Mercedes-Benz Ein Blick in die Zukunft

Augmented Reality, gekapselte Bremsen und ein Lack, der Energie erzeugen kann. Das sind nur einige der Vorentwicklungen, an denen Mercedes-Benz derzeit arbeitet, um seine Autos zukunftsfähig zu machen.

Normalerweise sind die Entwicklungsabteilungen der Hersteller Sicherheitsbereiche, aus denen nichts an die Öffentlichkeit gelangen darf. Schließlich sollen Wettbewerber nicht zu früh wissen, woran die Ingenieure arbeiten. Und Neuheiten sollen mit einer passenden Inszenierung verkündet werden.

Doch manchmal erlauben die Hersteller einen wohldosierten Blick in diese sonst so verschwiegenen Abteilungen. Damit wollen sie demonstrieren, wie zukunftsfähig sie sind. Einen solchen Blick in die Vorentwicklung hat unlängst Mercedes-​Benz gewährt. Die Schwaben wollten damit zeigen, dass sie die Zukunft des Autos aktiv beeinflussen möchten – wie schon in der Vergangenheit immer wieder. Große Schwerpunkte legten sie dabei auf Entwicklungen für ein verbessertes Kundenerlebnis und für eine effizientere Antriebstechnik.

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Erweiterte Realität

Damit Autofahrende etwa ihr Fahrzeug besser personalisieren können, will Mercedes Augmented Reality (AR) stärker in die Fahrzeuge integrieren. Dabei soll jeder seine eigene, individuell auf die Sehstärke und das persönliche Umfeld angepasste Brille nutzen können. Das böte laut Herstellerangaben den Vorteil, dass die Kunden auf ihr persönliches Ökosystem und auf die Mercedes-­Benz- spezifischen Inhalte zugreifen könnten.

Dadurch ließe sich die Technik zum Beispiel mit der fahrzeug­seitigen Sensorik und Aktorik verknüpfen. Mercedes sieht darin neue Möglichkeiten, um Entertainment-, Wellness- und Komforterlebnisse zu verbessern. Außerdem soll die AR-Brille Fahrende bei ihrer Fahraufgabe unterstützen: So sei damit unter anderem eine verbesserte Navigation durch eine präzise und intuitive Wegführung möglich. Im Fokus dieser Entwicklungen steht laut Mercedes, die Ablenkung der Fahrenden so gering wie möglich zu halten.

Integrierte Bremsen

Beim Antriebsstrang arbeiten die Entwickler des Herstellers an neuen Ansätzen, um die Zuverlässigkeit und Reichweite von E-Autos zu verbessern. Dazu gehört etwa eine Bremse, deren Scheiben nicht mehr direkt an den Rädern platziert sind. Sie werden vielmehr in die geschlossene Elektromotor-Getriebe-Einheit an der Hinter- oder Vorderachse integriert. Das ist möglich, da Elektroautos in vielen Situationen rein elektrisch, also durch Rekuperation, bremsen. Die Bremsscheiben sind also deutlich seltener in Aktion als bei herkömmlich angetriebenen Autos.

Diese neue Anordnung hat laut Herstellerangaben gleich eine ganze Reihe an Vorteilen: Die Bremse beansprucht nur wenig Bauraum und ist trotzdem nach den derzeitigen Forschungsergebnissen nahezu verschleißfrei und rostet auch nicht. Damit könnten Scheiben und Beläge ein ganzes Autoleben lang halten. Die Bremswirkung soll gut zu dosieren sein und auch unter hoher Belastung nicht nachlassen. Außerdem gelangen keine Feinstaubemissionen durch Bremsabrieb nach außen. Wenn die Bremse zugleich mit einer Flüssigkeit gekühlt wird, ließe sich die beim Bremsen anfallende Wärme auch noch für die Beheizung des Innenraums nutzen.

Diese Konstruktion ermöglicht zudem eine deutlich leichtere Rad-­Reifen-Kombination und somit weniger ungefederte Massen. Das würde dem Fahrkomfort zugutekommen. Möglich sind dann auch komplett geschlossene Felgen, die für eine bessere Aerodynamik sorgen. Denn Öffnungen zur Kühlung der Bremsen wären nicht mehr nötig.

Effiziente Elektronik

Um den Antriebsstrang effizienter zu machen, entwickelt Mercedes zudem an neuen Spannungswandlern für die Leistungselektronik. Programmierbare Mikrowandler sollen hier für deutliche Verbesserungen sorgen. Diese wollen die Entwickler direkt auf der Zellebene in die Batterie integrieren. Das böte den Vorteil, dass sich jede einzelne Batteriezelle regeln ließe. Die Zellen könnten untereinander kommunizieren.

Für diesen Aufbau der Leistungselektronik wird ein aus mehreren Mikrowandlern bestehender „Power Converter“ direkt an eine beliebige Anzahl von Batteriezellen angeschlossen. Damit könne der Power Converter die Höhe der Ausgangsspannung dieser Einheit regeln. Die bisherigen Forschungsergebnisse zeigen laut Mercedes, dass damit – unabhängig vom Ladezustand (SoC = State of Charge) und Alterungszustand (SoH = State of Health) der einzelnen Zellen – eine konstante HV-Spannung von 800 Volt am Ausgang möglich ist.

Damit wäre die Ausgangsspannung der Fahrzeugbatterie nicht mehr von der Anzahl der in Reihe geschalteten Batteriezellen abhängig. Die Anzahl bestimmt sich dann nur noch aus der gewünschten Leistungs- und Kapazitätsklasse. Zusätzlich könnte dieser Ansatz die Reichweite steigern und den Energiefluss auch für bidirektionale Ladevorgänge optimieren.

Als weiteren Vorteil nennt der Hersteller neue Freiheiten bei der Modularisierung von Elektro-Antrieben. Denn die neue Technik habe das Potenzial, mehrere Funktionen der Leistungselektronik in die HV-Batterie zu integrieren. Dadurch könnte die HV-Batterie die Aufgaben von verschiedenen Leistungskomponenten übernehmen. Das wiederum verringert den Bauraumbedarf und erhöht die Zuverlässigkeit.

Die programmierbaren Mikrowandler könnten darüber hinaus die Varianten elektrischer Bauteile in der Produktion und damit Produktionskosten reduzieren. Diese ließen sich nämlich für aktuelle Updates leicht umprogrammieren und böten sich so als ressourcenschonende Einheitsbauteile an. Damit könnten sie in vielen zukünftigen Elektromodellen von Mercedes-Benz zum Einsatz kommen.

Energie aus dem Lack

Für größere Reichweiten und weniger Ladestopps soll künftig ein neuer Solarlack sorgen. Die dafür verwendeten Solarmodule sind laut Werksangaben mit fünf Mikro­metern deutlich dünner als ein menschliches Haar und sollen nur 50 Gramm pro Quadratmeter wiegen. Sie sollen sich zudem wie eine hauchdünne Paste nahtlos auf der Karosserie von Elektrofahrzeugen anbringen lassen.

Mercedes gibt den Wirkungsgrad der Solarzellen mit 20 Prozent an. Damit wären sie sehr effizient. Eine Fläche von 11 Quadratmetern (das entspricht der Oberfläche eines Mid-Size-SUV) könnte unter Idealbedingungen Energie für bis zu 12.000 Kilometer im Jahr produzieren. Die durch die Sonnenzellen erzeugte Energie soll – je nach Situation – entweder zum Fahren verwendet oder direkt in die Hochvoltbatterie eingespeist werden. Das Photovoltaiksystem soll dafür so aufgebaut sein, dass es daueraktiv ist und auch dann Energie erzeugt, wenn das Fahrzeug ausgeschaltet ist. Das wäre eine gute Lösung zum Nachladen der Batterie bei geparktem Fahrzeug.

Der Ertrag hängt natürlich von Beschattung, Sonnenintensität und geografischer Lage ab. Mercedes liefert dazu zwei Beispiele: Statistisch legen Mercedes-Benz-Fahrerinnen und -Fahrer in Stuttgart im Durchschnitt 52 Kilometer am Tag zurück. Rund 62 Prozent dieser Fahrleistung würden durch Sonnenenergie abgedeckt. In Los Angeles ergibt sich sogar ein Überschuss an Energie durch die Sonneneinstrahlung. Kunden könnten im Mittel 100 Prozent ihrer Fahrstrecke durch die Solarenergie abdecken. Den erzielten Überschuss könnten sie über bidirektionales Laden direkt ins Hausnetz einspeisen.

Bei dem Solarlack hat Mercedes nach eigenen Angaben nicht nur Wert auf eine hohe Effizienz gelegt. Er ist frei von Seltenen Erden, enthält kein Silizium und nur ungiftige sowie leicht verfügbare Rohstoffe. Ziel ist, dass er sich problemlos recyceln lässt und in der Herstellung erheblich günstiger ist als konventionelle Solarmodule. Derzeit arbeitet der Forschungsbereich des Herstellers daran, den Einsatz des Solarlacks auf allen Außenflächen des Fahrzeugs zu ermöglichen – unabhängig von deren Form und Neigungswinkel.

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