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03/31/1995 00:00

Presseinformationen zur Hannover-Messe

Wolfgang Scheunemann Presse Forschung und Technik
DaimlerChrysler AG

"Virtual Prototyping" ist eine Technik, der in Zukunft grose Bedeutung bei der Beschleunigung der Produktionsprozesse und bei der Kostenreduktion in Produktion und Entwicklung zukommen wird: Die Zeiten, in denen in wochenlanger Arbeit Holzmodelle von Produkten hergestellt werden musten, gehen dem Ende entgegen. Ein ganz konkretes Beispiel fur den Einsatz von Virtual Reality im Daimler-Benz-Konzern ist das Forschungsprojekt "Raumwahrnehmung in Fahrzeuginnenraumen":

Bei dem Projekt stehen psychologische Untersuchungen im Vordergrund. Wie wird ein Mercedes-Innenraum beurteilt? Wie wird die Raumgrose wahrgenommen? Welche Faktoren sind dabei entscheidend? Ist es die Farbe, das Muster, die veranderte Geometrie des Autos? Testpersonen sollen durch Vergleichen verschiedener Fahrzeugmodelle die Fragen der Forscher beantworten helfen.

Der Versuch verlauft immer nach dem gleichen Schema. Die Testperson nimmt auf einem Pkw-Fahrersitz Platz. Ein Lenkrad steckt in einem angedeuteten Armaturenbrett, mehr ist von einem Mercedes nicht zu sehen. Doch kaum hat die Testperson einen Stereo-Display-Helm auf, taucht sie ein in eine kunstliche dreidimensionale Welt. Wohin sie den Kopf auch wendet, erblickt die Versuchsperson den Innenraum eines Mercedes: blaue Sitzpolster mit zarten weisen Streifen, ein ausgefeiltes Armaturenbrett, uberzogen mit blauschimmerndem Leder, die Ruckbank mit den aufgesetzten Nackenstutzen. Das sieht tauschend echt aus, obwohl die Bilder aus dem Computer kommen. Der Rechner schickt sie in schneller Folge als Stereobilder auf die Sichtscheiben im Monitorhelm. Dreht die Versuchsperson ihren Kopf, zieht der Computer sofort mit den Bildern nach, so das der Eindruck einer wirklichen dreidimensionalen Szenerie entsteht.

Durch ein paar Knopfdrucke am Computer wechselt das blaue Auto seine Farbe - erst zu rot, dann zu beige. Aber nicht nur in verschiedenen Farben last sich der Innenraum blitzschnell umgestalten. Auf Knopfdruck neigen sich auch die beiden Dachstutzen der Windschutzscheibe ein wenig und verandern optisch die Raumgrose. Wie diese Veranderungen von den Testpersonen gesehen oder ob sie uberhaupt bemerkt werden, versuchen die Daimler-Forscher mit einem speziellen Fragebogen zu klaren.

Auf einer Skala von eins bis sieben mussen die Versuchspersonen ihre Eindrucke bewerten: Ist der Fahrzeuginnenraum praktisch oder eher unpraktisch? Eher gros oder klein, beruhigend oder aufregend? Insgesamt 26 Fragen legen die Forscher den Probanden vor. Auf die Ergebnisse sind nicht nur sie neugierig, sondern auch die Pkw-Entwickler von Mercedes-Benz. Etwa Ende des Jahres wollen die Daimler-Forscher erste Daten vorlegen. Dann werden sie Fragen beantworten konnen, wie Kunden einen Mercedes beurteilen und wie Fahrzeuge in Zukunft gebaut werden sollen.

Beim Projektstart vor drei Jahren wollten die Berliner Forscher ursprunglich noch reale Autos fur ihre Tests nehmen. Doch sie merkten schnell, das das Wechseln von einem Fahrzeug zum anderen die Testaussagen zu sehr verfalschte. Das Umsteigen dauerte einfach zu lang und erschwerte so den direkten Vergleich zwischen den verschiedenen Modellen. Da kamen den Psychologen die Verheisungen der virtuellen Realitat wie gerufen: Statt in Blech ein Mercedes nur aus Bits und Bytes. Der kunstliche Mercedes aus dem Computer bot die Chance, verschiedene Modelle im Monitorhelm auf Knopfdruck zu simulieren.

Die Vorlage fur den Schein-Mercedes lieferten die Konstrukteure. Jedes Bauteil, von der Karosserie bis zum Stern auf der Haube, schlummert als 3-D-Objekt im Computer. Aus diesem Bausteinen wollten die Forscher einen dreidimensionalen Mercedes schaffen, in den sich eine Testperson wie in ein echtes Auto setzen kann. Da die Daimler-Benz-Psychologen selbst keine Computerspezialisten sind, suchten sie Unterstutzung bei Art + Com , dem Berliner Forschungs- und Entwicklungszentrum fur rechnergestutztes Gestalten und Darstellen. Dort wurden die Konstruktionsdaten in bewegte Bilder transformiert.

Eine gewolbte Oberflache - etwa beim Armaturenbrett - besteht im Computer aus vielen kleinen drei- und mehreckigen Flachen, die sich wie ein Netz uber Rundungen und Kanten legen. Je feiner die Formen, desto mehr der puzzleartigen Polygone sind fur das Computerbild notig. So besteht beispielsweise allein die Oberflache des Mercedes-Sterns aus etwa tausend Polygonen. Bis auf einen Viertelmillimeter exakt mussen die Formangaben fur die Werkzeugmaschinen sein.

Allerdings ware fur eine virtuelle Darstellung diese Auflosung zu fein. Denn je mehr Dreiecksflachen, desto langer rechnet der Grafikcomputer an einem Bild. Fur einen realitatsnahen Filmeindruck sind jedoch 25 bis 30 Bilder pro Sekunde notig. Bei dieser Geschwindigkeit schafft der Grafikcomputer im Berliner Forschungslabor nicht mehr als 30 000 Polygone pro Bild. Deshalb musten die Konstruktionsdaten erst einmal gewaltig abgespeckt werden. Alle fur den optischen Eindruck verzichtbaren Polygone wurden - zum Teil von Hand - aus den Programmen entfernt und zu neun Mercedes-Varianten verarbeitet: drei Wagen in unterschiedlichen Grosen und in jeweils drei verschiedenen Farben.

Nach den Planen der Berliner Autopsychologen soll das aber nur ein Anfang sein. Die Gestalter der virtuellen Realitat denken schon weiter: Vielleicht wird es ihnen in den nachsten zehn Jahren moglich sein, das sich die Mercedes-Kunden in den Verkaufshausern virtuell in ihr neues Auto setzen und es - noch beim Verkaufsgesprach - ganz nach ihren Wunschen ausstatten und sofort begutachten konnen.

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Kraftwerk an Bord: Das Brennstoffzellen-Fahrzeug NECAR - Brennstoffzelle gewinnt aus Wasserstoff elektrische Energie - Hoher Wirkungsgrad, keinerlei Schadstoffemissionen

Hannover, 02. April 1995 - In einem Kleintransporter untersuchen Wissenschaftler der Daimler-Benz-Forschung die Einsatzchancen der Brennstoffzellentechnik als Antriebsalternative fur Pkw und Lkw. Die Projektbezeichnung NECAR steht fur "New Electric Car".

Im Prinzip ist NECAR ein Elektroauto mit einem entscheidenden Unterschied: Seinen Strom holt das E-Fahrzeug nicht aus einer Batterie, sondern erzeugt ihn mit einem bordeigenen Kraftwerk. Damit umgeht es die zentrale Schwachstelle bisheriger Elektroautos: die Stromspeicherung in einer voluminosen und schweren Batterie.

Das Herzstuck des NECAR-Kraftwerks sind Brennstoffzellen, die auf elektrochemischem Wege Strom erzeugen. Im Gegensatz zu einer Batterie mus die Brennstoffzelle jedoch nicht zuvor mit Strom geladen werden, sondern gewinnt ihre Energie direkt aus einem Treibstoff im Fall von NECAR ist dies Wasserstoff. Der Wasserstoff verbindet sich mit dem Sauerstoff der Luft zu Wasser. Die Bindungsenergie wandelt das NECAR-System in elektrischen Strom um.

Energieumwandlung mit hohem Wirkungsgrad

Aus diesem Prinzip resultieren die entscheidenden Vorteile der Brennstoffzelle: Wahrend im Verbrennungsmotor der Umweg uber die Warme physikalisch unumganglich zu hohen Verlusten fuhrt, unterliegt die Brennstoffzelle dieser grundsatzlichen Begrenzung nicht. Mit hohem Wirkungsgrad wandelt sie die Energie des Treibstoffs in Strom um, der einen Elektromotor mit ebenfalls gutem Wirkungsgrad antreibt. Daraus resultieren klare Energievorteile fur die Brennstoffzelle im Vergleich zu Verbrennungsmotoren und Batteriefahrzeugen, sowohl bezogen auf das Fahrzeug selbst als auch auf die gesamte Kette von der primaren Energiequelle bis zum Rad.

Mit Brennstoffzelle zum "Zero-Emission-Vehicle"

Ein weiterer Vorteil sind die Emissionen. Bei der elektrochemischen Umsetzung von Wasserstoff entsteht lediglich Wasser weder Kohlendioxid noch Stickoxide oder andere Schadstoffe. Ein wasserstoffbetriebenes Brennstoffzellen-Fahr-zeug ist also gemas US-amerikanischer Definition ein echtes "Zero-Emission-Vehicle", ein Automobil mit Nullemission.

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Automatisch und autonom transportieren: Energie und Informationen beruhrungslos ubertragen

Hannover, 02. April 1995 - Die Erledigung vonTransport- und Verteil-auftragen erfolgt meistens nicht flexibel genug und dauert haufig zu lange. Der Kunden erwartet eine hohere Einsatzflexibilitat, und es konnte oft noch schneller gehen. Die Losung dieser Probleme ware mit dezentralen und autonomen Transportfahrzeugen zu erreichen. Unabdingbare Voraussetzung dafur ist aber die beruhrungslose Versorgung mit Informationen und Energie. Mit konventionellen Losungen ist die Ubertragung von elektrischer Energie und Informationen in bewegte Systeme immer mit technischen Schwierigkeiten verbunden, weil Schleppkabel oder Schleifkontakte storanfallig sind. Deshalb ware es ideal, man konnte auf sie verzichten. Der Traum, fordertechnische Anlagen, Roboter und Aufzuge ohne Schleifkontakte oder Schleppkabel zu bewegen, kann demnachst Wirklichkeit werden. Es konnen aber auch Elektrofahrzeuge ohne Steckkontakte aufgeladen oder in explosionsgefahrdeten Bereichen ganz ohne Kontakte gearbeitet ! werden. In den Daimler-Benz-Forschungsinstituten wird deshalb daran gearbeitet, Energie und Kraft, aber auch Information, beruhrungslos zu ubertragen.

Ziel der begonnenen Forschungsarbeiten sind innovative Systemlosungen fur ein breites Anwendungsspektrum. Fur die Fordertechnik entsteht in Zusammenarbeit mit AEG Daimler-Benz Industrie ein modulares und flexibel einsetzbares Baukastensystem, das mit standardisierten Geraten und Anlagen intelligent und schnell eine Vielzahl von Transportaufgaben lost. Anwendungsmoglichkeiten liegen uberall dort, wo Transporte mit einer Vielzahl dezentraler Transportfahrzeuge vollig autonom abgewickelt werden mussen.

Nach dem Prinzip eines normalen Transformators wird die elektrische Energie per Induktion auf das bewegte System ubertragen. Nur die Ubertragungsfrequenz ist hoher als bei Transformatoren: Statt mit 50 Hertz arbeiten die neuen Systeme mit rund 25 000 Hertz. Bei der beruhrungslosen Energieubertragung sind die beiden Spulen jedoch - anders als beim Transformator - nicht uber einen geschlossenen ferromagnetischen Ring verbunden, der das Magnetfeld "fuhrt", sondern durch einen Luftspalt getrennt. So kann uber grose Wegstrecken und bei einem mechanischen Spiel im Zentimeter-Bereich die Energie beruhrungslos und anwenderfreundlich ubertragen werden. Die Mittelfrequenz stellt einen hohen Wirkungsgrad sicher.

Uber ein mit Schlitzen versehenes Kabel - einen sogenannten Leckwellenleiter - und eine am Fahrzeug angebrachte Antenne erfolgt die Kommunikation zwischen Leitrechner und den intelligenten Fahrzeugen. Mehrere unabhangig voneinander betriebene Forderfahrzeuge konnen in komplexen Anlagen sicher Informationen - zum Beispiel uber Ziele, Betriebszustande oder Diagnosen - versorgt werden. Mit den so ubertragenen Informationen fahrt das Forderfahrzeug automatisch zu seinem vorgesehenen Ziel. Es ist absolut unabhangig von festen Verbindungen, uber die von ausen Befehle oder Energie ubertragen werden. Mit dem System konnen Ubertragungsraten von bis zu 4 Mega-Baud realisiert werden. Vorteile dieses Verfahrens sind der geringe Abstand von wenigen Zentimetern zwischen Leiter und Antenne sowie der robuste und kostengunstige Aufbau.

Die beruhrungslosen Ubertragungselemente, die Stromrichtertechnik und die Automatisierungstechnik werden zu ganzheitlichen Systemlosungen im Sinne der Mechatronic integriert (Bild 1). Wesentliche Vorteile fur Ersteller und Anwender dieser innovativen Anlagentechnik sind Kostenreduzierungen durch den Wegfall von Montage- und Wartungsaufwendungen sowie ein hohes Mas an Standardisierung der Anlagentechnik. Die Einsatzflexibilitat kann erheblich gesteigert werden. Durch optimalen Energieeinsatz, reduzierte Gerauschemission und Wegfall von Abrieb wird daruber hinaus eine hohere Umweltvertraglichkeit fur solche Anlagen erreicht (Bild 2).

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So funktioniert die Brennstoffzelle

Hannover, 02. April 1995 - Aus einer chemischen Reaktion direkt elektrischen Strom zu gewinnen - an diesem Ziel arbeiten weltweit Tausende von Forschern. Alle bisherigen Elektrizitatsgewinnungsverfahren - mit Ausnahme der Solarzellen - benotigen zwei oder mehr Schritte: In einer ersten Stufe entsteht dabei durch eine chemische Reaktion (z. B. Verbrennung) Warme. Diese Warme mus anschliesend - meist in einem Sekundarkreislauf - z. B. durch Erhitzen von Wasser zu Wasserdampf, der dann eine Turbine antreibt - in elektrischen Strom umgewandelt werden. Die Nachteile dieser Verfahren sind bekannt: Bei dem mehrstufigen Prozes entsteht wesentlich weniger elektrischer Strom als theoretisch moglich ware. Der Techniker spricht von einem "niedrigen Wirkungsgrad" bei der Stromerzeugung.

Bei mobilen Anwendungen hatte aus diesem Grund die elektrisch erzeugte Energie bislang wenig Chancen, den Verbrennungsmotor abzulosen: Elektrische Energie, die so unokonomisch zu erzeugen ist und die dann noch in schweren Stromspeichern (Batterien) zu transportieren ist, mus es gegenuber dem Verbrennungsmotor schwer haben, der seine Energie unmittelbar an das Getriebe abgeben kann. Mit der Brennstoffzelle als Energieerzeuger konnte jetzt der Elektromotor eine echte Chance als Antrieb erhalten.

Das Prinzip der Brennstoffzelle

Sowohl die Elektrolyse - die Spaltung von Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff - als auch die triviale Umkehrung dieses Vorganges, die explosionsartige Verbrennung von Wasserstoff mit Sauerstoff ("Knallgasreaktion") - gehoren zum Standard-Repertoire des Chemieunterrichts. Weitgehend unbekannt ist die "kalte" Variante dieser Reaktion: In der Brennstoffzelle vereinigen sich Wasserstoff und Sauerstoff zu Wasser, wobei die freiwerdende Energie nicht in explosiver Form verpufft, sondern direkt in elektrischen Strom umgewandelt wird.

Der Trick: Die beiden Gase durfen nicht direkt miteinander in Beruhrung kommen. Sie werden durch eine Schicht - den "Elektrolyt" - getrennt, der lediglich eines der beiden Gase passieren last, und zwar nur in elektrisch geladener Form, als lonen. In der protonenleitenden "PEM-Brennstoffzelle" (Proton Exchange Membrane Fuel Cell) sind dies positiv geladene Wasserstoff-lonen (Protonen). Jedes von ihnen last ein Elektron zuruck, so das sich negative Ladung auf der Wasserstoff- und positive Ladung auf der Sauerstoffseite des Elektrolyt aufbaut und damit auch eine elektrische Spannung. Die Energie fur diese "Ladungspumpe" stammt aus der Vereinigung der Wasserstoffionen mit dem Sauerstoff zu Wasser.

Der Elektrolyt einer solchen PEM-Zelle besteht aus einer nur zehntelmillimeterdicken Polymerfolie, die auf beiden Seiten mit einem platinhaltigen Katalysator beschichtet ist. Er unterstutzt die lonisierung des Wasserstoffs bzw. die Reaktion der Wasserstoffionen mit dem Sauerstoff. Sogenannte Bipolarplatten schliesen die Zelle auf beiden Seiten ab. Sie leiten in einem feinen Kanalsystem den Wasserstoff beziehungsweise Luft an den Katalysatorflachen entlang. Auserdem fuhren sie die Reaktionswarme ab und stellen die elektrische Verbindung zur Nachbarzelle her. Jede Zelle des von Daimler-Benz verwendeten Typs erzeugt eine Spannung von 0,6 Volt und hat eine Leistung von ca. 250 Watt. Durch das Zusammenschalten vieler Zellen in sogenannten Stacks wird die fur das Fahren benotigte Energie bereitgestellt. Durch Regelung der Wasserstoff bzw. spater der Methanolzufuhr kann die benotigte Energie unmittelbar erzeugt und genau dosiert werden.

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Das Daimler-Benz-Forschungsfahrzeug VITA 2: Der Computer denkt und lenkt

Hannover, 02. April 1995 - Unter der Projektbezeichnung VITA II (Vision Technology Application) hat die Daimler-Benz-Forschung einen elektronischen Autopiloten entwickelt, der bremsen, Gas geben und lenken kann.

Alle Informationen, die das System dafur benotigt, gewinnt es aus den Bildern von Videokameras, die an dem Forschungsfahrzeug befestigt sind und zwolfmal pro Sekunde das Verkehrsgeschehen vor, neben und hinter dem Auto beobachten. Auf diese Weise erfast der Mikrocomputer den Strasenverlauf und registriert gleichzeitig, ob sich das Forschungsauto auf Kollisionskurs mit anderen Fahrzeugen befindet. Vorausfahrende Pkw oder Lkw erkennt das VITA-System anhand ihrer charakteristischen Linien, Proportionen und Schatten. Daruber hinaus berechnet der Computer standig die Entfernung, Richtung und Geschwindigkeit der Fahrzeuge und teilt sie in abgestufte Gefahrenkategorien ein, um daraus den sichersten Weg zu berechnen.

Mit Hilfe der Videokameras erkennt der Computer auch die Verkehrszeichen am Strasenrand und speichert deren Hinweise in seinem elektronischen Gedachtnis. Auf diese Weise ist sichergestellt, das sich der Autopilot bei seinen automatischen Lenk- und Fahrmanovern an die jeweiligen Uberholverbote oder Geschwindigkeitsbeschrankungen halt.

Vor einem automatischen Uberholvorgang, den der Autofahrer durch Betatigung des Blinkers einleitet, klart der Rechner zunachst uber die Seitenkameras, ob die Nebenspur frei ist. Gleichzeitig informiert ihn die Kamera im Heck uber das Verkehrsgeschehen hinter dem Fahrzeug. Dann uberpruft er seine Speicherdaten und klart, ob Verkehrszeichen das Uberholen verbieten. Signalisieren ihm alle Kameras "freie Fahrt", so dreht sich wie von Geisterhand gesteuert das Lenkrad, und das Auto zieht an dem anderen Wagen vorbei.

Die VITA-Technik wird den Strasenverkehr sicherer machen. Ein Grosteil der Verkehrsunfalle kann vermieden werden, weil das System schnell auf das gesamte Verkehrsgeschehen rund um das Fahrzeug reagiert. Aber auch lange vor der Einfuhrung automatisch gefuhrter Automobile wird VITA II helfen, den Verkehr sicherer und komfortabler zu machen.

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Automatische Spracherkennung bei Daimler-Benz: Mit dem Computer im Dialog

Hannover, 02. April 1995 - Gesprochene Sprache ist nicht nur das wesentliche Element unserer zwischenmenschlichen Kommunikation, sie ist auch das Grundelement unserer gesamten Wissenschaftsverarbeitung. Wir denken sprachlich. Es ist deshalb nur naturlich, das im Zeitalter der multimedialen Kommunikation und Informationsverarbeitung die Sprachverarbeitung eine zunehmende Bedeutung gewinnt.

Bis vor kurzer Zeit war die Maschine, mit der man sich fast in menschlicher Weise unterhalten konne, nur als Science-Fiction vorstellbar. Inzwischen hat die Forschung wesentliche Fortschritte auf dem Gebiet der automatischen Erkennung von gesprochener Sprache gemacht. Heute werden gesprochene Worter auch unter akustisch ungunstigen Bedingungen zuverlassig erkannt. Das gelingt sogar unabhangig von unterschiedlichen Stimmen verschiedener Sprecher. Solche sprecherunabhangige Erkennung ist entscheidend fur die Verwirklichung von telefonischen Informationsdiensten, bei denen nicht bekannt ist, wer einen solchen Dienst in Anspruch nimmt.

Wahrend fur manche telefonische Anwendungen nur ein kleiner Vorrat vor wenigen hundert Wortern benotigt wird, brauchen Systeme, bei denen der Anwender im direkten Dialog mit dem Computer steht, in der Regel einen Vorrat von vielen tausend Wortern, die dann auch noch kontinuierlich und nicht einzeln gesprochen werden. Diese unterschiedlichen Anforderungen wie Sprecherunabhangigkeit, Vokabularumfang und "Robustheit" der Erkennung munden letztlich in die Grundforderung nach hoher Erkennungssicherheit.

Daimler-Benz-Forscher demonstrieren die einzelnen Stufen eines Worterkenners. Wie beim menschlichen Gehor beginnt die Erkennung zunachst mit einer Schwingungsanalyse der einzelnen Frequenzen und ihrer Veranderung im Laufe einer Wortes. Dabei entsteht das Spektrum diese Wortes aus dem Schwingungssignal. Ein solches Spektrum enthalt alle wesentlichen Informationen des Signals in sehr komprimierter Form. Am PC wird die Energieverteilung in farblicher Darstellung der verschiedenen Frequenzen gezeigt. Wahrend bei stimmhaften Lauten ein groser Teil der Energie in tiefen Frequenzen konzentriert ist, findet sich fur die stimmlosen Laute der Hauptanteil bei hohen Frequenzen.

Das Spektrum ist Grundlage des anschliesenden Mustervergleichs. Dabei wird die Ahnlichkeit des zu klassifizierenden Spektrums mit Modellspektren fur alle zu erkennenden Worter gezeigt. Entscheidend ist dabei die richtige Wahl der zeitlichen Zuordnung vom zu erkennendem Spektrum und den vorgespeichertem Referenzmodell. Auf dem PC last sich die Ubereinstimmung zwischen der Referenz und dem zu erkennenden Muster darstellen. Als "erkannt" wird schlieslich dasjenige Referenzmuster ausgegeben, bei dem die Ubereinstimmung optimal ist.

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Criteria of this press release:
Information technology
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