung und Erprobung dieser Technologien geeignet. Im Jahr 2016 wurde die Stadt offiziell zu einem der sechs durch Bundesmittel zu fördernden urbanen Digitalen Testfeldern für autonomes Fahren erklärt. Mit dem Pilotvorhaben »Synchrone Mobilität 2023« sowie einer kürzlich initiierten Forschungskooperation mit dem US-Bundesstaat Nevada ist Sachsen im Bereich der Intelligenten Verkehrssysteme hervorragend aufgestellt und vernetzt.

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Haltestelle/Tablet.

Navigation und mobiles Ticketing für den ÖPNV

Sich im Verkehrsnetz großer Städte zurechtzufinden, individuell Beförderungsmittel zu wählen und unabhängig von Umstiegen oder Unterbrechungen zuverlässig ans Ziel geführt zu werden – dieses Konzept verbirgt sich hinter der am Fraunhofer IVI entwickelten Navigation für den öffentlichen Verkehr. Fahrgäste erhalten basierend auf bekannten Fahrplanauskünften, die durch Echtzeitdaten veredelt werden, eine echte Navigation und können sich daher ohne Kenntnisse des Liniennetzes und Fahrplans frei bewegen, werden kontinuierlich lokalisiert und unter Nutzung verschiedener Verkehrsmittel zum Ziel geführt. Wie das aus dem Pkw bekannte Navigationssystem reagiert die ÖV-Navigation auf das Verhalten des Nutzers und passt die Route dynamisch an – beispielsweise bei Änderungen im Betriebszustand des Verkehrsunternehmens. Zusätzlich zur Nutzung der Technologie mittels Smartphone-App hat das Fraunhofer IVI die Funktionsweise mit sogenannten Wearable Devices bereits erfolgreich integriert und demonstriert. Die Navigation auf der Smartwatch gestaltet die Fahrt mit dem ÖPNV noch komfortabler und lässt dem Nutzer »freie Hand«.

Um dem ÖV-Fahrgast einen ganzheitlichen Service zu bieten, forscht das Institut seit vielen Jahren ebenfalls im Bereich Ticketing und Tarifsysteme. Allgemein bekannt ist das HandyTicket-System, mit dem der Kunde bequem per Mobiltelefon den passenden Fahrschein erhält und sich bei Bedarf über die integrierten Verbindungs- oder Haltestellenauskünfte informiert. Er ist damit nicht mehr an herkömmliche Verkaufsautomaten gebunden und kann vielfach bereits zu Hause in Ruhe ein Ticket kaufen und ohne Wartezeiten, Kleingeldsorgen und Papierschein dann sofort in Bus oder Bahn einsteigen.

Ein Schwerpunkt der Forschungsarbeiten liegt vor allem in der Integration der verschiedenen Dienste in einer nutzerfreundlichen Anwendung. Das Zusammenspiel der Navigationstechnologie mit dem passenden Ticket erleichtert die Nutzung des ÖV für den Fahrgast und baut so Barrieren ab, auf Bus und Bahn umzusteigen. Dabei muss auch die Dynamik der unterschiedlichen Tarife innerhalb eines Verkehrsverbundes Beachtung finden. Dank der am Fraunhofer IVI entwickelten Software für Tarifrechner ist der Nutzer dann nicht nur sicher und komfortabel unterwegs, sondern auch zu einem leistungsgerechten Preis.