Das Auto: Unser wichtigster Verkehrsträger

Was treibt die Autos der Zukunft an?

Vermutlich wird es sich wie heute um Hubkolbenmotoren handeln, die einen flüssigen oder gasförmigen Treibstoff verbrennen. Möglicherweise werden aber auch verstärkt Automobile zur Marktreife gelangen, die mit Brennstoffzellen angetrieben werden.

Der im Hubkolbenmotor verbrannte Treibstoff wird heutzutage fast ausschließlich aus fossilen Energieträgern gewonnen. Seine ausgereifte Technik zeigt verhältnismäßig gute Wirkungsgrade, und es gibt auch in den abgelegensten Ecken der Welt eine funktionierende Infrastruktur, die eine Versorgung mit Benzin und Diesel sicherstellt.

Aber trotzdem wird weiterhin nach Verbesserungen in diesem Bereich gesucht: Die Autoindustrie investiert einerseits in die Entwicklung eines Hubkolbenmotors, der mit alternativen Treibstoffen betrieben werden kann und forciert andererseits die Verbesserung des Elektromotors. Alternative Treibstoffe, z. B. Biodiesel oder Erdgas, erlauben die weitere Nutzung der bewährten Technik und Änderungen der gut ausgebauten Infrastruktur wären mit vertretbarem Aufwand zu leisten. Auch Wasserstoff (H₂) wäre eine gute Alternative, weil er fast abgasfrei zu Wasserdampf verbrennt. Allerdings ist die Erzeugung von Wasserstoff energieaufwendig – es gibt noch zu wenig Solarstrom für die Elektrolyse und die Speicherung von H₂ ist umständlich. Außerdem ist der Tank voluminös und muss wie sämtliche Leitungen aus Spezialwerkstoffen hergestellt werden.

Wann kommt das Elektroauto?

Die ersten reinen Elektrofahrzeuge rollen schon auf den Straßen, doch ob und wann sie einen bedeutenden Marktanteil erobern werden, steht noch in den Sternen. Obwohl die Technik schon recht alt ist, hat sie sich aufgrund der ungelösten Probleme der notwendigen Energieerzeugung bislang kaum verbreitet: Eine herkömmliche Batterie, welche dieselbe Leistung liefert wie 50 Liter Benzin, würde einige hundert Kilogramm wiegen. Auch neu entwickelte Batterietypen wie Natrium-Schwefel-Zellen haben immer noch eine zu geringe Leistung und Solarzellen erzeugen so wenig Strom, dass er nur für extreme Leichtbaufahrzeuge ausreicht. Technisch reizvoll – weil völlig abgasfrei – ist die Erzeugung der elektrischen Energie mithilfe einer Brennstoffzelle. Erste Prototypen mit einem solchen Antrieb sind bereits auf der Straße unterwegs. In der »Hybridtechnik« dient ein verbrauchs- und schadstoffoptimierter Verbrennungsmotor als Generator. Er erzeugt beim Betrieb jedoch wieder Abgase.

Kann Elektronik Unfälle verhindern?

Ja und nein: Natürlich kann Elektronik keine Fahrpraxis ersetzen, aber die mittlerweile für viele Autos lieferbaren elektronischen Helfer können das Fahrzeug in Grenzsituationen oft besser beherrschbar machen und dadurch auch Unfälle vermeiden helfen.

Beispielsweise verhindert das Antiblockiersystem (ABS), dass die Räder bei einer Vollbremsung blockieren. Eine elektronische Steuerung überwacht die Drehzahlen aller vier Räder, erkennt bereits im Ansatz, wann ein Rad zu blockieren droht und reduziert dann die Bremskraft. Dank dieser automatischen »Stotterbremse« bleibt das Auto trotz maximaler Bremsleistung lenkbar. Das Gegenstück zum ABS ist die Antischlupfregelung (ASR). Sie greift in die Motorsteuerung ein und drosselt die Leistung, wenn die Räder drohen, durchzudrehen. Damit können die Räder stets die maximale Kraft auf die Straße bringen.

Eine Kombination von ABS und ASR ist das Elektronische Stabilitätsprogramm (ESP). Droht das Fahrzeug auszubrechen, bremst das System einzelne Räder gezielt ab, so dass sich der Wagen wieder in die Spur dreht. Drängt z. B. das Heck in einer Kurve nach außen, wird das kurvenäußere Vorderrad verzögert.

Ein neueres elektronisches Helferlein ist der Bremsassistent. Er erkennt an der Geschwindigkeit, mit der der Fahrer auf das Bremspedal tritt, eine Notbremsung und baut automatisch den maximalen Bremsdruck auf, auch wenn der Druck auf das Pedal dafür nicht gereicht hätte.

Wie testet man Sicherheit?

Mithilfe sog. Crashtests, welche die Sicherheitseinrichtungen eines Autos (z. B. Knautschzone, Sicherheitsgurte und Airbags sowie deren Zusammenspiel) überprüfen. Um die Resultate vergleichen zu können, sind diese Tests genormt. Der in der EU vorgeschriebene Euro-NCAP-Test (Euro NCAP = European New Car Assessment Programme) besteht aus vier Teilen: Beim Frontalcrash rast das Fahrzeug mit 64 Kilometern pro Stunde seitlich versetzt gegen eine deformierbare Barriere. Beim Seitencrash trifft eine deformierbare Barriere mit 50 Kilometern pro Stunde auf die Fahrerseite des Autos, um einen Seitenaufprall zu simulieren. Beim Pfahltest prallt das Auto mit 30 Kilometern pro Stunde auf der Höhe des Fahrers seitlich gegen eine Stahlsäule. Zuletzt werden Unfälle mit Fußgängern simuliert.

Mit »Dummys« – jene mit Sensoren ausgestatteten Puppen, die bei Crashtests zum Einsatz kommen – werden die Beschleunigungen der Insassen beim Aufprall gemessen. Dank solcher Tests konnte der Insassenschutz (die beste Bewertung sind übrigens fünf Sterne) bei vielen Automobilen deutlich verbessert werden. Mittlerweile sind in allen Fahrzeugklassen mehrere Modelle mit fünf Sternen erhältlich. Ein Bewertungssystem für Kinder- bzw. Fußgängerschutz hat sich bei den Crashtests leider noch nicht durchgesetzt.

Was ist GPS?

GPS heißt »Global Positioning System«, zu deutsch: globales Positionsbestimmungssystem. Es wurde vom US-amerikanischen Verteidigungsministerium entwickelt, seine Grundlage bildet ein »installiertes« System aus 24 Satelliten, die die Erde in einer Höhe von 20 000 Kilometern umkreisen. Dieses System wurde am 17. Juli 1995 offiziell in Betrieb genommen.

Von jedem Punkt unseres Planeten und zu jedem beliebigen Zeitpunkt sind die Signale von mindestens vier GPS-Satelliten zu empfangen. Jeder Satellit strahlt für ihn charakteristische Funksignale ab, die u. a. ein äußerst genaues Zeitsignal enthalten. Der Empfänger auf der Erde vergleicht die Signale der Satelliten und berechnet daraus seine Position auf der Erdoberfläche.

Die Genauigkeit der Postionsbestimmung hängt von der Signalfrequenz ab: Das Militär stützt sich auf die sog. L2-Frequenz und erreicht damit eine Genauigkeit von etwa 16 Metern, für zivile Zwecke steht die L1-Frequenz zur Verfügung, die zu einer Genauigkeit von etwa 100 Metern führt. Die Signale werden im Empfangsgerät mit einem Computer verarbeitet und dabei können – entsprechende Software vorausgesetzt – noch Korrekturen vorgenommen werden mit dem Ergebnis, dass sich die Genauigkeit bis in den Zentimeterbereich steigern lässt (sog. differenzielles GPS).

Das US-amerikanische Militär hat sich vorbehalten hat, bei Bedarf die Genauigkeit des GPS durch Senden von Störsignalen beeinflussen zu können. Um davon unabhängig zu werden, plant die Europäische Gemeinschaft den Aufbau eines eigenen Systems namens »Galileo«, mit dem eine Präzision von weniger als einem Meter angestrebt wird. Der erste Satellit befindet sich bereits im Orbit, das Gesamtsystem aus 30 Satelliten soll bis Ende 2010 fertiggestellt sein.

Woher kennt das Navigationssystem den Weg?

Navigationssysteme benutzen Satellitendaten, die zurzeit vom US-amerikanischen Global Positioning System (GPS) geliefert werden.

Ein Navigationssystem enthält die Empfangsanlage für die Satellitensignale, einen kleinen Computer und einen Wegsensor. Letzterer bestimmt ständig die Beschleunigung des Fahrzeugs, seine Geschwindigkeit und alle Richtungsänderungen. Mithilfe dieser Daten ist eine Positionsbestimmung vorübergehend auch ohne Satellitenempfang möglich, etwa beim Durchfahren eines Tunnels. Meist enthält das System auch eine Sendeanlage, mit deren Hilfe man die Position des Fahrzeugs von außen bestimmen kann.

Die bisher beschriebenen Komponenten dienen aber nur dazu, die Position des Autos, d. h. seine Koordinaten zu bestimmen. Zum Navigationssystem wird die Anlage erst dadurch, dass alle verfügbaren Informationen –also Satellitendaten einerseits und auf DVD bzw. CD-ROM gespeicherte geographische Daten andererseits – zusammengeführt werden. Daraus wird letztendlich eine digitale Karte erstellt, mithilfe derer die richtige Route ermittelt werden kann. In dieser Straßenkarte sind in der Regel auch weitergehende Angaben gespeichert – etwa über Einbahnstraßen, den kürzesten Weg zum nächsten Krankenhaus oder über touristische Sehenswürdigkeiten. Bei Verkehrsstörungen kann das System sogar nach Alternativrouten suchen, wobei dann auch die Signale des digitalen Verkehrsfunks ausgewertet und einbezogen werden.

Übernimmt das Auto bald selbst die Kontrolle?

Obwohl die Grundlagen durch zahlreiche Sensoren in einem »intelligenten« Auto bereits gelegt sind, stehen selbstlenkende Fahrzeuge, die eine vorgegebene Route nicht verlassen, noch am Anfang der Erprobungsphase.

Und doch weisen bestimmte »Spielereien« im Bereich Sensorik die Richtung, in die sich die Fahrzeugtechnik entwickeln wird: Fahrlichtassistenten erkennen, wenn es dämmert und schalten automatisch die Scheinwerfer ein. Der Innenspiegel reagiert auf starken Lichteinfall und blendet selbstständig ab. Anhand der Lichtbrechung auf der Frontscheibe werden Regentropfen erkannt und daraufhin die Scheibenwischer aktiviert. Radaranlagen warnen den Fahrer, wenn der ideale Abstand zum Vordermann unterschritten wird.

Doch die Fahrzeugelektronik behält nicht nur den Außenraum im Blick: Sensoren überwachen die Müdigkeit des Fahrers und signalisieren, wenn der Wagen von der Fahrbahn abzukommen droht. Und selbst für den Alkoholgehalt im Atem des Fahrers gibt es Sensoren. Ist er zu hoch, wird z. B. die Wegfahrsperre aktiviert.

Damit stoßen die sog. Assistenzsysteme an rechtliche und psychologische Grenzen: Dass ein Betrunkener am Fahren gehindert wird, mag jedem einleuchten, aber darf ein Sensor auch die Motorleistung drosseln oder sogar bremsen, wenn der Abstand zum voraus fahrenden Wagen zu gering ist? Ab wann wandelt sich die Unterstützung des Fahrers in Bevormundung um? Und wenn solche Systeme in das Verkehrsgeschehen eingreifen – wer trägt dann die Verantwortung im Falle eines Unfalls?