Fahren wir in Zukunft mit dem Hyperloop-Zug in 30 Minuten von München nach
Berlin? Wird die künstliche Intelligenz die Lenkung unserer Fahrzeuge
übernehmen? Und wie können wir die Mobilität in den Städten besser
vernetzen und klimafreundlicher machen? Mit diesen Fragen beschäftigen
sich Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der Technischen Universität
München (TUM). Vom 7. bis 12. September stellen sie ihre
Forschungsprojekte auf der IAA MOBILITY in München vor.

In diesem Jahr präsentiert sich die Internationale Automobil-Ausstellung
(IAA) mit einem neuen Konzept. Präsentationen sowie Vorträge und
Diskussionen für die Fachwelt finden in den Messehallen in Riem statt. Das
Format „Open Space“ spricht gleichzeitig gezielt die breite Öffentlichkeit
an: Informationen und ein Austausch über neue Mobilitätskonzepte sind an
verschiedenen Orten in der Münchner Innenstadt frei zugänglich.

Auch die TUM beteiligt sich an dem offenen Dialog. Als Teil des „Citizen
Lab“ der IAA, bei dem sich alles um Lebensraumentwicklung und Mobilität
der Zukunft dreht, präsentieren Forscherinnen und Forscher der TUM auf dem
Marienplatz vor dem Rathaus ihre aktuellen Projekte.

Mit dem Fahrradsimulator durch virtuelle Welten

Unter anderem können Besucher und Besucherinnen auf dem Fahrradsimulator
des Lehrstuhls für Verkehrstechnik durch eine virtuelle Stadt radeln und
dabei noch ein neuartiges Kollisionswarnsystem testen.

Nicht nur virtuell fährt dagegen eine Rikscha, die im Rahmen des
Forschungsprojekts TEMPUS aufgebaut wurde, an dem der Lehrstuhl für
Verkehrstechnik beteiligt ist. In dem Projekt wird der intelligent
kombinierte Güter- und Personenverkehr in der Stadt getestet. Es werden
außerdem Pilotversuche für den automatisierten Straßenverkehr
durchgeführt.

Rennwagen ohne Fahrer

Ein Rennen, in dem keine Fahrerin oder Fahrer am Steuer sitzt, sondern die
Künstliche Intelligenz: Mitarbeiter des Lehrstuhls für Fahrzeugtechnik und
des Lehrstuhls für Regelungstechnik nehmen in diesem Jahr an der Indy
Autonomous Challenge in Indianapolis teil. Am Stand der TUM erfahren
Interessierte, warum die Weiterentwicklung der Software für das Rennen
auch die Künstliche Intelligenz für Fahrzeuge im Alltagsverkehr einen
großen Schritt weiterbringt.

Ebenfalls mit dem Thema autonomes Fahren beschäftigt sich das
Forschungsprojekt Providentia++, das vom Lehrstuhl für Robotik, künstliche
Intelligenz und Echtzeitsysteme geleitet wird. Ziel ist es, die aktuelle
Verkehrssituation digital abzubilden. So können autonome Fahrzeuge in
Zukunft besser Entscheidungen in komplexen Situationen treffen, aber auch
Warnungen und Vorhersagen zur Verkehrslage wären möglich.

Ultraschnell und klimaneutral reisen

An der Fakultät für Luftfahrt, Raumfahrt und Geodäsie wird der Hyperloop
entwickelt, ein klimaneutrales, bodengebundenes Verkehrsmittel zur
ultraschnellen Verbindung von Mobilitätszentren. In der aktuellen ersten
Phase des Programms wird dafür ein 24-Meter-Demonstrator in Originalgröße
mit passender Passagierkapsel gebaut. Auf der IAA zeigt das Team des TUM-
Hyperloop-Programms ein 1:30 Modell dieses Demonstrators.

Auch der Lehrstuhl für Fahrzeugtechnik forscht an der Umsetzung einer
klimafreundlichen Mobilität – in der nahen Zukunft auf unseren Straßen.
Das „Webbasierte Analysetool für Elektromobilität“ (WATE) unterstützt
Firmen oder öffentlichen Einrichtungen dabei, den Umstieg auf
Elektrofahrzeuge zu planen und durchzuführen. Mithilfe einer Simulation
können verschiedene Elektrofahrzeuge und individuelle Ladesäulen-
Konfigurationen eingerichtet und damit die ideale Lösung für die
jeweiligen Mobilitätsbedürfnisse gefunden werden.

Mobilität in der Metropolregion

Straßen und andere Verkehrsinfrastruktur kann man nicht einfach
verschieben. Deshalb werden Verkehrsmodelle am Computer genutzt, um vor
dem Bau von neuer Infrastruktur sehr genau zu untersuchen, welche
Auswirkungen für Verkehrsnachfrage, Stauaufkommen und Umwelt zu erwarten
sind. An der Professur für Verkehrsverhalten werden agentenbasierte
Modelle entwickelt, die die Demografie der Bevölkerung simulieren, die
Verkehrsnachfrage aller Menschen in der Metropolregion München berechnen
und auf Straßen-, Rad- und ÖPNV-Netzen detailgetreu abbilden.

Die Wechselwirkung zwischen Verkehrsangebot, Raumstruktur und
Mobilitätsverhalten zeigt der Lehrstuhl für Siedlungsstruktur und
Verkehrsplanung. Die Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter präsentieren unter
anderem das Erreichbarkeitstool (GOAT) für Fuß- und Radverkehr. Das Street
Experiment Tool (S.E.T.) ermöglicht es Interessierten, sich durch die
zahlreichen Möglichkeiten der Straßenumgestaltung klicken.

Cluster „MCube“ stellt sich vor

Ein ehrgeiziges Ziel verfolgt der Münchner Cluster für die Zukunft der
Mobilität in Metropolregionen (MCube) unter Leitung der TUM. „MCube“
startet im November 2021 und wird dabei mit bis zu 45 Millionen Euro über
neun Jahre gefördert. In dem regionalen Netzwerk arbeiten ein
interdisziplinäres Forschungsteam und Partner aus Wirtschaft und
Gesellschaft an Lösungen für die großen Herausforderungen im
Mobilitätssektor. Besucherinnen und Besucher können sich am Stand der TUM
über den Cluster informieren.

Die TUM auf der Messe in Riem

Auf dem Messegelände in Riem ist der Lehrstuhl für Verkehrstechnik an zwei
Ständen vertreten. Am Stand B1/D20 wird das Projekt „@CITY“ und „@CITY-AF“
am Stand des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie vorgestellt.
Hier beteiligen sich die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler mit
Forschung zu automatisierten Fahrzeugen, Interaktion mit schwächeren
Verkehrsteilnehmern, Fahrverhalten und Fahrradsimulatorstudien. Am Stand
B1/ E50 wird das Projekt “SERVUS – Sichere und effiziente Lastenfahrräder
für den urbanen Verkehr” vorgestellt.
Veranstaltungen und Diskussionen

Prof. Klaus Bogenberger wird am Mittwoch, 8.September, von 12.30 bis 15
Uhr im Siemens Headquarter am Wittelsbacherplatz an der Gesprächsrunde
„Wer braucht die Verkehrswende“ teilnehmen. Am Donnerstag, 9. September,
stellt er sich ab 16 Uhr gemeinsam mit dem Münchner Oberbürgermeister
Dieter Reiter und Vertretern von BMW einer Podiumsdiskussion des
Arbeitskreises Gymnasium und Wirtschaft e.V. (AGW) auf dem Münchner
Marienplatz. Das Thema lautet: Wie stellen sich Jugendliche die Mobilität
der Zukunft in ihrer Stadt vor?

Studierende der TUM werden am 9. September auf dem Marienplatz in der
Dialog Arena von 19 bis 20 Uhr in jeweils 20 Bildern Mobilitätslösungen
für Städte präsentieren.

Am 10.9. findet von von 13.15 bis 14.45 Uhr der Workshop "Strategien für
die Zukunft der urbanen Mobilität" beim 1. Münchner Mobilitätskongress
unter Leitung von Prof. Gebhard Wulfhorst statt.

Mehr Informationen:

Informationen zur IAA allgemein, zur Anmeldung für die Veranstaltungen,
Tickets sowie zum aktuellen Hygienekonzept sind auf den Webseiten der IAA
zu finden: https://www.iaa.de/de/mobility

Die TUM führt ihre Kompetenzen im Bereich Mobilität in der
Forschungsplattform TUM.Mobility zusammen. Dort forschen über 40
Professuren an einer nachhaltigen Mobilität. Die große Stärke der TUM ist
dabei vor allem die intensive Zusammenarbeit der Disziplinen aus den
Ingenieur-, Natur-, Wirtschafts- und Sozialwissenschaften.

Das hybridelektrische Fliegen effizienter, sicherer und damit kommerziell
nutzbar machen: So lautet das Ziel des Forschungsverbunds EnaBle, der vom
Bundesministerium für Wirtschaft und Energie mit insgesamt 8 Millionen
Euro gefördert wird. Dabei geht es um die Weiterentwicklung und
Optimierung eines hochinnovativen Hybridantriebssystems für den
Flugverkehr, das Brennstoffzellen und Batteriesysteme vereint. Herzstück
ist ein elektrisches 250 kW Antriebsstrangmodul, bei dem Druckluft-
gespeiste Brennstoffzellen zum Einsatz kommen. Beteiligt an dem Projekt,
das von Diehl Aerospace geführt wird, ist auch die Universität Ulm.

Der Luftverkehr muss in Zukunft sauberer werden und leiser. Um das zu
erreichen, braucht es hochinnovative Lösungen für umweltfreundliche
Flugantriebe. Besonders vielversprechend sind hier Hybridsysteme, die
Brennstoffzellen und Batterien vereinen. Sie erreichen nicht nur deutlich
höhere Reichweiten als reine E-Flieger, sondern bieten auch das
technologische Potential für ein Upscaling hin zu größeren
Leistungsklassen. Um den Weg bis zur industriellen Herstellung und
gewerblichen Verwertung dieser anspruchsvollen Technologie zu
beschleunigen, fördert das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie
(BMWi) den Forschungsverbund EnaBle mit 8 Millionen Euro. Beteiligt an dem
Konsortium sind die Firmen Diehl Aerospace und MTU Aero Engines, zwei
führende Industrieunternehmen aus dem Luftfahrtbereich, sowie das Deutsche
Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR), die DLR-Ausgründung H2Fly und die
Universität Ulm.
„Wir arbeiten gemeinsam an der Entwicklung eines hybridelektrischen
Antriebs bestehend aus Brennstoffzelle, Batterie, Leistungselektronik und
Power Management System. Das konkrete Ziel, das wir dabei erreichen
wollen, ist die zeitnahe industrielle Umsetzung für leichte Motorflugzeuge
mit bis zu 19 Sitzen“, erklärt Ronny A. Knepple. Der Ingenieur
verantwortet den Bereich Energiesysteme bei der Diehl Aerospace. Das
Unternehmen, das den Forschungsverbund EnaBle koordiniert, ist
Technologieführer für Avionik-Systeme und Spezialist für Cockpit-
Ausrüstungen.

Wie funktionieren solche Hybridsysteme eigentlich? „Die Brennstoffzelle
produziert Strom aus Wasserstoff und stellt damit die energetische
Grundlage des Propellerantriebes sicher. Lithium-Ionen-Batterien liefern
während des Starts oder Steigfluges zusätzliche Leistung, die benötigt
wird, um die Reiseflughöhe zu erreichen“, sagt Dr. Caroline Willich,
Wissenschaftlerin vom Institut für Energiewandlung und -speicherung der
Universität Ulm. Die Ingenieurin leitet gemeinsam mit ihrer
Institutskollegin Dr. Christiane Bauer die Ulmer Teilprojekte. An der Uni
Ulm soll unter anderem das Luftversorgungsmodul für die Brennstoffzellen
entwickelt werden. „Die Brennstoffzellen, die hier zum Einsatz kommen,
werden mit Druckluft betrieben. Die Druck-Aufladung macht die
Brennstoffzellen effizienter und ermöglicht höhere Leistungen. Dies ist
besonders in Flugzeugen von großem Interesse, denn diese bewegen sich in
großer Höhe und damit im Unterdruckbereich“, erläutert Willich.

In der Ulmer Verantwortung liegt auch die Entwicklung und Optimierung des
Leistungsmanagementsystems. Dieses muss präzise, schnell und ausfallsicher
dafür sorgen, dass die Batterie bei hohem Leistungsbedarf zusätzliche
Energie für den Antrieb zur Verfügung stellt und während des Fluges wieder
geladen werden kann. Das Leistungsmanagementsystem soll dabei in der Lage
sein, auf die Anforderungen unterschiedlicher Flugprofile präzise und
anwendungsnah zu reagieren. Ein ganz besonderes Alleinstellungsmerkmal am
Brennstoffzellen-Forschungsstandort Ulm ist ein Teststand, der in eine
klimatisierte Unterdruckkammer integriert ist. So können ganze
Antriebsstrangsysteme unter realistischen, flugrelevanten Bedingungen
charakterisiert und getestet werden.

Modularisierung erhöht Skalierbarkeit und erleichtert Wartung und
Reparatur

Ein ganz zentraler Aspekt bei der Entwicklung des Antriebsstrangs ist die
Modularisierung. Die Verbundpartner wollen damit einerseits die
Skalierbarkeit des Systems erhöhen, die letztendlich entscheidend dafür
ist, dass ein Prototyp industriell in Serie gehen kann. Andererseits
begünstigt ein modulares Entwicklungskonzept auch die Fehlererkennung und
-behebung und sorgt so für Erleichterungen bei der Wartung und Reparatur,
was wiederum mehr Sicherheit bringt. Hard- und Software müssen dafür
optimal aufeinander abgestimmt sein.

Entscheidend für den Projekterfolg ist nicht zuletzt die generische
Rechnerplattform, die im Rahmen von EnaBle entwickelt und eingesetzt
werden soll, samt umfassender Steuerungs- und Regelungsalgorithmen, die
für einen effizienten und reibungslosen Betrieb des Antriebsstrangs sorgen
sollen. Diehl Aerospace stellt dafür eine sogenannte Integrierte Modulare
Avionik (IMA) zur Verfügung. Die Abkürzung bezeichnet eine modulare
rechnergestützte Elektronikeinheit aus standardisierten Komponenten und
Schnittstellen, die im Flugzeug dafür sorgt, dass die verschiedenen
Systeme miteinander kommunizieren können.

Das Institut für Technische Thermodynamik am DLR kümmert sich speziell um
die Entwicklung des Brennstoffzellen- und Batteriesystems. An der
Universität Ulm – wie bereits beschrieben – konzentriert man sich
insbesondere auf das Luftversorgungsmodul für die Druckluft-
Brennstoffzelle, das ausfallsichere Leistungsmanagement sowie die Prüfung
des neuen hybriden Gesamtantriebsstranges in der Uni-eigenen Testanlage
mit klimatisierter Unterdruckkammer. MTU Aero Engines, führender deutscher
Triebwerkhersteller, arbeitet an der Gesamtintegration des
Entwicklungskonzepts für Flugzeuge aus der Klasse der 19 bis 80 Sitzer.
Die DLR-Ausgründung H2Fly widmet sich im Rahmen von EnaBle insbesondere
der Klärung sicherheitstechnischer Anforderungen und Fragen der Zulassung.

„Industrieunternehmen, Forschungseinrichtungen und Ausgründungen arbeiten
bei EnaBle Hand in Hand. Letztendlich geht es um den Aufbau einer
Gesamtsystemkompetenz für Brennstoffzellen-Batterie-Hybride, die dazu
beitragen wird, den Technologiestandort Deutschland zu stärken und neue
Arbeitsplätze zu schaffen“, sind die Projektpartner überzeugt. Aber auch
die Universität Ulm und ihre Studierenden profitieren von diesem
industrienahen Verbundprojekt: „EnaBle gibt unseren
Nachwuchswissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern die Chance,
anwendungsnahe Forschung in einem hochinnovativen Umfeld zu betreiben.
Unsere Ingenieure und Ingenieurinnen lernen dabei, nach Normen und
Qualitätsrichtlinien zu arbeiten, die Industrialisierung von Produkten
vorzubereiten und gleichzeitig Zukunftstechnologien weiterzutreiben“,
betont Dr. Christiane Bauer.