Projekt

Treiber der Mobiltiät gestern und heute: Von der Draisine zum Elektromobil

Sich verändernde Umweltverhältnisse können dazu führen, dass sich neue Technologien durchsetzen, die besser an die neuen Verhältnisse angepasst sind. Ein solches Beispiel ist die Draisine, der Vorreiter des heutigen Fahrrads und heutiger Mobilität im Allgemeinen, die sehr wahrscheinlich eine Antwort auf Ernteausfälle und das damit verbundene Nutztiersterben gewesen sein könnte.
Eine Reihe kalter Sommer führte in Europa zu Ernteausfällen und damit verbundener Futtermittelknappheit. Besonders das Jahr 1816, das als »Jahr ohne Sommer« in die Geschichte einging, war durch kalte Temperaturen geprägt [vgl. http://www.winterplanet.de/Sommer1816/Jos-Teil3.html]. Der Ausbruch des Vulkans Tambora (Indonesien) hatte große Mengen an Staub in die Atmosphäre freigesetzt, die zu Temperatureinbrüchen rund um den Globus geführt hatten [vgl. z.B. http://de.wikipedia.org/wiki/Jahr_ohne_Sommer]. Diese hatten die angesprochenen Ernteausfälle als Folge, die zu Hungersnöten, gestiegenen Nahrungsmittelpreisen und schließlich als Folge zum Nutztiersterben führten. Besonders die Gegend nördlich der Alpen, also auch Baden und Württemberg, war besonders betroffen.

»Genau für diese Notlage war Karl Drais’ zweirädrige Laufmaschine gedacht, ein vom Haferpreis unabhängiger Ersatz für Pferde« [vgl. Lessing, H.-E., Automobilität - Karl Drais und die unglaublichen Anfänge, Oktober 2003, Maxime-Kutschera Verlag, Leipzig]. Karl Drais, ein in Karlsruhe geborener Erfinder, entwickelte sein Laufrad, das nach seinem Namen Draisine genannt wird, also vor dem Hintergrund eines sich (temporär) verändernden Klimas, dessen Auswirkungen zu verknappten Ressourcen und erhöhten Futtermittelpreisen geführt haben. Die Draisine stellte demnach eine neue Form der Mobilität – die Draisine hat kein Vorbild in der Natur – dar, die eine Antwort auf die veränderten Bedingungen und Bedürfnisse der damaligen Individualmobilität geben konnte.

Die Situation heute ist vergleichbar: Ein sich veränderndes Weltklima, lokale und globale Emissionen, sich verknappende Ressourcen und steigende Rohölpreise stellen heutige Mobilitätsformen in Frage. Aber auch der demographische Wandel, die zunehmende Urbanisierung und sich verändernde Werte führen dazu, dass heutige Mobilität ganz neu gedacht werden muss. Das Elektrofahrzeug kann ein Teil der Antwort auf die sich verändernden Umweltbedingungen sein. Aufgrund der Möglichkeit, abhängig von der Art der Stromerzeugung, das Elektrofahrzeug emissionsfrei zu betreiben, kann der Problematik des Klimawandels und der sich verknappenden Ressourcen und den damit verbundenen steigenden Treibstoffkosten entgegnet werden. Sich verändernde Bedürfnisse und Ansprüche an Mobilität, Einschränkungen der Elektromobilität und energiewirtschaftliche Fragestellungen, aber auch neue Technologien erfordern es, Mobilität als Gesamtzusammenhang von Fahrzeugen, technischen Infrastrukturen, organisatorischen Konzepten, intermodalen Verkehrsansätzen und Betreibermodellen zu denken und zu konzipieren. U.a. Sharing-Konzepte werden in diesem Zusammenhang an Bedeutung gewinnen und müssen verstärkt im Gesamtzusammenhang der Mobilität gesehen werden. Auch heute könnten die sich ändernden Umweltbedingungen somit Anlass für die Entwicklung völlig neuer Mobilitätsformen sein, vergleichbar mit der Entwicklung der Draisine vor ca. 200 Jahren.

Aber nicht nur die Neuartigkeit der Mobilitätsform ist eine Gemeinsamkeit der Draisine und dem Elektromobil als Gesamtkonzept, wie es oben dargestellt wurde. Auch die Draisine hatte mit technischen Unzulänglichkeiten zu kämpfen. Was heute bei Elektrofahrzeugen hauptsächlich die geringe Reichweite ist, waren bei der Draisine Schwierigkeiten bei der Beherrschung des Gefährts und harte Räder, die eine weitere Verbreitung derselben aufgrund von Komfortaspekten verhinderten [vgl. http://de.wikipedia.org/wiki/Draisine_%28Laufmaschine%29]. Als Folge der schwierigen Beherrschbarkeit der Draisine konnten diese nicht auf den zerfurchten Fahrbahnen der Fuhrwerke bewegt werden und mussten daher auf die plattenbelegten Gehsteige ausweichen [vgl. http://www.mannheim.de/wirtschaft-entwickeln/karl-drais-urvater-des-individualverkehrs]. Das Fahren der Draisinen auf den Bürgersteigen wurde aufgrund der Verkehrsgefahren bald verboten, sodass sich die Verbreitung dieses Verkehrsmittels auch in Folge fehlender Infrastruktur um Jahrzehnte verzögerte. Aber trotz der Schwierigkeiten, die einer Verbreitung der Draisine zunächst entgegenstanden – eingeschränkter Komfort, Fehlen einer geeigneten Infrastruktur und wahrscheinlich auch ein hoher Preis –, konnte sie sich durchsetzen und wurde so zum Wegbereiter der modernen Mobilität.

Grundvoraussetzung für eine effiziente Regionalmobilität der Zukunft sind Mobilitätskonzepte, die den gewandelten Anforderungen an Nachhaltigkeit, Ressourcenschonung und Umweltverträglichkeit gerecht werden. Mit dem wachsenden Bedarf an neuartigen Nutzungs- und Abrechnungsmodellen entsteht die Notwendigkeit integrierter Systemansätze, durch die die existierenden Mobilitätssysteme – und somit auch bestehende Gewohnheiten – verändert und abgelöst werden können. Denn nur über die Akzeptanz der Nutzer haben alternative Ansätze Aussicht auf Erfolg.

Für besonders vielversprechende Konzepte des Individualverkehres erfolgen eine hard- und softwareseitige Umsetzung. Da Multimodalität, also die Nutzung eines Verkehrsmittels entsprechend des Wegezwecks, in der Vision eine wesentliche Rolle spielt, fokussiert sich REM 2030 auf verschiedene Verkehrskonzepte, die für unterschiedliche Transportzwecke geeignet sind und sich für die Beförderung im urbanen Bereich optimal ergänzen. Für kurze Strecken eignet sich im Besonderen das Fahrrad bzw. ein elektrisch angetriebenes Fahrrad.

Für Innenstadtfahrten wird das Mittel der Wahl ein neuartiges Kleinstfahrzeugkonzept sein, das sich durch lokale Emissionsfreiheit auszeichnet. Für längere Fahrten eignet sich ein Kleinfahrzeug, das die Möglichkeit der Fahrradmitnahme bietet. Für diese drei Fahrzeugkonzepte werden in REM 2030 Lösungen entwickelt, gekennzeichnet durch innovative Antriebskonzepte, eingebettet in eine ganzheitliche Lösung wie Leichtbaustrategien und IKT-Lösungen wie »grüne« Routenplanung, teil-autonomes, effizientes Fahren und Gestensteuerung. Das Ziel des Innovationsclusters REM 2030 einer gesamtheitlichen Betrachtung der urbanen Mobilität von morgen schlägt sich in der fachlichen, interdisziplinären Aufstellung des Innovationsclusters nieder.

Die Vision für Großstädte ergibt sich aus dem sogenannten »Shared Space«, ein von allen Verkehrsteilnehmern gemeinsam genutzter Bereich, um ein grünes Stadtumfeld mit hoher Lebensqualität zu erreichen. Für den Verkehr bedeutet dies einen starken öffentlichen Nahverkehr, integrierte Mobilitätsleistungen sowie die Benutzung elektrischer Klein- und Kleinstfahrzeuge (vgl. Viver).

Die Vision einer effizienten regionalen Individualmobilität umreißt ein Fahrzeugkonzept, dessen Reichweite, Leistungsfähigkeit und Nutzerfreundlichkeit den Anforderungen der Nutzer im Alltag genügen muss. Die Ziele des Projektes sind:

• Lokal emissionsfreier Betrieb von PKWs in Städten und Ballungsräumen
• Innovative und effiziente Antriebstechnik für die Elektromobilität (Motor und Energiespeicher)
• Energieeffiziente Nutzung sowie energiewirtschaftliche Einbindung
• Eine für Elektromobilität optimierte Leichtbauweise
• Fahrerassistenzsysteme und Mobilitätsassistenten
• Nutzerfreundliche Bedienung bei Multifunktionalität
• Umsetzung von Schlüsselelementen der Hard- und Software des erarbeiteten Mobilitätskonzeptes
• Integration der entwickelten Lösungen in Fahrzeugplattformen zur Erprobung, Außendarstellung und Akzeptanzanalysen
• Rückgriff auf Entwicklungen in anderen Mobilitätsprojekten zur Verfolgung eines stark integrativen und ganzheitlichen Ansatzes

Durch die Bündelung der Kompetenzen der beteiligten Forschungseinrichtungen, die sich ergänzen, wird eine systemische Konzeption einer regionalen Individualmobilität erstmalig möglich. Im Mittelpunkt der Aktivitäten, innovative Konzepte und Teilsysteme zu entwickeln, stehen die Kernthemen Fahrzeugkonzept (Hardware), Informations- und Kommunikationstechnologien (IKT) (Software) sowie Mobilitätskonzepte, Infrastrukturen, Kundenakzeptanz und Geschäftsmodelle (Orgware) im Mittelpunkt. Ergänzt wird diese Systematik durch das Kernthema Aus- und Weiterbildung (Mobilitätsakademie). Unten stehende Graphik veranschaulicht das Zusammenspiel der Kernthemen.

Mobilitätslösungen und -dienstleistungen werden in Zukunft weit über die Betrachtung des Fahrzeugs als Technologieträger hinausgehen, es werden vielmehr systemische Ansätze zu untersuchen sein, die technische, organisatorische und betriebswirtschaftliche Aspekte miteinander verzahnen. Die dafür erforderlichen Kompetenzen können nicht mehr von einzelnen Unternehmen und Forschungseinrichtungen isoliert erbracht werden. Eine zielgerichtete Vernetzung der relevanten Akteure im Rahmen von Innovationsclustern stellt einen Wettbewerbsfaktor von zunehmender Bedeutung dar.

Die Stadt Karlsruhe und das Land Baden-Württemberg haben für die Geschichte der Mobilität eine besondere Bedeutung. Während die Stadt Karlsruhe als »Stadt der Mobilität« bezeichnet werden kann – die Erfinder Carl Benz und Karl Drais sind beide in Karlsruhe geboren, das »Karlsruher Modell« der Straßenbahnen ist weltbekannt –, wird Baden-Württemberg als das »Geburtsland der Mobilität« bezeichnet. Das wohl bekannteste Beispiel in diesem Zusammenhang ist die erste Fernfahrt eines Automobils von Mannheim nach Pforzheim mit Bertha Benz als Fahrerin. Weitere Ausführungen zur Tradition des Automobils siehe auch »Mobilität in der Region«.

Aber auch heute noch ist der Standort Baden Württemberg von enormer Bedeutung für die Automobilindustrie (siehe auch Mobilität in der Region). Die regionale Automobil- und Mobilitätswirtschaft wird durch die ansässigen OEMs, große Zulieferer und zahlreiche klein- und mittelständische Zulieferunternehmen geprägt. Aufgrund der sich ändernden Mobilitätsformen erfreuen sich die Anbieter intelligenter IKT-Lösungen (IKT: Informations- und Kommunikationstechnologien) und -dienstleistungen einer zunehmenden Bedeutung, die ebenfalls zahlreich in der Region vertreten sind. Zusätzlich bieten das Karlsruhe Institut für Technologie (KIT) und die Fraunhofer-Gesellschaft mit insgesamt 14 Instituten in den Ballungsräumen Karlsruhe, Freiburg und Stuttgart die Möglichkeit, auf das Wissen der regionalen Forschungslandschaft zurückzugreifen. Mit der ansässigen Industrie und seinen Forschungseinrichtungen ist Baden-Württemberg somit ein optimaler Standort für ein Innovationscluster rund um das Thema Mobilität. Insgesamt bietet der Innovationscluster REM 2030 die einzigartige Möglichkeit, das Zukunftsthema regionale Mobilität systemisch weiterzuentwickeln und die vorhandenen Kompetenzen entlang der gesamten Wertschöpfungskette anwendungsorientiert zu integrieren und zu koordinieren.

Der Innovationscluster REM 2030 schafft die notwendigen Freiräume, das Automobil und die Mobilität der Zukunft jenseits eingefahrener Schemata neu zu denken und bettet sie in einen Gesamtzusammenhang, der Fahrzeug- und Innovationstechnologien, Infrastrukturen und Geschäftsmodelle miteinander verbindet. Neue Formen der Zusammenarbeit zwischen bislang unabhängig voneinander arbeitenden Akteuren verfolgen das Ziel, deren Innovationsfähigkeit langfristig zu steigern. Der Innovationscluster REM 2030 trägt dadurch zur Stärkung des F&E-Potenzials in der Region Karlsruhe/Oberrhein und im Land Baden-Württemberg bei und unterstützt die Akteure vor Ort, neue regionale und globale Wertschöpfungspotenziale zu erschließen.

Baden-Württemberg als Geburtsland der Mobilität

• 1817 erfindet der Karlsruher Karl Drais das Zweiradprinzip in Form einer Laufmaschine – dem Vorläufer des Fahrrads.
• Carl Benz baute sein Dreirad im Jahre 1885 in Mannheim – die Geburtsstunde des heutigen Automobils.
• 1886 stellt der Stuttgarter Gottlieb Daimler das erste vierrädrige Automobil der Welt vor.
• Die erste Überlandfahrt des Automobils fand von Mannheim nach Pforzheim statt.
• Auch der Stuttgarter Wilhelm Maybach hatte maßgeblichen Anteil an der Automobilentwicklung.
• Die Entwicklung der Hochspannungszündung durch die Robert Bosch GmbH 1897 in Stuttgart.
• Auch heute weltweit erfolgreiche Weiterentwicklungen im Automobilbau: ABS, der Airbag, der Abstandsregler und der Tempomat von Mercedes-Benz oder die Tiptronic von Porsche.

Baden-Württemberg – der Motor der heutigen Mobilität

• Rund ein Drittel der gesamten deutschen Unternehmen der Automobilindustrie sind in Baden-Württemberg vertreten.
• Knapp ein Drittel des in Deutschland erzielten Branchenumsatzes der Fahrzeugindustrie werden in Baden-Württemberg erwirtschaftet.
• Baden-Württemberg erzielt deutschlandweit den höchsten Umsatz mit Automobilen und deren Zubehör.
• 14 Prozent des in der EU-27 erzielten Umsatzes in der Automobilindustrie werden in Baden-Württemberg erlangt.
• Porsche AG und Daimler AG haben ihren Hauptsitz in Stuttgart. Audi AG einen wichtigen Produktions- und Entwicklungsstandort.
• Land der Tüftler: Hier werden deutschlandweit die meisten Patente angemeldet.

Karlsruhe – die Stadt der Mobilität

• Carl Benz und Karl Drais – zwei geniale Erfinder wurden in Karlsruhe geboren.
• ÖPNV: Das Karlsruher Modell der Straßenbahn ist weltbekannt.
  
• stadtmobil Karlsruhe bietet die höchste Car-Sharing-Dichte in ganz Deutschland an.
• Eisenbahn: 2008 wurde dem Karlsruher Hauptbahnhof die Auszeichnung Bahnhof des Jahres verliehen.
• Schifffahrt: Die Rheinhäfen zählen zu den fünf größten Binnenhäfen in Deutschland.
• Flugverkehr: Mehrere Flughäfen sind in kurzer Zeit erreichbar: Die großen Flughäfen in Frankfurt und Stuttgart sowie der Regionalflughafen Baden-Airpark.

Da der für die Zertifizierung relevante Neue Europäische Fahrzyklus (NEFZ) kein realitätsnahes Fahrverhalten abbildet, wurde für die Entwicklung des Antriebskonzeptes des REM2030-Demonstratorfahrzeuges ein eigener Fahrzyklus entworfen. Anstatt einen fiktiven Zyklus zu modellieren, haben die Projektpartner Fraunhofer NAS zusammen mit dem KIT-Instituten ETI-HEV und IPEK auf Basis der Fahrprofilerhebungen im Bereich Orgware ein reales Fahrprofil rund um Karlsruhe definiert. Mit Hilfe dieses Fahrzyklus, dem Fahrverhalten und den Fahrzeugdaten können somit wichtige Größen wie die erforderliche Antriebsleistung eindeutig bestimmt werden. Die Abbildung zeigt die Route sowie einige charakteristische Kennwerte dieses REM 2030 Fahrprofils.

Im Projekt REM 2030 arbeiten die unterschiedlichen Kernthemen auf Basis eines gemeinsamen Demonstratorfahrzeugs. Die Abbildung zeigt eine schematische Darstellung des Demonstrators. Im Fahrzeug angedeutet sind die Komponenten, die zu großen Teilen bereits umgesetzt wurden. Im Kernthema Hardware werden der Range-Extender, die Traktionsbatterie, der Elektromotor und das Getriebe sowie ein integriertes Thermomanagementsystem umgesetzt. Im Rahmen des Innovationsclusters REM 2030 kommt ein Range Extender System vom Typ Hochtemperaturpolymerelektrolytmembran (HT-PEMFC) mit einem vorgeschalteten Methanoldampfreformer zum Einsatz, um das Problem der fehlenden Wasserstoffinfrastruktur und Betankung zu umgehen. Im Bereich Software wird das Thema automatisches Fahren behandelt. Das Kernthema Orgware untersucht u.a. den Bedarf einer entsprechenden Infrastruktur. Als umfassende Basis für die Auslegung des Fahrzeugs und der Teilkomponenten dient das REM-2030-Fahrprofil, angedeutet durch den das Fahrzeug umfassenden blauen Rahmen.

Codebook

Im Codebook sind alle verwendeten Variablen und Dateienformate der Datenbank erläutert.

Bestellung der Datenbank

Der Bezug der gesamten Datenbank ist nach vorheriger Bestellung möglich.

Die Daten sind in der Regel für nicht-kommerzielle Nutzung in Forschung und Lehre oder im öffentlichen Auftrag unentgeltlich erhältlich. Ist hingegen eine kommerzielle Nutzung der Daten geplant, wird eine Schutzgebühr erhoben. In beiden Fällen ist die Nutzung der Daten in der Regel an besondere Auflagen gebunden und nur mit Zustimmung des Dateneigentümers möglich.

Zur Bestellung der Datenbank und bei weiteren Fragen wenden Sie sich bitte an Till Gnann oder Patrick Plötz. Bitte beachten Sie die Nutzungsbedingungen.

Detailbeschreibung

Der Wirtschaftsverkehr ist mit rund 60 Prozent an den Neuzulassungen in Deutschland (mit ca. je zur Hälfte reine Flottenfahrzeuge und Dienstwagen) eine sehr relevante Erstnutzergruppe für Elektrofahrzeuge, ebenso sind die Fahrleistungen im gewerblichen oftmals sehr viel höher als im privaten Verkehr. Das Fraunhofer-Institut für System- und Innovationsforschung ISI erhebt daher seit einiger Zeit Primärdaten von Fahrprofilen im Wirtschaftsverkehr. Die REM 2030 Fahrprofile Datenbank enthält derzeit circa 500 Fahrprofile von gewerblichen gehaltenen Fahrzeugen in Deutschland über einen längeren Aufzeichnungszeitraum und wird kontinuierlich erweitert mit dem Anspruch, möglichst repräsentativ hinsichtlich der Wirtschaftszweigverteilung gewerblich gehaltener Fahrzeuge zu sein. Die Datenbank enthält Daten zur Wegstrecke (Abfahrts- und Ankunftszeitpunkt sowie zurückgelegte Kilometer aller Teilstrecken), die Größe des Fahrzeugs und das Wirtschaftssegment (nach WZ 2008), in dem das Fahrzeug eingesetzt wird. Außerdem werden Informationen über die Gemeindegröße, in der das Fahrzeug zugelassen ist, erhoben sowie die Unternehmensgrößen soweit verfügbar angegeben. Mit Hilfe dieser Informationen lässt sich (beispielsweise über Simulationen des Batterieladestands), unter Annahme der erhobenen Fahrprofile, ein möglicher Einsatz von alternativ angetriebenen Fahrzeugen für die jeweiligen Wirtschaftssegmente bestimmen.

Codebook

The codebook explains all relevant variables and data formats of the database.

Ordering of the data

In general, the database is free of charge if it is used for non-commercial purposes in research and education. However, a nominal fee is imposed if commercial use of the database is intended. In both cases, the use of the database is bound to stipulations and is only allowed with the approval of the data owner.

For ordering the data and any further questions, please contact  Till Gnann or Patrick Plötz. Please note our terms and conditions of use.

Detailed description

With a share of 60% of the registration of new cars in Germany, commercial traffic is a relevant first user group for electric vehicles. Furthermore, the driving performance of commercial traffic is often much higher than the driving performance of public traffic. For this reason, the Fraunhofer Institute for Systems and Innovation Research has been collecting primary data of driving profiles in commercial traffic since June 2011. The REM 2030 driving profiles database currently contains 500 driving profiles of commercially licensed vehicles in Germany that were collected over a longer recording period and it is continuously extended. The database aims at being representative for different kinds of commercial sectors and their use of vehicles. It contains information about the trips (incl. departure and arrival times, as well as the distance), the vehicle size and the economic sector (according to WZ 2008), in which the vehicle is used. Moreover, data about the size of the community, where the vehicle is licensed, has been collected. If available, additional details concerning the size of the company and the use of the vehicle are provided. By means of this data and battery charging simulations, it is possible to determine the feasibility and profitability of an ecological alternative for the analyzed vehicles in the given economic sectors.

Am 17. und 18. Juni 2015 fand das Symposium »Urbane Mobilität der Zukunft« des Innovationsclusters REM 2030 im Konzerthaus Karlsruhe statt.

Das Symposium »Urbane Mobilität der Zukunft« beleuchtete das Thema Mobilität aus einer systemischen Perspektive. Es richtete sich an Vertreter aus Industrie, Wissenschaft und Politik und verstand sich als Forum, aktuelle Forschungsergebnisse der dafür benötigten, verschiedenen Disziplinen mit den Experten der jeweiligen Bereiche persönlich zu diskutieren.

Hier finden Sie den Konferenzband (incl. Posterband) als frei zugängliche Online-Veröffentlichung.

Die Beiträge zu dem Thema Rahmenbedingungen befassen sich mit neuen Mobilitätskonzepten, geeigneten Nutzungsszenarien sowie der Akzeptanz von Elektromobilität. Die Tagungsbeiträge zu technischen Entwicklungen im Zusammenhang mit Elektromobilität untersuchen die technische Umsetzung neuer Fahrzeugkonzepte sowie die Entwicklung von Getrieben und die Integration in das Gesamtsystem. Im separaten Anhang dieses Tagungsbandes sind Posterbeiträge enthalten, welche auf dem Symposium präsentiert wurden.

Wir bedanken uns herzlich bei allen Autorinnen und Autoren, die mit ihrer Forschung zur Erstellung dieses Tagungsbandes beigetragen haben.