Integrierte E-Mobilität: Smart eingebunden

Damit Elektromobilität schnell Realität werden kann, muss sich diese schlau in bestehende und zukünftige Konzepte integrieren und verschiedene Mobilitätsansätze multimodal verbinden. Wie das gehen kann und dabei sowohl die Bedürfnisse der Betreiber von Flotten als auch der Nutzer berücksichtigt werden, zeigt ein aktuelles Verbundprojekt.

Das Verbundprojekt „BiE – Bewertung integrierter Elektromobilität“ betrachtet die Elektromobilität von verschiedenen Seiten: Zum einen aus Sicht der Integration von Elektromobilität in den persönlichen Alltag des Nutzers und zum anderen aus Flotten- und Betreibersicht. Ziel war der Entwurf und die Bewertung maßgeschneiderter Angebote.

Dazu haben die Beteiligten im BiE-Projekt unter anderem eine individuelle nutzerzentrierte Mobilitätsassistenz entwickelt, die helfen soll, Elektromobilität zur Flotten- und Standortoptimierung für Carsharing Anbieter und (Firmen-)Flotten unter einen Hut zu bringen. Das System soll auch Betreibermodelle für „E-Fuhrpark-Sharing“ für Gewerbe- und Wohngebiete bereithalten und sogenannte Local-Zero-Konzepte ermöglichen.

Die Mobilitätsassistenz

Der demonstrative Aufbau des Mobilitätsassistenzsystems soll zeigen, dass es möglich ist, Elektrofahrzeuge mit allen anderen im urbanen Raum verfügbaren Verkehrsmitteln wie dem öffentlichem Verkehr (ÖV), Pkw-, Rad- und Fußverkehr zu verknüpfen. Dabei wurden die individuellen Mobilitätsbedürfnisse berücksichtigt. Die Entwicklung der erforderlichen Schnittstellen zu den Domänen Haushalt, Arbeitswelt und Freizeit war ein wesentlicher Baustein, um das Gesamtsystem erstellen zu können. Die verkehrliche Bewertung der Assistenz erfolgte anschließend mit Hilfe von Simulationsmodellen.

Neben den Schnittstellen zu den externen Domänen Smart Office und Smart Home ist die individuelle Routenplanung eine der zentralen Komponenten der integrierten Mobilitätsassistenz. Die Schnittstelle zum Nutzer bildet eine neuentwickelte App, die sowohl im Alltag als auch geschäftlich assistiert. Damit ist gewährleistet, dass der Nutzer auch unterwegs Zugriff auf die Benutzeroberfläche und auf die erforderlichen Dienste hat. Insgesamt soll dies den Nutzer zu, für ihn, günstigen alternativen Fortbewegungsmitteln motivieren.

App als Fortbewegungsmittel

Beispiel: Der Nutzer trägt einen neuen beruflichen Termin in seinen Terminkalender ein. Dieser Termin wird dem Routenplanungsmodul über die externe Schnittstelle zum Kalenderdienst bereitgestellt. Die Mobilitätsassistenz ermittelt hieraus eine oder mehrere Mobilitätsalternativen und trifft eine Vorauswahl über geeignete Verkehrsmittel. Dabei berücksichtigt die Software individuelle Nutzerpräferenzen, bestehende Termine, aktuelle und künftige Aufenthaltsorte, Carsharing- und ÖV-Verfügbarkeit sowie -Eignung und bekannte Verkehrssituationen.

Die Alternativen bekommt der Nutzer in Form von Routenplänen zur Auswahl angeboten. Die Routenpläne können auf einer Route auch beispielsweise Kombinationen von Carsharing und ÖV enthalten (Intermodalität). Ist die Route gewählt, wird der Nutzer geführt und erhält gegebenenfalls aktualisierte Angebote.

Die Verkehrssimulation

Die im Projekt entwickelte Mobilitätsassistenz wurde mit dem bestehendem Multi-Agent-Verkehrsnachfragemodell „MobiTopp“ am Beispiel der Region Stuttgart bewertet. MobiTopp modelliert für den Planungsraum Stuttgart alle Wege und Aktivitäten aller Einwohner in der Region.

Dabei wird jede Person durch einen Agenten mit realistischen Eigenschaften dargestellt (Alter, Geschlecht, Erwerbstätigkeit oder Verkehrsmitteleigenschaften wie ÖV-Zeitkarte oder Carsharing-Mitgliedschaft). Auch der Haushaltskontext (alleinlebend oder x-Personen-Haushalt, gemeinsam genutzte PKW) wird erfasst. In Summe repräsentieren die Eigenschaften aller Agenten die realen Strukturen der Einwohner in der Region Stuttgart.

Mit dieser Gesamtheit der Agenten in MobiTopp sowie den verkehrlichen Rahmenbedingungen (Straßennetz für Pkw und Radfahrer sowie Fahrpläne des ÖV-Netz) wurde die gesamte Mobilität der Einwohner in der Region (Wege jedes Agenten mit Start, Ziel, Wegezweck, Entfernungen, Dauer und Verkehrsmittel) über eine gesamte Woche modelliert. Insgesamt werden in einer Woche knapp 60 Millionen Wege durch die in der Region Stuttgart lebenden Einwohner zurück­gelegt.

Dadurch standen dem im Projekt implementierten Assistenzsystem Nutzungsdaten im großen Maßstab zu Verfügung. Deren Verarbeitung ermöglichte im Versuch die Simulation einer repräsentativen Zahl synthetischer Nutzer (die „Agenten“ aus dem Simulationssystem MobiTopp) sowie Aussagen über mögliche Änderungen des Verkehrsverhaltens und deren Auswirkungen.

Nutzen der Assistenz

Das Multi-Agenten-Verkehrsnachfragemodell MobiTopp lieferte zum einen Input in Form von Mobilitätbedürfnissen und Aktivitätenabfolgen der Menschen zur Erstellung der Mobilitätsassistenz, zum anderen wurden die durch die Mobilitätsassistenz optimierten Wegeabläufe bewertet. Der Vergleich mit dem „Ist-Zustand“ ohne Mobilitätsassistenz ergab, dass im Mittel 13 Prozent der Wegstrecke, 15 Prozent der Wege und 28 Prozent der Reisezeit eingespart werden könnten, wenn die Alternativen der Mobilitätsassistenz von den Nutzern realisiert werden.

Die BiE-Mobilitätsassistenz ist demnach ein geeignetes Mittel, um sowohl eine günstige individuelle Mobilitätslösung zu finden als auch das Gesamtverkehrssystem zu entlasten.

Flotten- und Standortoptimierung

Zur Unterstützung stationsgebundener Carsharing-Anbieter wurde ein Entscheidungsunterstützungssystem zur optimalen Flottenauslegung entwickelt und prototypisch umgesetzt. Dieses System, das als Windows-10-App mit entsprechendem Backend konzipiert wurde, ermöglicht eine optimale Integration von Elektrofahrzeugen in eine bestehende Carsharing-Flotte mit entsprechenden Flottenstandorten.

Auf Basis detaillierter Fahrzeugmodelle und Fahrtdaten können die genauen Energiebedarfe berechnet werden, die in einer gegebenen Flotte (an einem dedizierten Standort) anfallen. Diese werden dann in einem zweiten Schritt herangezogen, um die Flotte optimal aus verschiedenen Fahrzeugtypen zusammenzusetzen.

Diese Flotte beinhaltet sowohl Fahrzeuge mit Verbrennungsmotoren, wie auch Elektrofahrzeuge. Dies erlaubt einem Carsharing-Anbieter auch verschiedene Szenarien – wechselnde Energiepreise, andere Nachfragesituation an einem gegebenen Standort und vieles mehr – durchzuspielen und so eine kostenoptimale, wie auch seinem strategischen Geschäftsumfeld passende Flottenzusammensetzung zu bestimmen.

Darüber hinaus unterstützt die entwickelte Software den Carsharing-Anbieter auch bei der Suche nach neuen Standorten. Dazu werden die Buchungsdaten der bestehenden Standorte genauso in die Berechnung einbezogen, wie die geographisch zuordenbare Mobilitätsnachfrage, wie sie aus dem oben erwähnten Nachfragemodell MobiTopp abgeleitet werden kann. Diese Daten können dazu genutzt werden, geplante oder bereits bestehende Standorte zu bewerten oder strategisch das Netz an Stationen über eine bestimmte Bedienfläche zu optimieren.

Local Zero für Gewerbe- und Wohngebiete

Als weiteres Teilergebnis von BiE wurde der Demonstrator „Local Zero“ realisiert. Die Idee hierbei ist die gemeinschaftliche Nutzung einer gemischten Flotte von beliebigen Elektro-Fahrzeugtypen durch mehrere Unternehmen an dichtbesiedelten Standorten für vorwiegend kurze Strecken. Hier steht das Wort „Local“ für die Möglichkeit, sehr kleinräumig Sharing gemeinschaftlich zu betreiben. „Zero“ beschreibt das Ziel, durch die Nutzung die Emissionen zu reduzieren und den Fokus auf umweltfreundliche Verkehrsmittel zu legen.

Dabei fungiert ein Unternehmen als Betreiber und stellt die bereits vorhandenen oder künftig benötigten Mobilitätsressourcen über eine Buchungsplattform zur Verfügung. Teilnehmende Firmen, die Nutzungsrechte der Verkehrsmittel durch ihre Mitarbeiter in Anspruch nehmen, zahlen abhängig von der Unternehmensgröße einen anteiligen monatlichen Pauschalbetrag, wodurch sämtliche Kosten gedeckt werden, die für den Betreiber entstehen. Ziele sind eine höchstmögliche Fuhrparkauslastung mit geringen und geteilten Kosten sowie die Erleichterung des Zugangs zu Elektrofahrzeugen direkt vor Haus- und Bürotür.

Über eine interaktive Karte können die Mitarbeiter zudem ihre Reiseoptionen schnell und übersichtlich in einem individuell festgelegten Zeitintervall visualisieren und vergleichen. Dabei wird die Verfügbarkeit des eigenen Fuhrparks mit Echtzeitergebnissen externer Angebote wie Bahn, ÖV, Taxi und Mitfahrgelegenheiten verknüpft.

Feldtest in Bruchsal

Dieses Local-Zero-Sharing-Modell wurde über mehrere Monate von Unternehmen im „Technologiedorf“ Bruchsal in einem Feldtest mit einem BMW i3 und drei Pedelecs erprobt. Es ist einfach auf Kommunen, Wohnblöcke oder Einzelhaushalte übertragbar. Das Angebot ist als Ergänzung zu Leihfahrrad- oder Carsharing-Anbietern sowie dem ÖV zu sehen. So wurden im Projektrahmen beispielhaft auch die Elektro-Fahrzeuge demonstrativ an das Carsharing-Buchungssystem von Stadtmobil angebunden, damit die Fahrzeuge auch von den Sharing-Anbietern genutzt werden können.

Der Local-Zero-Demonstrator ist ein guter Schritt in Richtung Alltagstauglichkeit und Verbreitung der E-Mobilität und könnte künftig dabei helfen, variablere Flotten und Mobilitätsangebote zusammenzustellen und Kooperationen einfach zu realisieren.

Fazit

Mit diesen drei aufgezeigten und vielen weiteren Anwendungen und Bewertungen konnte das Projekt BiE zeigen, dass Elektromobilität alltagstauglich ist und viele Mobilitätslösungen unter Einbeziehungen von Elektromobilität umsetzbar sind, die den Tagesablauf der Nutzer optimieren und die Mobilitätsbedürfnisse auf verschiedene Art und Weise befriedigen. Sowohl aus Nutzer- als auch aus Betreibersicht ist es sehr gut möglich, Elektromobilität in das tägliche Leben beziehungsweise in die Geschäftsmodelle zu integrieren und damit Emissionen gezielt zu reduzieren. jbi

Autoren

Dr.-Ing. Martin Kagerbauer ist Senior Researcher am Karlsruher Institut für Technologie (KIT), Institut für Verkehrswesen (IfV).

Dr. Lutz Bersiner ist Senior Manager und Fachreferent bei Robert Bosch.

Maurice Müller ist Software-Architekt und Consultant bei der Esentri AG.

Dr. Sebastian Hudert ist Senior Expert Services Computing bei TWT Science & Innovation.

Michael Böttger ist Geschäftsführer bei Raumobil.

Projektbeteiligte BiE

Das Projekt wurde im Rahmen des Spitzenclusters Elektromobilität Süd-West durch das BMBF gefördert. Im Projekt arbeiteten elf Partner aktiv zusammen: Das Karlsruher Institut für Technologie (KIT) mit den Instituten für Verkehrswesen (IfV) und Produktentwicklung (IPEK) sowie das Forschungszentrum Informatik (FZI) brachten neueste wissenschaftliche Aspekte ein. Als Industriepartner brachten sich Robert Bosch GmbH, Cantamen GmbH, Esentri AG, RA Consulting GmbH, Raumobil GmbH und TWT GmbH Science & Innovation ein. Pilotpartner für die technische Erprobung waren die Carsharing-Betreiber Stadtmobil Karlsruhe und Stadtmobil Rhein-Neckar. Die Koordination des Verbundprojekts erfolgte durch die Cantamen GmbH.