Interview mit PD Dr. Valentin Ivanov

Herr Dr. Ivanov, Sie und Ihr Team beschäftigen sich bereits seit vielen Jahren mit der Entwicklung von Konzepten und Technologien der Elektromobilität. Doch obwohl in den letzten Jahren bereits enorme Entwicklungsfortschritte auf diesem Gebiet erzielt werden konnten, insbesondere mit Blick auf das Thema Energieeffizienz, gibt es immer noch viele Herausforderungen bei der "klassischen" Fahrzeugtechnik in Verbindung mit Elektromobilität. Welche sind das?

Im Bereich Elektromobilität konzentriert sich die Forschung und Entwicklung größtenteils auf Elektromotoren, Batterien und Ladetechnologien. Viele Studien haben jedoch gezeigt, dass auch die traditionelle Fahrwerktechnik erheblich angepasst werden muss, um neben Umweltfreundlichkeit auch für Elektrofahrzeuge ein hohes Niveau an Fahrsicherheit und Komfort zu gewährleisten. Deshalb sind beispielsweise neue Lösungen für Bremsen, Radaufhängung und Reifen elektrischer Fahrzeuge sehr gefragt. Eine zentrale Herausforderung bei der Entwicklung solcher Lösungen besteht in einem ganzheitlichen Designansatz, der die Zusammensetzung moderner Elektrofahrzeuge aus Bauteilen und Systemen mit höchst unterschiedlichem technologischem Reifegrad berücksichtigt.

Welches Know-how im Bereich Elektromobilität konnten Sie an Ihrem Fachgebiet in den vergangenen Jahren aufbauen, um zur Lösung dieser Probleme beizutragen?

Wir forschen an unserem Fachgebiet seit vielen Jahren zu verschiedenen Aspekten der Elektromobilität: Zum Beispiel haben wir bereits vor zehn Jahren mit der Entwicklung neuer mechatronischer Bremssysteme, Brake-by-Wire genannt, begonnen und im EU-Projekt E-VECTOORC mit Industriepartnern wie TRW und Jaguar Land Rover Regelmethoden entworfen und patentiert, die ein optimales Zusammenspiel von Radnabenmotor und Reibbremsen für robuste Fahrsicherheit und zugleich optimale Energieeffizienz in Elektrofahrzeugen ermöglichen.

Worum genau geht es bei dem anderen Projekt XILforEV?

Beim Projekt XILforEV, das von der TU Ilmenau koordiniert wird, geht es um neue Internet-basierte X-in-the-loop-Testplattformen für Systeme und Komponenten eines Elektrofahrzeugs. Komplexe Technologien der Elektromobilität brauchen auch anspruchsvolle Validierungsprozeduren. Dabei ist es fast unmöglich – auch für große Industrieunternehmen –, alle erforderlichen Prüfstände und Ausstattungen an einem Standort zu haben. Das heißt im Entwicklungsprozess sind immer eine Vielzahl separater Arbeitsschritte und Tests nacheinander und an unterschiedlichen Orten notwendig – bei Fahrzeugherstellern, Zulieferern und Forschungseinrichtungen.

In unserem Projekt haben wir eine Methodologie vorgeschlagen, bei der mehrere Prüfstände bei verschiedenen EU-Partnern in Deutschland, Spanien, Niederlanden, Belgien und Slowenien virtuell miteinander vernetzt sind. Das ermöglicht es den Partnern, gemeinsam und in Echtzeit Tests in unterschiedlichen Fahrszenarien durchzuführen. Auf diese Weise können die Zeiten und Kosten für die Entwicklung von Elektrofahrzeugen wesentlich reduziert werden. Wir implementieren diese Methodologie sowohl für die Entwicklung der bereits erwähnten Brake-by-Wire- und Ride Blending-Systeme als auch für übergreifende Studien zur funktionalen Sicherheit von Elektrofahrzeugen. 

Bei den meisten Ihrer Forschungsprojekte zur Elektromobilität handelt es sich um EU-geförderte Projekte. Warum ist es so wichtig, dieses Thema EU-weit vernetzt anzugehen?

Einerseits brauchen Forschung und Entwicklung eines Elektrofahrzeugs starke Interdisziplinarität. Hierfür haben wir einerseits intern eine sehr zuverlässige Kooperation mit dem Fachgebiet Regelungstechnik – beispielsweise im EU-Projekt CLOVER –  und mit dem Fachgebiet Hochfrequenz- und Mikrowellentechnik – in den Forschergruppen MOSYS und EMISYS – etabliert.

Darüber hinaus hat das Fachgebiet Kraftfahrzeugtechnik in den letzten zehn Jahren aber auch ein sehr breites internationales Forschungsnetzwerk aus Partnern mit einzigartigen Kompetenzen in verschiedenen Bereichen, beispielsweise in der Entwicklung von Radnabenmotoren, intelligenter Leistungselektronik, hochdynamischen elektromechanischen Aktoren usw. aufgebaut, die unsere Kompetenzen perfekt ergänzen. Anderseits verfügen das Fachgebiet Kraftfahrzeugtechnik und das Thüringer Innovationszentrum Mobilität über mehrere State-of-the-Art-Testeinrichtungen, mit Hilfe derer die EU-Partner auch eigene Technologien validieren können.

Zudem bietet die Europäische Kommission kontinuierlich effiziente Förderformate an, die fast alle Bereiche der Elektromobilität abdecken. Seit 2021 gibt es speziell dafür die öffentlich-private Partnerschaft „Towards Zero Emission Road Transport (2Zero)“.

Inwiefern können Ihr Team sowie Ihre Kollegen und Partner dabei von der technischen Ausstattung im Thüringer Innovationszentrum Mobilität profitieren?

Definitiv bekommen wir mit der ThIMo-Ausstattung viele Vorteile. Fast alle Fahrwerk-Baugruppen eines Elektrofahrzeugs können hier getestet werden. In diesem Jahr wurde auch der Motorenprüfstand im ThIMo-II Gebäude erweitert, der Tests mit Hochleistungs-E-Maschinen ermöglicht. Für Feldversuche stehen außerdem vollinstrumentierte Fahrzeugdemonstratoren zur Verfügung. All dies nutzen wir intensiv bei unseren Forschungskooperationen. Unter anderem haben wir im Bereich Elektromobilität zahlreiche gemeinsame Experimente mit den Kollegen aus Universitäten in Compiegne, Tokio, Pretoria und Surrey sowie mit Industriepartnern wie Audi und Tenneco hier in Ilmenau durchgeführt.

Wie können die in den Projekten entwickelten Konzepte und Technologien der wissenschaftlichen Community auch auf globaler Ebene für weitere Forschungen nutzbar gemacht werden?

Exzellente Testplattformen sind wertlos ohne die passenden Kompetenzen und kreativen Ideen. Deshalb ist interdisziplinäre und auch internationale Kooperation ein entscheidender Faktor für die Entwicklung komplexer Technologien, wie sie im Bereich Elektromobilität notwendig sind. Aber gerade jetzt, in der aktuellen Pandemiesituation, gibt es hierfür erhebliche Hindernisse. Vor diesem Hintergrund gewinnt das bereits erwähnte Projekt XILforEV ganz neu an Bedeutung, auch was die Öffnung wissenschaftlicher Produktionsprozesse im Zeitalter der Digitalisierung angeht: Auf jedem Forschungsgebiet arbeiten heute weltweit zahlreiche Forschergruppen an Universitäten, Instituten und in der Industrie, die alle sehr unterschiedlichen Zugang zu modernen experimentellen Einrichtungen haben. Viele Forscher leiden in dieser Hinsicht unter begrenzten Möglichkeiten, ihre Ideen und Methoden anhand von realen Objekten zu validieren.

Unsere vernetzten und verteilten X-in-the-loop-Technologien sind ein anschauliches Beispiel dafür, wie sich interdisziplinäre, branchenübergreifende und internationale Forschungsanstrengungen im Sinne von Open Science und Open Research miteinander verbinden, konsolidieren und in Einklang bringen lassen, um so gemeinsam zur Lösung komplexer naturwissenschaftlicher und ingenieurwissenschaftlicher Aufgaben und gesellschaftlicher Herausforderungen beizutragen.