Ziel ist die Energieeinsparung, nicht nur die Änderung der Energieherkunft im Kfz-Verkehr


Die Änderung der Energieherkunft bsw. von der Verwertung fossiler Energiespeicher (mineralölbasiert, erdgasbasiert, kohlebasiert) hin zu aktuell auf Basis der Sonneneinstrahlung erzeugte Energien (Wind- oder Solarstrom, Biomasse und der damit erzeugten Energiespeicher wie Gase oder Wärme) mindert zwar im großen Umfang die Entstehung klimaschädlicher Gase, kann aber nicht im wünschenswerten Maße den Energiebedarf decken. Nur die umfassende Einsparung von Energie in Kombination mit der Nutzung aktueller Sonnenenergie kann das Ziel der erforderlichen Minderung klimaschädlicher Gase erreichen.

Hier soll nur die Möglichkeit der Energieeinsparung im Bereich des Kfz-Verkehrs angesprochen werden.

Die augenblicklich veröffentlichten Überlegungen und Ergebnisse (2022) lassen zwei alternative Antriebsarten erkennen, die beide auf der Nutzung elektrischer Energie beruhen:

- die in Akkumulatoren gespeicherte Elektrizität, meist als Batteriespeicher benannt
- die aktuell erzeugte Elektrizität durch Verbinding von Wasserstoffgasen und Sauerstoff in Brennstoffzellen.

Für beide Antriebsarten lassen sich Vor- und Nachteile aufführen. Erkennbar ist die Erkenntnis, dass für schwere Fahrzeuge mit großen Reichweiten die Wasserstofftechnologie, für kleine Fahrzeuge (ùberwiegend Pkw) dagegen die Speichertechnologie den jeweiligen Erfordernissen besser gerecht würde.
Die überwiegenden Fahrten der Kleinfahrzeuge finden im Kurzstreckenbereich statt. Hier scheint eine Speicherkapazität von 20 kWh für den täglichen Bedarf als durchaus ausreichend. Die erforderliche Nachspeicherung ist tagsüber und spätestens in der Nacht auch mit einem minimalen Anschlusswert (z.B. Haushaltssteckdose) möglich. Insbesondere die direkte Nutzung von Solarenergie über eine private Photovoltaikanlage während der Standzeiten wäre wirtschaftlich äußerst reizvoll. Dies muss auch an Standplätzen in der Nähe der Arbeitsstelle ermöglicht werden.
Problematisch wird die geringe Speicherkapazität nur dann, wenn mit dem Fahrzeug eine größere Strecke gefahren werden soll und die Nutzung alternativer Beförderungsmittel nicht passend erscheint. In den Urlaub mit dem eigenen Fahrzeug, auch um dort unabhängig zu sein, ist und wird auch weiter der Wunsch der meisten Kfz-Nutzer sein.

Wie können die unterschiedlichen Ansprüche befriedigt werden?
Im Normalbetrieb reicht ein geringer Energiespeicher, während in besonderen Situationen eine Vervielfältigung des Speichers nötig erscheint. Muss zur Deckung dieser Bedarfes ein großes, schweres und auch teures Fahrzeug genutzt werden ? Die Werbung der Autoindustrie für immer umfangreichere Ausstattungen und Speicherkapazitäten lässt darauf schließen. Das bedeutet, dass auch im Normalbetrieb ein mehrere Hundert Kilo schwerer Akkumulator mit dem dafür konzipierten stabilen Chassis transportiert werden muss, was wiederum einen zusätzlichen Energieeinsatz erfordert.
Alternativen hierzu werden kaum aufgezeigt. Dabei wären hier sind unterschiedliche Ansätze denkbar:

* ‌die temporäre Verstärkung der Speicherkapazität,
* ‌die Vermeidung erheblicher Einflüsse auf den Energiebedarf während der Langfahrten

Verstärkung der Speicherkapazität


Im Normalbetrieb reicht die Speicherkapazität, die maximal einmal täglich ergänzt wird. Für weite Strecken scheint dagegen eine beständig höhere Speichermenge unverzichtbar. Die Autoindustrie wirbt intensiv mit immer
größeren Speichern und möglichen Fahrstrecken, obwohl auch diese Fahrzeuge im Alltagsbetrieb meist überdimensioniert sind. So wird für eine mögliche Langstrecke auch im Normalbetrieb ein unnötig großer und extrem schwerer und auch teurer Speicher mitgeschleppt.
Für die Standardfahrzeuge bietet sich bei längeren Strecken die Ergänzung des Energiespeichers durch einen Speicherhänger an. Diese Anhänger werden in unterschiedlichen Größen und Speicherkapazitäten angeboten. Damit bei einer Urlaubsreise der Anhänger nicht lange ungenutzt bleibt, bietet sich die dezentrale Vorhaltung in Verbindung mit einem Einwegangebot an. Und damit in den Verleihstationen die Hänger schnell zur Verfügung stehen, werden die Akkus zum Laden gewechselt.
Die Hänger können neben den Akkus auch Gepäck und Fahrräder aufnehmen.
Erforderlich wird für die Anhängerlösung natürlich die Vorbereitung der Fahrzeuge mit Kupplung und Stromanschluss für den Antrieb bereits im Werk. Diese Einbauten gehören auf die Zubehörliste.
Die Fahrzeuge mit Hänger unterliegen einer Geschwindigkeitsbegrenzung. Sie können in der Regel nur auf den rechten Spuren der Autobahnen verkehren.

Senkung des Energiebedarfs bei Langfahrten


Ziel ist die Minderung der Einflüsse auf den Energiebedarf, insbesondere durch Senkung des Luftwiderstandes bei höheren Geschwindigkeiten Der Luftwiderstand erfordert je nach Geschwindigkeit einen enormen Energieeinsatz. Radfahrer werden schon bei mehr als 15 Stundenkilometern eine Zunahme des Luftwiderstandes verspüren. Die Wirkung entspricht einem entsprechenden Gegenwind. Der Widerstand wächst im Quadrat der Geschwindigkeit.
So ist bei 30 Stundenkilometern bereits die 4-fache Kraft einzusetzen.
Rennradfahrer versuchen, den Widerstand der stehenden Luft durch Minderung der Angriffsflächen zu verringern. Aber im Bereich von 60 Stundenkilometern, d.h. bei dem 16-fachen Krafteinsatz des Normalradlers ist bei ihnen auch das Limit erreicht. Und bei der Autogeschwindigkeit von 120 km/h wäre dies schon der 64-fache Bedarf. Und die geringe Steigerung auf 150 km/h erhöht den Krafteinsatz auf das Hundertfache.

Zielprojektion:

Überlassung der gesamten Steuerung an zentral-dezentrale Systeme ab Auffahrt zur Autobahn

Die linke Spur ist reserviert für schnelle Fahrgemeinschaften.
Die Hõchst- und Dauergeschwindigkeit auf der linken Spur liegt bei 120 km/h.
Hier werden aus mehreren Fahrzeugen Fahrgemeinschaften zusammen gesetzt. Zur Verringerung des Luftwiderstandes fahren die Fahrzeuge in äußerst kurzem Abstand. Angetrieben wird so ein Autobahnzug durch ein großes Zugfahrzeug und den eigenen Antrieb. Alle Fahrzeuge des Zuges sind durch elektromagnetische Kupplungen verbunden, die aber keine feste mechanische Bindung herstellt.
Die Steuerung sämtlicher Teilnehmer wird vom Zugfahrzeug übernommen, so dass Beschleunigung und Bremsen sowie die Lenkung aller Hänger zentral erfolgt. Die Länge des Autobahnzuges ist auf 200 m (40 bis 50 Fahrzeuge) begrenzt. Das Zugfahrzeug ist für den Dauerbetrieb angelegt und mit zwei Personen besetzt.
Durch den Autobahnzug wird autonomes Fahren der Hänger im vollen Umfang ermöglicht, wobei auf der Autobahn die Steuerung zentral durch das Zugfahrzeug erfolgt. Während der Hängerfahrt kann somit vollständig auf Eingriffe der Mitfahrer verzichtet werden. Es ähnelt also einer Eisenbahnfahrt mit dem Vorteil eines intimen eigenen Abteils, leider ohne Speisewagen und Toiletten.
Vor der Auffahrt auf die Autobahn wird im Fahrzeug das Fahrziel eingegeben. Der zentrale Autobahnservice (ZAS) ermittelt die optimale Fahrroute unter Berücksichtigung der aktuellen Verkehrssituation auf alle denkbaren Routen. Die Auffahrt zur Autobahn und die Einfädelung in den fließenden Verkehr auf der rechten Fahrspur übernimmt das zentrale System in Verbindung mit dem autonomen Fahrzeugsystem.
Die Zugmaschinen fahren mit den angehängten Fahrzeugen permanent ihre festgelegten Routen. Auf allen Autobahnen fahren die Zugmaschinen in maximal 15minütigem Abstand. Bei Bedarf, den der ZAS auf Grundlage der Fahrtanmeldungen ermittelt, wird die Frequenz erheblich erhöht.
Bei Bedarf (Toilette, Restaurant u.ä.) kann die Zugfahrt durch entsprechende Eingabe unterbrochen werden. Das Fahrzeug wird automatisiert ausgeschert und rechtzeitig auf den rechten Fahrstreifen und dann an die Servicestation geführt. Die Abstellposition wird optimal gefunden. Nach Abschluss der Pause wird das Fahrzeug in den nächstmöglichen Zug eingebunden.


Anpassung der Fahrzeuge

Die zur Aufnahme in den Zugbetrieb vorgesehenen Fahrzeuge werden in Breite und Höhe reglementiert, die Länge ergibt sich nach individuellem Bedarf. Zur Neuaufteilung der Autobahn-Breiten sollten auf der linken Fahnbahn keine überbreiten Fahrzeuge fahren. Als maximale Breite und auch Standardbreite sind 1,80m vorgesehen. Die Höhe sollte bestehende Einfahtsbegrenzungen berücksichtigen. Standardhöhe sollte 1,90m sein.
Die äußere Gestaltung ergibt sich nach den Erfordernissen der Langfahrten auf Autobahnen, d.h. senkrechte Verglasung vorne und hinten und abgerundet bis fast Wagenhöhe ohne Motorhaube und angebaute Kofferraum. Seitlich kann das Fahrzeug in den Eckbereichen abgerundet werden. Eine Ähnlichkeit mit Kleinbussen ist gegeben. Alternative Elektrofahrzeuge wie der XBus von Electric Brands Bild "Zukunft:downloadfile.png"
XBus
kommen diesen Vorstellungen nahe.
Die Einbindung in einen Autobahnzug und die angestrebte Widerstandsminderung bedingt, dass die Fahrzeuge keine Anbauten haben und auf Außenspiegel verzichtet wird, stattdessen erhalten sie Aussenkameras. Anhängerkupplungen müssen abgenommen werden.
Bei der Bauart der Fahrzeuge stellt sich die Frage nach der Sicherheit. Müssen "Knautschzonen" sein? Auf der Autobahn wohl nicht. Auffahren muss im Hängerbetrieb unmöglich werden. Die bekannten Systeme müssen vorhanden und in Betrieb sein, auch auf den rechten Fahrspuren. Die erforderliche Anmeldung beim ZAS sollte dies gewährleisten. Und auch im Normalbetrieb sollten die Assistenzsysteme Unfälle vermeidbar machen.

Kurze elektromagnetische Kupplungen werden bei der Aufnahme in die Fahrgemeinschaft automatisiert ausgefahren.
Die innere Ausgestattung bleibt dem Wunsch der Besitzer überlassen. Das Interieur wird dem eines Wohnmobils angepasst. Die Position des Steuerungssitzes ist festgelegt. Die Steuerung erfolgt nur digital, ohne mechanische Verbindungen. Die Fahrzeuglänge ist nicht festgelegt, so dass auch drei oder vier Reihen denkbar sind. Der Innenraum kann auch für den Transport von z.B. Fahrrädern und größerem Gepäck unterteilt werden. Die Gestaltungsfreiheit innerhalb des Fahrzeugs wird nur durch sicherheitsrelevante Aspekte eingeschränkt. Anhängerkupplungen sind aber nicht machbar.
Während der Fahrt wird die hintere Scheibe abgedunkelt, damit die Einsicht trotz der Nähe nicht möglich ist.

Gefahr bei Personen oder Sachen in der Fahrspur

Da ein Autobahnzug nicht in gewohnter Weise einem Hindernis ausweichen kann, müssen Vorkehrungen getroffen werden. Die Sicherung der Autobahn durch Abzäunungen wird unvermeidbar und auch an Brùcken müssen Sicherungen durch Netze angebracht werden.

Besondere Beachtung erfordern Bauarbeiten an den Fahrspuren und Bauwerken. Die Fahrt auf der linken Spur hat absoluten Vorrang. Baustellen sind entsprechend einzurichten.

Breite der benötigten Fahrspuren ?
Neuaufteilung der vorhandenen Straßenbreiten ?


Seitenwind und Stürme

Die durchgehende Masse der Autobahnzüge kann den starken seitlichen Winden einen erheblichen Widerstand bieten. Dadurch kann es bei relativ leichten Fahrzeugen mit großen seitlichen Flächen zu Gefahrsituationen kommen. Die Lärmschutzwände mindern in einigen Bereichen den Seitenwind bereits erheblich. Auch der Ausbau der Autobahn in Senken und Trõgen verringert den seitlichen Einfluss der Winde. Für die übrigen Strecken und vor allem die Brücken sind entsprechende Wände aufzubauen. Diese bieten sich im Mittelstreifen an und
sorgen bei beiden Fahrstreifen für die Minderung von Seitenwind.

Unterhaltsarbeiten an den Mittelstreifen müssen in der Nebenzeit (nachts) ausgeführt werden, damit die verringerte Anzahl von Zügen über die rechte Fahrbahn geleitet werden können, ohne die Geschwindigkeit abzusenken.

Personalwechsel im Zugfahrzeug

Der Zugbetrieb ist auf Dauerbetrieb ausgelegt. Nur zu notwendigen Inspektionen und Reparaturen ist der Wechsel der Zugmaschinen vorgesehen. Dem Fahrpersonal muss die Gelegenheit zu Pausen, Mahlzeiten und Toilettenbesuch gegeben werden.
Auch ist der Wechsel des Personals nach den Arbeitszeiten zu ermõglichen. Das Zugfahrzeug wird mit den entsprechenden Einrichtungen ausgestattet. Der Personalwechsel erfolgt im festgesetzten Rhythmus durch ein Pilotfahrzeug, das direkt hinter der Zugmaschine andockt. Über eine Verbindung im hinteren Teil wird der Wechsel erfolgen. Der Sanitärbereich wird im Rahmen der routinemäßigen Inspektion gesäubert. Auch ein Nachfüllen de Wasserstoffspeicher wird ermöglicht.

Die Stromerzeugung im Zugfahrzeug erfolgt durch Brennstoffzellen. Überschüssiger Strom wird in umfangreichen Akkus gespeichert. Im Zugbetrieb können die Hänger Strom nachladen zum bekannten Festpreis.

Unterschiedliche Spurbreiten der Achsen zur Schonung der Fahrbahnen
Bei zweispurigen Strecken links nur Zugbetrieb, alle anderen Fahrzeuge bleiben rechts, Ausnahmen nur bei geringem Zugbetrieb (vor allen spät nachts) durch den ZAS.

Der rechte Fahrstreifen ist für Großlastfahrzeuge, nicht normierte E-Fahrzeuge alter Art, Altfahrzeuge mit Verbrennungsmotoren, Einspurfahrzeuge (Motorräder und Roller) vorgesehen, aber nur, wenn diese Fahrzeuge mit einem autorisierten Steuergerät ausgestattet sind, das gesteuertes autonomes Fahren ermöglicht. Alle anderen Fahrzeuge sind auf Straßen außerhalb der Autobahnen angewiesen. Auch auf der rechten Spur ist autonomes Fahren und Koppelbetrieb ermöglicht.
Bei drei- und mehrspurigen Autobahnen kann auf den rechten Fahrbahnen überholt werden. Hierbei kann die Höchstgeschwindigkeit beim Überholen bis zu 120 km/h betragen.

Großpersonenfahrzeuge ? In Zugbetrieb zu integrieren ?
Vollständig autonomes Fahren?