Der Kühlschrank meldet dem Smartphone, dass die Milch alle ist; die Lichtanlage erkennt über Sensoren, wenn jemand an der Tür ist und schaltet das Licht ein – das Internet der Dinge hat längst Einzug in unseren Alltag gehalten. Aber nicht nur in den eigenen vier Wänden, sondern auch in unseren Autos. Das Smartphone interagiert mit dem PKW, der Fahrer kann unabhängig vom Standort über Internet seinen Lieblingssender im Radio hören oder E-Mails empfangen und sich vorlesen lassen. Alles ist mit allem vernetzt – das gilt ebenso für Nutzfahrzeuge aller Art – von Omnibussen über Lastwagen und Baggern bis hin zu Mähdreschern und Müllwagen. Auch hier arbeiten Ingenieure daran, die Fahrzeuge smarter, aber auch effizienter zu machen.

Über die technischen Herausforderungen, die diese Entwicklung mit sich bringt, haben Experten auf dem Technologiesymposium diskutiert. So standen etwa Vorträge zu neuartigen Fahrerassistenzsystemen, energieeffizienten Antrieben und autonomen Fahren auf dem Programm. „Ein großes Thema, über das hier gesprochen wird, ist der Schadstoffausstoß, der verringert werden muss“, sagt Informatikprofessor Dr. Karsten Berns, der den Lehrstuhl für Robotersysteme an der TU Kaiserslautern innehat und der die Tagung mitorganisiert hat. „Hier wird der Druck für die Fahrzeughersteller zunehmend größer.“ Dies gelte insbesondere für Busse, die in der Innenstadt fahren. Mehrere Feinstaubalarme wie in Stuttgart sensibilisieren die Bevölkerung. Sie möchte umweltverträgliche Technologien. Energiesparsame Elektrobusse sind daher gefragt.

Diese Entwicklung wird auch mit neuen Designs einhergehen – der öffentliche Nahverkehr der Zukunft wird sich stärker an den Bedürfnissen der Kunden orientieren: Etwa mit kleinen Bussen, die die Fahrgäste zur gewünschten Uhrzeit zu Hause abholen und sich später zu einem größeren Fahrzeugverband zusammenschließen. Denkbar sind zudem neuartige Bezahlsystemen, die den Fahrgast beim Einsteigen automatisch erkennen. Und auch bei anderen Fahrzeugen, die das Bild einer Innenstadt bislang geprägt haben, kann es in Zukunft zum Wandel kommen: Kehrmaschinen oder Müllabfuhren könnten mit geräuscharmen Elektroantrieben ausgestattet sein. In engen Gassen erkennen Kameras an den Wägen frühzeitig Hindernisse. Hier könnten dann kleine selbstfahrende Maschinen zum Einsatz kommen. Auf diese Weise könnten die Straßen schon sehr früh am Morgen gereinigt und der Müll eingesammelt werden, ohne Anwohner um den Schlaf zu bringen und den morgendlichen Berufsverkehr zu beeinflussen.

Ein großes Thema, über das hier gesprochen wird, ist der Schadstoffausstoß, der verringert werden muss.

Prof. Karsten Berns

Aber nicht nur im Stadtverkehr sind diese Technologien gefragt. Auch auf dem Land steht schon die nächste Generation Traktoren und Mähdrescher in den Startlöschern, wie Berns sagt: „Bei der Aussaat oder der Ernte könnten autonome Maschinen im Verbund gemeinsam über das Feld fahren. Sie sind viel kleiner als heutige Fahrzeuge, sind flexibler einzusetzen, verbrauchen weniger Sprit. Der Landwirt kann so Aufgaben auf verschieden Geräte verteilen und diese gleichzeitig überwachen.“ Er könne so zudem von einem Fahrzeug aus die anderen Maschinen steuern. Alle Maschinen sind miteinander vernetzt. Über ein Display hat der Bauer etwa den Kraftstoffverbrauch aller Fahrzeuge im Blick. Zudem wird er permanent über das Wetter oder die Bodenbeschaffenheit informiert. Das System zeigt ihm etwa an, ob der Boden zu nass oder zu trocken ist. „Sinn macht das vor allem für diejenigen Landwirte, die kein Personal mehr finden und die ihre Arbeit so besser meistern können“, so Berns.

Darüber hinaus wird sich die Arbeit für Fernfahrer ändern. Während der Lastwagen selbstständig auf der Autobahn fährt, sind die Fahrer über ihre Tablet-Rechner mit dem Spediteur vernetzt und könnten beispielsweise Lieferscheine ausfüllen oder neue Aufträge entgegennehmen. Mit dem LKW am Zielort angekommen übernehmen anschließend Roboter das Entladen der Ware – eine meist mühsame Tätigkeit. Auch das Bild von Baustellen wird sich wandeln. So steuert ein Vorabeiter zum Beispiel mehrere Bagger oder Kräne gleichzeitig in einer Kabine über einen Touchscreen. Alle Maschinen sind dabei untereinander vernetzt.

Auch bei der Produktion der Fahrzeuge wird sich einiges ändern: Unter dem Schlagwort „Industrie 4.0“ wird sich die Arbeitswelt in Fabrikhallen und Produktionsstätten in den kommenden Jahren wandeln. Arbeiter und Maschinen interagieren eng miteinander. Industrieroboter schicken zum Beispiel permanent wichtige Informationen zum Bau eines Fahrzeugs auf den Tablet-PC des Schichtleiters. Dieser kann bei einem Problem sofort reagieren. Beim Zusammenbau von Maschinen kommen Datenbrillen zum Einsatz: Sie zeigen den Monteuren an, an welchen Stellen welche Teile eingebaut werden müssen oder warnen beim Einbau eines falschen Teils. Auch bei den Materialen wird es Neuerungen geben, wie Berns sagt: „Hier spielen Karbonfasern eine große Rolle, sie sparen Gewicht und Kosten. Aber auch intelligente Materialen, die zum Beispiel berührungsempfindliche Sensoren oder Displays enthalten, werden künftig in Nutzfahrzeugen eingebaut.“ Bei Bussen könnten damit beispielsweise direkt in der Karosserie Informationen zur Fahrtrichtungen oder auch Werbung eingeblendet werden. 

Die TU Kaiserslautern ist weltweit für ihre Forschung in Sachen Nutzfahrzeuge bekannt: An 13 Lehrstühlen forschen rund 150 Mitarbeiter daran, LKWs, Busse, Bagger oder Mähdrescher smarter für die Zukunft zu machen. Sie entwickeln unter anderem Techniken für das autonome Fahren, Konzepte für die Elektromobilität oder Rechenverfahren, die sicherstellen, dass die technischen Systeme in den Fahrzeugen zuverlässig laufen. Im Zentrum für Nutzfahrzeugtechnologie (ZNT) bündelt die Maschinenbauer, Elektrotechniker und Informatiker um Berns ihre Kräfte. „Dabei kooperieren wir eng mit Forscherkollegen der Fraunhofer-Institute für Experimentelles Software Engineering und für Techno- und Wirtschaftsmathematik“, sagt Berns, der auch Sprecher des ZNT ist. Beide Institute sind unweit des Kaiserslauterer Campus' angesiedelt. Die Experten dort haben sich wiederum im Cluster „Innovative Nutzfahrzeuge“ zusammengetan. Sie erstellen unter anderem Simulationen, um etwa zu testen, wie effizient eine Landmaschine die Saat auf dem Feld ausbringt, oder entwickeln Techniken, damit Softwaresysteme in autonomen Fahrzeugen stabil arbeiten.

Um ihre Forschung direkt in die Anwendung zu überführen, arbeiten die Kaiserslauterer Wissenschaftler eng mit Partnern aus der Nutzfahrzeugindustrie in Südwestdeutschland zusammen. Dazu zählen unter anderem namhafte Unternehmen wie Daimler und John Deere. Im Verbund „Commercial Vehicle Alliance“ bündeln sie ihre Kompetenzen. Alle zwei Jahre kommen sie zu einem Symposium auf dem Campus der TU zusammen, bei dem sich Experten aus aller Welt über Neuerungen bei Nutzfahrzeugen austauschen.

Von der Forschungsstärke der Kaiserslauterer Ingenieure profitieren auch Studenten und Doktoranden. Mit dem Masterstudiengang „Commercial Vehicle Technology“ und der gleichnamigen Graduiertenschule hält die TU Kaiserslautern weltweit ein einmaliges Angebot vor. Nachwuchswissenschaftler haben hier die Möglichkeit, schon früh an Industrieprojekten zu forschen. Zudem kommen sie frühzeitig mit potentiellen Arbeitgebern in Kontakt.