TITELTHEMA

MOBILITÄT

Urbane Fahrzeugkonzepte für die Shared Mobility Urbane Mobilitätskonzepte der Zukunft erfordern neue Unternehmensformen, idealerweise aus Old Economy und New Economy, sowie eine enge Anbindung an die gesellschaftsrelevante Zukunftsforschung. Für neue Fahrzeugkonzepte des Carsharing bedeutet dies, dass alle kostenverursachenden Faktoren erfasst und analysiert werden müssen. Die FH Aachen, share2drive und FEV geben einen Ausblick auf die zukünftige Fahrzeugklasse der Personal Public Vehicles als „Rolling Device“.

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AUTOREN

Prof. Dr.-Ing. Thilo Röth ist Leiter des Automobil techniklabors für Fahrzeugkonzepte und Karosserietechnik an der FH Aachen.

Dipl.-Wirt.-Ing. Michael Pielen ist Leiter Fahrzeug und Mobilität bei der share2drive GmbH in Aachen.

Dipl.-Ing. Klaus Wolff ist Vice President Vehicle bei der FEV Europe GmbH in Aachen.

Thomas Lüdiger, M. Sc. ist Senior Consultant bei der FEV Consulting GmbH in Aachen.

wiegend kurze Distanzen von weniger als 8 km, wobei ausschließlich eine geringe Anzahl an Personen befördert wird. Beim sogenannten Ride Selling, zu dem unter anderem die Dienstleistungen der Unternehmen Uber oder Lyft zählen, werden hingegen von Privatpersonen Chauffeurdienstleistungen mit eigenen Fahrzeugen angeboten. Die letztliche Auswahl der Mobilitätsdienstleistung treffen die Kunden unter ihren spezifischen Nutzungsbedürfnissen. Im Fokus stehen hierbei die Einfachheit gepaart mit Komfort und möglichen Zusatznutzen (zum Beispiel, die Fahrtzeit für private oder berufliche Organisationsaufgaben nutzen), die Kosten der Fahrt sowie die Geschwindigkeit, in der die Nutzer ihr Endziel erreichen können, BILD 2. Innovationen der Transportdienstleistung sind also gefragt. Die share2drive GmbH mit Sitz in Aachen folgt diesem Trend. Sie ist ein junges Unternehmen, das als Spin-off aus der FH Aachen hervorging. Der Unternehmenszweck ist die Bereitstellung innovativer Mobilitätskonzepte im Umfeld des Carsharings. Elementarer Bestandteil des Geschäftsmodells ist unter anderem das PPV (Personal Public Vehicle), ein Fahrzeug, das speziell für die Nutzung im Carsharing entwickelt wird. In sehr enger Kooperation mit der FEV und deren Tochterunternehmen mit mehr als 4500 Mitarbeitern ist ein neuer Player für holistische Mobilitätslösungen am Markt angekommen. GESCHÄFTSMODELLE FÜR DIE SHARED MOBILIT Y VON MORGEN

© share2drive | FH Aachen

STÄDTISCHE MOBILITÄT ALS DIENSTLEISTUNG

ATZ

01|2018

120. Jahrgang

Aktuell stellt das Thema Shared Mobility einen der wichtigsten Trends in der Automobilindustrie dar. In dem sogenannten Urban Mobility Trait (UMT) können alle wesentlichen Formen von urbanen Mobilitätsdienstleistungen aus Sicht des individuellen Mobilitätsbedürfnisses beschrieben und Geschäftsmodelle mit speziellen Fahrzeugkonzepten bewertet werden, BILD 1. Beispielsweise teilen sich beim Freefloating Carsharing als Mobilitätsdienstleistung die Kunden (als Fahrzeugführer) von Unternehmen bereitgestellte Fahrzeuge. Die Fahrstrecke umfasst über-

Neue Mobilitätsdienstleistungen im Kontext des UMT haben einen disruptiven Einfluss auf die bestehende Wertschöpfungsstruktur innerhalb des Automobilsektors. So drängen neben etablierten Mobilitätsdienstleistern verstärkt Akteure aus der IKT- sowie Energiebranche mit neuen Geschäftsmodellen auf den Mobilitätsmarkt. Etablierte OEMs aus dem klassischen Fahrzeugbau haben erste Keimzellen für diese Welt gezüchtet. Im selben Atemzug orientiert sich die Automobilzulieferindustrie – insbesondere die großen Tier 1 Supplier – neu, um auf Marktveränderungen, zum Beispiel durch neue Fahrzeughersteller, zu reagieren. Neben einer weiteren Diversifizierung von Fahrzeugmodellen für Endkunden werden verstärkt auch Fahrzeuge für Mobilitätsdienstleister in den Fokus der

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TITELTHEMA

MOBILITÄT

Merkmal

Mögliche Ausprägung

Wer ist Fahrzeugführer?

Kunde

Was wird geteilt?

Fahrzeug

Wer ist der Fahrzeugbesitzer?

Fahrt

Privatperson

Wie ist die urbane Fahrdistanz?

Unternehmen

< 8 km

Wie viele Personen werden befördert?

> 8 km

1-3

Was ist das Beförderungsgut? Legende:

Chauffeur

>4

Personen

Carsharing (free-floating)

Ridehailing

Wirtschaftsgüter Bus

BILD 1 Unterschiedliche Ausprägungen der Personenmobilität nach dem Urban Mobility Trait (UMT) (© share2drive)

gen der Betreiber sowie der Fahrzeugnutzer vermehrt in den Fokus. Gleichzeitig müssen Fahrzeuge in neuen Mobilitätsdienstleistungen als „Rolling Device“ in einer multimodalen Welt verstanden werden. Folglich gilt es, dass Anforderungsprofil eines „perfekten“ Sharing-Fahrzeugs nicht wie sonst üblich über eine konventionelle Kundenanalyse, sondern aus dem Mobilitätskonzept sowie einem Geschäftsmodell zu entwickeln. In BILD 3 wird der Prozess der Lastenhefterstellung des PPV 1.0 dargestellt. Anforderungen aus dem CarsharingBetrieb sind in gemeinsamer Forschung der FH Aachen und Cambio Aachen sowie aus Veröffentlichungen des Bundesverbands CarSharing e. V. entstanden [3]. KONZEPTION DES PPV 1.0

Einfachheit und Komfort

BILD 2 Kundenspezifische Auswahlkriterien für spezifische, urbane Mobilität (© share2drive)

Zeit zur Zielerreichung

OEMs rücken [1]. In diversen Studien wird prognostiziert, dass bis 2030 10 % und mehr der Fahrzeuge weltweit in Mobilitätsdiensten genutzt werden [2]. Der Wettlauf um Fahrzeugmodelle für diesen Sektor hat begonnen. Gemäß dem UMT gilt es klar zu differenzieren, ob sogenannte Purpose Vehicles im Sinne „Sharing a Vehicle“ oder in der Bedeutung von „Sharing a Ride“ sowie „Driver on Board“ oder „Be the Driver“ konzipiert werden. Lediglich Fahrzeugkonzepte, die einer soliden Marktdurchdringung bei gleichzeitig attraktiver TCR-Betrachtung (Total Cost for Ride) entsprechen, sind marktfähig. Für ein neues Fahrzeugkonzept bedeutet dies, dass alle kostenverursachenden Faktoren, unter anderem für die Fahrzeuge, deren Wartung, die Infrastruktur- und IKT-Aufwendungen sowie den Betrieb, erfasst und analysiert werden müssen. Diese Kosten müssen sich in einem wirtschaftlichen Geschäftsmodell

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Kosten für Transport

abbilden, und es gilt, den Einfluss der Fahrzeugkonstruktion für jeden genannten Faktor zu berücksichtigen. Entsprechend dieser Vorgehensweise wird in dieser Veröffentlichung ein Ausblick auf die zukünftige Fahrzeugklasse der PPV als Schnittstelle zwischen öffentlichem und individualem Verkehr gegeben. ANFORDERUNGEN AN DEDIZIERTE SHARING-KLEINSTFAHRZEUGE

Die bislang in städtischen Mobilitätsdienstleistungen genutzten (Elektro-) Fahrzeuge erfüllen nur bedingt ihren Einsatzzweck, da sie originär auf eine Endkundennutzung ausgelegt sind. Dabei werden von den Flottenbetreibern nur geringfügige Modifikationen, insbesondere im Bereich der Zugangsmöglichkeiten, an den Fahrzeugen selbst vorgenommen. Im Zuge der Verwendung in einem urbanen, geteilten Mobilitätskonzept rücken jedoch spezielle Anforderun-

Übergeordnetes Ziel der PPV-Konzeption ist es, ein realistisches Fahrzeug zu entwickeln, das nicht dem aktuellen Trend „schwereloser“ Showcars folgt, sondern sich als eine zeitnahe Antwort auf Shared-Mobility-Anforderungen der Zukunft versteht. Das für den PPV 1.0 erstellte Fahrzeuglastenheft adressiert eine europäische Homologation. Der Entwicklungsprozess folgt im PackageEngineering der ECIE-Norm. Während der Konzeptentwicklung wird zusätzlich in Hardware eine modulare, leicht änderbare Innenraum-Sitzkiste für die Verifizierung der anspruchsvollen Innenraumvorgaben verwendet. Die Absicherung der funktionalen Ziele (zum Beispiel für den Crashfall) erfolgt durch entsprechende FEM-Simulationen mit LS-Dyna. MASS- UND AUFBAUKONZEPT

Die größte Herausforderung stellt sich durch die Mobilitätsvorgabe, ein Fahrzeug in der M1-Klasse zu konzipieren, das nur eine Länge von < 2,5 m (Quereinparken erlaubt) und eine Breite von circa 1,7 m haben darf. Gleichzeitig müssen, um 95 % aller denkbaren Fahrten zu bedienen, drei Personen im PPV 1.0 Platz finden. Die Vorgabe, dass der Innenraum ein freundliches, großzügiges Innenraumangebot bieten soll, verschärft die Konzeption zusätzlich. Das PPV schafft diesen Package-Spagat mit einem One-Box-Design mit DreierSitzbelegung (1+2-Sitzer) in einer Reihe. Der Antriebsstrang wird hochintegrativ und package-effizient mit der Boden-

Anforderungen aus dem Carsharing-Mobilitätskonzept

Anforderungen an das PPV

– Breite Zielgruppen (18-40 Jährige besonders im Fokus) – Hoher Wiedererkennungswert – Modern, nicht verspielt, Vermittlung von Sicherheit

– Eigenständiges, klares Design – Freundlicher Auftritt

– 80 % „Singlefahrten“ – 95 % Fahrten mit max. 3 Personen

– 3-Sitzer (1 + 2) auf 2,5 m Länge – Variabler Nutzungsraum (u. a. für Kinderwagen, Fahrrad) – Hohe Parkplatzpackungsdichte – Komfortabler Ein-und Ausstieg (Parken)

– 86 % Nutzung zum Transport von Einkäufen – Minimale Parkplatzbewirtschaftung (Quereinparken)

– Sehr breite Fahrerpopulation – Sehr einfache Bedienung – Abbau von Hemmnissen und Barrieren – ca. 50 % sind „Wenigfahrer“ (Nutzung 1-5 mal/Monat) – Schaffung einer schnellen Wohlfühlatmosphäre – Intensive Kommunikation (Betreiber, User, Infrastruktur, PPV)

– Ergonomie für Jedermann – „Super Single to Use“ und intuitive IT-HMI – Keine Ablenkung durch Fahrzeugbedienung – Hohes Maß an Personalisierung – Einbindung des PPV in die Cloud – Großzügiger, luftiger Innenraum

– 10 Nutzerwechsel pro Tag pro Fahrzeug – „Stiefmütterlicher“ Umgang mit den Fahrzeugen – Häufigste Unfälle sind leichte Schäden beim Einparken – Hohe Stadtagilität – Höchste urbane Fahrzeugsicherheit

– Integriertes Reinigungskonzept – Robust – Bagatelleschadenfreundlich – Wendekreis < 8 m; hohe Leistung bis 80 km/h – Höchste passive und aktive Sicherheit

– Nicht teurer als ein konventionelles Fahrzeug, trotz E-Antrieb – Kabelloses Laden – max. 80 km pro Tag & 10 User pro Tag & 24/7Verfügbarkeit

– <0,60 €/km (Berlin) – Integriertes Geschäftsmodell – Investitionsfreundliche Produktion

BILD 3 Ableitung der Fahrzeuganforderungen aus den Mobilitäts- und Geschäftsmodellbedürfnissen (© share2drive | FH Aachen)

BILD 4 Ausgewählte Assoziationswelten (mit englischen Fachbegriffen) in der Designentwicklung des PPV 1.0 (© FH Aachen) ATZ

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120. Jahrgang

gruppe abgestimmt. Ein neuartiges Rohbaukonzept erlaubt eine weit nach vorne platzierte Windschutzscheibe. Ein wichtiges Konzeptmerkmal ist hierfür die zurückversetzte A-Säule sowie sehr große Glasflächen. Ein weiterer Bestandteil des Aufbaukonzepts stellt die Fahrertür dar. Ein neuartiges Schwenk-Schiebetür-Konzept gewährleistet eine Best-in-Class-Türöffnung selbst in engen Parklücken, ohne dabei im geöffneten Zustand über das sehr kurze Fahrzeug hinauszuragen. DESIGNKONZEPT FÜR EXTERIEUR UND INTERIEUR

Vor der eigentlichen Designentwicklung wurde in einer interdisziplinären Entwicklungsgruppe eine Design-DNA des PPV 1.0 definiert. Unter dem Begriff „What kind of animal?“ wurden urbane Assoziationswelten geschaffen, BILD 4. Für diese sehr unterschiedlichen urbanen Welten wurden circa 250 Designentwürfe entwickelt, diese auf zwei grundsätzlich unterschiedliche Konzepte des bevorzugten Assoziationsraums verdichtet und zur finalen Konzeptentscheidung geführt. Ab der Konzeptentscheidung folgte die Designentwicklung in einem typischen digitalen CAS-Prozess (Computer-aided Styling). Die anvisierte Design-DNA konnte im finalen Design umgesetzt werden. Zusammengefasst lässt sich der PPV als der kleinste Selbstfahrerbus der Welt bezeichnen. Das Interieurkonzept unterscheidet sich in der Designsprache deutlich vom Exterieur und nimmt sehr stark die reduzierte Kommunikations-DNA aus dem Busbau und der IT-Welt auf. Konsequent hat man beim PPV 1.0 die Anzahl aller Bedienelemente auf ein absolutes Minimum reduziert und die intuitive Bedienung in den Vordergrund gestellt. Der Fahrerplatz zeichnet sich durch ein modernes, digitales HMI aus. Das Klimatisierungskonzept orientiert sich eher an der Denkweise urbaner Räume und nicht am klassischen Fahrzeugbau. Ein TCRoptimiertes Reinigungskonzept des Innenraums, sinnvolle Variabilitäten durch die Zweier-Sitzbank, Weglassen verdreckender Fugen, Oberflächen aus dem Bootsbau, ein Sprühboden aus dem Schienenfahrzeugbau sowie der konsequente Wegfall „überflüssiger“ Ablageflächen charakterisieren den Innenraum als echten Carsharing-Nutzraum.

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TITELTHEMA

MOBILITÄT

BILD 5 Crashabsicherung des PPV für den EU-Markt und für zusätzliche urbane Unfallszenarien (© Imperia)

ANTRIEBSKONZEPT

Das Antriebskonzept des PPV 1.0 setzt im Wesentlichen auf die Komposition von sehr gutem Stand der Technik für ein elektrisch betriebenes, urbanes Stadtfahrzeug in 400-V-Technik. Die technischen Daten sind mit 45 kW Antriebsleistung in der Front, einer maximal Geschwindigkeit von 120 km/h, einem Batteriepack von knapp 20 kW/h sehr konkurrenzfähig. Die Reichweite liegt – selbst unter extremen Bedingungen – bei 80 km und ist auf einen speziell entwickelten Carsharing-Zyklus verifiziert. Gemäß dem Geschäftsmodell der share2drive werden damit die täglich geforderten circa 2 h Betrieb zuverlässig erreicht. Die Sicherstellung der kabellosen Ladevorgänge ist im sogenannten Flex Share der share2drive gewährleistet. Die Konzeptentscheidung einer Tandem-ElektromotorAnordnung mit zwei, im Durchmesser kleinen elektrischen Maschinen im Vorderwagen beruht auf den Vorteilen in der Crashauslegung sowie dem Anspruch, ein agiles Stadtfahrzeug zu liefern.

liegt bei der Konzeptentwicklung vor allem in der Auslegung der FrontalcrashAnforderungen. Der sehr kurze Vorderwagen zwingt die Entwicklung in eine radikale Strukturauslegung mit vier Lastpfadebenen und sehr kontrolliertem Deformationsverhalten. Bei einer Gesamtverformung von circa 350 mm wird ein mittlerer Crashimpuls von 31 g bei circa 60 mm Spritzwandeindringung erreicht. Beim Seitenaufprall werden die Deformationen von der zentral angeordneten Batteriestruktur ferngehalten. Für den Dacheindrücktest gemäß FMVSS 216 wird die Crashfestigkeit mit knapp 60 kN erfüllt.

ROHBAU- UND PRODUKTIONSKONZEPT

Beim Rohbau handelt es sich um den sogenannten FlexBody, einen Karosseriebaukasten, der den Bau von profillastigen Leichtbaukarosserien in Mischbauweise für Fahrzeugprojekte mit weniger als 10.000 Fahrzeugen pro Jahr ermöglicht. Durch einen standardisierten Prozess sowie die stringente Aufteilung der Profile und Knoten können mit dem FlexBody Karosseriestrukturen in sehr kurzer Zeit entwickelt und für die Produktion vorbereitet werden, BILD 6. Der größte Vorteil liegt in den sehr geringen

SICHERHEITSKONZEPT

Neben einer Vielzahl an Maßnahmen zur Unfallvermeidung zeichnet sich der PPV 1.0 durch eine hohe Crashsicherheit aus, BILD 5. Die besondere Herausforderung

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BILD 6 Strukturkonzept – FlexBody als Multi-Material-Leichtbaukarosserie (© Imperia)

Investitionen. Beim FlexBody des PPV 1.0 werden in der Bodengruppe vorrangig Bauweisen mit stahlintensiven, hochund höchstfesten Werkstoffen eingesetzt. Im Vorderwagen und im Aufbau dominieren vorrangig Aluminiumlösungen. Ein sogenannter Ladder-integrated Frame nimmt die zentral angeordnete Batterie schützend auf. Die statische Torsionssteifigkeit der 140 kg schweren Karosserie ist mit einer Leichtbaugüte von circa 3 auf hohem Niveau. Die Fertigung des Rohbaus erfolgt in sogenannten Innofix Singleshot Fixtures und ist auf den Einsatz eines neuentwickelten Injektionsklebverfahrens ausgelegt. Die Fertigung der jährlich 7000 geplanten PPVs erfolgt in Zweischichtbetrieb.

Test Systems for a Clean and Safe Environment

AUSBLICK UND PPV 2.0

Die Marktentwicklung zu neuen Mobilitätslösungen bietet ein interessantes Potenzial für Konzepte, bei denen Mobilitätsbedürfnisse, neue Geschäftsmodelle und der Fahrzeugbau zusammenwachsen. Die hohe Resonanz auf den PPV 1.0, der als spezielle Fahrzeuglösung eine Antwort auf zukünftige Mobilitätsbedürfnisse in einer Shared Economy bis 2020 bietet, hat bereits den PPV 2.0 ins Leben gerufen. Im klassischen Fahrzeugbau punktet die rasant fortschreitende Entwicklung des autonomen Fahrens mit den Kundenvorteilen Komfort und Sicherheit. In einer Shared-Mobility-Welt verstehen sich autonome Fahrfunktionen weit darüber hinaus, quasi als „Enabler“ in einer Welt des „Stadtmöblierens“ und der logistischen Beherrschung von Bedürfnissen der Mobilität von Menschen. LITERATURHINWEISE [1] Kaas, H.-W.; et al.: Automotive Revolution – Perspective Towards 2030. How the Convergence of Disruptive Technology-Driven Trends Could Transform the Auto Industry. McKinsey & Company, 2017 [2] McKinsey & Company: Carsharing & Co.: 2030 über zwei Billionen Dollar Umsatzpotenzial. Pressemitteilung vom 09.03.2017 [3] Anthrakidis, A.; Jahn, R.; Ritz, T.; et al.: Urbanes eCarSharing in einer vernetzten Welt. Steinbeis-Edition, 2013

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