Von Karin Michaelis

Steigende Ölpreise, Klimaschäden und verstopfte Straßen vor Augen forschen Wissenschaft und Industrie an neuen Verkehrs- und Fahrzeugkonzepten. Der IdeenPark von ThyssenKrupp macht die Zukunft der Mobilität für seine Besucher bereits heute erlebbar. Wir stellen einige beispielhafte Projekte vor.

"Der Wettbewerb der Autohersteller findet in Zukunft in der Software statt", sagt Daniel Brunnschweiler. Der Leiter der Grundlagenentwicklung bei ThyssenKrupp Presta beschäftigt sich mit den automobilen Lenksystemen der Zukunft.

Seine Vision: "Ich will in mein Auto steigen, ihm sagen: ,fahr mich nach Hause', und dann die Zeitung aufschlagen. Mögen manche das als Entmündigung sehen, ich sehe es als Befreiung."

Innovationen im Auto werden in Zukunft also fast ausschließlich von Bits und Bytes bestimmt. Sind die Fahrzeuge erst einmal mit allen Funk-, Video-, Radar- und Infrarot-Sensoren ausgestattet, wird den Rest des Fahrens die Software des Autos erledigen. Elektronisch geregelten Lenkungen kommt beim automatischen Fahren eine Schlüsselrolle zu.

Und so wird die Elektronik in naher Zukunft die Lenkungstechnik revolutionieren, indem sie mehr und mehr mechanische Komponenten wie Lenksäule, Spurstangen, Lenkgetriebe und Lenkwelle verdrängt und Manövriervorgänge der Verkehrssituation anpasst beziehungsweise korrigiert.

Elektrische Lenkhilfen wie die elektromechanische Servolenkung (Electric Power Assisted Steering) liegen bereits heute voll im Trend; Automarken wie Mercedes, VW oder Renault bauen sie schon ein. Hier ersetzt ein Elektromotor die herkömmliche hydraulische Lenkunterstützung.

Es fallen nicht nur Pumpe, Pumpenantrieb, Ölbehälter und Hydraulikleitungen weg - das freut die Autohersteller, weil sie wieder mehr Gestaltungsraum haben -, der Fahrer spart auch fast einen halben Liter Sprit auf 100 Kilometer, rechnet Brunnschweiler vor. Denn der Elektromotor schaltet sich nur bei Bedarf zu, während eine Ölpumpe ständig den Motor belastet.

Schon bei den heutigen Serienfahrzeugen greift die Elektronik aktiv in das Fahrgeschehen ein. Antischleudersysteme wie ESP verhindern zum Beispiel ein Ausbrechen des Wagens durch gezieltes Abbremsen einzelner Räder. "Das ist ein ziemlich heftiger Eingriff", sagt Brunnschweiler. "Über eine intelligente Lenkung könnte man das wesentlich subtiler und stabilisierender machen."

Eine Vorstufe ist das so genannte "Active front steering", wie es BMW einsetzt. Die Aktivlenkung variiert je nach Fahrsituation und Geschwindigkeit den per Lenkrad vorgegebenen Lenkwinkel. Bei niedriger Geschwindigkeit wird der Lenkwinkel vergrößert, bei schneller Autobahnfahrt verringert. Dadurch wird das Fahrzeug auf kurvenreichen Strecken beweglicher und agiler.

Völlige Freiheit in der Gestaltung von Lenkgefühl und Fahrverhalten haben die Hersteller bei "Steer by Wire"-Systemen, bei denen es zwischen Lenkrad und Rädern überhaupt keine mechanische Verbindung mehr gibt. Der Lenkbefehl wird von einem Sensor über ein Steuergerät elektrisch weitergeleitet.

Intelligente Software

Dadurch kann man die Stellung der Vorderräder vom Lenkverhalten des Fahrers vollständig entkoppeln und in kritischen Situationen korrigieren. Damit zum Beispiel das Auto sicher durch die Kurve steuert, obwohl der Fahrer erschrocken das Lenkrad verrissen hat. Sicherheit ist das Eine. Doch die Intelligenz der Software entscheidet auch über den Charakter des Fahrzeuges. "Der wichtigste sensorische Input für den Fahrer ist das Lenkmoment, die Kraft, die er an der Hand spürt", erklärt Brunnschweiler.

"Dieser Eindruck ist schneller als jedes optische Signal. Ohne Lenkmoment kann man nicht einmal geradeaus fahren." Da bei Steer by wire ein Elektromotor das Lenkgefühl künstlich erzeugt, hat hier der Autohersteller alle Möglichkeiten, Agilität, Dynamik, Stabilität oder komfortables Dahingleiten zu simulieren.

Doch, so Brunnschweiler, werde die rein elektronische Lenkung noch auf sich warten lassen. "Man müsste wie im Flugzeug, wo bereits ,Fly by Wire' eingesetzt wird, mit redundanter Technik arbeiten - Sicherheit plus Elektronik geht ja nicht automatisch zusammen. Doch das ist im Auto zu teuer."

Vorfahrt für Systemsicherheit

Und deshalb steht in Brunnschweilers Lastenheft das Thema Systemsicherheit ganz oben. Denn das wäre der Gau: Wenn ein Autofahrer sich auf die Elektronik verlässt und dabei in den Graben fährt. Kein Wunder, dass sich Brunnschweiler von amerikanischen Sicherheitsexperten für Atomkraftwerke beraten lässt.

Allerdings werden in Zukunft Autos nicht nur besser lenken als ihre Fahrer, sie werden auch besser die Verkehrslage beurteilen. "Aquaplaning", "Notarzt von hinten" oder "Stau hinter der nächsten Kurve" warnt dann eine Anzeige im Wagen. Der Gegenverkehr oder eben Rettungswagen haben es dem Fahrer auf ein Display am Armaturenbrett gespielt.

Noch ist ein solches Szenario Zukunftsmusik, doch die Autos von morgen werden miteinander kommunizieren, selbstständig und sekundenschnell. Informationen über Witterung, Verkehrsfluss und Straßenzustand werden, so die Vorstellungen der Ingenieure, von Auto zu Auto weitergereicht.

Wenn ein Pkw zum Beispiel Glatteis ausmacht, funkt er alle Verkehrsteilnehmer direkt an, die sich in der Umgebung befinden. Da jedes einzelne Fahrzeug sowohl Sender, Empfänger als auch Vermittler sein kann, wird ein Netzwerk geschaffen, das sich spontan (ad hoc) bildet, sich selbst organisiert und ohne externe Infrastruktur auskommt.

In der exakten Ortsangabe liegt jedoch die Schwierigkeit: "Es ist extrem schwer, zwei sich bewegende Objekte im Rahmen einer Funkkommunikation räumlich zu koordinieren", sagt Prof. Martin Vossiek von der TU Clausthal. Denn Funkwellen bewegen sich mit Lichtgeschwindigkeit und legen in einer Nanosekunde bereits 30 Zentimeter zurück. Und genau hier setzt Vossiek mit seinem dem innovativen Funkortungssystem "Local Positioning Radar" (LPR) an, das er zusammen mit der Firma Symeo entwickelt.

hat. Ursprünglich für den industriellen Transport-, Logistik- und Produktionsbereich gedacht, erlaubt LPR in Echtzeit eine bis auf wenige Zentimeter genaue Ortung mobiler Objekte. In einem Pilotprojekt konnten so erhebliche Produktionskosten gespart werden, allein durch den optimalen Einsatz von Gabelstaplern und Lastkränen und damit optimalem Materialfluss.

Die präzise Ortung und hohe Messrate machen Local Positioning Radar nach Vossieks Meinung auch für die Car-to-Car-Kommunikation im klassischen Autoverkehr interessant. "Wir haben das pfiffigste Ortungssystem. Hier ist LPR GPS überlegen", sagt er. Das bekannte satellitengestützte Ortungssystem Global Positioning System GPS hat "eine Grundortungsgenauigkeit von nur 20 Metern und ist relativ langsam".

LPR hingegen arbeitet laut Vossiek mit einer sehr hohen Messrate eindimensional zwischen zwei Punkten und kann deshalb wesentlich genauere Daten für eine Kommunikation zwischen zwei Punkten liefern. "Information ist ja ganz oft kontextabhängig. Wir ergänzen die Information ,Stau voraus' zum Beispiel blitzschnell durch die Entfernungskomponente, also ,Stau nach 500 Metern'", erklärt der Ingenieur.

Der Vorteil: Der Fahrer hat noch die Möglichkeit, die nächste Ausfahrt zu nehmen, und muss nicht lange rätseln, wo der Stau kommt. In diesem erlebbaren Kundennutzen sieht Vossiek das enorme Potenzial von LPR.

Damit so ein Funknetz funktioniert, gilt als Daumenwert, dass etwa 15 Prozent der Autos mit entsprechenden Sendern und Empfängern ausgerüstet sein müssten. Erst dann gelten Daten als ausbreitungsfähig und haben einen Effekt auf den Verkehr.

(innovate 06/2006)