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Visio.M-Projekt: E-Fahrzeug bekommt Leichtbau-Struktur aus Carbonfasern

31.01.2013

Ein Elektrofahrzeug, das extrem leicht ist und trotzdem sicher? Dass sich beides verbinden lässt, soll das Forschungsprojekt Visio.M zeigen. Wissenschaftler sowie Ingenieure führender deutscher Technologieunternehmen arbeiten gemeinsam an diesem visionären Mobilitätskonzept für die Elektromobilität von morgen: Sie setzen dabei auf eine stabile Monocoque-Bauweise, moderne Carbonfaser-Kunststoffe und Gewichtseinsparungen bei Motor und Getriebe. Erste Antriebs- und Fahrwerkstests hat ein Versuchsträger des zukünftigen E-Fahrzeugs bereits erfolgreich absolviert.


Foto: A. Heddergott / S. Rauchbart (TUM)

Bislang gab es nur entweder – oder. Herkömmliche Elektro-Kleinstfahrzeuge sind entweder sehr leicht, müssen dafür aber mit reduzierter Sicherheitstechnik aus-kommen. Oder Rahmen und Knautschzonen größerer E-Fahrzeuge sorgen für Gewicht und gehen damit zulasten der Reichweite. Wissenschaftler sowie Ingenieure führender deutscher Technologieunternehmen wollen das nun ändern. Im Projekt Visio.M arbeiten sie gemeinsam an einem Mobilitätskonzept, das von Anfang an beiden Anforderungen genügt: ein effizientes Elektrofahrzeug mit minimalem Gewicht, das ein höchstmögliches Sicherheitsniveau bietet.

Bei der Fahrzeugstruktur haben sich die Visio.M-Ingenieure deshalb für eine innovative Monocoque-Bauweise entschieden. Diese aus dem Rennsport bekannte Struktur erlaubt es in Verbindung mit Leichtbau-Materialien, Fahrzeuge mit hoher Stabilität und minimalem Gewicht zu konstruieren.

Innovative Materialien

Neuland beschreiten die Entwickler auch bei den besonders leichten Materialien, die für die Fahrzeugstruktur zum Einsatz kommen: Die schalenförmige Fahrgastzelle soll bei Visio.M aus Carbon-faserverstärktem Kunststoff (CFK) bestehen. Solche Verbundwerkstoffe werden zwar bereits im Flugzeugbau und für Luxus-Sportwagen verwendet. Sie sind allerdings noch sehr aufwändig zu produzieren und entsprechend teuer. Ziel der Visio.M-Ingenieure ist es deshalb, zu prüfen, inwieweit die Carbonfaser-Werkstoffe auch für serientaugliche Kleinstfahrzeuge nutzbar sind. Auch beim Antrieb ringen die Visio.M-Ingenieure um jedes Kilogramm. Das zukünftige E-Fahrzeug wird von einem effizienten und kompakt gebauten Asynchron-E-Motor angetrieben. Für das Getriebe kommen zudem besonders leichte Zahnräder zum Einsatz, die auf hohl ausgeführten Wellen sitzen. Damit kann es bis zu 15 Prozent leichter werden als herkömmliche Getriebe.

Sicherheit entscheidet
Trotz aller Gewichtseinsparung steht die Sicherheit der Insassen im Visio.M-Projekt an erster Stelle: Die stabile Karbonfaser-Fahrzeugstruktur wird dafür mit weiteren aktiven und passiven Schutzkonzepten ergänzt, die insbesondere die spezifischen Sicherheitserfordernisse eines Elektro-Kleinstfahrzeugs adressieren. Zu den Ideen, denen die Ingenieure in ihrer Forschungsarbeit nachgehen, gehören zum Beispiel speziell an solche Fahrzeuge angepasste Gurtsysteme sowie weitere innovative Konzepte zur Reduzierung der Insassenbelastung bei einem Unfall. Am Projektende soll das E-Fahrzeug ein höchstmögliches Sicherheitsniveau bieten. Die ersten Fahrwerkstests hat ein Versuchsträger des zukünftigen E-Fahrzeugs bereits absolviert. Auf einem Testgelände in der Nähe von München wurden die Fahrdynamikregelsysteme, also das Antiblockiersystem und das Torque-Vectoring-System, erfolgreich in Betrieb genommen – ein weiterer Schritt hin zum sicheren Elektrofahrzeug.

Über Visio.M:
An Visio.M beteiligen sich, neben den Automobilkonzernen BMW AG (Konsortialführer) und Daimler AG, die TU München als wissenschaftlicher Partner, sowie Autoliv B.V. & Co. KG, Bundesanstalt für Straßenwesen (BASt), Continental, E.ON AG, Finepower GmbH, Hyve AG, IAV GmbH, InnoZ GmbH, Intermap Technologies GmbH, LION Smart GmbH, Neumayer Tekfor Holding GmbH, Siemens AG, Texas Instruments Deutschland GmbH und TÜV SÜD AG. Das Projekt wird im Rahmen des Förder-programms IKT 2020 und des Förderschwerpunktes „Schlüsseltechnologien für die Elektromobilität – STROM“ des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF) über 2,5 Jahre mit insgesamt 10,8 Mio. Euro gefördert.

Der Lehrstuhl Industrial Design leitet das Design und die operative Arbeitsgruppe (OAG) Interieur und Exterieur.

Das Fahrzeugdesign des Projekts Visio.M verbindet Modernität und Funktionalität mit zeitloser Linienführung. Es zeigt ein vollwertiges Automobil als langlebiges und eigenständiges Serienprodukt.
Die gerundete Frontpartie sowie die Silhouette, mit flacher Windschutzscheibe und Fließheck, bilden die Grundlage der aerodynamischen Karosserie. Der optimale Luftwiderstand (cw-Wert < 0,26) führt, zusammen mit dem geringen Gewicht und ausgereiften Komponenten, zu einer hohen Effizienz.

In der Gestaltung des Interieurs ermöglicht das Prinzip der Reduktion einen großzügigen Raumeindruck und lenkt den Fokus auf die Fahraufgabe. Die Bedienelemente sind in zwei Funktionsbereiche gegliedert. Primärfunktionen sind direkt erreichbar und haptisch ausgeführt, Sekundärfunktionen sind in einem zentralen Touchscreen-Element zusammengefasst.

Im Projekt Visio.M wird das am Lehrstuhl für Industrial Design entwickelte Design des Fahrzeugs MUTE im Detail optimiert. Das Fahrzeug wird aerodynamisch und ergonomisch weiter verbessert und auf die Kundenwünsche angepasst. Zudem werden die neuen Anforderungen der CFK-Monocoque-Bauweise und des Sicherheitssystems im Exterieur und Interieur Design umgesetzt.

Projektleitung
Prof. Dipl. Des. Fritz Frenkler, Dipl.-Ing. (Univ.) Simon Rauchbart