Zufor

Zukünftige Fahrzeugtechnologien im Open Region Lab

Das Projekt

Mit dem Vorhaben “Zukünftige Fahrzeugtechnologien im Open Region Lab – ZuFOR” verfolgt die Ostfalia zwei strategische Ziele: Zum Einen sollen die bedeutenden Forschungsfelder Intelligente Systeme für Energie und Mobilität und Fahrzeugbau, Kunststoffe und Materialwissenschaften durch drei technische Forschungsthemen aus der Fachrichtung “zukünftige Fahrzeugtechnologien” weiter gestärkt werden. Zweites Ziel ist der Aufbau einer nachhaltigen und strategischen Struktur mit Laborcharakter: das Open Region Lab (ORL). Als Wissensknotenpunkt wird das ORL sowohl regionale, gesellschaftsrelevante als auch fachliche Impulse aufgreifen.

Niedersächsischen Ministerium für Wissenschaft und Kultur (MWK)

VolkswagenStiftung

Zusätzliche Informationen

Die Teilprojekte

In den technischen Teilprojekten des Vorhabens werden aktuelle Forschungsfragestellungen der Fahrzeugtechnologie im Bereich Leichtbau, Digitalisierung des Fahrzeugs und integrale Sicherheitssysteme anwendungsorientiert untersucht. Darüber hinaus betrachtet das integrative Querschnittsprojekt die Implementierung offener Netzwerkstrukturen in regionale Innovationssysteme. Vier Professoren/innen aus den Fakultäten Maschinenbau, Fahrzeugtechnik und Verkehr-Sport-Tourismus-Medien forschen mit Unternehmen, Organisationen und regionalen Akteuren in folgenden Teilprojekten:

Die Reduktion der Anzahl der Verkehrsunfallopfer in Verbindung mit dem sich verdichtenden Verkehr und der zunehmenden Urbanisierung ist in Europa ein Thema besonderer gesellschaftlicher Relevanz. Die EU hat sich mit „Vision Zero“ das Ziel gesetzt, die Anzahl der Verkehrstoten innerhalb von 10 Jahren (bis 2020) zu halbieren. Dieses Ziel scheint aufgrund der aktuellen Zahl der Verkehrsopfer nicht erreichbar, sodass neue Systeme insbesondere für den Individualverkehr und den straßengebundenen Güterverkehr erforderlich sind, um nicht zuletzt die angestrebte Halbierung der Verkehrstoten zu erreichen. Eine zentrale Rolle wird hierbei neben den Fahrerassistenzsystemen, der Vernetzung sowie automatisierter Fahrfunktionen den integralen Sicherheitssystemen zukommen, welche die aktive und passive Sicherheit kombinieren, sodass insbesondere die unmittelbare Vorunfallphase stärker genutzt wird.

 

Seitencrashkonstellation

Seitencrashkonstellation im Simulationstool PC-Crash 

 

Zielsetzung

Ziel ist die Entwicklung von integralen, schaltbaren Sicherheitssystemen, welche den Insassenschutz steigern. In weiteren Betrachtungen sollen durch den Forschungsfortschritt zukünftige Anwendungsfälle und Sicherheitselemente für innovative Fahrzeugkonzepte erarbeitet und deren Umsetzung bewertet werden.

  • Entwicklung von integralen, schaltbaren Sicherheitssystemen zur Steigerung des Insassenschutzes
  • Erarbeiten zukünftiger Anwendungsfälle und Sicherheitselemente für innovative Fahrzeugkonzepte
  • Definition von Auslegungsfällen
  • Ermittlung und Bewertung des Sicherheitspotenzials
  • Entwicklung neuartiger Systeme
  • Bewertung der Umsetzung

 

  • Wie verbessern Sie mit Ihrer Forschung die Fahrzeuge von morgen?

Wir entwickeln einen ganzheitlichen Sicherheitsansatz für zukünftige Fahrzeuggenerationen. Unfallvermeidende Fahrzeugautomatisierung wird dabei gekoppelt mit passiv schützenden Fahrzeugstrukturen und Rückhaltesystemen die in Unfallszenarien wirken, bei denen eine Unfallvermeidung auch durch intelligente Fahrzeuge mit Umfeldsensorik nicht mehr möglich ist. In unseren Laboren stehen uns dazu beispielsweise ein Fahrsimulator, ein Laborfahrzeug zur Erprobung von Fahrzeugumfeldsensorik sowie Crashprüfstände und Crashsimulation zur Verfügung.

  • Wo finden Sie Ihre Forschung im Alltag wieder? Wo kommt die Forschung zum Tragen?

Fahrassistenzsysteme und auch prädikativ wirkende Schutzsysteme nehmen zunehmend Einzug in moderne Serienfahrzeuge. Beim pre sense side System von Audi werden beispielsweise die Radarsensoren des Kreuzungsassistenten genutzt, um eine Seitenkollision zu erkennen. Über das aktive Fahrwerk wird in diesem Falle die Karosserie innerhalb einer halben Sekunde um etwa 80 Millimeter angehoben. Dadurch können die Intrusion in die Fahrgastzelle und die Belastung der Fahrzeuginsassen maßgeblich gesenkt werden.

  • Im Rahmen des Projekts ZuFOR arbeiten Sie mit Kolleg*innen aus anderen Fachbereichen zusammen. Inwiefern haben Sie von dieser interdisziplinären Ausrichtung profitiert?

Wir beide (Prof. Lichte und Prof. Bachem) arbeiten bereits auf Teilprojektebene mit den jeweiligen Fachgebieten Fahrzeugumfeldsensorik und Fahrzeugsicherheit interdisziplinär zusammen. Themenübergreifend profitieren wir unter dem Dach des Open Region Lab beispielsweise in Bezug auf die Verwendung von Leichtbaustrukturen und car2x-Technologie. Ein besonders interessanter und wertvoller Aspekt ist die im Querschnittsprojekt adressierte Akzeptanz von Fahrerassistenzfunktionen und autonomen Fahren durch die Gesellschaft.

  • Welche Forschungsergebnisse haben Sie überrascht?

Überrascht hat uns, dass in sehr vielen der zunächst als kritisch eingestuften Unfallszenarien mit richtig konzipierter moderner Fahrzeugumfeldsensorik eine weitestgehende Vermeidung von schweren Verkehrsunfallverletzungen möglich ist.

  • Welche Momente der Projektlaufzeit sind Ihnen besonders in Erinnerung geblieben?

Besondere Momente sind in den interdisziplinär zusammengesetzten praktischen Workshops im Labor und auf der Versuchsstrecke entstanden. Die Kombination von studentischer Ausbildung und angewandter Forschung war für alle Beteiligten besonders wertvoll.

  • Welchen Aspekt Ihres Teilprojekts finden Sie besonders spannend?

Besonders spannend sind immer wieder die kurzen Zeitfenster im Millisekundenbereich, in denen Unfallerkennung und Aktivierung von Schutzsystemen vor einem Unfall erfolgen können. Zu Beginn der sogenannten „Schrecksekunde“ des Menschen vergeht noch eine ganze Zeit, während der die computerbasierten Systeme weiter Daten sammeln und sich auf die Kollision zielgerichtet einstellen.

  • Welche drei Worte beschreiben Ihr Teilprojekt am besten?

Innovativ, zukunftsorientiert, aktuell, sicher, interdisziplinär

Implementierung offener Netzwerkstrukturen in regionale Innovationssysteme durch Labs

Der gesellschaftliche und technologische Wandel erfordert eine Anpassung des Innovationsparadigmas. Im Sinne der Open Innovation können externe Ressourcen (Zivilgesellschaft, Fachfremde etc.) zielführend in den Innovationsprozess integriert werden. Labs bieten eine offene Plattform, in denen Formate und iterative Abläufe ein „out-of-the-box-thinking“ gewährleisten. In diesem Umfeld wird der Austausch von Wissen, Ideen und Informationen begünstigt und schafft interdisziplinäre Netzwerkstrukturen. Aufgrund ihrer starken Eingebundenheit in die regionale Wirtschaft eignen sich speziell Hochschulen als Verbindungspunkte im Bereich von Forschung und Entwicklung. Hochschul-Labs nehmen daher in regionalen Innovationssystemen eine erweiterte Form als Inkubator im Wissens- und Technologietransfer ein.

 

Fahrzeugtechnologie

 

Zielsetzung:

Das Forschungsziel dieses integrativen Querschnittsprojektes ist es festzustellen, inwieweit die Einrichtung des Open Region Lab (ORL) das regionale Innovationssystem ergänzt und die Innovationskraft im Bereich der Fahrzeugtechnologien erweitert. In der Region Braunschweig gibt es eine Vielzahl von Transferstellen (Coopetiton). Ein interdisziplinäres Lab kann durch die offene Struktur einen neuen Innovationsansatz bilden. Ferner werden die technischen Teilprojekte innerhalb des Gesamtprojektes vernetzt und gesellschaftliche Fragestellungen beantwortet. Ein weiteres Ziel ist die Entwicklung von neuen Innovationsmethoden (Open Innovation), die die synthetische Wissensbasis des Fahrzeugbaus erweitert und neue Denkprozesse generiert. Die Akzeptanz des ORL wird gestärkt und soll für weitere Hochschulprojekte verstetigt werden.

  • Labor: Vernetzung der beteiligten KMUs der Region und anderen Akteuren mit der Hochschule
  • Interdisziplinäre Forschung der Ostfalia stärken
  • Organisation und Koordination des Open Region Labs und Wissenstransfer: enge Zusammenarbeit mit dem Wissens- und Technologietransfer
  • Regionale Innovationssysteme identifizieren
  • Formate und Methoden für den Wissensaustausch anwenden/ Veranstaltungen durchführen
  • Netzwerkaktivitäten analysieren
  • Stärkung der Innovationskultur der Region

Kraftstoffverbrauch und Schadstoffausstoß von Kfz lassen sich durch Optimierung von Verbrennungsmotor und Antriebsstrang kaum weiter senken. Andererseits können emissionsarme Elektrofahrzeuge als Alternative momentan keine hinreichend hohen Reichweiten erzielen, sodass die Kundenakzeptanz fehlt. Durch den Einsatz eines Range Extenders (RE), welcher elektrische Energie aus Energieträgern wie Benzin oder Wasserstoff zur Verfügung stellt, kann die Reichweite deutlich erhöht und somit die breite Marktdurchdringung beschleunigt werden.

 

Verkehrsszenario

Untereinander und mit der Umwelt vernetzte Elektrofahrzeuge

 

Zielsetzung:

Ziel ist die Konzeption intelligenter Elektrofahrzeuge mit RE, die innovative Technologien zur Energiebedarfsoptimierung und Reichweitenerhöhung in sich vereinen. Hierzu wird ein flexibel skalierbares, elektronisches Fahrzeugmanagement als globale Regelinstanz mit unterlagerten Systemen für Fahrwerks- und prädiktives Energiemanagement für unterschiedliche RE entwickelt. Darüber hinaus wird eine sichere Datenkommunikation zwischen Fahrzeugen und Infrastrukturen zur Vernetzung in cyberphysischen Verkehrssystemen entworfen.

  • Konzeption von autonomen, prädiktiven und energieoptimal fahrenden Hybridfahrzeugen mit intelligenten elektronischen Fahrzeugsystemen
  • innovative Technologie zur Optimierung des Energiebedarfs, der Schadstoffminimierung und der Reichweitenerhöhung
  • funktionsgetriebenes Fahrzeugkonzept mit hoher Anwendungsorientierung
  • Digitalisierung und Vernetzung dieser intelligenten Fahrzeuge in Cyber-Physischen-Verkehrssystemen

 Elektrofahrzeug

Konzept eines Elektrofahrzeugs mit Brennstoffzelle als Range Extender

 

  • Wie verbessern Sie mit Ihrer Forschung die Fahrzeuge von morgen?

Durch unsere Forschung verbessern wir die Fahrzeuge von morgen insofern, als dass sie die Möglichkeiten der Digitalisierung und der Vernetzung mit anderen Verkehrsteilnehmern sowie der Infrastruktur nutzen können, um durch einen vorausschauenden/prädiktiven Fahrbetrieb energieeffizient und in kurzer Zeit ans Ziel zu kommen.

  • Wo finden Sie Ihre Forschung im Alltag wieder? Wo kommt die Forschung zum Tragen?

Unsere Forschung findet sich in vielen Alltagssituationen wieder. So werden beispielsweise die Fragen beantwortet, welche Ladesäule oder Wasserstofftankstelle ein Fahrzeug mit Batteriespeicher und Brennstoffzelle aufsuchen sollte, um möglichst schnell ans Ziel zu kommen und welche Geschwindigkeit auf der Route zum Ziel optimal ist, um energieeffizient ohne Störung des Verkehrs zu fahren. Es werden aber auch Maßnahmen zur Steigerung der Energieeffizienz auf Bordnetzebene entwickelt, welche sich in einem höheren Ladestand am Ziel und weniger verbrauchtem Wasserstoff bemerkbar machen.
Die Forschung kommt in der individuellen Mobilität, insbesondere in PKW, zum Tragen. Sie lässt sich aber bspw. auch auf LKW und den schienengebundenen Verkehr übertragen.

  •  Im Rahmen des Projekts ZuFOR arbeiten Sie mit Kolleg*innen aus anderen Fachbereichen zusammen. Inwiefern haben Sie von dieser interdisziplinären Ausrichtung profitiert?

Durch viele Fragen aus anderen Perspektiven wurde die eigene Forschung hinterfragt und konnte ganzheitlicher durchgeführt werden. Es wurden zusätzliche Aspekte berücksichtigt, die nicht typisch für den eigenen Fachbereich sind und insgesamt das Niveau der eigenen Forschungsarbeit angehoben haben.

  • Welche Momente der Projektlaufzeit sind Ihnen besonders in Erinnerung geblieben?

Besonders in Erinnerung geblieben sind die Besuche nationaler und internationaler Konferenzen, auf denen die Ergebnisse des Projekts vorgestellt und diskutiert wurden. Durch die Diskussionen wurden neue Blickwinkel eröffnet und neue Ideen entwickelt, die direkt in die weitere Forschungsarbeit eingeflossen sind.
Auch die erfolgreichen Abschlussprüfungen der Studierenden, die durch ihre Bachelor- und Masterarbeiten und teils schon lange davor als Hiwi am Projekt mitgewirkt haben, bleiben in besonderer Erinnerung.

  • Welchen Aspekt Ihres Teilprojekts finden Sie besonders spannend?

Besonders spannend ist die Vielfalt und Verknüpfung der betrachteten Themenfelder, angefangen von der Digitalisierung und Vernetzung von Fahrzeugen in cyber-physischen Verkehrssystemen über die zeit-, energie- und infrastrukturoptimierte Navigation und die automatisierte Fahrzeugführung bis hin zum optimierten Energiemanagement im Fahrzeug mit Batteriespeicher und Brennstoffzelle.

  • Welche drei Worte beschreiben Ihr Teilprojekt am besten?

Zukunftstechnologien
Optimierungsverfahren
Interdisziplinarität

Zu etwa einem Drittel wird der Energiebedarf eines Automobils durch seine Masse bestimmt. Innovative Leichtbaumaterialien mit einer geschlossenen Hülle und einem geschäumten Kern, siehe unten, können bei gleichem Gewicht höhere Biegekräfte aufnehmen als kompakte Bauteile. Diese Eigenschaft resultiert aus der signifikanten Steigerung des Trägheitsmoments, dessen Produkt mit dem E-Modul des Werkstoffes die Biegesteifigkeit ergibt.

 

Schleusenzyklus

Schleusensystem

 

Zielsetzung:

Eine innovative Verfahrenstechnik zur Herstellung von thermoplastischem Integralschaum beinhaltet die Druckbeaufschlagung der gesamten Plastifiziereinheit mittels Stickstoff. Die Beschickung der Spritzgießmaschine mit Kunststoff wurde bisher nur unter hohen Druckverlusten realisiert. Eine verlustfreie Lösung wurde an der Ostfalia gemeinsam mit der VW AG patentiert. Diese Lösung soll zum Einschleusen von Thermoplastgranulat in eine Spritzgießmaschine genutzt werden. Durch das wiederholte Verfahren der Kolben gemäß der Verfahr-Schritte a) bis d), siehe oben, wird Schüttgut vom Atmosphärendruck p1 zum höheren Druckniveau p2 geschleust (p1<< p2). Im Rahmen des Projektes sollen die Möglichkeiten des Einsatzes von thermoplastischen Integralschäumen für den automobilen Leichtbau aufgezeigt werden.

 

Dichtegradient
Dichtegradient

 

Thermoplastschaumspritzguß

  • Wie verbessern Sie mit Ihrer Forschung die Fahrzeuge von morgen?

Die Verbesserung liegt in der Gewichtseinsparung. Durch die leichteren Strukturen von Bauteilen verringern sich das Gewicht des Fahrzeugs und damit einhergehend der CO2-Ausstoß der Fahrzeuge.

  • Wo finden Sie Ihre Forschung im Alltag wieder? Wo kommt die Forschung zum Tragen?

In nahezu jedem Fahrzeug, welches auf den Straßen unterwegs ist. Auch andere Gegenstände wie zum Beispiel Getränkekästen, Paletten oder Einkaufskörbe können durch Schaumstrukturen ein geringeres Gewicht erhalten.

  • Im Rahmen des Projekts ZuFOR arbeiten Sie mit Kolleg*innen aus anderen Fachbereichen zusammen. Inwiefern haben Sie von dieser interdisziplinären Ausrichtung profitiert?

Einblicke in andere Fachbereiche und damit mehr Verständnis für deren Belange bzw. Bedürfnisse.

  • Welche Forschungsergebnisse haben Sie überrascht?

Bezogen auf die TSG-Problematik gab es viele Überraschungen, die ich hier nicht verraten möchte, sondern tatsächlich der Mehrwert einer transdisziplinären Zusammenarbeit. Dieser Mehrwert, den Mitarbeiter und ich aus den zahlreichen Diskussionen, Meetings usw. mitgenommen haben und der mit der reinen technisch getriebenen Forschung eigentlich nichts zu tun hat

  • Welche Momente der Projektlaufzeit sind Ihnen besonders in Erinnerung geblieben?

Eben der Austausch mit den anderen Beteiligten im großen Kreis.

  • Welchen Aspekt Ihres Teilprojekts finden Sie besonders spannend?

Den Aspekt der Ideenfindung und deren Umsetzung

  • Welche drei Worte beschreiben Ihr Teilprojekt am besten?

Schaum-spritz-gießen

Die Speicherung elektrischer Energie in sekundären Batterien wird seit vielen Jahren erfolgreich zur Verwendung portabler Geräte, wie Notebooks oder Telefone umgesetzt. Für die Zwischenspeicherung von Windenergie werden entsprechend große Energiespeicher, z.B. elektrochemische Speicher, benötigt.

 

VRFB_Schema

Funktion der Membran in einer Vanadium basierten Redox‐Flow Batterie

 

Die räumliche Trennung der Anode von der Kathode ist in der elektrochemischen Zelle ein wichtiger Bestandteil des Zellenaufbaus, wobei oft Polymerseparatoren zum Einsatz kommen, die mit dem Elektrolyten keine nennenswerten Wechselwirkungen eingehen. Membrane, welche mit dem Elektrolyten wechselwirken, können durch gezielten Aufbau den Innenwidersand einer Zelle verbessern und so die Effizienz und die Leistung beeinflussen. Redox-Flow Batterien ermöglichen als stationäre elektrochemische Energiespeicher die Zwischenspeicherung fluktuierender Energien, um sie beispielsweise an Elektrotankstellen als elektrischen Strom wieder abzugeben.

 

selektive Membran_Schema

Schematische Darstellung selektiver Polymermembranen

 

Zielsetzung:

Der Aufbau neuer selektiver Polymermembranen für die Vanadium basierte Redox-Flow Batterie wird angegangen, wobei es den Einfluss ihrer chemischen Zusammensetzung und ihres strukturierten Aufbaus auf die Batterieperformance zu untersuchen gilt. Dazu werden chemische Modifikationen an kommerziellen Polymeren vorgenommen, um sie anschließend zu Membranen zu verarbeiten. Die neuen Membranmaterialien werden in Messzellen hinsichtlich der Durchlässigkeit für Vanadiumkationen und des elektrischen Widerstandes untersucht. In Redox-Flow Batterien wird getestet, welchen Einfluss die Membranen auf die Energieeffizienz nehmen und in welchem Maße die Leistung einer Zelle beeinflusst wird.

 

  • Wie verbessern Sie mit Ihrer Forschung die Fahrzeuge von morgen?

Mit meiner Forschung möchte ich einen Beitrag zur Verbesserung der Ausnutzung regenerativer Energien leisten, indem diese in Redox-Flow Batterien kostengünstig zwischengespeichert werden können. Durch die Erhöhung des Anteils der regenerativen Energien am Gesamtstrommix werden die Fahrzeuge von morgen umweltfreundlicher.

  • Wo finden Sie Ihre Forschung im Alltag wieder? Wo kommt die Forschung zum Tragen?

Es gibt auf fast allen Kontinenten Pilotprojekte, bei denen große Redox-Flow Batterien (MWh) zu Test- und Forschungszwecken an Windkraftanlagen oder dem elektrischen Netz eines Energieversorgers angeschlossen werden. Weiterhin gab es in den vergangenen Jahren Unternehmensgründungen in Deutschland. Diese Unternehmen fertigen Redox-Flow Batterien zur Verwendung als Heimspeicher z.B. für Photovoltaikanlagen. Weiterhin sind Ionenaustauschermembranen in Elektrolyseuren und in Brennstoffzellen zu finden. Neben der Wandlung oder der Speicherung elektrischer Energie werden Polymermembranen vor allem in der Medizintechnik (Dialyse), der pharmazeutischen Industrie (reines Wasser für Medikamente, Gewinnung von Proteinen mittels Membranadsorbern), der Lebensmittelindustrie (Verwendung von Membranverfahren zur dezentralen Herstellung von Wasser gleicher Zusammensetzung für zuckerhaltige Cola-Getränke) oder in Meerwasserentsalzungsanlagen eingesetzt.

  • Im Rahmen des Projekts ZuFOR arbeiten Sie mit Kolleg*innen aus anderen Fachbereichen zusammen. Inwiefern haben Sie von dieser interdisziplinären Ausrichtung profitiert?

Ich habe gelernt, dass Elektromobilität weit mehr ist als der Wechsel vom Verbrenner zur elektrochemischen Zelle. Damit meine ich, dass nicht nur technische Problemstellungen zu bearbeiten sind, sondern auch gesellschaftliche Verantwortung und die Entwicklung von Städten als Teil der übergeordneten Energiewende zu betrachten sind.

  • Welche Forschungsergebnisse haben Sie überrascht?

Überraschende Forschungsergebnisse leite ich an die Wissens- und Technologietransferstelle der Ostfalia Hochschule in Form von Erfindungsmeldungen weiter.

  • Welche Momente der Projektlaufzeit sind Ihnen besonders in Erinnerung geblieben?

Es sind die Momente in denen man sich darüber freut Unterstützung für sein Vorhaben zu finden, genauso wie die Momente in denen man feststellt, dass man nicht von jedem erwarten kann den Wert und Nutzen seiner Forschung zu verstehen.

  • Welchen Aspekt Ihres Teilprojekts finden Sie besonders spannend?

Es gibt drei Aspekte, die dieses Teilprojekt spannend machen. Die Hypothese, dass man mit Membranen unterschiedlicher Zusammensetzung und unterschiedlichem Aufbau die Batterieperformance entscheidend beeinflussen kann, die Herstellung neuer Polymere für die Membranentwicklung sowie die Betrachtung und Umsetzung des gesamten Prozesses im Labor: vom Monomer bis zur Redox-Flow Batteriemembran.

  • Welche drei Worte beschreiben Ihr Teilprojekt am besten?”

– Membranwissenschaft und -technik
– Chemische Verfahrenstechnik
– Polymerchemie

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