Die Ausgangslage und das Entwicklungspotenzial der deutschen und europäischen Industrie können für diese Kernkomponente des Antriebsstrangs von E-Fahrzeugen insgesamt positiv eingeschätzt werden. Die Unternehmen in Deutschland verfügen über einen großen Erfahrungsschatz aus der konventionellen Antriebstechnik in Kombination mit jahrzehntelanger Entwicklungs- und Produktionserfahrung bei elektrischen Maschinen für andere Anwendungen. Die in Deutschland bestehende Investitions- beziehungsweise Anlagenbasis für die aktuellen Bedarfe entlang der Wertschöpfungskette elektrischer Maschinen ist weitestgehend als sehr gut einzuschätzen. Für die Produktion elektrischer Maschinen für xEV kann das gewachsene Netzwerk der deutschen Automobilindustrie zum Großteil weiterhin genutzt werden. Etablierte Partnerschaften und optimierte Lieferketten können bestehen bleiben. Die bestehende Personalbasis kann aufgrund der fachlichen Nähe zu konventionellen Industriebereichen problemlos für die meisten Wertschöpfungsschritte rund um die elektrische Maschine qualifiziert werden. Um die Vorreiterrolle der deutschen Automobilindustrie bei elektrischen Maschinen auch zukünftig zu sichern, die Wettbewerbsfähigkeit weiter auszubauen und die Nachhaltigkeit zu stärken, bestehen punktuell Handlungsbeziehungsweise Optimierungsbedarfe entlang der Wertschöpfungskette für einzelne Rohstoffe und Komponenten, insbesondere in Bezug auf die Versorgungssicherheit bei Seltenen Erden und Seltene-Erden-Permanentmagneten sowie auf das Recycling der elektrischen Maschinen. Der Großteil der Roh- und Werkstoffe für die Produktion elektrischer Maschinen kann durch bereits etablierte Wertschöpfungsnetzwerke und Lieferketten beschafft werden. Für wenige Spezialwerkstoffe, wie zum Beispiel Flächenisolierstoffe mit hoher Wärmebeständigkeit, bestehen punktuelle Abhängigkeiten aufgrund von Patenten und Investitionsvorsprüngen ausländischer Unternehmen. Die Produktion dieser Werkstoffe in Europa sollte gefördert werden. Im Bereich der zentralen Komponenten nimmt die deutsche Industrie für die Bauteile des klassischen Maschinenbaus eine Technologieführerrolle ein. Für die Entwicklung und Produktion der Komponenten Elektrobleche, Leiter beziehungsweise Wicklungen in Stator und Rotor, Verguss- beziehungsweise Füllmaterialien und Isolation ist Deutschland im weltweiten Wettbewerb auf Augenhöhe. Vereinzelte Aufholbedarfe bestehen etwa zu asiatischen Preisführern für die Produktion von Elektroblechen. Hier sind unter anderem Investitionen in moderne, leistungsfähige Anlagen erforderlich. Bei zunehmendem Volumen von elektrischen Maschinen für Automobilanwendungen ist ein Ausbau der vorhandenen Investitionsbasis notwendig, um den Automatisierungsgrad zu erhöhen. Die Lage für die Versorgung mit Seltenen Erden und Seltene-Erden-Permanentmagneten ist als kritisch einzustufen. Es besteht eine weltweite Abhängigkeit von chinesischen Lieferanten. Die Versorgung muss etwa über die Erschließung von Rohstoffabbaugebieten außerhalb von China, verstärktes Recycling von Seltenen Erden aus alten elektrischen Maschinen und den Ausbau der europäischen Produktion von Permanentmagneten in Europa gesichert werden. Zudem müssen alternative beziehungsweise disruptive Technologien weiter erforscht werden, die ohne oder mit erheblich weniger Seltenen Erden die gleiche Magnetwirkung erzielen und damit den Rohstoffbedarf reduzieren. Im Hinblick auf die wissenschaftliche Basis sowie das Entwicklungs- und Produktions-Know-how haben asiatische Wettbewerber einen Vorsprung, den es aufzuholen gilt. Unter Berücksichtigung des Bedarfes an höherer Leistungsklassen für schwere LKW, Bahn, Luft- und Schiffsverkehr ist der Forschungsbereich in Richtung neue Architekturen der Elektromotoren zu verstärken. Skalierung aus dem Automobilbereich sind nicht ohne weiteres zielführend, insbesondere mit Hinblick auf Optimierungskriterien Bauraum und Gewicht. [aus Executive Summary]:Executive Summary 1 Hintergrund und Vorgehensweise 2 Das Wertschöpfungsnetzwerk zur Produktion elektrischer Maschinen: Status Quo und Handlungsfelder Betrachtung entlang der Wertschöpfungstiefe (spaltenweise) Rohstoffe und Werkstoffe Komponenten und Hauptbauteile Antriebssystem und Anwendung Recycling Betrachtung entlang der Wertschöpfungsinhalte (zeilenweise) Wissenschaftliche Basis Entwicklungs- und Produktions-Know-how Marktzugang Personalakquise und -entwicklung Bestehende und aufzubauende Investitionsbasis Geschäftsmodelle und Investitionsbereitschaft Nachhaltigkeit und Umweltverträglichkeit 3 Handlungsbedarfe Seltene Erden und Permanentmagnete Recycling 4 Fazit 5 Anhang Glossar und Abkürzungsverzeichnis Impressum / With regard to this key drivetrain component of electric vehicles, the starting position and the development potential of the German and European industries can be described as positive. Businesses in Germany have got a wealth of experience in conventional drive technology, combined with decades of experience in developing and manufacturing electric machines for other applications. The existing investment base in Germany for the current needs along the value chain for electric machines can largely be considered to be very good. For the most part, the evolved network of the German automotive industry can be continued to be used for the production of electric machines for xEV. Established partnerships and optimised supply chains can remain. Due to technical similarities with conventional industry sectors, existing employees can easily be trained for most of the value added steps in the context of electric machines. In order to further secure the leading role of the German automotive industry in the area of electric machines, to continue to develop its competitivity and to strengthen its sustainability, there is a need for targeted action and/or optimisation at various points along the value chain for individual raw materials and components, in particular with regard to the security of supply for rare earths and rare-earth permanent magnets as well as the recycling of electric machines. The lion share of the raw and processed materials required for the production of electric machines can be procured via established value networks and supply chains. For some special materials, e.g. high-temperature resistant surface insulating materials, there are specific dependencies due to patents and investment advantages of foreign companies. The production of these materials in Europe is to be supported. In the area of key components, the German industry plays a prominent role for elements of traditional mechanical engineering. In terms of development and production of components such as electrical sheets, conductors or winding in the stator and the rotor, casting or filling materials and insulation, Germany is competing on an equal footing internationally. In isolated cases, there is a need to catch up e.g. with Asian price leaders for the production of electrical sheets. This requires, among other things, investment in modern, high-performance equipment. As the volume in electric machines for automotive applications increases, the existing investment basis needs to be expanded in order to achieve a higher level of automation. The situation for the supply of rare earths and rare-earth permanent magnets can be classed as critical.:Executive Summary 1 Hintergrund und Vorgehensweise 2 Das Wertschöpfungsnetzwerk zur Produktion elektrischer Maschinen: Status Quo und Handlungsfelder Betrachtung entlang der Wertschöpfungstiefe (spaltenweise) Rohstoffe und Werkstoffe Komponenten und Hauptbauteile Antriebssystem und Anwendung Recycling Betrachtung entlang der Wertschöpfungsinhalte (zeilenweise) Wissenschaftliche Basis Entwicklungs- und Produktions-Know-how Marktzugang Personalakquise und -entwicklung Bestehende und aufzubauende Investitionsbasis Geschäftsmodelle und Investitionsbereitschaft Nachhaltigkeit und Umweltverträglichkeit 3 Handlungsbedarfe Seltene Erden und Permanentmagnete Recycling 4 Fazit 5 Anhang Glossar und Abkürzungsverzeichnis Impressum

Das Mobilitätssystem befindet sich in einem umfassenden Transformationsprozess, der noch lange andauern wird. Megatrends wie Digitalisierung, Elektrifizierung oder Automatisierung stellen den gesamten Mobilitätssektor vor große technische Herausforderungen. Um die Transformation erfolgreich und insbesondere markttauglich umzusetzen, sind international abgestimmte Standards und Normen von entscheidender Bedeutung. Ein zukunftsorientiertes, integriertes Mobilitätssystem führt zur Entwicklung neuer Produkte, Anwendungen und Geschäftsmodelle und bietet Wachstumschancen. Um sie auf dem Markt erfolgreich anbieten zu können, müssen hohe Anforderungen an Qualität, Sicherheit und Benutzbarkeit erfüllt sein. Das setzt ein einheitliches Verständnis des technischen Rahmens sowie Standards und Normen voraus, um für alle Marktteilnehmer gleiche Voraussetzungen zu schaffen. Gerade vor dem Hintergrund eines immer komplexer werdenden Mobilitätssystems, das sich bereits heute über eine Vielzahl von Branchen und Technologien erstreckt, wie die Automobiltechnik, die Elektro- und Energietechnik sowie die Informations- und Kommunikationstechnologie, ist dies von großer Bedeutung. Dieser Trend zum branchenübergreifenden Zusammenwirken wird sich in Zukunft noch weiter verstärken. Standards und Normen stellen die notwendige Kompatibilität, Interoperabilität und vor allem die Sicherheit der vielfältigen Mobilitätssysteme her. Sie sorgen für Investitionssicherheit, fördern Innovationen und bilden damit die Grundlage für eine Mobilität der Zukunft. Mit dem vorliegenden Kompendium Standards und Normen für die Mobilität der Zukunft legt die NPM einen umfassenden und strategisch ausgerichteten Bericht vor, der verschiedene Schlüsselthemen zur Zukunft der Mobilität gezielt betrachtet. Die daraus abgeleiteten Handlungsempfehlungen wurden in einem fachübergreifenden Austausch mit allen Arbeitsgruppen der NPM erarbeitet, der sich für die Beteiligten als enorm gewinnbringend herausstellte. Das Kompendium baut auf den erarbeiteten Schwerpunkt- Roadmaps auf und bildet damit sowohl den strategischen Rahmen als auch den Ausgangspunkt für die weitere Diskussion zur Zukunft der Standardisierungs- und Normungsarbeit im Mobilitätssektor. Der Transformationsprozess im Mobilitätssystem setzt sich weiterhin fort und wird auch zukünftig neue Fragen und Herausforderungen mit sich bringen. Mein herzlicher Dank gilt allen, die sich an der Entwicklung der Schwerpunkt-Roadmaps und der zusammenfassenden Darstellung in diesem Kompendium beteiligt haben. Wichtig ist es nun, die Ergebnisse und Empfehlungen auch in die Tat umzusetzen, um das Ziel einer bezahlbaren, nachhaltigen und klimafreundlichen Mobilität zu verwirklichen. [aus Vorwort]:Vorwort 1 Aktuell Entwicklungen und Herausforderungen zur Zukunft der Mobilität aus Sicht von Standardisierung und Normung Current Development and Challenges for the Future of Mobility from the Viewpoint of Standards and Norms 2 Schwerpunktthemen der AG 6 2.1 Nachhaltige Mobilität 2.2 Intelligentes Lastmanagement 2.3 Automatisiertes und vernetztes Fahren 2.4 Daten und Vernetzung - Standards und Normen für intermodale Mobilität 2.5 Künstliche Intelligenz - Mobilität und Logistik 3 Ausblick 4 Gesamtübersicht Handlungsempfehlungen 5 Publikationen der AG 6 (2019 - 2021) 6 Mitglieder der NPM AG 6 Impressum / In the National Platform Future of Mobility (NPM), experts in industry, associations, ministries and science work together towards one vision: a sustainable mobility that remains affordable for everybody in Germany. The topic “Standardisation and norms” assumes a special significance in this context. Standards and norms enable society, the economy and the political establishment to work together to formulate technical recommendations and framework conditions that not only ensure quality, reliability and usability, but also systemic integration capability and interoperability. They are therefore the key to innovation in an increasingly complex interconnected world, protect investments and are the basis for ensuring that the vision “Future of Mobility” becomes reality. Standards and norms define the state of the art and the requirements for products and services. They also increase acceptance by society and trust in new technologies. The requirements to be met by products and services are defined in a transparent process. In this case, the fundamental principle that standardisation projects are worked out consensually with the participation of all interested groups for the benefit of the general public applies. The compendium Standards and norms for mobility of the future is the result of intensive inter-thematic collaboration within the NPM working group 6 “Standardisation, norms, certification and type approval”. The first step was to agree on and collate the most important interrelated themes on the future of mobility with all working groups of the NPM. The result was an initial white paper, which summarised the key challenges and cross-industry standardisation requirements. WG 6 used this white paper as a strategic guideline for subsequent work. In the next step, the members of WG 6 and other experts working in the field of standardisation examined the thematic areas defined in the white paper in detail and on this basis developed focal roadmaps. These focal roadmaps describe the current situation as well as existing challenges, and provide specific recommendations for action in relation to further development of standards and norms. WG 6 developed four focal roadmaps for the themes “Sustainable mobility”, “Intelligent load management”, “Automated and connected driving”, “Data and networking – standards and norms for intermodal mobility”. An additional roadmap on the topic of “Artificial intelligence and mobility”, which was derived from the overarching German standardisation roadmap artificial intelligence initiated by DIN and DKE, was adopted and integrated into this compendium. The roadmap for sustainable mobility contains countless examples and recommendations that demonstrate the enormous contribution that standards and norms can make towards establishing a sustainable transportation system. They have one added value in particular, namely to facilitate the evaluation and comparison of sustainability measures, and also ensure their traceability. In the area of electromobility, the Intelligent load management roadmap indicates that the increasing number of charging cycles is posing significant but not insurmountable challenges to the grid. In future the loads that occur at specific points on the grid must be balanced out so that the grid remains stable. The prerequisite for this is that the charging infrastructure communicates with the vehicles and grid in all directions and can be intelligently controlled. [from Current Developments and Challenges for the Future of Mobility from the Viewpoint of Standards and Norms]:Vorwort 1 Aktuell Entwicklungen und Herausforderungen zur Zukunft der Mobilität aus Sicht von Standardisierung und Normung Current Development and Challenges for the Future of Mobility from the Viewpoint of Standards and Norms 2 Schwerpunktthemen der AG 6 2.1 Nachhaltige Mobilität 2.2 Intelligentes Lastmanagement 2.3 Automatisiertes und vernetztes Fahren 2.4 Daten und Vernetzung - Standards und Normen für intermodale Mobilität 2.5 Künstliche Intelligenz - Mobilität und Logistik 3 Ausblick 4 Gesamtübersicht Handlungsempfehlungen 5 Publikationen der AG 6 (2019 - 2021) 6 Mitglieder der NPM AG 6 Impressum

Alternative Antriebs- und Kraftstofftechnologien sind zentral für die Ausgestaltung einer nachhaltigen und CO2- reduzierten Mobilität der Zukunft. Die AG 2 hat dazu die folgenden technologischen Optionen unter realen Rahmenbedingungen betrachtet: technologische Elektromobilitätskonzepte, Wasserstoff und Brennstoffzellen sowie alternative Kraftstoffe für den Verbrennungsmotor (für alle Verkehrsträger). All diese technologischen Optionen müssen genutzt werden, um die CO2-Reduktionsvorgaben zu erfüllen – Technologieoffenheit ist ein zentraler Ausgangspunkt der AG 2 im Kontext eines kosteneffizienten und möglichst effektiven Einsatzes der vorhandenen Optionen. Den Schwerpunkt bildet die Betrachtung von Pkw und Nutzfahrzeugen, da sie den größten Anteil an den CO2-Emissionen aufweisen und diesbezüglich das größte CO2-Minderungspotenzial vorhanden ist. Andere Verkehrsträger und -mittel wurden separat ohne größere Detailtiefe betrachtet. Batteriebasierte Elektromobilität ist die zum heutigen Stand technologisch am weitesten ausgereifte Lösung, um CO2 im Verkehrssektor zu senken (Tank-to-Wheel-Betrachtung). Die AG 2 geht aktuell von 7 bis 10,5 Mio. Elektrofahrzeugen (Pkw und leichte Nutzfahrzeuge) im Bestand im Jahr 2030 aus. Das ist zwar eine sehr ambitionierte, aber noch realisierbare Größenordnung. Pro Elektrofahrzeug werden circa 1,1 nicht öffentliche Ladepunkte errichtet, wobei dieses Verhältnis bei steigender Anzahl an Fahrzeugen sinken wird. Im Bereich der öffentlich zugänglichen Ladeinfrastruktur werden DC-Schnelllader verstärkt notwendig und nicht nur an Autobahnen aufgebaut werden. Hinsichtlich der Batteriezellentechnologie wird der Batteriesystempreis durch Verbesserungen auf Zell-Level in den kommenden Jahren voraussichtlich auf unter 90 € / kWh fallen. Bis 2030 scheint ein kWh-Preis von 75 € erreichbar. Das Elektrofahrzeug wird definitionsgemäß in der Betriebsphase in der Tank-to-Wheel-Betrachtung als CO2-frei bewertet. Es liefert somit einen unverzichtbaren Beitrag, um die CO2-Emissionen des Verkehrssektors zu senken. Die energieintensive Produktion der Batteriezellen hat in der Lebenszyklusanalyse großen Einfluss auf die bereits eingebrachte CO2-Menge und hängt stark vom Anteil erneuerbarer Energie bei der Produktion ab. Als ein weiteres technologisches Elektromobilitätskonzept gelten Strom-Oberleitungen für schwere Nutzfahrzeuge. Aus ambitionierter Sicht ergeben sich im Jahr 2030 66.000 Oberleitungs-Lkw und ein Oberleitungsnetz von 4.000 km. Wasserstoff wird heute überwiegend mittels Dampfreformierung von Erdgas – auch „grauer“ oder „Industriewasserstoff“ genannt – und der Elektrolyse aus Wasser erzeugt. Es besteht ebenfalls die Möglichkeit, „blauen“ Wasserstoff herzustellen. Dabei werden C-Bestandteile abgespalten und zu Synthesezwecken verwendet respektive in entsprechenden Lagerstätten gespeichert. Ziel muss es aber sein, erneuerbaren Strom zur Elektrolyse zu nutzen, um emissionsfrei „grünen“ Wasserstoff bereitstellen zu können und zusätzlich Strom in eine speicherbare Energieform zu überführen und auf diese Weise Angebot und Nachfrage zeitlich entkoppeln zu können. Weitere Details zu den Marktpotenzialen und Wettbewerbsbedingungen liefert die PtX-Roadmap der AG 5. Der Transport von großen Mengen Wasserstoff auf langen Distanzen kann durch Pipelines erfolgen – auch durch umgerüstete Erdgaspipelines. Für die Nahverteilung eignen sich je nach örtlichen Gegebenheiten auch Pipelines oder der Transport per Lkw (als Druckgas oder flüssig). Die Brennstoffzellenkosten auf Zell- und Systemebene nehmen bei zunehmender Produktion signifikant ab. [ aus Executive Summary]:Executive Summary 1 Einleitung 2 Bewertung der Rahmenbedingungen – übergreifende Themen 2.1 Politische Vorgaben und Klimaschutz 2.2 Rechtliche Rahmenbedingungen 2.3 Förderprogramme von EU, Bund und Ländern 2.4 Energieträgerkosten 2.5 Steuern, Preisgestaltung und CO2-Bepreisung der Energieträger 3 Rahmenbedingungen für Elektromobilitätskonzepte 3.1 Aufbau der Ladeinfrastruktur 3.2 Preisentwicklung Batterie 3.3 Oberleitungs-Lkw 3.4 CO2-Minderungspotenzial 3.5 Forderung, rechtliche Rahmenbedingungen 4 Rahmenbedingungen für Brennstoffzellenfahrzeuge 4.1 H2-Wirtschaft und -Infrastruktur: Förderbedarf, Preisentwicklung 4.2 Technologiereife, Forschungsbedarf bei Brennstoffzellen 4.3 CO2-Minderungspotenzial 4.4 Forderung, rechtliche Rahmenbedingungen 4.5 Abschätzung des Investitionsbedarfs 5 Rahmenbedingungen für Verbrennungsmotoren mit alternativen Kraftstoffen 5.1 Alternative Kraftstoffe aus fossilen Quellen: CNG/LNG und GtL 5.2 Bedeutung einer Wasserstoffwirtschaft für synthetische Kraftstoffe 5.3 Herstellung und Verfügbarkeit alternativer Kraftstoffe 5.4 Markthochlauf alternativer Kraftstoffe 5.5 Einsatz in der Bestandsflotte 5.6 Kosten biomasse- und strombasierter Kraftstoffe 5.7 CO2-Minderungspotenzial 5.8 Förderung, rechtliche Rahmenbedingungen 5.9 Abschätzung des Investitionsbedarfs 6 Bewertung der Rahmenbedingungen – Luftverkehr, Schifffahrt, Schienenverkehr 6.1 Luftverkehr 6.2 Schienenverkehr 6.3 Schifffahrt 7 Zukünftiger Antriebstechnologiemix 7.1 Zusammenfassende Bewertung der einzelnen Antriebstechnologien 7.2 Zusammenspiel der Antriebstechnologien untereinander und mit anderen Sektoren 7.3 Antriebsmix 2030 8 Zusammenfassung 9 Ausblick Anhang Abbildungs- Und Tabellenverzeichnis

Die Mobilitätswirtschaft in Deutschland und weltweit befindet sich in einem tiefgreifenden Strukturwandel. Digitalisierung, Vernetzung und Automatisierung verändern die automobilen Wertschöpfungsketten und die Mobilität der Zukunft grundlegend. Automatisierte und vernetzte Kraftfahrzeuge entlasten Fahrerinnen und Fahrer von Routine- Aufgaben, erhöhen die Verkehrssicherheit, bieten neue Möglichkeiten und Angebote im öffentlichen Personenverkehr und können sowohl zur Steigerung der Verkehrseffizienz als auch zur Reduzierung der Umweltbelastung beitragen. Neue Technologiefelder und Kompetenzen werden mit den klassischen Bereichen des Automobilbaus, des Maschinenbaus und der Elektrotechnik verknüpft. Autonome Fahrzeuge sind dabei wichtige Träger technolo gischer Anwendungen und Basisinnovationen (z. B. Technologien zur Umfelderkennung, Künstliche Intelligenz, Cloud Computing), von deren Entwicklung und Erprobung auch andere Industriezweige stark profitieren können. Automatisiertes und vernetztes Fahren sowie digitale Mobilität sind somit Treiber des Wandels und bieten erhebliche Chancen, um die Mobilität von morgen mit innovativen Produkten und neuen Dienstleistungen zu gestalten. Dieser Zwischenbericht legt den Schwerpunkt auf das Thema der autonomen Mobilität im Straßenverkehr, um die wesentlichen Voraussetzungen und Bedarfe zur Einführung von autonomer Mobilität zu identifizieren und damit eine wirksame Implementierung bis 2025 und 2030 zu erreichen. In diesen Zeiträumen müssen sich technische Möglichkeiten auf der Fahrzeugseite und infrastrukturelle Voraussetzungen ergänzen, um Nutzungseinschränkungen entgegenzuwirken. Für die Erreichung der Ziele hat die AG 3 zentrale Handlungsfelder identifiziert. Die zeitnahe Umsetzung der entsprechenden Handlungsempfehlungen ist Voraussetzung für die erfolgreiche und frühzeitige Einführung des automatisierten vernetzten Fahrens. 1. Das Typgenehmigungsverfahren für automatisierte Fahrzeuge muss modernisiert werden. Kurzfristig gilt es, klare Regeln zur Ausnahmegenehmigung zu schaffen, um automatisierte und autonome Anwendungen über Deutschland hinaus in den Verkehr bringen zu können. 2. Die Bereitstellung von statischen und dynamischen Infrastrukturdaten in hoher Qualität wird die Einführung von automatisierten Fahrfunktionen beschleunigen. Es gilt, einheitliche Standards zum Austausch von Mobilitätsdaten zu schaffen. Nur so kann eine einfache und weitreichende Vernetzung der Fahrzeuge und deren Integration in ein Mobilitätsökosystem gelingen. Es ist eine gemeinsame Umsetzungs-Roadmap zu definieren. 3. Der Rechtsrahmen, einschließlich des Personenbeförderungsrechts, sollte weiterentwickelt werden, um autonomes Fahren und eine Personenbeförderung ohne Fahrer zu ermöglichen. 4. Die digitale Transformation der Mobilität, insbesondere das automatisierte und vernetzte Fahren, muss durch einen gesellschaftlichen Beteiligungsprozess begleitet werden. Die identifizierten Handlungsfelder erfordern die ergebnisorientierte und konzertierte Zusammenarbeit zwischen Industrie, Politik, Zivilgesellschaft, Bund, Ländern und Kommunen. Die AG 3 empfiehlt daher auch, die autonome Mobilität im Rahmen eines Reallabors 2020/2021 zu erproben. Das Reallabor – ein Testraum für Innovation im Bereich von Digitalisierung und Mobilität – verfolgt das Ziel, die Mobilität von morgen bereits heute zu gestalten, einen quantifizierten Beitrag zu den Zielen der AG 3 abzuleiten und Mobilität durch die Möglichkeiten der Digitalisierung voranzutreiben.:1 Executive Summary 2 Zielbild autonome Mobilität 3 Handlungsfelder 3.1 Typgenehmigungsverfahren und Straßenverkehrsgesetz modernisieren 3.2 Infrastruktur digitalisieren und Datenaustausch verbessern 3.3 Autonome Flotten ermöglichen: Personenbeförderungsgesetz (PBefG) reformieren 3.4 Gesellschaftliche Akzeptanz durch Beteiligung stärken 4 Handlungsempfehlungen 5 Ausblick Glossar Impressum

Wechselrichter im Antriebsstrang von Elektrofahrzeugen verbinden Batterie und Motor miteinander. Bei konventionellen Wechselrichtern ist die Ständerspannung des Fahrmotors durch die Batteriespannung begrenzt. Dies ist vor allem bei hohen Drehzahlen nachteilig, da hier ein zusätzlicher feldschwächender Strom notwendig ist. Dieser Strom wiederum verursacht zusätzliche Verluste in der Maschine und der Leistungselektronik. Einen alternativen Ansatz bieten hochsetzende Wechselrichter. Die Begrenzung der Ständerspannung durch die Batterie entfällt. In der vorliegenden Diplomarbeit werden zwei hochsetzende Wechselrichter miteinander verglichen. Zunächst wird die Funktionsweise des Wechselrichters mit Hochsetzsteller und des ZSource-Wechselrichters erläutert. Danach werden Bauelemente für beide hochsetzende Wechselrichter ausgewählt. Anschließend werden die Verluste und das thermische Verhalten der ausgewählten Konfigurationen analysiert und mit Matlab simuliert. Abschließend werden der Wechselrichter mit Hochsetzsteller und der Z-Source-Wechselrichter bezüglich der Kriterien Wirkungsgrad, Zuverlässigkeit und Fertigungsaufwand miteinander verglichen. / Inverter in the drive train of electric vehicles connect the battery to the machine. Using conventional inverters, the stator voltage is limited by the battery voltage. This is mainly a disadvantage at a high speed, since an additional field weakening current is needed. This current produces extra losses in the electrical machine and the power electronics. DC/DC boosted inverters offer an alternative solution. A limitation of stator voltage through the battery does not occur. This diploma thesis is comparing two kinds of DC/DC boosted inverters. First the functionality of an inverter with boost converter and that of a Z-Sourceinverter are presented. Afterwards the electrical components for both inverters are chosen and are simulated using Matlab. Finally the results of the simulation are compared with respect to power effciency, reliability of the electrical components and the effort of production.

dreimal im Jahr erscheinende Zeitschrift über aktuelle Themen der TU Chemnitz

Der Verkehrssektor ist einer der Hauptverursacher von CO2-Emissionen. Der motorisierte Individualverkehr (MIV) zeichnet für den höchsten Anteil daran verantwortlich. Die Nutzung eines Autos ist jedoch für viele unverzichtbar. Die Kosten für den eigenen Pkw steigen seit Jahren. Kostenfreie und verfügbare Parkplätze sind knapp und der Berufsverkehr fließt oft nur stockend. Angebote des öffentlichen Verkehrs können nicht in jedem Fall die alltäglichen Mobilitätsbedürfnisse befriedigen. Die Elektromobilität wird von Industrie, Regierungen und auch potenziellen Nutzern als chancenreiche Alternative gesehen, um fossile Brennstoffe im Verkehrssektor langfristig abzulösen. Allerdings zeigt sich mehr und mehr, dass deren kurzfristige, flächendeckende Einführung nur mit einer Integration in den öffentlichen Verkehr (ÖV) gelingen kann. Niedrige Reichweiten, lange Ladedauern sowie hohe Anschaffungskosten der Fahrzeuge erfordern derart neue Mobilitätskonzepte. Vor diesem Hintergrund gewinnen Miet- und Sharing- Modelle v.a. in größeren Städten an Bedeutung. Sie sichern automobile Mobilität, ohne dass Nutzer dazu einen eigenen Pkw anschaffen oder auch dann Kosten tragen müssen, wenn sie ihn gar nicht nutzen. Deshalb soll der Betrieb einer elektromobilen Fahrzeugflotte zur spontanen Nutzung im Saarland aufgenommen werden. Verschiedene Formen des Flottenbetriebs (z.B. standortgebundenes Carsharing, Spontanmiete, Pendlerflotte) sollen auf ihre Praxistauglichkeit getestet werden. Zielsetzung des saarländischen Ministeriums für Umwelt, Energie und Verkehr ist die technische und wirtschaftliche Einbindung von Elektrofahrzeugflotten in den ÖV unter Einsatz moderner Informations- und Kommunikationstechnologie. Dabei geht es einerseits um die Schaffung einer effizienten Energie- und Elektromobilitätsinfrastruktur unter vollständiger Nutzung regionaler regenerativer Energien, andererseits um Organisation und Betrieb mittels marktwirtschaftlicher Steuerungsmechanismen. Die Integrationsansätze orientieren sich konsequent an privaten und gewerblichen Nutzerinteressen und den Anforderungen der Stadtverträglichkeit. Damit soll die Voraussetzung zur Realisierung eines innovativen und leistungsstarken, effizient ergänzten öffentlichen Verkehrssystems geschaffen werden. / Within the context of climate change, transport can be a dilemma. On the one hand, the transport sector is one of the main sources of CO2 emissions, with motorised private transport being responsible for the largest share. On the other hand, to many users the car as a mode of transport is irreplaceable. Using cars has become more and more expensive in recent years, while slow rush hour traffic and the spatial expansion of priced parking have aggravated the situation for car drivers rather than tied them to more sustainable transport modes. Inflexible structures of classic public transport have not been able to accommodate certain transport needs. Therefore, industry, government and potential users alike rest their hopes for a sustainable transport sector on electric mobility (electric cars, motor-cycles, scooters and bikes). At the moment, however, it is becoming increasingly clear that a wide-spread use of electric cars can only succeed in combination with public transport. Low ranges, long loading times and high prices of electric cars need a new kind of mobility. This explains why rental and sharing schemes are gaining popularity, particularly in larger cities: They preserve automobile mobility while avoiding the costs of buying and keeping a car. That is why the Saarland, one of the westernmost German Länder, will integrate a number of electric cars into its public transport system. Different kinds of integration (e.g. carsharing stations, spontaneous use and use for commuters) will be tested as to their usability in everyday practice. Modern information and communications technologies will assist with fully integrating electric vehicles into public transport, i.e. technically as well as economically. The project is headed by the Saarlandian Ministry for the Environment, Energy and Transport, whose aims are twofold: First, to create an efficient infrastructure for electric vehicles based on regional renewable energies. And second, to integrate market mechanisms into the project. Therefore, the rental system will be based on efficiency, customer demand and criteria for a sustainable integration of the vehicles into cities. This will pave the way for an innovative, convenient, efficient and multi-modal public transport system.

Vor dem Hintergrund des Klimawandels ist die Senkung der von Menschen hervorgerufenen CO2-Emissionen in den letzten Jahren zu einem der weltweit zentralen Themenfelder geworden. In diesem Kontext werden Elektrofahrzeuge als ein vielversprechender Lösungsansatz zur Verringerung der CO2-Emissionen im Transportsektor diskutiert und ihr Einsatz im Straßenverkehr im Rahmen zahlreicher nationaler Initiativen vorangetrieben. Elektrofahrzeuge weisen eine Reihe von Spezifika gegenüber konventionellen Fahrzeugen auf, aus denen verschiedene Herausforderungen für den Fahrer entstehen. Eine in diesem Zusammenhang zentrale Eigenschaft ist die vor dem Hintergrund von vergleichsweise langen Ladedauern und einer eingeschränkten Verfügbarkeit von Lademöglichkeiten begrenzte Reichweite. Zudem wird mit der Elektrifizierung des Verkehrs auch das im Fahrkontext bisher ungewohnte Konzept der Elektrizität mit seinen elektrischen Einheiten wie Watt und Ampere eingeführt. Zusätzlich steht mit der Rekuperationsfunktion ein neues System zur Verfügung, das dem Fahrer eine aktive Energierückgewinnung während Verzögerungsvorgängen ermöglicht. Die Aufgabe der Verkehrspsychologie ist es dabei, die aus diesen spezifischen Eigenschaften und neuen Systemen entstehenden Bedürfnisse und Anforderungen der Fahrer im Zusammenspiel mit dem Fahrzeug und der Fahrumgebung in den Mittelpunkt zu stellen. Aus den gewonnenen Erkenntnissen können entsprechende Empfehlungen und Maßnahmen abgeleitet werden, die der Verbreitung sowie der sicheren und effizienten Nutzung dieser Technologie dienlich sind. In diesem Sinne leistet auch die vorliegende Arbeit einen Beitrag, indem vor dem Hintergrund der spezifischen Eigenschaften und neuen Systeme von Elektrofahrzeugen Implikationen für die Nutzerschnittstelle, die veränderte Fahraufgabe sowie motivationale Aspekte abgeleitet werden. Dies geschieht vor allem im Hinblick auf die Energieeffizienz, die im Elektrofahrzeug einen besonderen Stellenwert besitzt. Das erste Forschungsziel der Dissertation bestand in der nutzerzentrierten Untersuchung der Nutzerschnittstelle im Elektrofahrzeug sowohl generell vor dem Hintergrund der besonderen Merkmale dieses neuen Transportmittels als auch spezifisch basierend auf der Interaktion der Fahrer mit der begrenzten Reichweite dieser Fahrzeuge. Aus den Ergebnissen wurden konkrete Informationsbedarfe der Nutzer jenseits eines gewissen Informationsstandards deutlich, die in einem Anforderungskatalog zusammengefasst wurden, dessen Inhalte vor allem die Bedeutsamkeit der energieeffizienten Interaktion mit dem Elektrofahrzeug unterstreichen. Zudem zeigten sich Probleme der Nutzer hinsichtlich der Verständlichkeit des Konzepts von Elektrizität im Fahrkontext, besonders im Hinblick auf elektrische Einheiten, die eine Darstellung des Energieverbrauchs in der vertrauten und handlungsrelevanten Einheit Kilometer nahelegen. Ausgehend von den Ergebnissen der Evaluation der Anzeigen durch die Nutzer wurden diejenigen Prinzipien der Schnittstellengestaltung (Wickens, Lee, Liu, & Gordon-Becker, 2004) identifiziert, die im Kontext von Elektrofahrzeugen besondere Relevanz besitzen. Eine transparente und zuverlässige Darstellung der Wirkfaktoren auf den Energieverbrauch sowie konkreter Handlungsmöglichkeiten des Fahrers zur Senkung des Energieverbrauchs kann helfen, Nutzer in ihrem Anpassungsprozess an das elektrische Fahren zu unterstützen und Unsicherheitsgefühle in der Interaktion mit der begrenzten Reichweite zu reduzieren. Die Untersuchung der Kompetenz zum energieeffizienten Fahren und assoziierter Lern- und Transferprozesse beim Fahren eines Elektrofahrzeugs waren Gegenstand des zweiten Forschungsziels. Aufeinander aufbauende Untersuchungen zeigten, dass unerfahrene Elektrofahrzeugnutzer ihr Wissen über energieeffiziente Fahrstrategien beim Wechsel vom Verbrenner- zum Elektrofahrzeug anpassen und dieses Wissen mit zunehmender Elektrofahrzeugerfahrung weiter zunimmt. Sowohl unerfahrene als auch erfahrene Elektrofahrzeugnutzer waren in der Lage, durch die Anwendung effektiver Verhaltensstrategien, wie etwa einer moderaten Beschleunigung und einer effizienten Nutzung der Rekuperationsfunktion, den Energieverbrauch des Elektrofahrzeugs zu senken. Dies weist auf die Übertragung von Fertigkeiten im Umgang mit dem Verbrenner- auf das Elektrofahrzeug im Sinne eines positiven Transfers (Fitts & Posner, 1967) hin. Die Wirksamkeit einer wissensbasierten Intervention blieb auf einen positiven Effekt hinsichtlich des Wissens über energieeffiziente Strategien sowie positivere Einschätzungen der Kompetenz zum energieeffizienten Fahren beschränkt. Um die Kompetenz zum energieeffizienten Fahren auch hinsichtlich einer verbesserten Umsetzung energiesparender Verhaltensstrategien und einer daraus resultierenden besseren Perfomanz, also einem niedrigeren Energieverbrauch, zu unterstützen, kann die zusätzliche Implementierung von fertigkeitsbasierten, praktischen Komponenten hilfreich sein. Neben der Kompetenz eines Fahrers, energieeffizient zu fahren, sind für das tatsächliche Fahrverhalten vor allem auch motivationale Faktoren relevant (Hatakka, Keskinen, Gregersen, Glad, & Hernetkoski, 2002; Rothengatter, 1997; Summala, 2007). Diese motivationalen Aspekte energieeffizienten Fahrens mit dem Elektrofahrzeug wurden im Rahmen des dritten Forschungsziels näher beleuchtet. Dabei unterstreichen die gefundenen mittleren bis starken Zusammenhänge zwischen den untersuchten rationalen (Ajzen, 1991) und hedonischen, also spaßbetonten, Motiven und dem beobachteten Fahrerverhalten die Bedeutung der motivationalen Komponente im Kontext energieeffizienten Fahrens. Zudem implizieren die Ergebnisse eine teilweise höhere Motivation zum energieeffizienten Fahren mit dem Elektro- im Vergleich zum Verbrennerfahrzeug; ein Potenzial, das möglichst voll ausgeschöpft werden sollte. Neben wichtigen rationalen Motivatoren kann hier vor allem das hedonische Motiv, also die Betonung von Spaß und Freude, beispielsweise bei der Gestaltung von Nutzerschnittstellen genutzt werden, um energieeffizientes Fahren nicht nur als zweckdienlich hinsichtlich der potenziellen Verlängerung der Reichweite, sondern auch als für den Nutzer positiv erlebbar zu machen. Die Ergebnisse der Dissertation verdeutlichen aus verkehrspsychologischer Sicht eine zentrale Bedeutung der Monitoringebene der Fahraufgabe (Hollnagel & Woods, 2005) im Elektrofahrzeug, also eine hohe Relevanz des Abgleichs von Informationen aus der Umwelt mit dem aktuellen Betriebszustand des Fahrzeugs. Hier kommt der Gestaltung der Nutzerschnittstelle als einem zentralen Stellglied zur Vermittlung situationsspezifischer, transparenter sowie handlungsrelevanter Informationen für den Fahrer eine besondere Bedeutung zu. Zusammenfassend unterstreichen die Befunde der Dissertation die zentrale Bedeutung einer energieeffizienten Interaktion mit dem Elektrofahrzeug. Unter diesem Fokus weisen die Ergebnisse konkrete Möglichkeiten auf, wie der Fahrer durch eine geeignete Gestaltung der Nutzerschnittstelle beim energieeffizienten Fahren unterstützt und die Verständlichkeit der Darstellung von Informationen zum Energieverbrauch erhöht werden kann. Zudem zeigen die Ergebnisse, dass Anpassungsprozesse hinsichtlich der Kompetenz zum energieeffizienten Fahren notwendig sind und wie sich diese zu Beginn der Elektrofahrzeugnutzung sowie mit zunehmender Elektrofahrzeugerfahrung entwickeln. Gleichzeitig weisen die Untersuchungen zur motivationalen Komponente energieeffizienten Fahrens auf ein erhöhtes Potenzial von Elektrofahrzeugen hin und betonen sowohl rationale und hedonische Motive als wichtige Faktoren im Zusammenhang mit energieeffizientem Fahren, die zugleich auch vielversprechende Ansatzpunkte für eine weitere Steigerung der Nachhaltigkeit dieser „grünen“ Technologie darstellen. / Against the background of climate change, the reduction of human-induced CO2 emissions has become one of the key issues world-wide during the last years. In this context, battery electric vehicles are discussed as a promising solution for the reduction of CO2 emissions in the transportation sector and their use in road traffic is expedited through numerous national initiatives. Battery electric vehicles exhibit a number of specific features compared to conventional vehicles which pose new challenges to the driver. In this connection, the most specific feature of battery electric vehicles is the limited range, which is specifically important given the limited availability of charging stations and currently long charging durations. Moreover, with the electrification of transportation the concept of electricity with its unfamiliar units like Watt and Ampere is introduced in the driving context. Additionally, the regenerative braking system offers the possibility to actively regain energy during deceleration manoeuvers. One task of traffic psychology is to focus on and investigate the drivers’ needs and requirements related to these specific features and the interaction with the vehicle and the environment. Based on the acquired knowledge, recommendations and measures can be derived, which could facilitate the adoption of battery electric vehicles as well as the efficient and safe usage of this technology. In that sense the contribution of the present dissertation is to derive implications for the design of the user interface, the changed driving task, and regarding motivational aspects based on the specific features and new systems incorporated in battery electric vehicles. These issues are specifically considered in the light of energy efficiency which is of particular importance in the context of battery electric vehicles. The first research objective of the present dissertation was the user-centred evaluation of a driver interface generally against the background of the specific characteristics of battery electric vehicles as well as specifically based on drivers‘ interaction with the limited range. Based on the results, users’ needs for additional information became apparent, which were compiled in a taxonomy of user requirements and further highlight the relevance of energy-efficient interaction with battery electric vehicles. Furthermore, the results revealed difficulties for users’ in comprehending the concept of electricity in the driving context, specifically regarding electric units of measurement. Hence a presentation of energy consumption using the familiar unit kilometres, which has also practical relevance for the driving task, is recommended. Based on the evaluation results of the displayed information, design principles (Wickens, Lee, Liu, & Gordon-Becker, 2004) which are specifically important in the context of battery electric vehicles are derived. A transparent and trustworthy presentation of influencing factors on energy efficiency as well as drivers’ concrete opportunities for actions may support users in the adaptation process initiated when starting to use an electric vehicle and reduce feelings of uncertainty when interacting with the limited range. The eco-driving competence and associated processes of learning and transfer when driving a battery electric vehicle were examined within the scope of the second research objective. Investigations revealed an adaptation of eco-driving knowledge when starting to use a battery electric vehicle instead of a conventional vehicle. Additionally, the eco-driving knowledge increased with battery electric vehicle use. Both inexperienced and experienced battery electric vehicle drivers were able to reduce the energy consumption of the battery electric vehicle by applying effective eco-driving strategies, such as accelerating moderately or using regenerative braking for deceleration manoeuvers. That implies the transfer of drivers’ eco-driving skills from conventional to battery electric vehicles in terms of a positive transfer (Fitts & Posner, 1967). The effectiveness of an implemented knowledge-based intervention to enhance the eco-driving competence of inexperienced battery electric vehicle users was limited to an increase in drivers’ eco-driving knowledge and more positive subjective assessments of their eco-driving competence. In order to enhance users’ eco-driving competence also regarding eco-driving behaviour and performance (i.e. reduced energy consumption) the implementation of supplemental skill-based components might be effective. Beside a driver’s eco-driving competence, motivational aspects are important determinants of driving behaviour (Hatakka, Keskinen, Gregersen, Glad, & Hernetkoski, 2002; Rothengatter, 1997; Summala, 2007). The third research objective aimed to shed light on motivational aspects of battery electric vehicle eco-driving. In this regard the obtained medium-sized to strong correlations between rational (Ajzen, 1991) and hedonic (i.e. fun-oriented) motives and normal driving behaviour underline the relevance of motivational components in the context of eco-driving. Moreover, results indicate a to some extent higher motivation to drive efficiently with battery electric compared to conventional vehicles – a potential which should be fully exploited. Beside important rational motivators, hedonic values – i.e. feelings of pleasure or joy – could be used to experience eco-driving positively in terms of enjoying to efficiently interact with battery electric vehicles rather than merely prolonging the vehicle‘s range. From the perspective of traffic psychology the results of the dissertation emphasise the relevance of the monitoring layer of the driving task (Hollnagel & Woods, 2005) in battery electric vehicle use, which is characterised by a permanent comparison of the environment and the vehicle state. In this connection the design of the user interface is of specific relevance in terms of providing transparent, situation-specific, and action-oriented information to the driver. In sum, findings of the dissertation highlight the specific relevance of an energy-efficient interaction with battery electric vehicles. Focussing on this issue, results show concete possibilities to design the user interface of battery electric vehicles in a way to support the driver in eco-driving and to improve the comprehensibility of associated energy consumption information. Moreover, results reveal that adapation processes in terms of eco driving competence from internal combustine engine vehicles to battery electric vehicles occur and shed light on the deveopment of eco-driving competence with battery electric vehicle experience. Additionally, investigations concerning motivational aspects of eco-driving imply an increased potential of battery electric compared to conventional vehicles. Both rational and hedonic motives are important factors that are linked to battery electric vehicle eco-driving, which supplementary represent promising possibilities to further enhance the sustainability of this inherently „green“ technology.

Die dauerhafte Reduktion der von Menschen verursachten Emissionen ist eine der zentralen Herausforderungen unserer Zeit. Eine Strategie zur Reduzierung von Emissionen im Mobilitätssektor sind elektrisch betriebene Fahrzeuge, die je nach Typ teilweise oder vollständig mit Strom angetrieben werden. Für die Verkehrspsychologie stellt sich nun die Frage, ob und wie schnell sich Fahrer an die Nutzung von Elektrofahrzeugen gewöhnen und welche Herausforderungen sich aus Nutzersicht ergeben. Anhand von Studien mit vollelektrischen Fahrzeugen wurden in der vorliegenden Arbeit zwei grundlegende Eigenschaften von Elektrofahrzeugen aus psychologischer Perspektive untersucht: Zum einen verfügen Elektrofahrzeuge über eine Rekuperationsfunktion, mit der es möglich ist, in Verzögerungsvorgängen kinetische in elektrische Energie umzuwandeln, also Energie rückzugewinnen und damit letztlich die Emissionen zu reduzieren. Zum anderen beschränkt sich die mögliche Emissionsreduktion von Elektrofahrzeugen nicht nur auf den CO2-Ausstoß, sondern betrifft auch die Geräuschentwicklung dieser Fahrzeuge. Fahrzeuge mit Elektroantrieb emittieren weniger Geräusche, was einerseits die Lärmbelastung durch Straßenverkehr reduzieren kann, zum anderen aber auch zu Bedenken z.B. blinder Verkehrsteilnehmer geführt hat. Gerade bei geringen Geschwindigkeiten sind Elektrofahrzeuge schlechter wahrnehmbar und dadurch eine potentielle Gefahr für andere Verkehrsteilnehmer. Das erste Ziel der vorliegenden Dissertation bestand darin, die Auswirkungen einer über das Gaspedal gesteuerten Rekuperation aus verkehrspsychologischer Perspektive zu untersuchen. Die zur Nutzung der Rekuperation nötigen motorischen Fertigkeiten müssen erlernt und in unterschiedlichen Verkehrssituationen angewandt werden. Basierend auf dem Power Law of Practice (Newell & Rosenbloom, 1981) wurde der Fertigkeitserwerb bei der Nutzung der Rekuperationsfunktion eingehend betrachtet. Anhand von Fahrzeugdaten lassen sich eine sehr steile Lernkurve und damit ein kurzer Adaptationsprozess zeigen, der mit einer Powerfunktion beschrieben werden kann. Bereits innerhalb der ersten gefahrenen Kilometer nehmen die Anzahl der konventionellen Bremsmanöver und ihr zeitlicher Anteil an der gesamten Verzögerung rapide ab. Das zweite Ziel der vorliegenden Dissertation war, die Auswirkungen der geringeren Geräuschemission auf das Verkehrsgeschehen zu prüfen. Dies erfolgte jedoch nicht, wie in anderen Studien bereits dargestellt, aus Fußgängerperspektive, sondern aus der Fahrerperspektive. Da die Fahrer gerade in der Anfangsphase eine zentrale Rolle bei der Entschärfung geräuschbedingter kritischer Situationen spielen, soll die Arbeit dazu beitragen, diese Forschungslücke zu schließen, um eine umfassendere Bewertung der Geräuschthematik bei Elektrofahrzeugen zu ermöglichen. In Anlehnung an Deerys (1999) Modell zu Fahrerreaktionen auf potentielle Gefahren, wurden Risikowahrnehmung (risk perception) und Gefahrenwahrnehmung (hazard perception) als entscheidende Determinanten der Fahrerreaktion auf geräuschbedingte Gefahrensituationen identifiziert. Was die Risikowahrnehmung betrifft, so konnte gezeigt werden, dass diese sich mit zunehmender Erfahrung verändert. Risiken aufgrund der Geräuscharmut werden als weniger bedrohlich, das leise Fahren zunehmend als Beitrag zum Komfort gewertet. Zusätzlich wurden im Rahmen der Dissertation Situationen im Straßenverkehr näher untersucht, die aufgrund der Geräuscharmut von Elektrofahrzeugen auftraten. Darauf aufbauend wurde ein Katalog von geräuschbedingten Szenarien erstellt, der als empirische Grundlage für die nähere Betrachtung der Gefahrenwahrnehmung von Fahrern diente. Ergebnisse daraus resultierender Experimente zur Detektion von geräuschbedingten Gefahren (hazard detection tasks) zeigten, dass die individuelle Erfahrung mit Elektrofahrzeugen offenbar lediglich eine untergeordnete Rolle bei der Erkennung und Reaktion auf geräuschbedingte Gefahren spielt. Erfahrene Fahrer von Elektrofahrzeugen unterschieden sich nur marginal von unerfahrenen Fahrern in der Reaktion in und der Bewertung von geräuschbedingten Gefahrensituationen, was darauf hindeutet, dass geräuschbedingte Gefahrensituationen auch von Fahrern ohne extensive Erfahrung mit Elektrofahrzeugen bewältigt werden können. Das dritte, übergreifende Ziel der Dissertation bestand darin, die Bedeutung beider Eigenschaften für die Nutzerakzeptanz zu untersuchen. Neben der Untersuchung momentan existierender Barrieren (z.B. Reichweite, Preis, Batterielebensdauer), die eine weitreichende Adoption von Elektrofahrzeugen erschweren können, ist es ebenso wichtig, solche Eigenschaften zu identifizieren, die sich positiv auf das Nutzererleben auswirken. Sowohl die Rekuperation, als auch die Geräuscharmut spielen eine wichtige Rolle in der Nutzerbewertung, da beide Eigenschaften als zentrale, individuell erlebbbare Vorteile von Elektrofahrzeugen beurteilt werden. Im Hinblick auf die Geräuschemission lässt sich konstatieren, dass diese mit zunehmender Erfahrung des Fahrers fast ausschließlich als Vorteil statt als Barriere von Elektrofahrzeugen gewertet wird. Eine bemerkbare, über das Gaspedal gesteuerte Rekuperation scheint als Teil des Fahrererlebens ebenfalls eine zentrale Rolle in der Bewertung zu spielen. Ein hohes Maß an Nutzerakzeptanz und Vertrauen in das System unterstreichen die positive Evaluation einer solchen Funktionalität. Aus verkehrspsychologischer Sicht haben die angeführten Eigenschaften von Elektrofahrzeugen Auswirkungen auf verschiedene Teilaufgaben der Fahrzeugführung. So sind nicht nur motorische Fertigkeiten in der Pedalnutzung (Stabilisierungsbene) erforderlich, sondern auch komplexere kognitive Prozesse, wie z.B. der Umgang mit möglichen Gefahrensituationen aufgrund der geringen Geräuschemission (Bahnführungsebene). Insgesamt weisen die Ergebnisse der Dissertation darauf hin, dass Herausforderungen aufgrund beider oben genannten Fahrzeugeigenschaften gemeistert werden können. Zusätzlich zeigen die Ergebnisse, dass beide Eigenschaften von den Nutzern als willkommene Aspekte der technologischen Innovation geschätzt werden und somit zur allgemeinen Akzeptanz von Elektrofahrzeugen beitragen können. Da auch andere Fahrzeugkonzepte mit elektrischem Antriebsstrang diese beiden Eigenschaften aufweisen, lassen sich die gefundenen Ergebnisse auf andere Fahrzeugtypen übertragen.

Ressourcenknappheit und nachhaltige Nutzung von Ressourcen sind zentrale Themen unserer Zeit. Das Thema nachhaltige Mobilität hat auch in der Verkehrspsychologie über die letzten Jahre zunehmend an Bedeutung gewonnen. Hierbei wird der Elektromobilität ein entscheidender Beitrag zur nachhaltigen Nutzung unserer Energieressourcen zugesprochen. Die Steigerung der Unabhängigkeit von Energieimporten, die mindestens lokale Emissionsfreiheit und die Möglichkeit erneuerbare Energien besser ins Stromnetz zu integrieren sind zentrale Vorteile der Elektromobilität. Eine potentielle Herausforderung für die Nutzer stellt jedoch die Interaktion mit den begrenzten Reichweitenressourcen dar. Die vorliegende Dissertation beschäftigt sich mit dem Nutzererleben und -verhalten im Umgang mit der Reichweite von Elektrofahrzeugen. Zu Beginn des Forschungsprojekts „MINI E Berlin powered by Vattenfall“, welches die Grundlage dieser Dissertation darstellt, gab es kaum veröffentlichte Studien zur Nutzerperspektive auf Reichweite. Das Ziel dieser Dissertation ist daher, ein detailliertes und theoriegeleitetes psychologisches Verständnis zentraler Facetten dieses Themenfelds zu erlangen. Basierend auf übertragbaren Theorien und Konzepten aus verwandten Teilgebieten der angewandten Psychologie, wird in der Dissertation ein Modell entwickelt und getestet: Das Modell der adaptiven Kontrolle von Reichweitenressourcen. Ein Kernpunkt dieses Modells ist das Konzept der komfortablen Reichweite, welches eine psychologische Fundierung des vieldiskutierten Konzepts der Reichweitenangst darstellt. Denn im Alltag erleben Nutzer mit Elektrofahrzeugerfahrung bei einer für Mobilität in Deutschland relativ typischen Fahrleistung kaum Situationen, in denen es zu Reichweitenangst kommt. Die Reichweiteninteraktion ist eher von der Vermeidung und nicht vom Erleben von Reichweitenangst (Reichweitenstress) gekennzeichnet. Über die Analogie zum psychologischen Stress werden verschiedene Einflussvariablen auf die komfortable Reichweite identifiziert. Die komfortable Reichweite (der individuell präferierte Reichweitensicherheitspuffer) stellt sich als eine Variable dar, bei der es eine große interindividuelle Varianz gibt, die teilweise auf einer unterschiedlichen Stressresistenz zu beruhen scheint. Insgesamt wird die, sich in vorangegangenen Studien abzeichnende, suboptimale Reichweitenausnutzung damit erklärt, dass es neben der technischen Reichweite drei psychologische Reichweitenschwellen gibt, die den Übergang von der objektiven physikalischen zur subjektiven psychologischen Reichweitensituation charakterisieren: (1) Die kompetente (für den Nutzer maximal erreichbare), (2) die performante (im Alltag verfügbare), und (3) die komfortable (die wirklich nutzbare) Reichweite. Es zeigt sich, dass 20-25% der im Alltag verfügbaren Reichweitenressourcen als psychologischer Sicherheitspuffer verlorengehen. Mit dem erworbenen Verständnis für die Reichweiteninteraktion sollte es möglich werden besser fundierte Maßnahmen abzuleiten, um mit einer bestimmten Batteriekapazität mehr nutzbare Reichweitenressourcen zu erzielen und Nutzer bei einer nachhaltigeren Nutzung der Reichweitenressourcen zu unterstützen. Einen weiteren Schwerpunkt der Dissertation bilden Interaktionsstile im Umgang mit den Reichweitenressourcen. In Analogie zu psychologischen Konzepten wie Fahrstilen und Bewältigungsstilen und basierend auf ersten Studien zu Ladestilen bei der Nutzung von Smartphones wird das Konzept des UBIS (user-battery interaction style) vorgeschlagen, als eine Tendenz sich mehr oder weniger aktiv mit den Batterieressourcen auseinanderzusetzen (z.B. bei Ladeentscheidungen). Es zeigt sich in der Tat, dass diese Variable, gemeinsam mit der komfortablen Reichweite, bestimmte Parameter des Ladeverhaltens aufklären kann und dabei auch eine gewisse Stabilität über die Zeit und über verschiedene Mensch-Technik-Systeme hinweg aufweist. Auch findet sich ein Zusammenhang zwischen dem UBIS und der nachhaltigen Interaktion mit den Energieressourcen in einem Elektromobilitätssystem. Schließlich behandelt die Dissertation auch die Präferenzen für bestimmte Reichweitenauslegungen. Hier wird dem Befundmuster nachgegangen, dass die Reichweitenpräferenzen von Autokäufern scheinbar oftmals weit über den tatsächlichen Reichweitenbedürfnissen liegen. In der vorliegenden Arbeit wird diese Diskrepanz erstmals auf Basis von Daten potentieller Elektrofahrzeugkäufer mit praktischer Elektrofahrzeugerfahrung quantifiziert. Es zeigt sich, (1) dass solche Nutzer nicht unbedingt übertriebene Reichweitenerwartungen haben, (2) dass erlebte Reichweitenangst während der Nutzung und eine größere vertraute Reichweite bei Verbrennerfahrzeugen mit höheren Reichweitenpräferenzen einhergehen, (3) dass sich die Reichweitenpräferenzen mit zunehmender Erfahrung verringern, und (4) dass es mit zunehmender Erfahrung einen wachsenden Zusammenhang zwischen den tatsächlichen Mobilitätsbedürfnissen und den Reichweitenpräferenzen gibt. Dies weist auf die Wichtigkeit von praktischer Erfahrung für den breiten Erfolg von nachhaltigen Elektromobilitätssystemen hin. Möglicherweise sind einige theoretische und methodische Entwicklungen aus dieser Arbeit auch auf ähnliche Mensch-Technik-Systeme und verwandte Fragestellungen der nachhaltigen Mobilität übertragbar. Implikationen für die Anwendung sind beispielsweise, dass eine verlässlich nutzbare Reichweite wichtiger ist als die Steigerung der maximalen Reichweite und dass Informations- und Assistenzsysteme für den Umgang mit der Reichweite darauf ausgelegt werden sollten, dass sie zu einer intensiven Auseinandersetzung mit der Reichweitendynamik anregen und damit den Kompetenzerwerb fördern sowie die Nutzer bei der alltäglichen Regulation der Reichweitenressourcen unterstützen, zum Beispiel indem sie die subjektive Kontrollierbarkeit der Reichweite erhöhen. / Scarcity of resources and sustainable use of resources are central issues of our time. In traffic psychology, the theme of sustainable mobility has also taken on increased importance in recent years. Herein electric mobility has been ascribed a decisive role in the sustainable utilization of our energy resources. Less dependence on energy imports, zero-emissions (at least locally), and the potential for better integration of renewable energy sources into the power grid are central advantages of electric mobility. Yet, a potential challenge for users is the interaction with limited range resources. The present dissertation focuses on user experience and behavior in dealing with electric vehicle range. Prior to the research project, “MINI E Berlin powered by Vattenfall”, which constitutes the basis for this dissertation, there were rarely any published studies concerning the user perspective on range. Consequently, the goal of this dissertation is to obtain a detailed and theory-driven psychological understanding of the central facets of this topic. Based on transferrable theories and concepts from related areas of applied psychology, a model is developed and tested within this dissertation: the adaptive control of range resources (ACOR) model. A key point of this model is the concept of comfortable range, which represents a psychological foundation of the widely discussed concept of range anxiety. This is because, in everyday life, users with practical electric vehicle experience rarely experience situations in which range anxiety occurs, given a relatively typical mileage for mobility in Germany. Rather, range interaction is characterized by the avoidance, not the experience, of range anxiety (i.e., range stress). Via the analogy to psychological stress, different variables that influence comfortable range are identified. The comfortable range (i.e., an individual’s preferred range safety buffer) appears to be a variable that shows a high interindividual variance, which partly seems to be predicated upon differing stress resistance. In sum, the suboptimal range utilization found in previous studies is explained by the proposition that there are three psychological range levels besides the technical range that characterize the transition from the objective physical to the subjective psychological range situation: (1) The competent (i.e., maximum achievable for the user), (2) the performant (i.e., available on an everyday basis) and (3) the comfortable (i.e., actual usable) range. It shows that 20-25% of the range resources that are available on an everyday basis are lost as a psychological safety buffer. With the acquired understanding of user-range interaction, it should become possible to develop better informed strategies for attaining higher actual battery usage relative to battery capacity, as well as supporting users in the sustainable use of range resources. Another focus of the dissertation is interaction styles in dealing with range resources. Analogous to the psychological concepts of driving styles and coping styles and based on earlier studies of mobile phone use charging styles, the concept of UBIS (user-battery interaction style) is proposed, as a tendency to deal with the battery resources rather more or less actively (e.g., in charging decisions). Indeed, it shows that this variable, together with comfortable range, can explain certain parameters of charging behavior, and also shows temporal stability as well as stability across different human-machine-systems. Moreover, a relationship between UBIS and a sustainable interaction with energy resources in an electric mobility system is found. Finally, the dissertation also covers the preferences for certain range configurations. Here, the pattern of previous research findings indicate that range preferences of car buyers are often far greater than their actual range needs. In the present work, this discrepancy is quantified for the first time based on data from potential electric car customers with practical electric vehicle experience. It shows that, (1) such users do not necessarily have exaggerated range preferences, (2) experienced range anxiety during usage and a higher familiar range of combustion cars are associated with higher range preferences, (3) range preferences decrease with increasing experience, and (4) the correlation between actual range needs and range preferences grows as practical experience increases. This highlights the importance of practical experience for the broad success of sustainable electric mobility systems. Potentially, some theoretical and methodological developments from this work are also transferrable to similar human-machine-systems as well as related issues in the field of sustainable mobility. Implications for application are, for example, that a reliable usable range is more important than an increase in maximum possible range. Moreover, the design of information and assistance systems for facilitation of the user-range interaction must be targeted at encouraging more intensive interaction with range dynamics, promoting skill acquisition as well as supporting users in their daily regulation of range resources, for example by enhancing subjective controllability of range.