Das Stadtfahrzeug der Zukunft?

Extrem wendig, lokal emissionsfrei sowie vernetzt mit Fahrer und Umwelt: Mit der Smart Urban Vehicle genannten Studie zeigt ZF Friedrichshafen, welches Potenzial die intelligente Vernetzung einzelner Fahrwerk-, Antriebs- und Fahrerassistenzsysteme in sich trägt. ZF sieht diese Studie als „exemplarische Lösung für das Klein- und Kompaktsegment im urbanen Individualverkehr“. Herzstück des Konzeptfahrzeugs ist der radnahe, rein elektrische Hinterachsantrieb eTB (electric Twist Beam), der es ermöglicht, das grundlegende Layout des Smart Urban Vehicle neu zu gestalten. Auch die Vorderachse zeigt sich innovativ: Einschlagwinkel von bis zu 75 Grad erhöhen die Agilität und Wendigkeit des Prototyps enorm. Für zusätzlichen Komfort sowie für Sicherheit und Effizienz sorgen zwei Fahrerassistenzfunktionen: Smart Parking Assist manövriert das Fahrzeug in nahezu jede noch so kleine Lücke – per Knopfdruck ferngesteuert über mobile Geräte wie Smartphone oder Smartwatch.

Das Smart Urban Vehicle hat ZF auf Basis vorhandener Fahrzeug-Chassis realisiert. Alfred Vollmer

Die cloudbasierende Assistenzfunktion Prevision Cloud Assist ermöglicht besonders effizientes Fahren. Details hierzu finden Sie in dem separaten Beitrag zum Thema Connectivity. Die Konzeptstudie regelt beispielsweise bei Bedarf rechtzeitig vor Kurveneinfahrt das Antriebsmoment nach unten und drosselt so ohne mechanischen Bremsvorgang die Geschwindigkeit.

Auch über das Lenkrad steht der Fahrer im direkten Kontakt zum Smart Urban Vehicle: Eine Berührungserkennung deckt die Lenkradfläche vollständig ab und bildet damit die Grundlage für Assistenz- und automatisierte Fahrfunktionen. Ein OLED-Display befindet sich in der direkten Sichtachse und zeigt bei Bedarf zusätzliche Informationen an.

„Mit dem Smart Urban Vehicle zeigt ZF, welche konkreten Lösungen für den städtischen Individualverkehr wir heute schon allein dadurch erzielen können, dass wir bestehende Technologien und Systeme im Fahrzeug miteinander vernetzen, sie mit dem Fahrer, mit dessen Verhalten und mit der Umwelt interagieren oder auf Datenmaterial zugreifen lassen, das mittels Cloud Connectivity an jedem beliebigen Ort zur Verfügung steht“, erklärt Dr. Stefan Sommer, Vorstandsvorsitzender der ZF Friedrichshafen. „Gleichzeitig markiert diese Studie gewissermaßen auch einen Startpunkt, von dem aus sich die Konzepte für die urbane Mobilität der Zukunft sehr konkret weiterdenken lassen – auch im Hinblick auf die neuen Kompetenzfelder, die dem ZF-Konzern aus der Übernahme von TRW erwachsen.“

Komplett neu aufgebaut

Der radnahe Elektroantrieb eTB unterstützt per Torque Vectoring an der Hinterachse die Lenkbewegungen der Vorderachse. Dies ermöglicht automatisches Einparken selbst in engste Parklücken in nur einem Zug. Im Vordergrund ist die Motor-ECU sichtbar. Alfred Vollmer

Mit dem Smart Urban Vehicle präsentiert ZF ein Elektrofahrzeug, das auf Basis eines Standard-Kleinwagens komplett eigenständig aufgebaut wurde. Die Leistung bezieht das Konzeptfahrzeug aus einer Traktionsbatterie, die in insgesamt drei Modulen an der Vorder- und Hinterachse Platz findet. Den Antrieb übernimmt die Verbundlenker-Hinterachse eTB von ZF, an deren linkem und rechtem Rad je eine kompakte Antriebseinheit mit einer Leistung von 40 kW sitzt. Bei einem Achsmoment von 1400 Nm und einer Maximaldrehzahl von 21.000 Umdrehungen pro Minute erreicht das grundsätzlich auf den innerstädtischen Verkehr ausgelegte Fahrzeug eine Höchstgeschwindigkeit von 150 Kilometern pro Stunde.

Wendig durch die Stadt

„An der Vorderachse haben wir ein neues Konzept mit Einschlagwinkeln von bis zu 75 Grad realisiert“, erklärt Dr. Harald Naunheimer, Leiter Forschung und Entwicklung bei ZF. Dieses Fahrwerkkonzept verringert damit den Lenkaufwand bei Park- und Wendemanövern deutlich und erhöht folglich vor allem die Wendigkeit des Kleinwagens: Dank des veränderten Radeinschlags reduziert sich der Wendekreisdurchmesser des Smart Urban Vehicle auf weniger als sieben Meter. Damit ist ein U-Turn, also ein Wendemanöver von 180 Grad, auf einer gängigen zweispurigen Straße problemlos möglich. Unterstützt werden die Lenkbewegungen an der Vorderachse vom Torque-Vectoring-System des Hinterachsantriebs, das die Antriebskraft individuell auf die beiden Hinterräder verteilt und das Anfahren bei derartig großen Radeinschlägen erst ermöglicht. In bestimmten Fällen bringt das Fahrzeug das Drehmoment an seinen Hinterrädern sogar in unterschiedliche Richtung auf. Damit lässt sich das Konzeptfahrzeug auch in äußerst kleine Parklücken von etwa vier Metern Länge bequem in meist nur einem Zug manövrieren.

Smart Parking Assist

Der Smart Parking Assist ermöglicht das Einparken auch von außerhalb des Fahrzeugs – per Smartphone oder Smartwatch. Das Einparken erfolgt vollautomatisiert mit extrem wenigen Zügen. ZF

Besonders deutlich werden die Vorzüge des neuen Vorderachskonzepts im Zusammenspiel mit der Fahrerassistenzfunktion Smart Parking Assist im Smart Urban Vehicle. Das System unterstützt den Fahrer nicht nur beim Erkennen passender Parkplätze, sondern kann den Wagen auch vollautomatisch längs oder quer zur Fahrtrichtung parken. Seine Informationen bezieht der Parkassistent von zwölf Ultraschallsensoren und zwei Infrarotsensoren an Front-, Heck- und Längsseiten des Fahrzeugs, die einen geeigneten Parkplatz ermitteln. Die Steuerelektronik verarbeitet die Informationen und regelt alle an der Parkfunktion beteiligten Systeme – beispielsweise den Elektroantrieb und den benötigten Lenkeinschlag der Elektrolenkung. Der Fahrer kann während des Vorgangs über das Display im Cockpit mit dem Fahrzeug interagieren oder die Parkfunktion erst nach dem Aussteigen mittels Applikation auf einem mobilen Gerät wie beispielsweise einer Smartwatch auslösen. Das Smart Urban Vehicle sucht danach selbständig in Schrittgeschwindigkeit die Umgebung nach der passenden Lücke ab und leitet den Parkvorgang selbstständig ein.

Komfort für den Fahrer, Entlastung für die Städte

Für die Zukunft sind mit dem Smart Parking Assist Szenarien denkbar, die Fahrern einen zusätzlichen Nutzen bringen: Denn wenn das Fahrzeug nach dem Ausstieg am Zielort autonom ein freies Parkhaus ansteuert, spart das wertvolle Zeit. „Bei der Umsetzung des Konzepts hatten wir aber nicht nur den Vorteil für die Fahrer im Blick“, erläutert Harald Naunheimer. „Wenn Pkws in Zukunft fahrerlos einparken, können auch die Parkflächen effektiver genutzt werden. Denn die Türöffnungswinkel müssten dann im Parkhaus nicht mehr berücksichtigt werden: die Parkplätze werden kleiner. Das entlastet auch die Städte, weil sich die gewonnenen Flächen dann als zusätzliche Lebens- oder Arbeitsräume sinnvoll nutzen lassen.“

Kommunikation über das Lenkrad

Das Lenkrad im Smart Urban Vehicle verfügt über eine Hands-on Detection; das OLED-Display dient als Schnittstelle zwischen Fahrer und Fahrzeug zur Unterstützung von Assistenz- und automatisierten Fahrfunktionen. ZF

Der Fahrer ist zu jeder Zeit über das Eingreifen des vorausschauenden Fahrerassistenzsystems Prevision Cloud Assist  verfügt im Lenkradkranz in der direkten Sichtachse des Fahrers über ein OLED-Display. Dieses Display zeigt zum Beispiel an, wieviel Antriebsmoment das Fahrerassistenzsystem vor Kurveneinfahrt wegnimmt – oder nach der Kurve wieder zur Verfügung stellt.

Aber auch mittels der Berührungserkennung HOD (Hands-on Detection) steht der Fahrer im direkten Kontakt zum Smart Urban Vehicle. Das kapazitive System deckt die Lenkradfläche vollständig ab und erkennt, ob der Fahrer das Lenkrad festhält. Der identifizierte Zustand wird im Lenkrad digitalisiert und steht dem Fahrzeug über den LIN-Bus zur Verfügung. Je nach Situation alarmiert das Fahrzeug den Fahrer oder aktiviert die zur Verfügung stehenden Assistenzsysteme.

„Mit der Hands-on Detection schaffen wir die Grundlage für Assistenz- und automatisierte Fahrfunktionen, die den Fahrer entlasten – beispielsweise im urbanen Verkehr, der zu Stoßzeiten von anstrengenden Stop-and-go-Phasen geprägt ist“, erklärt Dr. Alois Seewald, Technical Director Integrated Active & Passive Safety Technologies bei ZF TRW. Diese Assistenzsysteme sorgen zum Beispiel selbstständig für ausreichend Abstand zum Vordermann oder leiten sicher einen notwendigen Bremsvorgang ein. „Damit können wir die Fahrsicherheit erhöhen – selbst wenn der Fahrer die Hände nicht am Steuer hat.“

(av)