CVCnews|1 20 - Commercial Vehicle Cluster
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CVCnews|1·20
CVC-Intern
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Kaiserslautern
Neue Produkte – Technologien
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Inhalt CVC-Intern Autonome Off-Road Navigation von Nutzfahrzeugen – Erfahrungsbericht und Testergebnisse des CVC- Leitprojekts zum autonomen Fahrbetrieb von Nutzfahrzeugen im Off-Road-Bereich – Commercial Vehicle Cluster-Nutzfahrzeug GmbH > 4 Nutzfahrzeug-Wissenschaftsstandort Kaiserslautern Wirtschaftlich. Belastbar. Komplex. – Lasttragende Leichtbaustrukturen durch hybriden Spritzguss – Institut für Verbundwerkstoffe GmbH > 11 Neue Technologien. Neue Produkte. Neue Märkte Technologien Alternative Wasserstoff – Das »Zero Emission«-Kraftfahrzeug ist möglich. – IAV GmbH Ingenieurgesellschaft Auto und Verkehr > 14 Emissionsfreie Antriebskonzepte mit Wasserstoff – Perspektiven für wasserstoffbasierte Antriebsformen im Nutzfahrzeugsegment – ITK Engineering GmbH > 17 Produkte Smarte Lenkung soll den Weg für Superbusse frei machen – HÜBNER-Gruppe treibt Entwicklung von High-Capacity-Fahrzeug voran – HÜBNER GmbH & Co. KG > 20 Immer auf vier Rädern 2.0 – Erste Produkte mit AFW-Technologie erfolgreich auf dem Markt. – Gifted People GmbH > 24 Neue Partner Das Beste für das Produkt – Über 25 Jahre Engineering-Erfahrung aus Leidenschaft – computer ∙ design ∙ engineering & modeling e.K. > 27 Blockchain öffnet Chancen für die Industrie – Wie die Gewährleistungskosten in der Automobilindustrie gesenkt werden können – Arxum GmbH > 29 Partnernews »On Demand«-Fertigung mit Potenzial – Chancen der Ersatzteilbeschaffung mittels 3D-Druck – ANTARES Life Cycle Solutions GmbH > 32 Aufrüstung für die deutsche Sanitätsfahrzeugflotte – Deutschland vergibt Fahrzeugauftrag an GDELS über 148 Millionen Euro – General Dynamics European Land Systems–Bridge Systems GmbH > 36 Das beste Prozent von Hunderttausend – GDELS–Bridge Systems ist Leading Employer 2020 – General Dynamics European Land Systems–Bridge Systems GmbH > 38 Veranstaltungen CVC-Innovationsforum »Elektrifizierte Lösungen und Digitalisierung im Nutzfahrzeug« – Start der Veranstaltungsreihe CVC-Innovationsforum am 10. Dezember 2019 – Commercial Vehicle Cluster- Nutzfahrzeug GmbH > 39 Termine Terminübersicht > 42 Impressum > 43 CVC News 1|2020 3
CVC intern
Der autonome Unimog Commercial Vehicle Cluster-Nutzfahrzeug GmbH
U5023 bei einer Er-
probungsfahrt auf der
ZAK, Kaiserslautern Autonome Off-Road Navigation
von Nutzfahrzeugen
Erfahrungsbericht und Testergebnisse des
CVC-Leitprojekts zum autonomen Fahrbetrieb
von Nutzfahrzeugen im Off-Road-Bereich
Der autonome Unimog U5023 demonstriert die Anwendung eines adaptiven
Steuerungskonzepts für Nutzfahrzeuge im Langsamfahrbetrieb und bewältigt
komplexe Navigationsaufgaben in semi- sowie vollautonomen Off-Road
Navigationstests.
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CVC intern
Das CVC-Leitprojekt »Autonomer Fahrbetrieb von somit Geländezonen befahren, welche anderen Test-
Nutzfahrzeugen im Off-Road-Bereich am Beispiel plattformen nicht zugänglich sind. Dies erlaubt die
des Unimogs« thematisiert Problemstellungen der Adressierung bisher ungeklärter Forschungsfragen.
autonomen Navigation und Umwelterkennung in stark
unstrukturierten Umgebungen. Diese gelten aufgrund Steuerungskonzeption für generische, autonome
der vielfältigen und sich permanent ändernden Um- Nutzfahrzeuge
gebungsbedingungen technisch als schwer lösbar. Eine Voraussetzung zur Entwicklung von fahrzeug-
Dennoch bieten Off-Road Szenarien, wie autonomes übergreifender Autonomiefunktionalität ist eine ge-
Arbeiten, auf Baustellen, der Einsatz in der Land- meinsame Steuerungsarchitektur. Die Besonderheit
wirtschaft, oder Katastrophenschutz großes Potential stellt hier das stark wechselnde Anforderungsportfolio
für Automatisierungen. unterschiedlicher Nutzfahrzeuge dar, die oftmals auf
eine Anwendung hochspezialisiert sind. Somit muss
Zum einen lässt sich die Produktivität durch einen die Architektur alle notwendigen Besonderheiten ver-
pausenlosen Einsatz erhöhen, während menschliche schiedener Maschinentypen berücksichtigen, ohne
Fehler vermieden werden. Zum anderen besteht auf dabei zu sehr zu spezialisieren und somit Handlungs-
Grundlage von Automatisierungen die Möglichkeit, die spielräume einzugrenzen.
Zahl der Arbeitsunfälle zu reduzieren. Ebenso finden
sich Applikationsgebiete im Bereich des Katastrophen- Ein Lösungsansatz zeigt sich in der in diesem Projekt
schutzes oder der Pandemiebekämpfung. Im Umgang entwickelten Steuerungsarchitektur REACTiON, die
mit letzterem zeigt sich beispielsweise ein Vorteil von einen Rahmen für den autonomen Langsamfahrbe-
autonomen Prozessen: Indem selbstfahrende Konvois trieb in unbekannter und unstrukturierter Umgebung
Hilfsgüter transportieren, erfolgt ein minimalisierter bildet. Eine Kernanforderung ist die sichere Adaption
Einsatz des Menschen in hochriskanten Gebieten. auf unbekannte Situationen sowie die Robustheit der
Steuerung bei gleichzeitig anhaltender Verfügbarkeit.
An ähnliche Szenarien anknüpfend befassen sich Ein Robotersteuerungsparadigma, welches sich mit
die Forschungsfragen des CVC-Leitprojekts mit der Bezug auf die Adaption auf unvorhergesehene Situ-
sicheren nebst zuverlässigen, autonomen Navigation ationen bewährt hat, ist die Klasse der verhaltens-
abseits der Straße. Damit begründen sich zudem basierten Steuerungen.
die Notwendigkeit einer realitätsnahen Simulation
von Nutzfahrzeugen sowie entsprechende Konzepte Ein Steuerungskonzept ohne Widersprüche
zum technischen Aufbau von Navigations- und Per- Wesentliche Merkmale sind die Unterteilung der
zeptionssystemen inklusive deren Integration in die Perzeptions- oder Kontrollaufgabe in unabhängige
Anwendungsplattform. Module mit klar umrissener Funktion sowie deren
Interaktion. Durch einen parallelen Einsatz vieler Ver-
Neben Handlungsempfehlungen für die Entwicklung halten mit überlappender Funktionalität entsteht ein
von Assistenzsystemen und autonomen Steuerungs- hoch robustes System. Etwaige Widersprüche werden
komponenten wurde ein Projektdemonstrator in Form durch Datenfusion sowie Verhaltensinteraktion auf-
des Unimogs U5023 von Mercedes Benz Special Trucks gelöst. Die Metasignalkommunikation findet hierbei
entsprechend zum autonomen Betrieb umgerüstet. über standardisierte Schnittstellen statt, die jedes Ver-
Diese Art Fahrzeug eignet sich hervorragend für die haltensmodul dazu befähigt, mit anderen arbiträren
Nutzung im Off-Road-Gelände, da es neben einer Verhalten zu interagieren. Hierbei wird die Relevanz
extremen Geländegängigkeit auch über viele Frei- einzelner Verhalten im Gesamtnetz erhöht oder res-
heitsgrade wie Pendelachsen, Differentialsperren, pektive reduziert, wodurch das Gesamtverhaltens-
eine hohe Gangzahl oder Reifendruckregelanlage ver- netzwerk stets optimal auf die gegebenen Umstände
fügt. In Abgrenzung zu anderen Fahrzeugen kann er adaptiert wird.
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Perzeptionssystem
Eingehende Qualitäts- Verarbeitung Integration von
Semantische
Sensordaten einschätzung und zu höherwertiger Information in
Informationen
Plausibilitätsprüfung Basisinformation Umgebungskarten
Weltwissen (Karten, Datenbanken)
Vereinfachte Darstellung REACTiON wendet dieses Konzept konsequent auf semantische Informationen bereit, welche aus der
der REACTiON Steue- allen Abstraktionsniveaus und Hierarchien an. Szeneninterpretation resultiert. In diesem Schritt
rungsarchitektur zur au- Das Framework unterteilt die Gesamtautonomie in kann eine Zuhilfenahme von Weltwissen, wie bei-
tonomen Navigation in klar abgerissene Subsysteme, die sich einfach er- spielsweise Karten oder Datenbanken erfolgen.
Off-Road Umgebungen weitern sowie anpassen lassen. Der vorgesehene
Multiplattformbetrieb macht eine Deklarierung von Die extrahierten Informationen werden auf Steue-
standardisierten Schnittstellendefinitionen erforder- rungsseite in die jeweilige Aufgabenausführung ein-
lich. Somit wird geteilte Autonomiefunktionalität, gebunden. Zunächst erfolgt von Nutzungsseite eine
beispielsweise die Lokalisation und Kollisionsver- Aktivierung der entsprechenden Autonomiefunktion.
meidung, die für jegliches autonome System relevant Die Navigatoreinheit wandelt diese in ein Set an Kurz-
ist, roboterübergreifend realisiert. Die Hardware- streckenzielen um, welche wiederum durch den Pilo-
abstraktionsschnittstelle wandelt dabei Rohdaten in ten bearbeitet werden. Resultierende Steuersignale,
vordefinierte Datenformate um und tätigt grund- z.B. Geschwindigkeit oder Lenkwinkel, werden von
legende Vorverarbeitung. Zudem wird zwischen sicher- einer Low-Level Steuerung auf sicherheitstechnische
heitskritischer und Missionshardware differenziert. Validität überprüft. Diese Kontrolleinheit beinhaltet
Prüfungen zur Kollisionsfreiheit der Trajektorie,
Ersteres beschreibt Sensorik und Aktuatorik, die be- der Überrollprävention, oder der Limitierung der
nötigt werden, um das Fahrzeug stets in einen als si- Zentrifugalbeschleunigung. Gegebenenfalls werden
cher definierten Zustand zu überführen. Missionshard- Steuerungswerte abgewandelt, Lenkwinkel oder
ware ist dagegen für die Erfüllung der angedachten Geschwindigkeit können angepasst und nach erneuter
Aufgabe notwendig, aber nicht im vorher genannten Fail-Safe-Prüfung in das Hardware Interface zur
Sinne sicherheitsrelevant. Auf dieser Schnittstelle Aktorensteuerung eingespielt werden.
baut ein Fail-Safe-Sicherheitssystem auf, welches
eine simplistische Minimalsteuerung realisiert. Das Hardwarekonzept des Unimog
Zur Konzeptionsvalidierung wurde im Rahmen des
Neben den Fail-Safe-Komponenten werden zur Mis- Projekts ein Unimog U5023 aufwendig technisch
sionserfüllung Sensordaten durch das Perzeptions- umgerüstet, so dass sowohl Längs- als auch Quer-
system mehrstufig analysiert und zu abstrakterer dynamik vollständig autonom gesteuert werden
Information zusammengesetzt. Beginnend mit einer können. Zentrales Element zur Verbindung der ver-
initialen Qualitätseinschätzung und Plausibilitäts- schiedenen Komponenten ist hier ein nachgerüstetes,
prüfung erfolgt eine Verarbeitung der zur Aufgabe programmierbares CAN-Gatewaysteuergerät, welches
korrespondierenden Daten zu höherwertiger Basis- zusätzlich mit Schaltrelais sowie Ein- und Ausgängen
information. Hindernisse oder ähnliche relevante (digital/analog) ausgestattet ist. Es verbindet den
Informationen werden in lokale sowie globale Um- autonomen Steuerrechner, den Fahrzeugaufbau-Bus
gebungskarten integriert, welche ein Kurzzeit- und den Lenkungs-Bus untereinander und übersetzt
gedächtnis abbilden und zur Entscheidungsfindung ausgewählte Nachrichten für den Informationsaus-
beitragen. Die Kognitionseinheit stellt hierbei tausch zwischen den Systemen.
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Fail-Safe- bzw. ausfallsichere
Steuerungssystem / Aktuatorik Steuerung / Evaluation
Umwandlung der Sicherheits- Sicherheits- Sicherheits-
Bearbeitung der
Informationen in technische kritische kritische
Kurzstreckenziele
Kurzstreckenziele Validitätsprüfung Steuerung Evaluation
Sicherheitskritische Sicherheitskritische
Nutzerinterface Missionshardware
Hardware Sensorik
U5023 CPC Sensorik
Fahrpedalgeber
U5023 Chassis CAN (500 kbit/s)
Bremse
Motor / TUK ECU
U5023 PSM Getriebe
TUK CAN (1.000 kbit/s)
Bremsventil /
U5023 Body CAN (250 kbit/s) MotorStop
iHSA HMI TUK CAN
Gateway CAN
+24 V
Analog
TUK CAN PWM
Microgateway
iHSA ADAS CAN nicht näher
(500 kbit/s) spezifiziert
iHSA ECU CPC: Common Power
Train Connector
Lenkung
iHSA Vehicle CAN (250 kbit/s)
PSM: Parameterizable
Special Module
Das Lenkungssystem welches im autonomen Betrieb durch die Versor- Komponenteninteraktion
Durch den Projektpartner Knorr Steering Systems gungsspannung des Gatewaysteuergeräts offen ge- der Steuer- und Auto-
wurde eine Lenkungsansteuerung verbaut, die an halten wird, aber auch von diesem selbst aktiv unter- nomiesysteme zur
der vorhandenen hydraulischen Lenkunterstützung brochen werden kann. Fällt die Versorgungsspannung Realisierung der
ansetzt und das Einstellen von Lenkwinkelsollwerten also aus oder wird diese vom Steuergerät getrennt, Autonomiehardware.
durch das autonome System über CAN-Bus ermög- resultiert dies in einer Bremsung der Hinterachse und
licht. Darüber werden auch aktuelle Informationen einer parallelen Abschaltung des Motors. Zusätzlich
wie der Lenkwinkel rückgespeist. Nach intensiven zur Funktionsbremsung ist das Bremsensteuergerät
Regelparametereinstellungen im Gelände funktioniert des Unimogs um eine Haltestellenbremse, wie bei
das System zuverlässig. Bussen oder Müllsammelfahrzeugen serienmäßig,
erweitert worden. Diese wird per Relais angesteuert,
Die Bremssteuerung für den Langsamfahrbetrieb reicht sonst die Brems-
Im Bereich Längsdynamik wurde zunächst das sichere wirkung durch den Motor aus.
Anhalten auch bei Systemausfällen fokussiert: Hierzu
wurde das Fahrzeug von Mercedes-Benz Special Regelung der Geschwindigkeit
Trucks mit einem zusätzlichen Ventil parallel zum Zur Geschwindigkeitsregelung verfügt der Unimog
serienmäßigen Feststellbremsenventil ausgestattet, zwar über die Möglichkeit per Aufbau-Bus einen
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Links: Fernsteuerung Sollwert für den Tempomat vorzugeben, dies funk- Off-Road Autonomieszenarien
durch Joystick mit Fail- tioniert allerdings nicht aus dem Stand. Deshalb war Bezüglich der autonomen Einsatzmöglichkeiten des
Safe Autonomie Unter- ein Umschalten und eine Emulation der Fahrpedal- Unimogs reichen diese von einfacher Assistenzfunk-
stützung bei Rückwärts- signale durch das Gatewaysteuergerät notwendig. Die tionalität bis hin zu einer vollständigen autonomen
navigation. Regelung übernimmt das autonome System, das Steuerung. In diesem Rahmen wurde ein Katalog von
Steuergerät übersetzt den Sollwert dann in die zwei verschiedenen Testszenarien sowie Einsatzmöglich-
Mitte: Navigation in gegenläufigen PWM-Signale, die normalerweise vom keiten erarbeitet. Unter Hinzunahme von Autonomie-
Hanglage mit Gelände- Fahrpedal am Motorsteuergerät eingehen. Die Gang- funktionen werden somit zunehmend schwierigere
profilvermessung und wahl kann vom autonomen System vollständig über Aufgaben bewältigt.
aktiver Überrollvermei- den Aufbau-Bus gemanagt werden, Differential-
dung. sperren sind allerdings nicht ansteuerbar. Der einfachste Anwendungsfall ist die
teleoperierte Steuerung des Unimogs.
Rechts: Simulierte Test- Fehler im Lenksystem sowie Kommunikationsabrisse Hier stehen verschiedene Alternativen zur Verfügung,
fahrt in der 3D-rekonst- der verschiedenen CAN-Busse (insbesondere vom beispielsweise eine direkte Joystickfahrt durch einen
ruierten Kiesgrube, Ötig- autonomen System zur Fahrpedalemulation) müssen externen Bediener ohne Autonomieunterstützung
heim, dem Mercedes- wie auch der Zustand der Notauskette (zu der auch ein durch die Autonomieschnittstelle des Unimogs. Hier-
Benz Special Trucks Funknotaussystem gehört) auf möglichst niedriger bei übersetzt der Joystick die Navigationsbefehle in
Testgelände Ebene überwacht werden. Hierzu ist das Gateway- Geschwindigkeit sowie Lenkwinkel und sendet diese
steuergerät mit einfachen, getesteten Funktions- direkt in die Hardwareabstraktion.
blöcken programmiert und leitet im Fehlerfall die
genannte Bremsung der Hinterachse und die Motor- Herausforderungen der teleoperierten Steuerung
abschaltung ein. Der Fehler muss dann durch einen In diesem Modus gilt es zu bedenken, dass die tele-
Bediener quittiert werden und ein sicherer Zustand operierte Fahrt leicht zu Fehlentscheidungen des
vor Wiederfreigabe vorhanden sein. Operators führen kann, da die korrekte Einschätzung
von Hindernissen und Abständen aus Sensor oder
Somit sind alle essentiellen Funktionen durch das Kamerabildern sich als schwierig erweist. Insofern
autonome System ansteuerbar und das Testen der Er- steht im erweiterten Modus der Joystickfahrt die Fail-
kennungs- und Planungsalgorithmen des autonomen Safe-Autonomieunterstützung zur Verfügung. Diese
Systems mit dem realen Fahrzeug konnte beginnen. ist als laserbasierte Kollisionsvermeidung
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realisiert, welche die Fahrzeugdimensionen virtuell zustands, der Bodenfreiheit sowie der Rahmenver-
vergrößert. Dabei berücksichtigte Faktoren sind die windung geprüft werden. Dementsprechend findet
Fahrzeuggeschwindigkeit sowie die erwartete Rau- eine Anpassung der Steuerungswerte statt, sodass
heit der Umgebung. Kommt ein Hindernis dem Fahr- der Unimog stets in sicheren Parametern navigiert.
zeug zu nahe und dringt in den unmittelbaren Arbeits- Dabei wird entweder der Lenkwinkel korrigiert oder
bereich ein, so bremst oder stoppt der Unimog. Diese eine Bremsung eingeleitet. Ergänzend findet eine
Funktion verhindert damit im Teleoperations- oder Begrenzung der Zentrifugalbeschleunigung anhand
Autonomiebetrieb Kollisionen mit größeren Objekten. der Interialsensorik sowie Überrollvermeidung
statt. Bei letzterem richtet sich der Unimog aktiv in
Dennoch kann es dabei nach wie vor zu fatalen Fehl- der Steigung aus, um den Lagewinkel der Längs-
entscheidungen kommen, da keine Gelände- oder achse zu minimieren.
Lagedaten des Unimogs verarbeitet werden. Ebenso
kann die Fail-Safe-Schicht schwer zwischen kritischen Wie eingangs beschrieben verfügt der Unimog über
und unkritischen Objekten unterscheiden. Beispiels- Differentialsperren sowie eine Vielzahl an Gängen, um
weise stellt hohes Gras, welches auf einem Weg auf- Gelände zu bewältigen. Die korrekte Ansteuerung
ragt, ein Hindernis dar, das der Unimog im Autono- im Gelände erfordert Expertenwissen und ist stark
miebetrieb nicht eigenständig überfährt. von der derzeitigen sowie zukünftigen Bewegung ab-
hängig. Daher stellt die automatisierte Ansteuerung
Die Lösung steckt in der Fail-Safe-Funktion. der Differentialsperren und Gangschaltung eine
Diese kann in einer zusätzlichen Stufe mit der Low- weitere Funktionalität im Selbstfahrbetrieb dar. Des
Level-Autonomie erweitert werden. Die Lasersensorik Weiteren wird reaktiv auf den derzeitigen Fahrzeug-
wird dabei um die Tiefenbilder der Stereokameras zustand reagiert, wodurch Radschlupf mit der Ein-
ergänzt, welche messtechnische Redundanz erzeugen. legung des passenden Sperrdifferentials verhindert
Die Abstandsdaten der Umgebung werden fusioniert werden kann. Zusätzlich kann prädiktiv eine Reaktion
sowie auf statische und dynamische Hindernisse eva- auf die Geländegeometrie anhand der eingestellten
luiert. Hieraus resultieren fahrzeuglokale Hindernis- Trajektorie erfolgen. Unter der Zuhilfenahme von
und Geländeprofile. Die eingestellte Trajektorie des Höhenprofilen werden zukünftige Normalenvektoren
Fahrzeugs kann gegen Objekt- und Unterbodenkolli- des kinematischen Zentrums des Unimogs bestimmt
sionen unter Berücksichtigung des Pendelachsen- und somit eine Aussage über zu erwartende Achs- und
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Kontakt Radpositionen sowie der Rauheit des Geländes ge- Weiterer Forschungsbedarf und Ausblick
Lehrstuhl troffen. Diese Funktion ist auch als Geländeassistent Die bisherigen Forschungs- und Projektergebnisse
Robotersysteme denkbar, indem der Steuerungsrechner dem Fahrer zeigen sich als vielversprechender Meilenstein für die
TU Kaiserslautern Vorschläge zur Differentialwahl unterbreitet, die weitere Entwicklung vollautonomer Nutzfahrzeuge.
Gottlieb-Daimler-Str. 48 dieser dann umsetzt. So wurde ein generisches Steuerungskonzept für die
67663 Kaiserslautern autonome Navigation von Nutzfahrzeugen erarbeitet
agrosy.cs.uni-kl.de Die Ansteuerung der Gänge nutzt als reaktive Funktion und in verschiedenen Anwendungen validiert. Dabei
die aktive Motordrehzahlüberwachung und selektiert wurden Themenstellungen rund um die Spezifikation,
den damit verbundenen optimalen Gang. Außerdem Simulation, Hardwareintegration, Lokalisation, Per-
findet eine Verhinderung eines Gangwechsels in der zeption, Kartierung und Navigation bearbeitet.
schiefen Ebene statt, der unkontrolliertes Rollen beim
Auskuppeln zur Folge hätte. Die prädiktive Ansteue- Hinsichtlich der Themenstellungen für die zukünftige
rung der Gänge berücksichtigt die in einer Steigung Erforschung der Off-Road-Navigation zeigt sich unter
Ansprechpartner: notwendige zu erwartende Motordrehzahl und Dreh- anderem ein Bedarf in der darauf bezogenen Weiter-
Prof. Dr. Karsten Berns moment, sodass in dem entsprechenden Gelände- entwicklung semantischer Szeneninterpretation.
Tel.: +49 631 205-2613 abschnitt nicht weiter geschaltet wird. Entscheidungen, ob beispielsweise ein Hindernis
berns@cs.uni-kl.de passierbar ist, können nicht trivial anhand von Geome-
Die beschriebenen Autonomiefunktionen ermöglichen trie oder Abstandsmessungen getroffen werden. Auch
Patrick Wolf eine hochrobuste teleoperierte Steuerung des Uni- derzeitige State-of-the-Art-Verfahren des maschi-
Tel.: +49 631 205-3588 mogs. Weiterhin eruieren sie auch Steuersignale nellen Lernens geraten schnell an ihre Grenzen, was
patrick.wolf@cs.uni-kl.de durch höhere Kontrollinstanzen wie dem Navigator zu teils fatalen Fehlentscheidungen im Autonomie-
im vollautonomen Modus. betrieb führt. Hier deutet sich die Notwendigkeit zur
Steffen Hemer Entwicklung gänzlich neuer Perzeptionskonzepte
Tel.: +49 631 205-2805 Fazit an. Weiterhin sollte die Plattformintegration mit
s_hemer@cs.uni-kl.de Insgesamt wurden für den Unimog mehrere vollauto- Bezug auf die Schnittstellengestaltung zwischen
nome Funktionen anhand der Zielanfahrt von Weg- den einzelnen Subsystemen fokussiert werden, um
punkten realisiert, welche durch die Benutzerober- durch Standards von OEM-Systemen Entwicklungs-,
fläche gesetzt werden. Der Unimog folgt den Stütz- Integrations- und Wartungsaufwand zu reduzieren.
punkten sukzessive und plant die jeweiligen Zwi-
schenabschnitte im Gelände eigenständig. Ebenso
kann alternativ eine reine Festlegung der finalen
Zielkoordinate vorgenommen werden, die Routen-
planung erfolgt dann mittels auf Kartenmaterial
basierenden Daten. In diesem Modus folgt das Fahr-
zeug bevorzugt existierenden Wegen sowie Pfaden,
welche auf dem Weg zum Ziel liegen. Im Zuge dessen
wird die Zahl von Querfeldeinstrecken und das damit
verbundene Ausfallsriksiko minimiert. Weiterhin
können Konvoifahrten auf Grundlage einer Objekt-
verfolgung durch optische Marker umgesetzt werden.
Alternativ bietet sich ein autonomes Abfahren von
Wegen an, wobei ein Weg mittels Deep Learning so-
wie Multifeature-Karten erkannt und bevorzugt ver-
folgt wird.
10 CVC News 1|2020Nutzfahrzeug-Wissenschaftsstandort Kaiserslautern
Institut für Verbundwerkstoffe GmbH
Wirtschaftlich.
Belastbar. Komplex.
Lasttragende Leichtbaustrukturen durch
hybriden Spritzguss
Hybride, thermoplastische Faserverbundwerkstoffe können dem An-
spruch einer kostengünstigen und großserientauglichen Produktion von
hochinnovativen Leichtbaulösungen gerecht werden. Entscheidend hierfür
sind die Eigenschaften von thermoplastischen Polymeren gegenüber den
duroplastischen Varianten.
Zu den Vorteilen von Thermoplasten zählen die Ver- für Strukturkomponenten vorangetrieben. Hierfür
arbeitbarkeit mit kurzen Zykluszeiten, die Auf- hat das IVW seinen Maschinenpark um eine neue
schmelzbarkeit und die Recyclingfähigkeit. Hier- Spritzgussmaschine (Engel Victory 400, siehe Seite
durch ergeben sich neue Wege der Verarbeitung 12) mit Infrarotheizofen und Automati-
unter anderem in hochautomatisierten wirtschaft- sierungstechnik, wie Mehrachsen-
lichen Spritzgussprozessen. robotern, erweitert.
Das Institut für Verbundwerkstoffe (IVW) in Kaisers-
lautern kann auf 30 Jahre Know-how im Bereich der
Faserverbundwerkstoffe aufbauen und erweitert Praxistauglicher
konsequent sein Forschungsportfolio. Forschungsansatz
Im laufenden Forschungsprojekt
pro-TPC-Struktur werden Materialauswahl
und -charakterisierung, Berechnung sowie Fertigung Konventionelle
und Qualitätskontrolle von hybriden Spritzgussbau- Koppelstange [Quelle:
Die Entwicklung teilen untersucht, verifiziert und validiert. Dies umfasst atp-autoteile.de]
der Organoblech- und die Herstellung eines Demonstratorbauteils, welches
Umformtechnologie, das in-situ- 1:1 das konventionell hergestellte Strukturbauteil im
Konsolidieren beim Thermoplasttapelegen Automobilbau ersetzen soll. Dabei handelt es sich um
und die Induktionsschweißtechnologie sind einige eine Koppelstange (vgl. Abbildung oben), ein weit
Beispiele für das Langzeitengagement des IVW. Um verbreitetes Strukturbauteil, das Lenkbewegungen in
bestehende Lücken in der umsatzstarken Automobil- die Radlagersitze oder Ein-/Ausfederwege in einen
industrie mit ihren technologisch und ökonomisch Stabilisator leitet. Kennzeichnend für das Bauteil
anspruchsvollen Rahmenbedingungen abzudecken, sind statische und schwingende Zug-/Drucklastfälle.
wird die Verarbeitung von hybriden Spritzgussbauteilen
CVC News 1|2020 11Nutzfahrzeug-Wissenschaftsstandort Kaiserslautern Weitere Ziele des Projekts pro-TPC-Struktur sind – Die erstaunlichen Eigenschaften von Faserverbund- neben dem technischen Kunststoff Polyamid 6 (PA6) – bauteilen resultieren aus der Kombination von Fasern Hochleistungskunststoffe wie Polyetheretherketon und Matrix. Im hybriden Spritzguss werden Kurz- (PEEK) zu verarbeiten, eine Produktion ohne Produk- fasern mit vorimprägnierten Halbzeugen aus Endlos- tionsabfälle mit kurzen Taktzeiten (< 1 min) umzu- fasern kombiniert. Hierbei führen die verschiedenen setzen sowie eine geschlossene Simulationskette mit Faserlängen zu unterschiedlichen mechanischen Topologieoptimierung in die Fertigung zu integrieren. Da ein Großserieneinsatz angestrebt wird, muss eine vollständige Inline-Prozesskontrolle entwickelt werden, welche vor- bzw. nach- gelagerte Arbeitsschritte überwacht. Die gewonnenen Daten können anschließend zur intelligenten Datenanalyse genutzt werden. 12 CVC News 1|2020
Nutzfahrzeug-Wissenschaftsstandort Kaiserslautern
Eigenschaften und ermöglichen durch einen Pro- Aus diesem Prozess resultieren folgende Kontakt
zessschritt komplizierte und hochbelastbare Struk- Herausforderungen: Institut für Verbund-
turen wirtschaftlich herzustellen. p Mehrfache Transportwege und Zwischenschritte werkstoffe GmbH (IVW)
p Handling von sehr heißen und biegeschlaffen Erwin-Schrödinger-
Weit verbreitet ist der folgende Prozessablauf: Einlegern Straße 58
Herstellen eines Einlegers in einem vorgelagerten p Komplexe Temperaturführung bei komplizierten 67663 Kaiserslautern
Prozess. Dieser wird anschließend über Automati- Einlegergeometrien Tel.: +49 631 2017-0
sierungstechnik in einen Infrarotofen zum Aufwärmen p Kritische Abkühlung des Bauteils beim Transport info@ivw.uni-kl.de
befördert. Nach dem Aufschmelzen der Matrix wird zur Spritzgussmaschine www.ivw.uni-kl.de
der Einleger in die Spritzgusskavität transportiert p Mäßiger Stoffschluss zwischen Einleger und
und dort durch Anspritzen funktionalisiert. Spritzgussmasse
p Fixierung der biegeschlaffen Einleger in der
Spritzgussmaschine des IVW: Engel Victory 400 Spritzgusskavität
Um eine innovative, wirtschaftlichere Fertigung zu Ansprechpartner:
realisieren, wird im Projekt pro-TPC-Struktur eine M.Sc. Alexander Nuhn
neuartige Strategie verfolgt: Beim Herstellen der Tel.:+49 631 2017 117
Einleger (z.B. im Thermoplasttapelegen) wird die alexander.nuhn@ivw.
Oberfläche modifiziert, sodass eine feste Verbindung uni-kl.de
zwischen Einleger und Spritzgussmasse während des
Spritzgussprozesses resultiert. Es wird ein kalter und Dr.-Ing. Jens Schlimbach
damit steifer Einleger geschaffen, der sowohl den Tel.: +49 631 2017 312
Aufheizprozess ausspart als auch sehr gut zu trans- jens.schlimbach@ivw.
portieren ist. In der Spritzgusskavität ist durch die uni-kl.de
höhere Steifigkeit ein allseitiges Umspritzen der
Einleger möglich. Es entstehen optisch ansprechende
Oberflächen, welche eine zusätzliche Stützwirkung
gegen Knicken ausbilden.
Das Projekt »pro-TPC-Struktur«
»pro-TPC-Struktur« steht für einen innovativen
und wirtschaftlicheren Weg, hybride Spritgussbau-
teile herzustellen und wird von der Europäischen
Union aus dem Europäischen Fonds für regionale
Entwicklung und dem Ministerium für Wirtschaft,
Verkehr, Landwirtschaft und Weinbau des Landes
Rheinland-Pfalz für drei Jahre unter dem Förder-
kennzeichen 84002807 gefördert.
CVC News 1|2020 13Neue Technologien. Neue Produkte. Neue Märkte | Technologien
IAV GmbH Ingenieurgesellschaft Auto und Verkehr
Alternative Wasserstoff
Das »Zero Emission«-Kraftfahrzeug ist möglich.
In einem sind sich alle einig: Auch Lkws müssen deutlich klimafreundlicher
werden. Die Kombination aus Verbrennungsmotor und Wasserstoff kann
dafür einen wichtigen Beitrag leisten.
Bis 2030 muss der CO2 -Ausstoß von Lkws über 16 Auch Lkws mit einem Gesamtgewicht über 16 Tonnen
Tonnen Gesamtgewicht um 30 Prozent sinken. Wasser- müssen bald weniger CO2 ausstoßen. Bis 2025 sollen
stoffbetriebene Verbrennungsmotoren können helfen, die Emissionen um 15 Prozent sinken, bis 2030 noch-
diese Anforderungen zu erfüllen. Zudem bieten sie mal um den gleichen Betrag – immer bezogen auf den
eine ähnliche Reichweite wie Dieselantriebe und las- Stand des Jahres 2019 und auf Basis einer Tank-to-
sen sich rechtzeitig in Serie bringen. IAV hat diesen Wheel-Berechnung. Außerdem verlangt die EU, dass
Ansatz detailliert untersucht und kennt dadurch die zwei Prozent der Modelle einer Lkw-Flotte »Low
Chancen und Herausforderungen des H2-Motors. Emission«- oder »Zero Emission«-Fahrzeuge sein
müssen. Damit werden Technologien zur CO2-Ver-
Bereits vor Jahren hat die EU Kohlendioxid-Grenz- meidung in den nächsten Jahren die Nutzfahrzeug-
werte für Pkws beschlossen, seit 2019 ist nun klar: Entwicklung dominieren.
14 CVC News 1|2020Neue Technologien. Neue Produkte. Neue Märkte | Technologien
Diverse Alternativen zum klassischen Dieselantrieb Wasserstoff ist ein weiterer Anwärter auf die Diesel-
Verschiedene Technologien haben das Potenzial, Nachfolge, wobei im Zusammenhang mit ihm meist
hier einen Beitrag zu leisten. Der klassische Diesel- vor allem über den Einsatz in Brennstoffzellen disku-
motor könnte die CO2-Vorgaben erfüllen – würde er tiert wird. Brennstoffzellen müssen für den Einsatz in
mit klimaneutralen synthetischen Kraftstoffen Nutzfahrzeugen allerdings noch einige Hürden neh-
betrieben. Damit diese positiv auf den Flottenver- men: »Die aktuell noch geringe spezifische Leistung
brauch in Anrechnung gebracht werden können, der Brennstoffzellen führt nach heutigem Stand zu
müsste der Gesetzgeber allerdings eine Well-to- hohen Kosten, da schwere Lkws mehrere Brennstoff-
Wheel, statt der Tank-to-Wheel-Bilanzierung zellen benötigen. Mittel- bis langfristig können sie
einführen. aber durchaus eine Alternative sein«, sagt Marc Sens,
Fachbereichsleiter Vorentwicklung Antriebsstrang bei
Batterieelektrisch angetriebene Lkws werden, den IAV. »Hinzu kommt, dass Brennstoffzellen sehr sen-
aktuellen Diskussionen folgend, als erste Alternative sibel auf Verunreinigungen im Wasserstoff reagieren
genannt. Aber: Noch sind die Energiedichten der und in ihrer Dauerhaltbarkeit zumindest heute noch
Batterien so niedrig, dass sie in einem Langstrecken- nicht den Anforderungen im Nutzfahrzeug genügen.«
truck mehrere Tonnen wiegen – und jede Tonne weni-
ger Ladung kostet die Logistiker wertvollen Umsatz. Wasserstoff kann aber nicht nur in Brennstoffzellen
»Die heutigen Batterietechnologien sind für den Ein- zu Strom für E-Maschinen umgewandelt werden,
satz in Fernverkehr-Nutzfahrzeugen noch nicht opti- sondern lässt sich auch in einem Motor verbrennen.
mal geeignet«, sagt darum Jörn Seebode, Senior Vice Dies geschieht sogar nahezu emissionsfrei, denn
President Commercial Vehicles bei IAV. »Dafür wäre Wasserstoff verbrennt ohne kohlenstoffbasierte
ungefähr die zehnfache Energiedichte nötig.« Schadstoffe.
CVC News 1|2020 15Neue Technologien. Neue Produkte. Neue Märkte | Technologien
Wasserstoffbetriebener Verbrennungsmotor: Kompetenz in der Entwicklung von Einspritzsystemen
klimaneutral und »Zero Emission« für gasförmige Kraftstoffe einbringen.
IAV hat bereits vor einigen Jahren intensiv an der Ent-
wicklung von aufgeladenen Wasserstoffverbrennungs- Als dritte Herausforderung kann das Speichern des
motoren mit direkter Einspritzung gearbeitet und ist Wasserstoffs bzw. das Tanksystem genannt werden:
daher mit der Technik vertraut. »Wir kennen die Es muss genügend Kraftstoff auf möglichst geringem
Chancen und Herausforderungen, außerdem wissen Raum speichern. Dazu stehen Tieftemperatur- und
wir, wie man einen wasserstoffbetriebenen Verbren- Druckspeicher zur Verfügung. Letztere werden im
nungsmotor in Serie bringen kann«, so Seebode. Die Pkw-Bereich mit bis zu 700 bar betrieben, was jedoch
Chancen sind tatsächlich groß: Regenerativ erzeugter nur bei relativ kleinen Tanks praktikabel ist. Für
Wasserstoff ist klimaneutral und würde demnach wie große Tanks müsste der Wasserstoff während der
ein E-Fahrzeug behandelt werden, also mit 0 Gramm Befüllung gekühlt werden, was zu hohen Kosten führt.
CO2 /km. Zudem ließen sich die NOx-Emissionen des In Nutzfahrzeugen dürfte darum ein Druck von 350
Antriebs mit der richtigen Betriebsstrategie auf nahe- oder 500 bar den Vorzug erhalten. Weiterhin könnten
zu Null reduzieren – möglicherweise ganz ohne Ab- alternative Technologien wie Kryogenspeicher oder
gasnachbehandlungsanlage. »So könnten Lkws mit LOHC (Liquid Organic Hydrogen Carriers) zum Einsatz
wasserstoffbetriebenem Verbrennungsmotor nicht kommen. Die Tankzeiten sind nur geringfügig länger
nur die CO2-Grenzwerte einhalten, sondern auch das als beim Diesel, und damit können langestrecken-
Zero-Emission-Ziel erreichen«, erklärt Sens. »Damit taugliche Reichweiten realisiert werden.
hätten sie die Erlaubnis, auch künftig in Ballungs-
räume zu fahren.« Allerdings gibt es derzeit noch zu wenige Wasserstoff-
Tankstellen: 75 sind bereits eröffnet, bis 2020 sollen es
Die technischen Herausforderungen sind lösbar. 100 sein. Im ersten Schritt würde es aber genügen,
Grundsätzlich ähnelt ein wasserstoffbetriebener den Ausbau an den Knotenpunkten des Schwerlast-
Verbrennungsmotor einem Benziner, selbst das Ver- verkehrs voranzutreiben – zumal das Nachtanken im
dichtungsverhältnis unterscheidet sich kaum. Da Vergleich zum Nachladen einer Batterie wesentlich
Wasserstoff selbst in hochverdünntem Zustand effi- schneller abläuft und darum deutlich weniger Fläche
Kontakt zient verbrennt, kann er mager betrieben werden und Infrastruktur längs der Autobahnen benötigt wird.
IAV GmbH Ingenieur- und erzeugt kaum NOx-Rohemissionen. Allerdings
gesellschaft Auto und benötigt ein mager betriebener H2-Antrieb ein hoch Praxistauglich und serienreif bis 2025
Verkehr effizientes Aufladesystem, weil sonst die Energie- »Die Kombination aus Verbrennungsmotor und
Carnotstraße 1 dichte im Zylinder zu gering ist um ansprechende Wasserstoff bietet die in der Logistik erforderliche
10587 Berlin spezifische Leistungen zu erzielen. »Hier ist noch Reichweite, weist eine hohe Dauerhaltbarkeit auf,
Tel.: +49 30 3997-80 Entwicklungsarbeit nötig«, sagt Sens. »Der Turbo- ist kostengünstig und basiert auf einer etablierten
Fax: +49 30 3997-89926 lader muss effizienter werden und eine höhere Vari- Technologie«, fasst Seebode zusammen. »Sie ist
www.iav.com abilität aufweisen.« darum aus IAV-Sicht eine sehr gute Möglichkeit, um
bei der Erfüllung der CO2 -Vorgaben für den Schwer-
Eine weitere Herausforderung bei der Entwicklung lastverkehr zu helfen – und sie ließe sich bis 2025 in
von H2-Verbrennungsmotoren ist das Wasserstoff- Serie bringen.« Voraussetzung ist dabei, dass sich
Einspritzsystem. Eine direkte Einblasung des Wasser- die Hersteller auf eine einheitliche Tanktechnologie
stoffs in den Zylinder des Verbrennungsmotors sollte einigen und möglichst viele gleiche Komponenten
Ansprechpartner: aufgrund der Leistungsdichte sowie aus sicherheits- einsetzen, um die Stückpreise zu verringern. Dann
joern.seebode@iav.de technischen Belangen angestrebt werden. Bislang sind könnten wasserstoffbetriebene Verbrennungsmotoren
marc.sens@iav.de aber keine serienerprobten Direkteinblaseventile im in einigen Jahren in 25-, 28- und 40-Tonnern erfolg-
Markt verfügbar. Auch hier kann IAV seine langjährige reich im Einsatz sein.
16 CVC News 1|2020Neue Technologien. Neue Produkte. Neue Märkte | Technologien ITK Engineering GmbH Emissionsfreie Antriebs- konzepte mit Wasserstoff Perspektiven für wasserstoffbasierte Antriebs- formen im Nutzfahrzeugsegment Aktuelle Rahmenbedingungen hinsichtlich begrenzter Ressourcen, weitreichender Klimaziele für die Umwelt und die damit einhergehenden Anforderungen vom Gesetzgeber unter Berücksichtigung eines kosten- effizienten Fahrzeugkonzepts für die Zukunft stellen das Nutzfahrzeug- segment vor große Herausforderungen. Die CO2-Emissions-Ziele als auch die strengen benötigt, um in Abhängigkeit von Gewicht und Grenzwerte der Abgasnormen erfordern ein Um- Reichweite den verschiedenen Einsatzzwecken und denken der Fahrzeug-OEMs bezüglich Ihres heutigen Fahrzeugtypen adäquate Antriebsformen zuzuordnen Antriebsportfolios. Denn kein Energieträger kann (s. Abbildung Seite 18). alle Faktoren und technischen Anforderungen hin- sichtlich Reichweite und Wirtschaftlichkeit in einer Einsatz im Verteilerverkehr Antriebsform für die gängigsten Einsatzprofile er- Das batterieelektrische Fahrzeug (BEV) erfüllt die füllen. Stattdessen wird ein integrativer Ansatz Anforderungen des Verteilerverkehrs (hier: Vans, CVC News 1|2020 17
Neue Technologien. Neue Produkte. Neue Märkte | Technologien
Gewicht (t)
BEV: Battery Electric
Vehicle 50
H2-ICE: Hydrogen LDT/MDT HVT
Internal Combust Bus
10 BEV
H2-FCEV: Fuel Cell
Electric Vehicle Vans H2-ICE H2-FCEV
Passenger
HVT: Heavy Duty Truck Cars
1
MDT: Medium Duty Truck Tägliche Reichweite (km)
LDT: Light Duty Truck
100 500 1.000
Alternative Antriebs-
konzepte in Bezug auf Passenger Cars und teilweise Light Duty Trucks (LDT)) ist der Wegfall eines Drei-Wege-Katalysators. Zwar
verschiedene Einsatz- sehr durchgängig. Bei Erhöhung der Tageskilometer verursacht die Wasserstoffverbrennungstechnologie
zwecke und gleichzeitiger Erweiterung des Transportvolumens nach ersten Untersuchungen immer noch marginale
stößt jedoch diese Antriebsform mit der reinen Bat- NOx-Werte (ca. 1% des heutigen EU6-Grenzwertes),
terie-Speichertechnologie an seine Grenzen. Wasser- welche aber durch Anpassung des Brennverfahrens
stoff hingegen kann aufgrund seines hohen Energie- oder durch einen H2-SCR (Selective Catalytic Reduction)-
gehalts diese Use Case-Anforderungen erfüllen und Verfahren weiter reduziert werden können.
ist damit ein unverzichtbarer Baustein für eine erfolg-
reiche Energie- und Mobilitätswende. Gerade die Brennverfahrensentwicklung mit
dem Ziel den Wirkungsgrad zu optimieren ist ein
Die Möglichkeiten des Einsatzes von Wasserstoff wichtiges Tätigkeitsfeld bestehend aus:
sind weitreichend. p Untersuchung des Mischungsverhältnisses:
Denn Wasserstoff ermöglicht die Realisierung zweier mager / fett
unterschiedlicher Antriebsformen für die jeweiligen p Einfluss auf die Verbrennung durch die Form
Einsatzanforderungen. Durch die Modifikation beste- der Brennkammer und die daraus entstehende
hender Verbrennungsmotoren (Gasmotoren) mittels Mischung
Umrüstung auf Wasserstoffverbrennungstechnologie p Erzeugung höherer Laufruhe auch bei niedrigen
(H2-ICE), können Alternativen für beispielsweise Müll- Lasten aufgrund eines breiten Flammbarkeits-
fahrzeuge oder auch Citybusse geschaffen werden. bereichs
Denn erste Entwicklungs- und Prüfstandsuntersu- p Auswirkungen auf die Flammengeschwindigkeit
chungen haben Ähnlichkeiten in der Drehmoment- und die Verbrennungstemperaturen
und Leistungscharakteristik zum Kennfeld von Gas- p Verwendung der Abgasrückführung (AGR) und
motoren für Nutzfahrzeuge (1.400 Nm bei 1.600 U/min, Auswirkungen auf den Betrieb
bis zu 250kW) identifiziert. Die Umrüstung erfordert p Klopfregelung, abhängig vom Verbrennungsluft-
lediglich geringfügige Änderungen im Packaging, z.B. verhältnis und vom AGR-Betrieb
H2-Tanks anstelle von Gastanks oder H2-Komponen- p Erkennung von Backfiring und Einfluss auf
tenmodifikationen im bestehenden Verbrennungs- Pre-Ignition
motor bei gleichbleibender Antriebsart und gleich- p Abgasnachbehandlung
bleibenden Antriebsachsen. Obwohl die Infrastruktur
von Wasserstofftankstellen noch ausbaufähig ist, Die ITK Engineering GmbH hat dieses Potential er-
können dennoch Fahrzeuge von Stadtwerken aufgrund kannt und unterstützt OEMs, Startups und Zulieferer
ihres überschaubaren Radius innerhalb der Stadt nach bereits in frühen Entwicklungsstadien neuer Ansätze
Bedarf unproblematisch betankt werden. Ein weiterer mittels 25-jähriger branchenübergreifender Expertise
Vorteil gegenüber klassischen Verbrennungsmotoren in gängigen Antriebskonzepten.
18 CVC News 1|2020Neue Technologien. Neue Produkte. Neue Märkte | Technologien
Kühler Thermostat
∞ KM-Pumpe
H2-Tank M FU
Ionen- Kühlung
Absperr- Druckregel- austauscher
ventil ventil FU Verdichter
Befeuchter- Ladeluft-
bypass kühler M Luftfilter
Elektrolyt Frischluft
FU M
O2
Rezirkulations- Wasserabscheider H2O Bypassklappe
gebläse
H2
H2-Versorgung Luftversorgung
Anode Kathode
Purgeventil Abscheideventil Befeuchter Drosselklappe Abgas
Fuel Cell Electric Vehicle als Antrieb für den Die ITK Engineering GmbH bietet technologische System Brennstoffzelle
klassischen Fernverkehr Beratungsleistungen im Umfeld der Entwicklung zum für Fuel Cell Electric
Für den Transport schwerer Güter und insbesondere Betrieb von Brennstoffzellen, mit besonderem Augen- Vehicles
im klassischen Fernverkehr mit Tagesreichweiten von merk auf Guidelines, Erfüllung von Regulatorien und
800–1.200 km, spielt ein FCEV (Fuel Cell Electric Vehicle) Funktionale Sicherheit zur Erstellung von Safety-
seine Vorteile aus. Während die Speicherung von Konzepten.
Wasserstoff wenig Gewicht verursacht und dadurch
hohe Zuladungsmöglichkeiten zum Transport realisiert Basierend auf diesen Projekterfahrungen lassen
werden können, nimmt das Volumen der Wasserstoff- sich die kundenübergreifenden Herausforderungen
tanks im Vergleich zu den bisherigen Kraftstofftanks am Markt folgendermaßen zusammenfassen: Kontakt
mehr Platz ein. Das größere Volumen von Wasserstoff- p Regulierung/Zusammenspiel Luftversorgung, ITK Engineering GmbH
tanks wirkt sich wegen unterschiedlicher Zulassungs- H2-Versorgung und Kühlung abhängig vom Im Speyerer Tal 6
vorschriften nur in wenigen Nationen nachteilig aus. Betriebsmodus 76761 Rülzheim
p Erkennung H2-Anteil im Anoden-Rezirkulations- Tel.: +49 7272 7703-0
Die Brennstoffzelle als Herzstück des FCEVs gebläse (ARB) info@itk-engineering.de
Durch Verwendung einer Pufferbatterie mit geringer p Regulierung Drehzahlvorgabe des ARB in www.itk-engineering.de
Kapazität im Vergleich zum BEV und mit entsprechen- Abhängigkeit des Druckverhältnisses
der Anpassung der Betriebsstrategie und Regel- p Regulierung und Erkennung von Luftfeuchtigkeit
strategie der Brennstoffzelle kann auch ein hohes beim Anfahren/Hochfahren sowie Kaltstartverhalten
dynamisches Einsatzszenario (Stop and Go) realisiert
werden. Wie aufgezeigt kann Wasserstoff als möglicher
Energieträger der Zukunft im Nutzfahrzeugsegment Ansprechpartner:
Das Herzstück eines FCEVs zur Umwandlung von agieren und vielfältige Perspektiven und Entwick- Alexander Eidam
Wasserstoff in elektrische Energie ist die Brennstoff- lungsmöglichkeiten eröffnen. Es bleibt die Heraus- alexander.eidam@itk-
zelle. Eine Fuel Cell Control Unit (FCCU) regelt und forderung, für verschiedene Einsatzprofile die geeig- engineering.de
überwacht den Betrieb der Brennstoffzelle mit seinen neten Lösungen zu identifizieren und umzusetzen.
einzelnen Pumpen, Ventilen und Sensoren (s. obere Genau hierfür steht die ITK Engineering GmbH als
Abbildung). Entwicklungspartner zur Seite.
CVC News 1|2020 19Neue Technologien. Neue Produkte. Neue Märkte | Produkte HÜBNER GmbH & Co. KG Smarte Lenkung soll den Weg für Superbusse frei machen HÜBNER-Gruppe treibt Entwicklung von High-Capacity-Fahrzeug voran In Zeiten wachsender Städte und einer zunehmenden Urbanisierung steigen auch die Ansprüche an den öffentlichen Personenverkehr. In Megastädten und deren Agglomerationen müssen immer mehr Menschen transportiert werden, und das effizient und zu bezahlbaren Kosten. »Wir können gegen überfüllte Straßen und die ent- Ansätzen im Transportwesen vorgehen«, erklärt sprechende Umweltbelastung nur mit einer Stärkung Helge Förster, HÜBNER-Geschäftsführer und ver- des öffentlichen Nahverkehrs und mit innovativen antwortlich für den Bereich Mobility. Die Kasseler 20 CVC News 1|2020
Neue Technologien. Neue Produkte. Neue Märkte | Produkte
HÜBNER-Gruppe, Systemanbieter für die Mobilitäts- vor allem in Bezug auf Fahrzeuggeometrie und
branche, arbeitet derzeit daher an technischen Lö- -dynamik«, erklärt Förster. Denn ein Bus, der wie
sungen für ein High-Capacity-Fahrzeug: einen extra geplant über 30 Meter lang sein soll, benötigt spezielle
langen mehrgliedrigen Bus, der bis zu 300 Fahrgäste elektronische Lenksysteme.
befördern kann. Die Vorteile dabei: Geringere Kosten
und kürzere Umsetzungsdauer. Förster: »In Städten, »Wir wollen in diesem Jahr starten, mit einem Her-
in denen die nötige Infrastruktur fehlt, kann es steller den ersten Prototypen auf die Räder zu stellen«,
durchaus zehn bis 15 Jahre dauern, um ein neues gibt Uwe Bittroff, Leiter der Sparte Übergangssysteme
Straßen- oder Stadtbahnsystem einzusetzen. Viel für Straßenfahrzeuge bei HÜBNER, den Planungs-
Zeit, die Städte bei einem drohenden Verkehrsinfarkt horizont des Unternehmens vor. Das Unternehmen
nicht haben. Neue Bussysteme hingegen können oft- wird in Kooperation mit einem Hersteller den Proto-
mals schon innerhalb von drei bis fünf Jahren reali- typen eines sicheren High-Capacity-Fahrzeugs ent-
siert werden.« Damit seien sie für Kommunen und wickeln. Auf den Markt gebracht werde das neue Lenk-
Verkehrsunternehmen besonders attraktiv. system aber erst nach Abschluss umfangreicher
Tests, wenn ein ausreichender Sicherheitslevel vor-
Neue Lösungen am Puls der Zeit handen sei. Hiermit ist laut HÜBNER in etwa drei
Obwohl der Trend also ganz klar zu immer längeren Jahren zu rechnen.
Bussen geht, sind allerdings bisher maximal Doppel-
gelenkbusse verfügbar. »Wir haben uns in den ver- Die Herausforderung: Um die Sicherheit der Fahr-
gangenen Jahren verstärkt damit beschäftigt, wie gäste und anderer Verkehrsteilnehmer zu gewähr-
längere, mehrgliedrige Bussysteme aussehen können, leisten, muss das Lenksystem auch dann noch
CVC News 1|2020 21Neue Technologien. Neue Produkte. Neue Märkte | Produkte beherrschbar bleiben, wenn es eine Störung hat. neuartigen Lenkung arbeitet HÜBNER mit dem »Wenn bei sechs gelenkten Achsen nur eine nicht Fraunhofer-Institut für Verkehrs- und Infrastruk- in die richtige Richtung will, kann das sehr schnell tursysteme IVI in Dresden zusammen. »Aktuell zu einer Gefährdungssituation führen«, betont der haben wir dort einen Teststand aufgebaut, mit dem HÜBNER-Spartenleiter. Bei der Entwicklung der wir nicht nur Fahrten simulieren, sondern aktiv 22 CVC News 1|2020
Neue Technologien. Neue Produkte. Neue Märkte | Produkte
Lenkungen und Achsen auf die Funktionsweise biete nur die eigentliche Lenkungskomponente an
überprüfen«, so Bittroff. und passe sie an die jeweiligen Anforderungen an.
Ziel des Unternehmens ist eine möglichst Große Märkte für High-Capacity-Fahrzeuge sieht das
standardisierte elektronische Lenkung. Unternehmen zum Beispiel in Südamerika, wo Bus-
Dadurch sollen sich auch kleinere Fahrzeughersteller Rapid-Transit-Systeme (BRT) eine lange Tradition
den Bau eines mehrgliedrigen Gelenkbusses leisten haben. Aber auch andere Regionen mit wachsenden
können – ohne hohe Entwicklungskosten und mit Metropolen könnten mithilfe von Superbussen ihre
überschaubarem Adaptionsaufwand. HÜBNER will Transportsysteme verbessern. Eine wichtige Rolle
den Kunden dabei auch beratend zur Seite stehen spielt zudem China mit seinen am Reißbrett geplanten
und sie beispielsweise über benötigte Steu- Megacities. »Hier wird die nötige Infrastruktur für
ergeräte und Sensorik informieren. Großraumfahrzeuge gleich mitgedacht«, führt Uwe
»Wir haben eine Art Baukasten Bittroff aus. An sämtlichen Projekten, die dort aktuell Kontakt
geeigneter Bauteile zusam- realisiert würden, sei HÜBNER beteiligt. HÜBNER GmbH & Co. KG
mengestellt, aus dem der Heinrich-Hertz-Straße 2
Kunde wählen kann«, In China zeigt sich laut Bittroff auch ein anderer 34123 Kassel
erläutert Bittroff. Trend. www.hubner-group.com
HÜBNER selbst Noch stärker als die Busbranche hat bisher die
Straßenbahnbranche das Potenzial von High-Capacity-
Fahrzeugen erkannt. So stellt beispielsweise die
China Railway Rolling Stock Corporation (CRRC) als
weltgrößter Schienenfahrzeugproduzent inzwischen
mehrgliedrige Zwitterfahrzeuge her: Sie erinnern Ansprechpartnerin:
optisch an eine Straßenbahn, fahren aber wie ein Bus Dr. Stefanie Böge
auf der Straße. Statt Schiene und Oberleitung sorgen Tel. +49 561 998-1543
optische Sensoren für eine sichere Spurführung des Fax +49 561 998-1824
Fahrzeugs. stefanie.boege@hubner-
germany.com
HÜBNER-Gruppe Mobility. Materials. Photonics.
| united by passion.
Als globaler Systemanbieter für die Mobili-
tätsbranche, für Industrie, Life Sciences und
Wissenschaft ist die HÜBNER-Gruppe weltweit
führend im Bereich Übergangssysteme für Bus-
se und Schienenfahrzeuge (Mobility), anerkannter
Lösungsanbieter für Produkte aus Elastomeren,
Isolations- und Verbundwerkstoffen (Material
Solutions) sowie Lieferant für Anwendungen in
der Laser- und Terahertz-Technologie (Photonics).
Insgesamt beschäftigt das Unternehmen weltweit
über 3.500 Mitarbeiter. Neben dem Hauptsitz in
Kassel hat HÜBNER in den vergangenen Jahren
und Jahrzehnten über 30 Standorte rund um den
Globus aufgebaut.
CVC News 1|2020 23Neue Technologien. Neue Produkte. Neue Märkte | Produkte Gifted People GmbH Immer auf vier Rädern 2.0 Erste Produkte mit AFW-Technologie erfolgreich auf dem Markt. Gifted People GmbH, ein innovatives Technologie-Unternehmen mit Sitz in Kiew, hat den ersten Vollprototyp einer mechanischen Aufhängung ent- wickelt, die innerhalb kurzer Zeit zu einer echten Alternative zu gängigen Hydraulik- und Pneumatik-Federungsmechanismen geworden ist. 24 CVC News 1|2020
Neue Technologien. Neue Produkte. Neue Märkte | Produkte
Ende 2019 setzte die Gifted People GmbH erstmals Ursprünglich sollte die AFW-Technologie direkt in Praxisbeispiele der AFW-
die innovative AFW-Federungstechnologie »Always on der Automobilindustrie eingeführt werden – so die Technologie finden Sie
Four Wheels« (»Immer auf vier Rädern«) in einem Leiterin der internationalen GP-Vertriebsabteilung, unter folgenden Links:
ATV (All Terrain Vehicle)-Vollprototyp ein. Die AFW- Angelina Lievskaya. Aufgrund der Komplexität und www.youtu.be/
Federung ist ein mechanisches System, das hinsicht- Dauer der branchentypischen Entwicklungsprozesse TMOIHyq0Gtk
lich Stabilität, Fahrkomfort sowie der Überwindung wurden zunächst jedoch einfachere Produkte für den
von Hindernissen an weitaus komplexere und hoch- Einsatz der AFW-Technologie ausgewählt. So wurde
preisigere hydraulische und pneumatische Federungs- 2018 ein Elektrorollstuhl mit AFW-System auf den
mechanismen heranreicht. Markt gebracht und im selben Jahr mit der Vorbe-
reitung des Prototyps eines mobilen Motorrollers www.youtu.be/
Gifted People ist auf die Entwicklung und den Verkauf begonnen. Mittlerweile sind diese Produkte auf dem n33oddX7F_4
kundenspezifischer Technologien spezialisiert. Markt. Die erfolgreiche Entwicklung und Produktion
2016 startete das Unternehmen ein Großprojekt zur eines Quad -Prototyps mit dem AFW-System ist der
Entwicklung und Realisierung der mechanischen AFW- nächste Schritt, um diese Technologie in komplexeren
Federung. Ziel war und ist, eine universell einsetzbare Fahrzeugen zu verankern.
Lösung zu entwickeln, welche die Fahrqualität be- www.youtu.be/
deutend verbessert sowie die Funktionalität der Fahr- Die Erprobung AFW-Federung auf einem ATV bestätigte QF6XkQTF5GY
zeuge bei relativ niedrigen Produktionskosten erweitert. alle im Patent genannte Funktionen und technische
Daten. Durch die Halbierung des Schaukelns der
Dabei wurde ein einzigartiges Arbeitsprinzip entwi- Karosserie auf unebenen Oberflächen, die ständige
ckelt, das eine erhebliche Flexibilität bei der Ent- Bodenhaftung sämtlicher Räder sowie die
wicklung bietet sowie die Verwendung bei verschie-
denen Gerätetypen ermöglicht. Ein absolut flaches
Aufhängungsgehäuse ohne 3D-Elemente, erlaubt
den Einsatz des Systems bei einer breiten Palette
von Radprodukten, wie z. B. elektrischen und me-
chanischen Rollstühlen, Rollern für Menschen mit
Behinderung, ATVs oder auch Lastkraftwagen
für den Off-Road-Bereich.
Die Aufhängung für AFW-Fahrzeuge
ist ein völlig neuer innovativer Typ.
Zu den Vorteilen gehört ein einzig-
artiger Mechanismus, der dank der
Schwerkraft die Verteilung des
Karosseriegewichts auf alle
Räder stets gewährleistet.
Dieser Parameter hängt bei
den meisten hydraulischen
und pneumatischen Auf-
hängungen von der Druck-
kraft der Aufhängungs-
feder ab – so Chef-
ingenieur Sergey Petrenko
von Gifted People.
CVC News 1|2020 25Sie können auch lesen
