Fraunhofer IPK

Institut für Produktionsanlagen und Konstruktionstechnik

Micro-Carrier

Entwicklungshistorie

2005 - 2008 EU-Projekt „Fideus“
Analyse Defizite und Anforderungen, Entwicklung MCUV der ersten Generation (Straßenzug, keine Möglichkeit des handgeführten Betriebs einzelner MicroCarrier), Feldversuch mit DHL, positive Evaluation des Konzepts durch DHL
2009 - 2011 Fraunhofer Systemforschung Elektromobilität (FSEM)
Entwicklung der zweiten Generation des MCUV basierend auf Erfahrungen aus Fideus (neues Design mit zwei Betriebsmodi (Verbundbetrieb, handgeführter Einzelbetrieb))
2010 - 2014 Entwicklung der Antriebsregelung
Antriebsregelung für die Stabilisierung des MicroCarrier und für das handgeführte Manövrieren

Anwendung: innerstädtische Sendungsverteilung

Bisher werden aufgrund fehlender Alternativen konventionelle Kleintransporter für die Zustellung verwendet. Resultierende Probleme sind zum einen der Schadstoffausstoß der Fahrzeuge selbst, aber vor allem die zusätzlichen Emissionen aufgrund der zusätzlichen Beschleunigungsarbeit der passierenden Fahrzeuge, welche aus dem durch das parkende Fahrzeug verursachten Fahrbahnengpass resultiert.

Weiterhin reduzierte Effizienz, da vor großen Gebäuden die Waren manuell auf eine Sackkarre umgeladen werden müssen.

Unser Lösungsansatz ist die Zustellung mittels des neuen „MicroCarrier Urban Vehicle“ (MCUV). Es ist ein elektrisch betriebener Straßenzug mit geringer Spurweite, bestehend aus einem Führungsfahrzeug und einer variablen Anzahl „MicroCarrier“-Transporteinheiten.

Ziel ist also die Erhöhung von Effizienz und Nachhaltigkeit durch neues Logistikkonzept und ein hierfür passend entwickeltes neuartiges Fahrzeugkonzept.

 

Abbildung:

(1) konventionelles Szenario: Kleintransporter wird in Depot beladen, fährt in die Stadt, wird in der Stadt für die Verteilung verwendet.

(2) Verwendung von MicroCarriern im Verbundbetrieb (Straßenzug): MicroCarrier werden im Depot befüllt (oder wechselbare Container für die MicroCarrier werden im Depot befüllt, Optimierung entsprechend Umgebungsbedingungen) und mit Kleintransporter in die Innenstadt transportiert. Dort Verteilung mit MicroCarriern. Zur Zustellung in Gebäuden wird einzelner MicroCarrier ausgekoppelt und handgeführt verwendet wie eine herkömmliche Sackkarre, aber mit sehr geringen Manövrier-Interaktionskräften auch bei sehr hoher Beladung.

(3) Wie zuvor, aber gesamte Zustellung zu Fuß mittels handgeführten MicroCarriern.

Technologie

Der MicroCarrier ist das weltweit erste einachsige, handgeführte, elektrisch betriebene Gütertransportfahrzeug, welches selbstständig ohne Notwendigkeit der Unterstützung durch den Bediener balanciert, und sich intuitiv, mit äußerst geringen Interaktionskräften und ohne Notwendigkeit der Bedienung von Schaltern oder Hebeln durch den mitgehenden Bediener manövrieren lässt.

Die zwei grundlegenden Technologien zur Herstellung dieser Leistungsmerkmale sind:

(1) Ein neuartiger adaptiver Balanceregler: Hierbei besteht ein grundlegender Unterschied zu Balancereglern von einachsigen Personenfahrzeugen („Segway® Personal Transporter“). Diese beschleunigen das Fahrzeug nach einer Schwerpunktverlagerung der Beladung (hier: Vor- und Zurücklehnen des Fahrers auf dem Fahrzeug). Dies ist die natürliche, der Dynamik dieses mechanischen Systems entsprechende Reaktion zur Stabilisierung des Fahrzeugs. Exakt das Gegenteil ist beim einachsigen Gütertransportfahrzeug erwünscht, wodurch weitaus komplexere Regelungsalgorithmen erforderlich sind. Hier muss sich das Fahrzeug an die durch Beladungsänderung hervorgerufene Veränderung der Schwerpunktposition adaptieren, um während des Be- und Entladens im Stillstand zu bleiben, anstatt zu beschleunigen. Es ist hier also durch ständiges Be- und Entladen eine dynamische Nulllagenreferenzierung erforderlich, die bei den bekannten Balanciersystemen für Personen nicht vorhanden ist. 

(2) Eine Manövrier-Regelung: Diese Algorithmen regeln  das Verhältnis zwischen vom Bediener aufgebrachten Kräften und rotatorischer und translatorischer Geschwindigkeit und Beschleunigung des Fahrzeugs. Hierbei sind verschiedene Eigenschaften des Fahrverhaltens parametrisierbar.

Beide Technologien wurden durch spezielle Regelungs- und Schätzalgorithmen mit minimalem sensorischen Aufwand realisiert, um das Fahrzeug kostengünstig und robust herstellen zu können.