Fraunhofer-Institut für Verkehrs- und Infrastruktursysteme IVI

Car-to-X Kommunikation unterstützt Verkehrskoordination an Kreuzungen

Sicherheit im Straßenverkehr ist eines der Versprechen, die das autonome Fahren erfüllen muss. In jeder Fahrsituation. Nicht nur auf der Autobahn oder beim Einparken. Komplexe Verkehrsentwicklungen, wie an einer Innenstadtkreuzung mit dichtem Mischverkehr, könnten das Erfassungsvermögen leistungsfähiger Fahrzeugsensorik allerdings überfordern. Eine smarte Infrastruktur soll die selbstfahrenden Autos daher aktiv unterstützen: mit Informationen und Handlungsempfehlungen zum Verkehrsgeschehen aus der Vogelperspektive. Die Fraunhofer-Testkreuzung zeigt wie das funktioniert.

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PAPS-XR (“Public Accident Prevention School with eXtendedReality”) heißt das innovative Projekt, das Kindern und Jugendlichen helfen soll, Gefahren im Straßenverkehr besser einzuschätzen. Dafür wird mit einer VR-Brille simuliert, wie Verkehrsunfälle entstehen. In der computergenerierten 3D-Szenerie können sie die Blickwinkel verschiedener Beteiligten, wie Radfahrer, Fußgänger oder Autofahrer am Unfall einnehmen und so erfahren, wie diese innerhalb einer gefährlichen Situation miteinander interagieren.

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Wie kann das hochautomatisierte Fahren in Zukunft abgesichert werden? Und welche Szenarien müssen Fahrer bzw. hoch- und vollautomatisierte Fahrzeuge beherrschen, damit der Straßenverkehr von morgen weniger Gefahren birgt?

Mit diesen und weiteren Fragen hat sich ein Konsortium aus sächsischen Projektpartnern im Forschungs- und Entwicklungsverbundprojekt SePIA in den letzten drei Jahren befasst. Ausgangspunkt war die Tatsache, dass es sowohl für die Zulassung als auch für eine Felduntersuchung inklusive der regelmäßigen technischen Überprüfung von Kraftfahrzeugen mit hochautomatisierten Fahrfunktionen noch keine geeigneten und allgemein anerkannten Test- und Prüfkonzepte gibt. Dabei müssen sich Maßnahmen zur Gewährleistung einer entsprechend hohen Leistungsfähigkeit über den Entwicklungszeitraum und insbesondere über den gesamten Lebenszyklus von automatisierten Fahrzeugen erstrecken.

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Noch immer dauert es deutlich länger, die Batterie eines Elektroautos aufzuladen als Kraftstoff in den Tank zu füllen. Dies liegt nicht nur an der Ladestation oder dem Akku, die schonend mit Strom versorgt werden müssen, sondern Hauptgrund ist die Schnittstelle zwischen Auto und Stromnetz bzw. das kabelgebundene Laden über Stecker. Um ein annäherndes Maximum an Stromfluss zu erreichen, müssen die Berührungsflächen der Steckkontakte so gut wie möglich zusammengepresst werden, doch die Kontaktstellen sind auf mikroskopischer Ebene nie absolut eben. Dadurch entstehen Widerstände und damit eine starke Erwärmung und ein höherer Stromfluss ist nicht möglich.

Die Lösung, die am Fraunhofer IVI entwickelt wurde, sind Stirnkontakte, die eine deutlich größere, definierte Kontaktfläche nutzen als klassische Steckverbindungen. Diese Verbindung gestattet bei nur geringer Erwärmung die Übertragung eines Vielfachens an Strom. Und weil das System den Ladevorgang automatisch einleiten kann, könnten Betreibende künftig eine Art Drive-in-Tanken anbieten. Dabei wird in den Boden einer Tankstelle ein kompaktes Schachtsystem mit einem Stempel etwa 80 cm in den Boden eingelassen. Der Stempel hebt sich dank eines kleinen Motors, verbindet sich anschließend magnetisch mit der Schnittstelle an der Unterseite des Fahrzeugs und der Strom fließt. Mithilfe dieser Technologie lässt sich das Ladetempo zukünftig nahezu verzehnfachen. Der Einbau für Pkw und Lkw ist zudem kostengünstig sowie unkompliziert, wodurch ein vergleichbares System mit geringerer Ladeleistung in Zukunft auch in nahezu jeder heimischen Garage denkbar ist.

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Der Straßen-Güterfernverkehr trägt erheblich zu dem immer noch wachsenden CO₂-Austoß im Verkehrssektor bei. Allein die Elektrifizierung weniger Fahrzeuge hätte dabei aufgrund der hohen Fahrleistungen einzelner Fahrzeuge bereits eine große Wirkung. 

Im Rahmen des neuen eHaul-Projekts gibt das Konsortium unter Leitung der TU Berlin jetzt zwei elektrifizierte Lkw in Auftrag, die anschließend von zwei Logistikunternehmen im Regelbetrieb genutzt werden. Zusätzlich wird eine Batteriewechselstation im Süden Berlins aufgebaut, die über ein Jahr lang von den Spediteurinnen und Spediteuren im Rahmen eines realen Lieferbetriebs angefahren werden kann. Ziel ist ein vollautomatisierter Batteriewechsel. Gemeinsam mit der IBAR Systemtechnik GmbH, der Robert Bosch GmbH, der Unitax Pharmalogistik GmbH sowie der Urban Energy GmbH unterstützt das Fraunhofer IVI das vom BMWi geförderte Vorhaben, das über drei Jahre bis Ende September 2023 läuft.

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• Projektwebsite eHaul

Durch das stetig wachsende Verkehrsaufkommen im Personen- und Güterverkehr – vor allem im urbanen Raum – stößt die vorhandene Infrastruktur immer mehr an die Grenzen ihrer Kapazität. Autonomes und vernetztes Fahren gilt als vielversprechender Ansatz, den Verkehrsfluss zu optimieren, wirft aber aufgrund der Komplexität und der Vielzahl unterschiedlichster Verkehrsteilnehmer sicherheitsrelevante Fragen auf. Im Leitprojekt ALBACOPTER entwickeln sechs Fraunhofer-Institute daher eine skalierbare, fliegende Experimentalplattform mit der VTOL-Fähigkeit (Vertical Take-Off and Landing) eines Multicopters und den aerodynamischen Vorzügen eines Gleiters, die für Test- und Demonstrationsflüge zugelassen werden soll.

Nach erfolgreicher Validierung des Systemkonzepts an wirtschaftlich sinnvollen Skalierungen wird eine Innovationsplattform geschaffen, die der experimentellen Erprobung des Fluggerätekonzeptes dient. Mit diesem Projekt würde Fraunhofer erstmals ein experimentelles Fluggerät zur Verfügung stehen, mit dessen Hilfe ein breites Spektrum an Hightech-Entwicklungen für die Urban Air Mobility nicht nur getestet, sondern auch öffentlichkeitswirksam präsentiert werden können.

• Projektwebsite ALBACOPTER
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Die Bereitstellung von Infrastruktur für Elektrofahrzeuge bietet Unternehmen die einzigartige Chance, den Wandel zur nachhaltigen Mobilität mitzugestalten. Welche Herausforderungen treten bei der Errichtung und dem Betrieb der Ladeinfrastruktur auf? Mit welchen Lösungsansätzen können diese gemeistert werden? Um Antworten auf diese Fragen zu finden, werden im Rahmen des Verbundprojekts »LamA – Laden am Arbeitsplatz« bundesweit an 36 Fraunhofer-Instituten Ladeinfrastruktur für Elektrofahrzeuge installiert und Herausforderungen erprobt. Die dabei aufkommenden Lösungen und das erworbene Wissen möchte Fraunhofer an Unternehmen und Interessierte weitergeben, um Organisationen bei dem Transformationsprozess zu einer nachhaltigen Mobilität zu unterstützen. 

Hierzu lädt das Projektteam herzlich zum virtuellen Transfertag mit dem kostenlosen Webinar »Zeitenwende Elektromobilität?« ein. Die Veranstaltung richtet sich insbesondere an Interessierte aus kleinen und mittleren Unternehmen (KMU) sowie aus Großkonzernen, Kommunen, lokalen Energieversorgern und Verkehrsbetrieben.

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• Projektwebsite LamA

Der Einsatz von Wasserstoff ermöglicht emissionsfreie Mobilität und gilt als wesentliche Grundlage bei der Umsetzung geplanter Klimaziele der Bundesregierung und ist zentrales Element der Energiewende. Gemeinsam mit dem Start-up ELO Mobility aus Berlin entwickelt das Fraunhofer IVI im »Go4City«-Projekt eine neue Generation von revolutionären Stadtlinienbussen mit Wasserstoffantrieb. Diese neuartigen Busse sollen deutlich weniger Wasserstoff verbrauchen, so dass das Optimierungspotential in Bezug auf Reichweite und Betriebskosten gegenüber derzeit verfügbaren Fahrzeugtechnologien erheblich verbessert wird. Unterstützt wird »Go4City« dabei auch durch das Technologieunternehmen HyMove B. V. aus den Niederlanden. Geplant ist, die Erkenntnisse aus dem Projekt in die Serienproduktion von neuartigen leistungsstarken Wasserstoffbussen einfließen zu lassen.

Förderung erhält das Vorhaben vom Bundesministerium für Verkehr und digitale Infrastruktur im Rahmen des Nationalen Innovationsprogramm Wasserstoff- und Brennstoffzellentechnologie (NIP).

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Da es bisher noch keinen durchgängigen Prüf- und Zertifizierungsprozess für additiv gefertigte Bauteile gibt, muss ein Großteil der Proben zerstörend geprüft werden. Um in Zukunft den Zulassungsprozess für solche Bauteile in der Luftfahrt zu vereinfachen und zu beschleunigen, wird im Projekt CertiFlight (»Durchgängige digitale Qualitätssicherungsketten für innovative Zulassungsprozesse am Beispiel additiver Fertigungstechnologien«) eine selbstlernende, Big-Data- und KI-basierte Plattform für digitale Prüf- und Zertifizierungsverfahren entwickelt. Am 26. Januar fand nun das virtuelle Kick-off-Treffen mit allen Projektpartnern statt.

In CertiFlight sollen durch die Analyse aller Prozessschritte und den Einsatz von Methoden der künstlichen Intelligenz die qualitätsrelevanten Prozessparameter identifiziert werden, um anschließend nicht nur ein Bauteil, sondern den gesamten Produktionsprozess zertifizieren zu können. Ziel ist es, mittels der Fraunhofer-KI verschiedene modulare Datenanalysekomponenten zu entwickeln, um die bei diesem Prozess entstehenden Daten in ihrer Gesamtheit zu analysieren und Aussagen bezüglich der Qualität der additiv gefertigten Bauteile treffen zu können.

Das Fraunhofer IVI beschäftigt sich im Projekt schwerpunktmäßig mit der Big Data Datenanalyse auf Basis von parallelisierbaren KI-Methoden. Dem interdisziplinären Konsortium gehören zudem zwei weitere wissenschaftliche Partner (TU Dresden und BTU Cottbus Senftenberg) sowie drei Industriepartner (IMA Materialforschung und Anwendungstechnik GmbH,  Inquence GmbH und  AM Metals GmbH) an. Somit ist die gesamte Wertschöpfungskette vom Maschinenhersteller über den Zulasser bis hin zum Anwender abgedeckt. Mit einer geplanten Laufzeit von 51 Monaten soll das vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie geförderte Vorhaben bis Anfang 2025 fertig gestellt werden.