Internationales Verkehrswesen (70) 3 | 2018 68 MOBILITÄT Wissenschaft Anforderungen an urbane Fahrzeugkonzepte Urbane Mobilität, Mixed-Method-Ansatz, Nutzerzentriertes Design, Fahrzeugkonzeption, Stadtfahrzeuge Städte sind geprägt von hoher Bevölkerungsdichte, Verkehrsaufkommen und Flächenkonkurrenz. Neue Mobilitäts- und PKW-Konzepte versuchen, die individuellen Mobilitätsbedürfnisse zu bedienen. Das DLR erforscht im Projekt „Urbane Mobilität“ diese Bedürfnisse und hat einen systematischen Ansatz zur nutzerzentrierten Entwicklung neuer Fahrzeugkonzepte auch jenseits der klassischen, privat besessenen Straßenfahrzeuge entwickelt. Der gewählte „Mixed-Method“-Ansatz berücksichtigt die unterschiedlichen Mobilitätsanforderungen verschiedener Mobilitätstypen und bildet die Vielzahl an Einflussfaktoren auf exemplarische Fahrzeugkonzepte ab. Gerhard Kopp, Laura Gebhardt, Matthias Klötzke, Matthias Heinrichs, Dirk Heinrichs D ie aktuellen Entwicklungen der Urbanisierung stellen nicht nur Megacities in asiatischen und lateinamerikanischen Ländern vor besondere Herausforderungen, auch Städte in Europa und Deutschland sind mit einem wachsenden Verkehrsaufkommen und den damit zusammenhängenden Folgen konfrontiert [1, 2, 3]. Der wachsende Mobilitätsbedarf der Bevölkerung steht dabei in einem spezifischen Interessenskonflikt mit den negativen Auswirkungen (Flächenbedarf, Emissionen, Lärm, …) des Verkehrs und insbesondere der Straßenfahrzeuge. Diesen Herausforderungen wird aktuell von Seiten der Städte, der Verkehrsunternehmen und der Verkehrsanbieter unter anderem mit neuen Mobilitätsangeboten wie z.B. Sharing, Informationen zur multimodalen Nutzung von Verkehrsträgern und „Mobility-as-a-service“ begegnet [4, 5, 6, 7]. Fahrzeughersteller hingegen setzen auf neue Technologien wie Elektrifizierung des Antriebsstrangs, Automatisierung von Fahrzeugen oder Nutzung von Informations- und Kommunikationstechniken [8, 9]. Parallel hierzu wird von den Automobilherstellern eine Vielzahl von Fahrzeugen als „kleine Stadtfahrzeuge“ angeboten, die einen Beitrag zur urbanen Mobilität der Zukunft leisten sollen (vgl. z. B. [10]). Ein Blick in die Daten zeigt jedoch, dass die Fahrzeugkategorien in urbanen, dicht besiedelten Räumen sich kaum von denen in weniger dicht besiedelten Räumen unterscheiden und anhand der Zulassungszahlen kein typisches „Stadtfahrzeug“ identifizierbar ist (siehe Bild 1). Daher stellt sich die Frage, warum die Nutzenden sich diese Fahrzeuge angeschafft haben, welche Anforderungen ein Fahrzeug im urbanen Bereich erfüllen muss und wie ein optimiertes Fahrzeug aus Nutzersicht gestaltet sein könnte. Am Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) wird im Rahmen des Projektes „Urbane Mobilität“ diesen Fragen nachgegangen, um Zusammenhänge zwischen räumlichen Strukturen, Mobilitätsbedürfnissen und -verhalten in Städten zu verstehen (siehe www.urmo.info). Methodische Herangehensweise Bei dem hier vorgestellten Ansatz werden zur Fahrzeugentwicklung unter anderem empirische Ergebnisse zu Mobilitätsanforderungen und Nutzerverhalten integriert. Die identifizierten Nutzeranforderungen werden anschließend über technische Realisierungsmöglichkeiten in neue Fahrzeugkonzepte umgesetzt, die mit den Nutzenden abschließend diskutiert und iteriert werden (Bild 2). Basierend auf der Zielsetzung, „urbane Fahrzeugkonzepte (aus Nutzersicht) zu entwickeln“, ist die Ausgangsbasis der Vorgehensweise eine systematische Stakeholder-Analyse - siehe (1) in Bild 2 -, um alle relevanten Anforderungen und Interessen der Nutzenden zu berücksichtigen. Hierbei spielen neben den tatsächlich Nutzenden insbesondere die Städte und Kommunen, Bild 1: Anteil der Fahrzeugklassen in den Neuzulassungen der M1 Fahrzeuge in Deutschland 2016 nach Besiedlungsdichte [11] Internationales Verkehrswesen (70) 3 | 2018 69 Wissenschaft MOBILITÄT Mobilitätsbetreiber und -vereinigungen, gesetzgebende Institutionen und die Fahrzeughersteller selbst eine entscheidende Rolle. Von dieser Analyse ausgehend werden zwei parallel verlaufende Untersuchungen durchgeführt. Zum einen wird der „Zweck der Fahrzeug-Nutzung im urbanen Bereich“ durch Literaturrecherche, Experteninterviews und quantitative Befragungen ermittelt und die notwendigen funktionalen (und teilweise nicht funktionalen) Anforderungen abgeleitet (2). Insbesondere durch eine quantitative Erhebung (vgl. [12]) werden typische Nutzungsmuster von Personen im urbanen Raum identifiziert und in die Beschreibung von Nutzertypen (4) überführt. Ein Nutzertyp stellt hierbei eine verallgemeinernde, ganzheitliche Darstellung einer Nutzergruppe dar. Die Vorteile in der Arbeit mit Mobiltätstypen liegen insbesondere in einer für alle Projektbeteiligten (Sozialwissenschaftler, Ingenieure, Psychologen) vorstellbaren Beschreibung der möglichen Nutzenden des zu entwickelnden Fahrzeugs [11]. Zum anderen werden parallel hierzu die zur Verfügung stehenden Fahrzeugkonzepte und -technologien analysiert (3), in eine verkehrsträgerübergreifende Produktstruktur überführt und nutzerrelevante, quantifizierbare Merkmale und Parameter identifiziert (5). In Co-Creation-Workshops mit stellvertretenden Personen ausgewählter Nutzertypen werden anschließend Nutzeranforderungen exploriert und in relevante Eigenschaften zukünftiger Mobilitätskonzepte überführt. Die Zusammenführung der identifizierten Nutzeranforderungen und der fahrzeugspezifischen Eigenschaften durch die unterschiedlichen methodischen Schritte (Experteninterviews, Literaturrecherche, Technologie, Workshops mit ausgewählten Mobilitätstypen) stellt den folgenden Schritt (6) dar. Hierbei muss auf Grund der Vielzahl von relevanten Anforderungen und Fahrzeugparametern eine systematische Fokussierung auf die wesentlichen Parameter wie Größe, Parksituation, Kofferraum und Sitzplätze erfolgen, um in den Workshops detaillierte Rückmeldungen zu erhalten. Des Weiteren werden aus diesen Parametern Fahrzeug-Skizzen als Impuls für die Workshopdiskussionen entwickelt, die nicht nur die reinen Fahrzeuge, sondern auch konkrete UseCases/ Situationen im urbanen Raum widerspiegeln. Der Entwurf der Fahrzeug-Grobkonzepte basiert auf einem Quality Function Deployment Ansatz (QFD) (7), der es ermöglicht, aus Nutzeranforderungen (vgl. Bild 3) zielgerichtet technisch realisierbare Fahrzeugkonzepte abzuleiten, wie exemplarisch in Bild 4 gezeigt. Es werden somit die in den Workshops diskutierten und mit weiteren nutzerrelevanten, ergänzten Anforderungen der Analysephase wie Sicherheit und Komfort (vgl. Bild 3) in Bezug zu den relevanten Fahrzeugparametern gesetzt. Abschließend wird das erarbeitete Wissen genutzt, um eine Fahrzeug-Grobkonzeption mittels simulationstechnischer Auslegungstools (Antriebsstrang, Fahrdynamik, …) und geometrischer Ableitungen (Fahrzeugarchitektur und Package) spezifisch auf die Anforderungen der Nutzergruppen umzusetzen (8) und „Produktfamilien“ mit ähnlichen Anforderungen und Ausprägungen zu ermitteln (vgl. auch [11]). Speziell bei der Ableitung des Fahrzeugpackages liegen die Herausforderungen darin, Zielkonflikte, wie z. B. minimale Außenabmessungen für die optimale Nutzung des vorhandenen Parkraums im Vergleich zum maximal nutzbaren Innenraum, aufzudecken und bestmöglichst für den Nutzer aufzulösen. Dies macht es jedoch notwendig, die abgeleiteten Ergebnisse und Fahrzeugkonzepte in einem iterativen Prozess an die Nutzenden/ involvierten Stakeholder zurückzuspielen, zu spiegeln und mit den Nutzenden und Stakeholdern weiter zu vertiefen, um sicher zu stellen, dass die Ergebnisse den Nutzeranforderungen entsprechen. Ableitung von zukünftigen Fahrzeugkonzepten im urbanen Kontext Die vorgestellte Vorgehensweise wurde im Rahmen des Projekts „Urbane Mobilität“ des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt e.V. auf die Ableitung von PKW des urbanen Bereichs erarbeitet und angewendet. Aus der Literaturrecherche, Experteninterviews und quantitativen Befragung (1, 2) ergeben sich sieben Kategorien zum Thema funktionale Anforderungen: • Transportaufgabe • Zuverlässigkeit/ Qualität/ „Robustheit“ • Erlebnismobilität/ Fahrvergnügen • Komfort • Sicherheit • „Lebensraum“ und „Arbeitsraum“ • Umweltverträglichkeit/ Infrastrukturnutzung Diese Hauptkategorien sind mit weiteren Anforderungen detailliert und konkretisiert, so dass eine systematische Anforderungsanalyse und die notwendige Nutzeranalyse, Ableitung funktionaler und nicht funktionaler Anforderungen Konzeptableitung basierend auf Quality Function Deployment (QFD) 8 Detaillierung Fahrzeugkonzepte und Ableitung von „Produktfamilien“ für unterschiedliche Nutzertyp 2 4 7 1 Stakeholderanalyse Fahrzeug- und Technologieanalyse 3 Ausarbeitung Nutzertypen Produktstruktur, -parameter 5 6 Co-Creation Workshops Bild 2: Vorgehensweisen zur Integration nutzerspezifischer Anforderungen in der Fahrzeugkonzeption [11] Internationales Verkehrswesen (70) 3 | 2018 70 MOBILITÄT Wissenschaft Priorisierung der relevanten Anforderungen erfolgen können. Neben der Identifikation von Anforderungen aus Literatur- und Dokumentenrecherchen sowie Experteninterviews wurden im Rahmen von Co-Creation-Workshops mit vier unterschiedlichen Mobilitätstypen Anforderungen an Fahrzeuge exploriert. Die vier Mobilitätstypen wurden auf Grundlage einer quantitativen Befragung zum Mobilitätsverhalten von rund 1100 Personen in Berlin identifiziert [12]. Sie stellen vier potentielle Akteure (mit typischen Nutzungssituationen) in einem städtischen Kontext dar. 1. Die Intermodalen 2. Die Allzweck-PKW-Nutzenden 3. Die urbanen Fahrrad-Liebenden 4. Die Multimodalen Die mit den Workshop-Teilnehmern herausgearbeiteten Fahrzeugeigenschaften sind insbesondere aus dem Bereich der Transportaufgabe (Innenraum mit Sitzplätzen, Gepäckunterbringung) sowie der Umweltverträglichkeit/ Infrastrukturnutzung (Einbzw. Ausstiegssituation, Außenabmessungen für den fließenden Verkehr und Parkraumbedarf im ruhenden Verkehr) ausgewählt worden. Da die Fahrzeugnutzung und die damit verbundenen Anforderungen an ein Fahrzeug stets vom Nutzungskontext der Individuen sowie deren Verhalten abhängen und eingebettet sind in gesellschaftliche, räumliche und technologische Rahmenbedingungen, ist die alltagsnahe Betrachtung der Nutzungskontexte von Bedeutung. Daher wurden alltagsnahe urbane Situationen und das alltägliche Mobilitätshandeln der Nutzenden als Ausgangspunkt der Diskussionen gewählt. So wurden beispielsweise konkrete urbane Situationen für die Teilnehmer der Co-Creation-Workshops dargestellt, beispielsweise durch Illustrationen der maximalen Ausnutzung des Parkraums mit unterschiedlichen Fahrzeugvarianten. Durch die Auswahl der vier unterschiedlichen Nutzertypen mit entsprechend unterschiedlichem Mobilitätsverhalten konnte gewährleistet werden, dass ein sehr breites Spektrum an nutzerrelevanten Anforderungen und Konzeptideen von den Teilnehmern der Workshops diskutiert und reflektiert wurde (siehe Tabelle 1). Bei dieser Vielfalt von Nutzertypen stellt die Bewertung der Fahrzeugkriterien eine besondere Herausforderung dar (vgl. Bild 3). Diese Heterogenität kann beispielsweise mit dem Kano-Modell angegangen werden, um unterschiedlichste Anforderungen und deren Relevanz für unterschiedliche Nutzer zu bewerten. Das Kano-Modell ermöglicht, die Nutzerzufriedenheit für ein komplexes Produkt wie ein Fahrzeug bei gleichen Anforderungskriterien abzugleichen und in Bezug zu der Nutzerzufriedenheit zu setzen (vgl. z. B. [13]). Zur weiteren Ableitung der Fahrzeug-Grobkonzeption und der technischen Machbarkeit wurden die erarbeiteten Ergebnisse aufbereitet und durch den QFD- 5 6 7 8 9 10 Transportaufgabe Zuverlässigkeit, Qualität, „Robustheit“ Erlebnismobilität, Fahrvergnügen Komfort Sicherheit Lebens- / Arbeitsraum Umweltverträglichkeit Funktionale Anforderungen Die Allzweck-PKW-Nutzenden Die urbanen Fahrrad-Liebenden Die Intermodalen Die Multimodalen Bild 3: Relevanz funktionaler Anforderungen abhängig vom Nutzertyp Bild 4: Erste technische Machbarkeits- und Grobpackageanalyse für den Nutzertyp „Multimodal“ Nutzergruppe Intermodale Allzweck-PKW-Nutzende Urbane Fahrrad-Liebende Multimodale Dimensionen Adaptierbar Adaptierbar Sehr klein Adaptierbar Transportkapazität 2 - 6 Personen und großer Gepäckraum 2 Personen und Gepäck oder zus. Person 1 - 2 Personen 1 - x Personen Parkraumlösung Sharing Fahrzeuge Klein Sehr klein Sharing Fahrzeuge Konzeptideen aus Teilnehmersicht Tabelle 1: Nutzeranforderungen aus dem Bereich „Transportaufgabe“ und „Umweltverträglichkeit/ Infrastrukturnutzung“ der verschiedenen Nutzertypen Internationales Verkehrswesen (70) 3 | 2018 71 Wissenschaft MOBILITÄT Ansatz mit den jeweiligen Fahrzeugparametern korreliert. Beispielhaft ist eine erste technische Machbarkeitsanalyse in Bild 4 für den Typ „Multimodal“ dargestellt. Diese Konzeption stellt ein voll autonomes, lokal emissionsfreies Kleinfahrzeug dar, das „quer“ einparken kann und somit nur die Fläche eines aktuellen Parkplatzes für zwei Fahrzeuge benötigt. Zusätzlich wurde aufgrund der kürzeren Fahrtzeiten und -strecken die Möglichkeit realisiert, sowohl eine reine Sitzplatzkonfiguration als auch eine Variante mit (teilweise barrierefreien) Stehplätzen und somit höherer Transportkapazität zu realisieren. Aus diesen Überlegungen wird ersichtlich, dass speziell bei der Ableitung des Fahrzeugpackages eine zentrale Herausforderung in der Priorisierung von unterschiedlichen Anforderungen liegt, die sich gegenseitig beeinflussen und bedingen. So hat die Außenabmessung des Fahrzeugs unmittelbaren Einfluss auf den notwendigen Parkraum. Parallel dazu sind die Innenabmessungen insbesondere durch die Fahrzeugkomponenten (Antriebsstrang, Energiespeicher, …) und der Innenraumnutzung durch den Kunden geprägt. Dieser Zielkonflikt führt beispielsweise dazu, dass skalierbare und modulare Fahrzeugkonzepte aus Kundensicht relevant werden, die sich an die jeweilige Transportaufgabe anpassen lassen. Die technische und wirtschaftliche Realisierbarkeit spielt jedoch bei derartigen Ansätzen eine signifikante Rolle, die im Weiteren beleuchtet werden muss. Zusammenfassung und Ausblick Im Rahmen dieses Beitrags wurde eine systematische Vorgehensweise aufgezeigt, um zukünftige Fahrzeugkonzepte für die urbane Mobilität aus unterschiedlichsten Anforderungen und Einflussfaktoren abzuleiten. Diese Vorgehensweise kennzeichnet sich insbesondere durch die starke Einbindung potentieller Nutzer und Nutzerinnen und der Verwendung des QFD-Ansatzes zur Fahrzeug-Grobkonzeption aus. Weiterführend wird im Rahmen des Projektes die technische Detaillierung der abgeleiteten Fahrzeugkonzepte sowie eine Rückspiegelung und Evaluierung der entworfenen Konzepte an alle Beteiligten durchgeführt. Dies ist insbesondere deswegen relevant, weil Fahrzeugbesitz nicht nur rational zu betrachten ist und sich neben emotionaler Bindung auch noch traditionell an den Maximalanforderungen wie Urlaubstauglichkeit usw. orientiert. Mobility-as-a-Service-Ansätze, Sharingangebote und ggf. „skalierbare Fahrzeugkonzepte“ könnten diese Maximalanforderungen von der typischen Nutzung lösen. Die Nutzer könnten so effizientere Fahrzeuge verwenden, die besser auf die alltägliche Nutzung zugeschnitten sind und den urbanen Raum effizienter nutzen. ■ LITERATUR [1] State of the world‘s cities 2012/ 2013: Prosperity of cities. Routledge [2] Kunzig, R.: Zukunft Stadt; in: National Geographic, Zukunft Stadt - Wie wir morgen leben warden, Januar 2012 [3] Schunder, J.; Böck, J.; Obst, W.-D.: Immer mehr Autos: Stuttgart im Stau; in: Kreiszeitung Böblinger Bote, 30. Januar 2016, 191. Jahrgang, Nr. 24 [4] Hilger, S.: Mit professioneller Beratung multimodale Angebote pushen, 3. VDV-Symposium Multimodalität, Osnabrück, Januar 2017 [5] Loose, W.: Evaluation von CarSharing-Angeboten in Deutschland, 3. VDV-Symposium zur Multimodalität ÖPNV und X-Sharing: Mobilität als Service, Osnabrück, Januar / Februar 2017 [6] Wöhrl, R.: Mobility as a Service: Mobilität suchen, buchen und bezahlen mit nur einer App, mobilität querdenken, München, Oktober 2015 [7] Gebhardt, L.; Krajzewicz, D.; Oostendorp, R.; Goletz, M.; Greger, K.; Klötzke, M.; Wagner, P.; Heinrichs, D.: Intermodal urban mobility: users, uses, and use cases, Proceedings of 6th Transport Research Arena, Warsaw, Poland, April 2016 [8] Bozem, K.; Nagl, A.; Rennhak, C. (Hrsg.): Energie für nachhaltige Mobilität - Trends und Konzepte, Springer Gabler Verlag, Wiesbaden, 2013 [9] Kienzle, S.; Rudlaff, T.: Future Vehicle Body Concepts, Daimler AG, Tagung WerkstoffplusAuto, Stuttgart, Februar 2017 [10] Proff, H.; Fojcik, T. (Hrsg.): Innovative Produkte und Dienstleistungen in der Mobilität - Technische und betriebswirtschaftliche Aspekte, SpringerGabler Verlag, Wiesbaden, 2017 [11] Kopp, Gerhard; Klötzke, Matthias; Gebhardt, Laura; Friedrich, Horst (2018): A mixed-methods approach to derive vehicle concepts for urban mobility. Transport Research Arena TRA 2018 - A digital era for transport, solutions for society, economy and environment, 16.-19. April 2018, Wien, Österreich [12] Oostendorp, R.; Gebhardt, L. (2018): Combining means of transport as a users’ strategy to optimize travelling in an urban context: Empirical results from a survey on intermodal travel behavior. Journal of Transport Geography. Volume 71, July 2018, Pages 72-83 [13] Wiedemann, G. E.: Ableitung von Elektrofahrzeugkonzepten aus Eigenschaftszielen, Dissertation, Technische Universität München, 2014 Matthias Heinrichs, Dr.-Ing. Projektleiter, DLR Institut für Verkehrsforschung, Berlin matthias.heinrichs@dlr.de Matthias Klötzke, Dipl-Ing. Gruppenleiter Straßenfahrzeuge, DLR Institut für Fahrzeugkonzepte, Stuttgart matthias.kloetzke@dlr.de Laura Gebhardt, MSc. Projektleiterin, DLR Institut für Verkehrsforschung, Berlin laura.gebhardt@dlr.de Gerhard Kopp, Dr.-Ing. Gruppenleiter Leichtbaukonzepte und Methoden Straßenfahrzeuge, DLR Institut für Fahrzeugkonzepte, Stuttgart gerhard.kopp@dlr.de Dirk Heinrichs, Prof.-Dr. Abteilungsleiter Mobilität und Urbane Entwicklung, DLR Institut für Verkehrsforschung, Berlin dirk.heinrichs@dlr.de