Sieht so die urbane Mobilität der Zukunft aus?

Ein Fahrzeug, das morgens Personen befördert und nachts autonom Pakete ausliefert – so etwas könnte bald Realität werden. Zumindest, wenn es nach Forschenden des Projekts U-Shift II geht. Denn das hat nun die entscheidende Hürde für diese Vision überwunden: die vollautomatische Kopplung von Antriebs- und Transportmodul. Mit hochpräziser Steuerungstechnik gelingt das Andocken auf wenige Zentimeter genau. Damit könnte das System nicht nur den Nahverkehr, sondern auch die gesamte Logistikbranche nachhaltig beeinflussen.

Das Forschungsprojekt U-Shift II treibt die Entwicklung modularer, autonomer Fahrzeugkonzepte entscheidend voran. Unter Leitung des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) präsentierten Forschende aus Baden-Württemberg nun technologische Fortschritte bei der Kopplung von Antriebseinheiten und multiunktionalen Kapseln. Das Konzept verspricht durch seine Flexibilität – vom Personentransport bis zur Logistiklösung – eine effiziente Antwort auf die Herausforderungen der urbanen Mobilität und der letzten Meile.

Wie funktioniert das modulare Prinzip?

Das U-Shift-System basiert auf einer u-förmigen Antriebseinheit, dem sogenannten Driveboard, das autonom und elektrisch agiert. Den ersten fahrbaren, noch ferngesteuerten Prototypen hatte das U-Shift-Team im September 2020 vorgestellt. Das Driveboard wird mit austauschbaren Kapseln kombiniert, die je nach Bedarf zum Beispiel für den Personen- oder Gütertransport geeignet sind. Während das Driveboard die technischen Komponenten für den Fahrbetrieb bündelt, ermöglichen die Kapseln eine hohe wirtschaftliche Auslastung, da das Antriebsmodul nahezu rund um die Uhr im Einsatz bleiben und für verschiedene Zwecke genutzt werden kann.

Präzision beim Kapselwechsel

Ein zentraler Fokus der zweiten Projektphase lag auf der Automatisierung des Rangier- und Kopplungsvorgangs. Da beim Andocken der Kapseln an das Driveboard nur wenige Zentimeter Spielraum bestehen, entwickelten die beteiligten Institute hochpräzise Systeme zur Lokalisierung und Bewegungssteuerung. Ein neuer Prototyp demonstrierte erfolgreich den automatisierten Wechsel der Aufbauten. Zudem wurde ein spezieller Konnektor entwickelt, der nicht nur die mechanische Verriegelung übernimmt, sondern auch die elektrische und datentechnische Verbindung zwischen den Modulen sicherstellt.

Ein Schwerpunkt des Forschungsinstituts für Kraftfahrwesen und Fahrzeugmotoren Stuttgart (FKFS) lag auf den Themen Antriebsstrang, Energie- und Thermomanagement sowie der Steuerung und Überwachung aller zentralen Fahrzeugfunktionen. Die Institute des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) beschäftigten sich mit den elektrischen und elektronischen Komponenten des Fahrzeugs. Sie ermöglichen mit dynamischen Over-the-air-Rekonfigurationen eine flexible Einbindung von Sensorik und Fahrzeugfunktionen über verschiedene Kapselvarianten hinweg. Außerdem entwickelten die Karlsruher Forschenden für den U-Shift-II-Prototypen ein Fahrwerk mit integriertem Hubsystem für einen flexiblen und schnellen Kapselwechsel ohne externe Hilfsmittel.

Das Institut für Mess-, Regel- und Mikrotechnik der Universität Ulm entwickelte die Automatisierung des U-Shift vom verteilten Sensorkonzept für Driveboard, Kapseln und Infrastruktur bis hin zur flexiblen Bewegungsplanung des Fahrzeugs. Gemeinsam mit den am FKFS entwickelten Systemen zur Lokalisierung und zur Regelung der Fahrzeugbewegungen, dem sogenannten Motion Control, gelingen so hochpräzise Rangier- und Andockmanöver.

Technologietransfer in die Praxis

Das Projekt, das mit rund 10 Millionen Euro vom Ministerium für Wirtschaft, Handwerk und Tourismus Baden-Württemberg gefördert wurde, dient als wichtige Grundlage für den Technologietransfer. Bereits 2023 absolvierte ein Prototyp einen sechsmonatigen Forschungsbetrieb auf der Bundesgartenschau in Mannheim, bei dem rund 10.000 Personen befördert und insgesamt 2.800 Kilometer zurückgelegt wurden. Ab Mitte 2027 folgt ein weiterer Praxistest im Braunschweiger Stadtteil Schwarzer Berg, bei dem eine Testflotte im Rahmen des Projekts IMoGer den öffentlichen Nahverkehr sowie Logistikprozesse ergänzen wird.

Wirtschaftsministerin Dr. Nicole Hoffmeister-Kraut hob die große Bedeutung des Projekts für den Technologietransfer hervor: „U-Shift II zeigt: Baden-Württemberg hat das Potenzial, bei den Fahrzeug- und Mobilitätskonzepten der Zukunft ganz vorne mitzuspielen. Entscheidend ist jetzt, Innovationen schneller auf die Straße zu bringen. Mit der richtigen Unterstützung für unsere Unternehmen stärken wir Arbeitsplätze, Wertschöpfung und die Wettbewerbsfähigkeit unserer Automobilstandorts.“

Auch Bundesverkehrsminister Patrick Schnieder sieht im U-Shift-Projekt großes Potenzial: „Tagsüber Personen in der Stadt befördern und nachts Waren von A nach B bringen: Die mobile Plattform U-Shift vom DLR ermöglicht ein innovatives Mobilitätskonzept. […] Mit unserer Förderung von 35 Millionen Euro wollen wir effizientere Abläufe, nachhaltigen Verkehr und maximale Wirtschaftlichkeit voranbringen. So beschleunigen wir die Entwicklung autonomer Fahrzeugsysteme und stärken den Innovationsstandort Deutschland.“

Potenzial auch für die Luftlogistik

Das U-Shift-Konzept ist nicht nur im reinen Boden-Betrieb von Bedeutung, sondern stellt auch eine Schnittstelle zwischen unbemannten Bodenfahrzeugen und der Luftlogistik dar. Die im Projekt entwickelten Technologien zur autonomen Navigation, zum hochpräzisen Andocken und zur dynamischen Rekonfiguration von Sensorik sind direkt auf die Anforderungen moderner Drohnen-Hubs und automatisierter Logistik-Ökosysteme übertragbar.

Zudem unterstreicht das Projekt die wachsende Bedeutung kollaborativer, autonomer Systeme. Die Fähigkeit, verschiedene Module – seien es Bodenplattformen oder in Zukunft möglicherweise Luft-Boden-Schnittstellen – nahtlos miteinander zu verknüpfen, ist ein entscheidender Faktor für die Skalierbarkeit autonomer Lieferketten. U-Shift liefert hierfür wichtige Blaupausen für die Integration unbemannter Systeme in den urbanen Raum.