Das Auto ist alles elektrisch und hat keine Emissionen. „Sie können Windkraft oder Solarenergie nutzen und dazu beitragen, unsere Abhängigkeit von fossilen Ölen zu verringern“, sagt Ingenieurin Junmin Wang
Bildnachweis: Bildnachweis: Junmin Wang, Ohio State University
Dieses Auto hat keinen Motor, kein Getriebe und kein Differential. Es wiegt halb so viel wie ein herkömmliches Auto. Jedes der vier Räder verfügt über einen eingebauten batteriebetriebenen Elektromotor, sodass das Auto sehr schnell scharfe Kurven fahren und die Richtung ändern kann.
Ohne ein außergewöhnliches Traktions- und Bewegungssteuerungssystem wäre dieses Auto jedoch ziemlich schwierig zu fahren, was ein Fahrgefühl bietet, das sich von dem auf der Straße deutlich unterscheidet und mit ziemlicher Sicherheit gefährlicher ist.
Hier kommt die Expertise von Junmin Wang ins Spiel.
Wang, Assistenzprofessor für Maschinenbau an der Ohio State University, und sein Team entwerfen Algorithmen für den Bordcomputer des Fahrzeugs, mit denen die Bewegungssteuerung berechnet und sichergestellt wird, damit das Auto stabil bleibt und reibungslos funktioniert. Das System, das 100-mal pro Sekunde Eingabedaten vom Lenkrad, dem Gaspedal und der Bremse empfängt und analysiert, ermittelt, wie jedes Rad reagieren soll.
"Ohne sie ist das Auto ziemlich schwierig zu fahren, weil die Räder nicht aufeinander abgestimmt sind", sagt der von der National Science Foundation (NSF) finanzierte Forscher, der auch die Fahrzeugsysteme und das Kontrolllabor der Universität leitet. „Sie haben das Gefühl, etwas Unkontrollierbares zu fahren. Sie könnten umkippen, einen unerwünschten Weg gehen oder einen Absturz verursachen. Wenn der „Controller“ jedoch aktiv ist, kann die Fahrzeugbewegung auf der Grundlage von Rückkopplungsschleifen genau so gesteuert werden, wie es der Fahrer erwartet. “
Mit einem sicheren und zuverlässigen Steuersystem sollte dieses neue Elektrofahrzeug letztendlich das perfekte In-City-Auto sein. Es ist effizient und wendig - und emissionsfrei. Weil alles elektrisch ist, "können Sie Windkraft oder Solarenergie nutzen und dazu beitragen, unsere Abhängigkeit von fossilen Ölen zu verringern", sagt Wang.
Der Computer berechnet genau, wie viel Drehmoment das Auto für jedes seiner vier Räder benötigt. Da jedes Rad unabhängig ist, „kann ein Rad bremsen, während ein anderes fährt“, sagt Wang. "Der Computer erhält Signale vom Fahrer von der Lenkrad- und Pedalposition und berechnet dann die gewünschte Geschwindigkeit oder Fahrzeugbewegung auf der Grundlage eines mathematischen Modells."
Wangs Arbeit am Auto begann 2009 mit einem Stipendium des Office of Naval Research Young Investigator Program. Im Februar 2012 erhielt er eine Auszeichnung für die frühe Karriereentwicklung der NSF-Fakultät, die Nachwuchsfakultäten unterstützt, die die Rolle von Lehrer-Wissenschaftlern durch herausragende Forschung, exzellente Ausbildung und die Integration von Bildung und Forschung in die Mission ihrer Mitarbeiter veranschaulichen Organisation. Er erhält über einen Zeitraum von fünf Jahren 400.000 USD.
Als Teil der Ausbildungskomponente des Stipendiums veranstaltete Wangs Labor ein Sommerprogramm für Schüler, bei dem die Jugendlichen unter anderem funkgesteuerte Spielzeug-Elektroautos zerlegten und wieder zusammensetzten, um ihr Verständnis für ihre Mechanik zu verbessern.
Darüber hinaus nahmen Studenten der Columbus Metro School, einer öffentlichen MINT-Schule (Naturwissenschaften, Technik, Ingenieurwesen, Mathematik), die Schülern aus dem gesamten Bundesstaat offensteht, an Forschungspraktika mit dem Versuchsfahrzeug in Wangs Labor teil.
Wangs Forschung wird auch vom Honda-Ohio State University Partnership Program und dem Ohio State University Transportation Research Endowment Program finanziert.
Das Versuchsauto wiegt nur etwa 800 kg oder etwas mehr als 1.750 Pfund, was es energieeffizient macht. Die Forscher rüsteten ein handelsübliches Geländewagenchassis nach, bauten Motor, Getriebe und Differential aus und fügten jedem Rad einen 7,5-kW-Elektromotor und einen 15-kW-Lithium-Ionen-Akku hinzu. Ein einziges elektrisches Kabel verbindet die Motoren mit einem zentralen Computer. Diese Art von Autokonstruktion, bei der jedes Rad einen eigenen Motor hat, wird als "unabhängig betätigtes Vierrad" bezeichnet.
Die Forscher testeten das Auto und seinen Controller unter normalen Straßenbedingungen im Transportation Research Center in East Liberty, Ohio, einem unabhängigen Automobilstandort für Fahrzeugunfall-, Emissions- und Haltbarkeitstests. Auf Straßen mit guten Bedingungen folgte das Auto einem vom Fahrer gewünschten Weg innerhalb von vier Zoll.
Um zu sehen, wie es auf rutschigen Straßen funktioniert, brachten sie das Auto an einem verschneiten Tag auf einen leeren Parkplatz auf dem Westcampus. Das Auto manövrierte mit einer Genauigkeit von bis zu acht Zoll, und das Traktions- und Bewegungssteuerungssystem des Fahrzeugs verhinderte das „Fishtailing“ durch unabhängige Steuerung der linken und rechten Seite des Autos.
Die Forscher, zu denen auch der Doktorand Rongrong Wang gehörte, haben in einem im Januar 2013 in der Fachzeitschrift Control Engineering Practice veröffentlichten Artikel die Fähigkeit des Autos beschrieben, einer bestimmten Flugbahn zu folgen.
Wang kann den Kilometerstand für eine einzelne Ladung noch nicht abschätzen, da das Auto nur während experimenteller Tests gefahren wurde. Aber er sagt, dass das Auto "ungefähr 8 bis 10 Stunden Fahrt mit einer einzigen Ladung bietet, wenn auch nicht ununterbrochen."
Wang glaubt, dass es noch fünf bis zehn Jahre dauern wird, bis das Auto für den kommerziellen Einsatz bereit ist. Die Forscher müssen die Computeralgorithmen noch verfeinern und weitere Sicherheitsfunktionen hinzufügen. Laut Wang ist es schwierig, ihre Testergebnisse mit einem herkömmlichen Auto zu vergleichen, da die Manövrierfähigkeit des letzteren durch das Getriebe und das Differenzial begrenzt wird, die die Räder mechanisch miteinander verbinden.
Trotzdem prognostiziert er, dass die Forschung letztendlich ein Elektroauto hervorbringen wird, das sauber und sparsam ist und „besser als herkömmliche Autos fährt“, sagt er.