Elektromobilität So sieht ein neues Oberklasse-Fahrzeug mit Brennstoffzellen-Plug-in-Hybrid des DLR aus

Leichtbau, innovatives Antriebskonzept und Fokus auf das Premiumsegment: Die neue Studie des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt hat wenig mit Verzicht zu tun. Wir zeigen, was die Ingenieure entwickelt haben, damit Oberklassen-Fahrer künftig klimafreundlicher unterwegs sein können.

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Die Entwickler des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt haben eine Oberklassen-Fahrzeug entwickelt, das emissionsfrei über eine Strecke von bis zu 1.000 Kilometer unterwegs sein kann. Das hat das Institut am Freitag mitgeteilt. Interurban Vehicle (IUV) heißt das Fahrzeug, das fünf Meter lang und zwei Meter breit ist und bis zu fünf Personen transportieren kann. Besonders auffällig ist das Antriebskonzept der Studie.

Das Fahrzeug kombiniert laut der Mitteilung eine Brennstoffzelle mit einer Leistung von 45 Kilowatt, einen Wasserstoff-Drucktankt mit 700 Bar und eine 48-KwH-Batterie. Die E-Motoren mit einer Gesamtleistung von 136 Kilowatt könnten das Fahrzeug auf bis zu 180 km/h beschleunigen. Wechselakkus und schnelles Wasserstofftanken sollen den Nutzern Zeit sparen.

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Die Entwickler haben die Brennstoffzelle im Vorderwagen verbaut und die Batterie im Heck. Der Wasserstofftank wiederum befindet sich im Unterboden und fasst etwa 7,5 Kilogramm Wasserstoff. Ein Fokus der Innovation liege auch auf dem Energiemanagement und einem Metallhybrid-Speicher. Mit der Hilfe von letzterem lasse sich ein Teil der Druckdifferenz zwischen dem Wasserstofftank mit 700 Bar und der Brennstoffzelle mit fünf Bar nutzen, um zusätzliche Kälte für die Klimatisierung des Fahrzeugs zu erzeugen und die konventionelle Kältemaschine zu unterstützen.

„Für das Projekt haben wir das IUV als rollfähigen Karosserie-Demonstrator aufgebaut. Dieser Demonstrator vermittelt einen ersten Eindruck, wie das Fahrzeug in der Praxis aussehen könnte“, sagt Projektleiter Sebastian Vohrer vom DLR. „Gleichzeitig konnten wir mit Hilfe des Demonstrators zentrale Bauteile und Technologien besser entwickeln, an Prüfständen vermessen und testen.“

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Leichte Fahrzeugstruktur senkt Energieverbrauch

Eine leichte Fahrzeugstruktur ist der Schlüssel, um den Energieverbrauch niedrig und die Reichweite hoch zu halten. „Die Rohkarosserie des IUV wiegt nur 250 Kilogramm und damit rund ein Viertel weniger als aktuell in diesem Fahrzeugsegment üblich“, sagt DLR-Wissenschaftler Vohrer. Um dieses Ziel zu erreichen, wurden unterschiedliche Leichtbauweisen umgesetzt. Zudem besteht die Karosserie des IUV zu einem hohen Anteil aus faserverstärkten Kunststoffen. Teilweise kommen auch Strukturen aus Aluminium oder Sandwich-Materialien zum Einsatz – vor allem dort, wo die Bauteile bei einem Crash eine hohe Steifigkeit aufweisen und viel Energie absorbieren müssen. Sandwich-Materialien kombinieren beispielsweise eine Decklage aus Faserverbundmaterial mit einem leichten Kern aus Kunststoffschaum oder auch nachhaltigen Werkstoffen wie Balsaholz. Dieser Aufbau macht sie leicht mit gleichzeitig sehr vorteilhaften Crash-Eigenschaften.

Ausgewählte Bauteile des IUV hat das Team als Prototypen gebaut und beispielsweise in Crash-Versuchen getestet, um die zuvor am Computer angestellten Berechnungen und Simulationen zu überprüfen. Dazu zählte der Seitenschweller unterhalb der Seitentüren. Er ist eine besonders wichtige Struktur und soll den Wasserstofftank im Fahrzeugboden und die Insassen bei einem seitlichen Aufprall schützen. Denn das IUV besitzt keine Mittelsäule, die bei herkömmlichen Karosserien Boden und Dach des Fahrzeugs verbindet und als Crash-Element dient. Ohne Mittelsäule entstehen zudem große Türöffnungen. In Verbindung mit gegeneinander öffnenden Schiebetüren machen sie das Ein- und Aussteigen besonders einfach.

Wo immer möglich haben die DLR-Forschenden auch mit Funktionsintegration gearbeitet – einem weiteren Leichtbauansatz: „Strukturen erfüllen dabei mehrere Funktionen, zum Beispiel trägt die Bodenstruktur nicht nur sämtliche Aufbauten des Fahrzeugs, sondern leitet gleichzeitig Strom oder Daten. Man kann also teilweise auf zusätzliche Kabelleitungen verzichten und so insgesamt weiter Gewicht einsparen“, erläutert Vohrer.

Elektromobilität

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Wie sich autonomes Fahren auf das Fahrzeugkonzept auswirkt

Bei den Arbeiten für das IUV haben die DLR-Wissenschaftlerinnen und DLR-Wissenschaftler auch untersucht, wie sich autonomes Fahren auf das Fahrzeugkonzept und die Fahrzeugarchitektur auswirken. Dafür gingen sie von einem hohen Automatisierungsgrad aus (SAE-Level 4). Das Auto fährt dabei dauerhaft selbst. Nur wenn es eine Aufgabe nicht mehr bewältigen kann, fordert es den Menschen auf, die Steuerung wieder zu übernehmen. „Speziell auf langen Strecken kann die Automation die Fahrenden deutlich entlasten. Gleichzeitig ermöglicht sie uns, den Innenraum des Fahrzeugs offener und flexibler zu gestalten“, beschreibt Projektleiter Sebastian Vohrer.

Das IUV-Team hat dazu unterschiedliche Entwürfe entwickelt und sie auf ihre funktionale und technische Machbarkeit bewertet. Ein Ergebnis ist die Sitzanordnung des IUV, die sich variabel an den Fahrmodus anpassen lässt: Die beiden Vordersitze sind drehbar. Im autonomen Modus können die Insassen auch mit dem Rücken zur Fahrtrichtung sitzen. Die strikte Trennung der Sitzreihen ist so aufgehoben und es entsteht ein gemeinsamer Kommunikationsraum. Das speziell für das IUV entwickelte Klimatisierungskonzept passt sich dem Innenraum und den jeweiligen Insassen an. Die Steuerung erfolgt nicht mehr zentral über das Armaturenbrett. Stattdessen kann jeder Mitfahrenden die Klimatisierung individuell über Schnittstellen im Dachhimmel regeln – ähnlich wie in Flugzeugen.

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