"Der Hybrid eröffnet großes Potenzial für Assistenzsysteme"

Im Geschäftsbereich Kraftfahrzeugmechatronik des Forschungsinstituts für Kraftfahrwesen und Fahrzeugmotoren Stuttgart (FKFS) befassen sich Prof. Hans-Christian Reuss und seine Mitarbeiter mit "Kraftstoff- und CO2-Reduktion durch vorausschauende Fahrstrategien". Die ATZ elektronik sprach mit Prof. Reuss über dieses Konzept - eine interessante und überraschende Verbindung von Fahrerassistenzsystemen, Telematik und Hybridtechnik.

Den Begriff "Vorausschauendes Fahren" kannte man bisher nur als Verhaltensempfehlung. Inwieweit kann Technik dabei helfen?
Es geht darum, das, was der Mensch als vorausschauendes Fahren versteht, in die Technik abzubilden. Ziel ist es also, Informationen zu sammeln, die über die vor dem Fahrzeug liegende Route Auskunft geben, und dann hierüber das Fahrzeug zu beeinflussen. Das betrifft vor allem die Bedienung von Gas- und Bremspedal und die Gangwahl. Der Vorteil eines technischen Systems ist die Ausweitung über die mögliche Sichtweite des Fahrers hinaus.

Wie könnten neue Assistenzsysteme aussehen?
In Serie sind ja bereits Getriebeautomaten und automatisierte Schaltgetriebe mit adaptiven Steuerungen und Regelungen, die sich der Fahrsituation anpassen. In diesem Zusammenhang sind natürlich auch die Abstandsregelsysteme, die Bordcomputer, die Navigationssysteme und das adaptive Kurvenlicht zu nennen.
Bei neuen Systemen muss man unterscheiden, ob der Fahrer echte Fahrempfehlungen bekommen soll oder ob eine Optimierung der Antriebsstrangregelung kaum merklich vonstatten gehen soll. In einem Forschungsprojekt haben wir vor Jahren an einem System gearbeitet, dass Fahrempfehlungen per Gegendruck im Gaspedal aussprach. Das ist nicht in die Serie gegangen. Ich glaube, Fahrempfehlungen wie "jetzt bitte schalten" oder "bitte Fuß vom Gas" finden wenig Akzeptanz. Wir sollten uns deshalb auf Systeme konzentrieren, die kaum merklich eingreifen. Mit Hilfe von Hybridantriebssträngen eröffnet sich jedoch ein großes Potenzial für Assistenzsysteme, die optimieren ohne zu bevormunden. Darüber hinaus wird ja auch an einer Verbesserung von Folgefahrten bei ACC-Verwendung oder eine frühzeitige Ausleuchtung von Kurven, Kreuzungs- und Fußgängerbereichen in Ortschaften gearbeitet.

Welche Vorteile hat denn in diesem Zusammenhang der Hybridantrieb?
Der hybridisierte Antriebsstrang ist dann von Vorteil, wenn die richtige Betriebsstrategie und die Fahrbarkeit sichergestellt sind. Wenn Sie Berg und Tal fahren, kann das System an der Steigerung den Speicher noch einmal richtig leeren, weil danach wieder eine Rekuperationsphase kommt. Vorausgesetzt, Sie haben einen geeigneten Energiespeicher, kann man auf diese Weise natürlich Kraftstoff sparen. Im Moment reicht allerdings das Kartenmaterial nicht aus, weil Steigungen und Gefälle nicht erfasst sind. Es gibt wohl solche Ansätze, aber sie sind noch sehr teuer. Außerdem brauchen wir eine bessere Auflösung, weil man zumindest den Kurvenradius kennen muss, um die richtige Geschwindigkeit einstellen zu können.
Eine weitere Möglichkeit würde darin bestehen, im Sinne eines selbstlernenden Fahrzeugs permanent Daten auszuwerten und jeweils die relevanten Parameter wie zum Beispiel Kurvenradius oder Steigungen in einer Datenbank zu speichern und der GPS-Information zuzuordnen. Darüber hinaus würde ich mir wünschen, dass man die Ampelanlagen und die Verkehrsschilder einschließlich des jeweiligen Tempolimits aufnimmt. Das ist alles technisch kein Problem, es ist nur relativ aufwändig und muss bezahlt werden.

Sie sprechen von selbstlernendem Fahrzeug, was genau ist das?
An der Universität Stuttgart arbeiten wir an einem Forschungsprojekt, das wir "Selbstlernendes Fahrzeug" genannt haben. Hier verfolgen wir den Ansatz, dass das Fahrzeug eine Datenbank besitzt, die es während der Fahrt selbst beschreiben kann. Dazu werden Sensordaten, die im Fahrzeug ohnehin zur Verfügung stehen, ausgewertet und abgespeichert. Da die meisten Strecken mehr als einmal befahren werden, kann man bereits ab dem ersten Wiederbefahren die Daten als Vorausschauinformation nutzen. Dies betrifft natürlich ganz besonders den öffentlichen und den Berufs- und Pendlerverkehr.

Ist dieses selbstlernende Fahrzeug ausschließlich ein geschlossenes System?
Bislang denken wir nur innerhalb eines Autos als geschlossenes System. Bei einer Car-to-Car-Kommunikation könnte man darüber hinaus die gewonnenen Daten untereinander austauschen, aber zusätzlich auch aktuelle Informationen weitergeben, zum Beispiel über einen Unfall oder einen Stau, der sich in der Folge bildet. Die nächste Möglichkeit besteht in einer Kommunikation mit der Infrastruktur, auch hier gibt es wieder zwei Methoden, und zwar zentral und dezentral.
Ein Beispiel für dezentrale Kommunikation ist, wenn das Fahrzeug beginnt, mit der Kreuzungsanlage zu kommunizieren, sobald man auf sie zufährt. Dabei würde derjenige Vorfahrt erhalten, der sich gewissermaßen zuerst angemeldet hat, oder bevorzugt Verkehrsteilnehmer mit höherer Priorität wie die Feuerwehr.
Und dann gibt es natürlich das zentrale Konzept, bei dem ein zentraler Verkehrsleitrechner so programmiert wird, dass die Fahrzeuge mit ihm kommunizieren. Dieser Verkehrsleitrechner hat das Gesamtgeschehen im Blick und führt eine Optimierung durch. Hier stellt sich sicherlich die Frage, wie sich das rechnet, und wie die Geschäftsmodelle aussehen.

Die Hybridtechnik steht ja in Deutschland am Anfang. Welche Chancen geben Sie ihr?
Es gibt ein großes Potenzial, aber die Disziplinen müssen zusammenarbeiten, um das Gesamtsystem zu optimieren. Ich selbst bin ja zum Beispiel auch als Elektrotechniker fremdgegangen und arbeite nun in der FKFS in einem Fahrzeuginstitut - das eigentlich ein Maschinenbauinstitut ist - um in der Nähe der Fahrzeugtechniker zu sein. Prof. Wiedemann ist für die Fahrzeugtechnik zuständig, Prof. Bargende für die Motorentechnik und ich für Kraftfahrzeug-Mechatronik. Um ein Beispiel für diese Zusammenarbeit zu nennen: Gemeinsam haben wir anhand eines optimierten Dieselmotors dessen Eignung für einen Hybridantrieb durchgerechnet. Wenn man in Verbindung mit einem Dieselmotor eine elektrische Maschine und einen Speicher in das Fahrzeug einbaut, besteht die Gefahr, dass sich durch veränderte Betriebspunkte zwar die CO2-Emissionen verbessern, dass sich aber beispielsweise NOx verschlechtert. Leider bestehen da keine linearen Zusammenhänge. Beim Ottomotor mit Lambda eins ist der Hybrid dagegen problemlos, weil man die Betriebspunkte beliebig verschieben kann, ohne viel Schaden bei den Schadstoffemissionen anzurichten.

Welche von den Lösungen, über die wir gesprochen haben, sind kurz- und mittelfristig erreichbar, und wo gibt es bereits konkrete Projekte?
Ich denke, dass allen Unkenrufen zum Trotz die Hybridtechnik kommen wird. Wir haben heute einen Starter und eine Lichtmaschine im Fahrzeug - also zwei elektrische Antriebe. Wenn wir die beiden zusammenfassen und an der Kurbelwelle positionieren, und eine vernünftige Steuerung und Regelung hinzufügen, haben wir bereits etwas erreicht, ohne das Gesamtsystem aufzublähen. Besonders wichtig ist hierbei die richtige Betriebsstrategie im Hinblick auf eine komfortable Fahrbarkeit. Davon sind wir tatsächlich nicht mehr so weit entfernt. Was das Projekt "Selbstlernendes Fahrzeug" angeht, arbeiten ebenfalls bereits mit einigen OEMs zusammen, und versuchen auch, die öffentliche Hand für eine Förderung zu gewinnen. Dabei nutzen wir auch die Synergieeffekte, die wir im Hause haben.

Prof. Hans-Christian Reuss
studierte Elektrotechnik an der TU Berlin und wurde dort anschließend am Institut für Elektronik promoviert. Von 1989 bis 1992 war er verantwortlich für serielle Bussysteme und Mikrocontroller zur Anwendung im Kfz bei Philips Semiconductors Hamburg. 1993 wurde er auf die Professur für Kraftfahrzeug Elektronik und -elektrik an der TU Dresden berufen. Seit April 2004 ist er Ordinarius für Kraftfahrzeugmechatronik an der Universität Stuttgart und Vorstandsmitglied im FKFS (Forschungsinstitut für Kraftfahrwesen und Fahrzeugmotoren Stuttgart).

Autor(en): Gernot Goppelt.

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