TU München verblüfft Messebesucher mit Elektroauto Visio.M
Er ist einer der Stars der eCarTec in München: Der kleine Elektroflitzer der TU München macht vor, was man in Sachen Elektromobolität erreichen kann, wenn man sich von herkömmlichen Fahrzeugkonzepten verabschiedet. Nur 450 Kilogramm wiegt der Zweisitzer, an dem Daimler und BMW mitentwickelt haben. In einigen Jahren könnte er für 16.000 Euro zu haben sein.
Der Visio.M gilt als einer der Hoffnungsträger der Elektromobilität. In Serie gefertigt könnte der Preis bei 16.000 Euro liegen. Ein Nissan Leaf kostet rund 30.000 Euro.
Foto: TU München
Was unterscheidet Visio.M von anderen Elektroautos, die auf der eCarTec, der Fachmesse für Elektromobilität in München, in Hülle und Fülle zu sehen sind? Vor allem der angepeilte Preis: Sobald ein Hersteller den Zweisitzer in einer Stückzahl von mindestens 100.000 in Serie fertigt, sei in ein paar Jahren ein Preis von 16.000 Euro möglich, sagt Prof. Markus Lienkamp, Inhaber des TUM-Lehrstuhls für Fahrzeugtechnik, in einem Bericht der Süddeutschen Zeitung. Zum Vergleich: Der BMW i3 kostet rund 35.000 Euro, ein Nissan Leaf 30.000 Euro.
Für Lienkamp ist Visio.M deswegen der perfekte Zweitwagen. „Von denen gibt es etwa 15 Millionen in ganz Deutschland“, sieht Lienkamp einen riesigen Absatzmarkt. Könne man nur einen Bruchteil dieser Kunden vom günstigen Stromer überzeugen, sei das Ziel der Bundesregierung zu erreichen, bis 2020 eine Million Elektroautos auf deutschen Straßen zu haben.
Schnitt durch den Visio.M: Bei einem Seitenaufprall zieht das Gurtsystem die Passagiere samt Sitz zur Fahrzeugmitte, um sie aus der Gefahrenzone zu bringen.
Quelle: TU München/Klaus Vollrath
Das scheint der Bund zu ahnen und schießt deswegen 7,1 Millionen Euro Fördergelder ins Projekt. Und auch Global Player wie Daimler, BMW, Conti und Siemens sitzen im Visio.M-Forschungskonsortium.
Leichtgewicht dank Fahrgastzelle aus CFK
Die Forschungsbemühungen haben beispielsweise zu einem unschlagbaren Gewicht geführt: Der 3,60 Meter lange und 1,55 Meter breite Elektrowagen bringt lediglich 450 Kilogramm auf die Waage. Ein i3 wiegt hingegen 1195 Kilogramm. Der Grund: Die schalenförmige Fahrgastzelle des Visio.M besteht aus carbonfaserverstärktem Kunststoff (CFK), Vorder-, Hinterwagen und Dachrahmen sind aus Aluminium gefertigt, die Scheiben aus Polycarbonat.
„Für ein Elektrofahrzeug ist geringes Gewicht essentiell“, sagt Lienkamp. „denn mehr Gewicht erfordert mehr Akkuleistung für die gleiche Reichweite und verursacht damit höhere Kosten. Mehr Gewicht heißt auch weniger Dynamik bei gleicher Leistung. Wir wollten aber ein Auto, das bezahlbar ist und Spaß macht beim Fahren.“
Getriebe speziell für Elektroauto entwickelt – zehn Prozent leichter
In München stellen die Ingenieure der TU auch ihr extra für den Visio.M entwickeltes Getriebe vor, das ganz auf die Bedürfnisse eines Elektroautos zugeschnitten ist. Um möglichst viel Bremsenergie zurückzugewinnen, haben die Ingenieure der Forschungsstelle für Zahnräder und Getriebebau (FZG) der TU ein Torque Vectoring-Getriebe in Leichtbauweise für E-Fahrzeuge entwickelt.
Konzept eines besonders leichten Antriebsstrangs für ein Elektrofahrzeug: Der Elektromotor ist kombiniert mit einem zweistufigen Untersetzungsgetriebe sowie einer Torgue-Vectoring-Einheit.
Quelle: TU München/Klaus Vollrath
„Während das Drehmoment normalerweise 50 zu 50 auf die Räder der angetriebenen Achse übertragen wird, kann unser Torque-Vectoring-Getriebe die Momente je nach Bedarf auf die Räder verteilen“, erklärt Ingenieur Philipp Gwinner von der FZG. „Dadurch wird auch eine besonders gute Fahrdynamik erreicht.“ Beschleunigt das Fahrzeug in der Kurve, wird mehr Drehmoment auf das kurvenäußere Rad gegeben. Das Auto lenkt von selbst in die Kurve ein. Die Folge ist ein agileres und gleichzeitig sichereres Fahrverhalten.
Ingenieure haben Rekuperation verbessert
Gleichzeitig konnten die Ingenieure die Energierückgewinnung durch das neue Getriebe verbessern, vor allem in Kurven, in denen die Rekuperation begrenzt ist, da das kurveninnere Rad deutlich weniger belastet wird als das kurvenäußere. Die Torque Vectoring-Funktion stellt das Rekuperationsmoment für beide Antriebsräder individuell ein. Das steigert nicht nur die Stabilität des Fahrzeugs, sondern erlaubt auch eine bessere Rückgewinnung von Energie.
Üblicherweise werden Torque-Vectoring-Getriebe allerdings nur Oberklassemodellen und Sportwagen mit Verbrennungsmotoren eingesetzt. Denn diese Getriebe sind teuer und für ein Elektroauto eigentlich auch viel zu schwer. Deshalb haben die Getriebe-Ingenieure der TU München anstelle der bei Differenzialgetrieben üblichen Kegelradverzahnung ein Stirnraddifferenzial entwickelt, bei dem über ein Planeten-Überlagerungsgetriebe ein zusätzliches Drehmoment von außen aufgeprägt werden kann.
Das für den Elektroantrieb optimierte Torque-Vectoring-Getriebe im Visio.M.
Quelle: TU München/Klaus Vollrath
Mit einer im Vergleich zum Antriebsmotor sehr kleinen Torque-Vectoring-Elektromaschine können sie damit bei beliebigen Geschwindigkeiten ein hohes Giermoment zum Einstellen der gewünschten fahrdynamischen Eigenschaften des Fahrzeugs erzeugen. Die Gehäuse der ersten Prototypen bestehen aus Aluminium. Um noch mehr Gewicht einzusparen, wird das Aluminium-Gehäuse in der nächsten Entwicklungsstufe durch ein Verbundgehäuse aus Aluminium und faserverstärktem Kunststoff ersetzt.
„Das Elegante an dem von uns entwickelten Torque-Vectoring-Getriebe ist, dass sich mit diesem nicht nur das Rekuperationsniveau heben und damit die elektrische Reichweite steigern lässt“, sagt Professor Karsten Stahl, Leiter der FZG. „Das Getriebe erhöht auch die Fahrdynamik und damit Fahrspaß und Sicherheit. Durch die laufenden weiteren Optimierungsmaßnahmen ist zu erwarten, dass Gewicht und Kosten zukünftig im Bereich von heutigen Standard-Differentialgetrieben liegen werden“.
Höchstgeschwindigkeit liegt bei 120 km/h
Lediglich Speedjunkies werden wenig Spaß am Visio.M haben: Denn die Höchstgeschwindigkeit liegt bei lediglich 120 km/h, mehr gibt der 15 kW starke Elektromotor nicht her. Dafür soll aber eine Reichweite von 160 Kilometern möglich sein – dank eines 13,5 kWh großen Lithium-Ionen-Akkus, der hinter den Sitzen positioniert ist. An einer herkömmlichen Steckdose ist die 85 Kilogramm schwere Batterie in drei bis vier Stunden für die nächste Fahrt geladen.
Visio.M ist 3,60 Meter lang, 1,55 Meter breit und wiegt 450 Kilogramm. Zum Vergleich: Der BMW i3 bringt 1.195 Kilogramm auf die Waage.
Quelle: TU München
Damit die Fahrten sicher sind, haben sich die TUM-Forscher für den Schutz der Insassen einiges einfallen lassen. Das Gurtsystem beispielsweise zieht die Passagiere bei einem Seitenaufprall samt Sitz zur Fahrzeugmitte, um sie aus der Gefahrenzone zu bringen. Zudem sind Radar- und Kamerasensoren in das Fahrzeug integriert, die einen drohenden Crash erkennen und die Insassenschutzsysteme aktivieren: Dazu gehören auch neuartige Struktur-Airbags in Türen, Stoßfängern und zwischen den Passagieren. Ein weiterer Kaufanreiz für Autofahrer, die auf Elektromobilität umsteigen wollen.
Serienproduktion lässt noch auf sich warten
Doch Interessierte werden sich bis zur Markteinführung noch etwas gedulden müssen. „Bis zu einer Serienfertigung ist es noch ein weiter Weg, denn nahezu alle Teile müssten an die Fertigungsbedingungen der Großserie angepasst werden“, erkärt Lienkamp. Man habe aber gezeigt, dass es möglich ist, ein sehr leichtes und gleichzeitig sicheres Elektrofahrzeug zu bauen. Die Gesamtkosten sollten bei Serienproduktion unter denen eines vergleichbaren Benziners liegen.
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