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Elektromobilität

Shuttles: Es geht nur elektrisch

| Autor/ Redakteur: Ulrich Schiefer* / Sven Prawitz

Die Konzepte für automatisierte Shuttles ähneln sich nicht zufällig in Aufbau und Design. Die vorgesehenen Fahrmodi sind sehr flexibel. Diese Anforderungen kann nur eine Antriebsart erfüllen.

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Das Konzept der automatisierten Shuttles ist spiegelsymmetrisch. Wo vorne und wo hinten ist, ergibt sich erst durch die Fahrtrichtung.
Das Konzept der automatisierten Shuttles ist spiegelsymmetrisch. Wo vorne und wo hinten ist, ergibt sich erst durch die Fahrtrichtung.
(Bild: Continental)

Bedenkt man, wie selten in über 120 Jahren Automobilgeschichte eine neue Fahrzeugspezies entsteht, sind autonome Shuttles ein Jahrhundertereignis. Der Mobilitätsbedarf in verdichteten Innenstadtbezirken steigt, gleichzeitig verwaisen manch ländliche Gebiete. Das bietet autonomen Shuttles gute Bedingungen – und einschlägige Projekte sprießen wie Pilze aus dem Boden.

Standard für die Fahrzeugarchitektur

Sieht man sich die Konzepte an, sucht man vergeblich nach etwas Vergleichbarem: Gestalt und Form erinnern am ehesten an einen gestylten Überseecontainer auf vier Rädern. Und so bildet sich bereits ein Quasistandard für die Fahrzeugarchitektur heraus. Dieser Standard ist sicherheitsrelevant, weil anderen Verkehrsteilnehmern sofort klar werden soll: Hier tritt ein Fahrzeug an, bei dem die klassische Interaktion des Augenkontakts mangels Fahrer nicht stattfinden kann.

Monobox-Design dominiert

Das typische Monobox-Design ist das topologische Ergebnis dreier betrieblicher Anforderungen:

  • kein Fahrerarbeitsplatz
  • keine Fahrtrichtungspräferenz, d. h. uneingeschränkte Vor- und Rückwärtsfahrt
  • minimaler Fahrzeugflächenbedarf relativ zur Passagierzahl

Emissionsausstoß über das Dach

Ein von oben durch eine Klappe zugänglicher Motorraum entfällt zwangsläufig, was einen wartungsfreien Antrieb voraussetzt. Die fehlende Fahrtrichtungspräferenz erschwert es, die Auspuffmündung zu positionieren – ohnehin sollte ein Emissionsausstoß im Mischverkehr mit Fußgängern nur über das Dach erfolgen.

Ein weiterer Standard hat sich in Form des von Tesla erstmals in Serie gezeigten Skateboard-Designs herausgebildet: Eine flache Fahrplattform wird strukturell um den möglichst niedrig gestalteten Batterietrog herum aufgebaut. Dies trennt funktional die Fahrplattform von der Lasteinheit – das hat BMW beim i3 früh realisiert. Das bei Limousinen übliche Skateboard-Design wird beim Shuttle durch eine weitere Absenkung zwischen den Rädern noch extremer ausgelegt – es wird deutlich flacher. Das hat Tiefladerqualitäten, die auch ohne die Neigetechnik von Stadtbussen funktionieren.

Flexible Fortbewegung

Voraussetzung dafür sind Antriebe, die eine mechanische Momentenübertragung weder von Achse zu Achse noch von Rad zu Rad einer Achse erfordern. Der Nutzen der radnahen Elektroantriebe kann durch radselektive Lenkbarkeit, wie zum Beispiel von Schaeffler vorgeschlagen, maximiert werden, ähnlich dem Azipodenantrieb großer Schiffe. Das macht die Fortbewegung ungeahnt flexibel: Das Shuttle kann beispielsweise auf kürzestem Wege im Krebsgang aus einer Haltestelle herausmanövrieren.

Funktionale Anforderungen

Außer den geometrischen gibt es auch funktionale Anforderungen an einen Shuttle-Antrieb: Er muss leicht ansteuerbar sein und eine hohe Wiederholbarkeit gewährleisten. Außerdem muss der Motor sehr schnell auf die Anforderung reagieren können. Der Verbrenner ist hier durch das gasdynamische Limit Schallgeschwindigkeit im Nachteil gegenüber dem Elektronenstrom mit dem Limit Lichtgeschwindigkeit. Da E-Motoren weniger komplex sind, kann ein mechanisches Interface (Drosselklappensteller etc.) entfallen, wodurch ein servomotorischer Antrieb redundant wird. Heute in den Umrichtern moderner E-Antriebe übliche IGBT-Leistungssteller (insulated-gate bipolar transistor, kurz IGBT) erfüllen das ohne Weiteres.

Elektroantrieb bietet funktionale Sicherheit

Eine weitere Anforderung ergibt sich aus der funktionalen Sicherheit und führt automatisch zur Präferenz des Elektroantriebs: Der Verbrenner weist Betriebsrisiken auf, die dem E-Antrieb fremd sind. Beginnend vom unterbleibenden Neustart (Stopp/Start) bis zum ungeplanten „Durchgehen“ durch Glühzündung des oft hochaufgeladenen Motors. Last not least entsteht die Anforderung nach der Energiezufuhr: Einige Betriebskonzepte zeigen den depotlosen Betrieb auf. Das heißt, das Fahrzeug fährt 24 Stunden an sieben Tagen oder verbleibt bei Betriebsunterbrechung in einer Haltestelle. Es ist kaum vorstellbar, dass man dort bei laufendem Fahrgastbetrieb eine Flüssigbetankung integrieren könnte. Dagegen ist eine induktive oder kontaktierende elektrische Ladung unter dem Boden oder über das Dach problemlos möglich und heute bereits im E-Busverkehr üblich.

Bei einem verbrennungsmotorischen Antrieb müssten durch signifikante Zusatzaufwände Systemnachteile kompensiert werden. Dennoch bliebe am Ende immer noch eine schlechtere Leistungsfähigkeit des Shuttles. Die beschriebenen Einflussfaktoren legen den Schluss nahe, dass das typische autonome Shuttle vorwiegend elektrisch angetrieben sein wird.

Ulrich Schiefer, Geschäftsführer von Attrack – Gesellschaft für Mobilität

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