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Mobilität ist eine unersetzbare Notwendigkeit zur Lebensqualität. Grundsätzlich ist zu unterscheiden zwischen individueller Mobilität wie PKW, Motorrad, Fahrrad etc. und kollektiver Mobilität wie Bus, Bahn, Linienflug etc.
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Diese Kategorien sind zurzeit einem sehr dynamischen Wandel unterworfen, da die dramatische Entwicklung von elektrischen Antrieben und von Sensorik, Steuer- und Regelsystemen autonomes Fahren, also selbstständige Fahrzeugführung auf allen Straßen ermöglicht und mittelfristig die Fahrzeugführung durch Personen vollständig ersetzen wird.
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In der etablierten Fahrzeugindustrie ist deswegen ein Evolutionsprozess zu beobachten, in dem konventionelle PKW Konzepte mit Verbrennungsmotoren sukzessive in elektrisch angetriebene und selbstfahrende Autos überführt werden.
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Tatsächlich wird damit aber die Umstellung auf autonome Fahrzeugkonzepte unnötig verzögert, da sich nicht nur elementare Basisvorgaben der Fahrzeugarchitektur, des Designs, der Ergonomie und des Packaging (= Anordnung aller Baugruppen im Fzg) ändern sondern auch alle Entwurfs- und Zielparameter des Gerätes selbst, wie z. B. Abschreibungszeiten, Serviceintervalle, Nutzungskosten, Nutzungsgrad, Nutzungsverhalten, Integration in die Verkehrsführung und Personifizierung und Identifikation zwischen Fahrzeug und Fahrer bzw. Besitzer des Fahrzeuges werden völlig neu definiert.
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Herkömmliche Personenkraftwagen werden gekauft mit dem Ziel einer möglichst uneingeschränkten und umfangreichen Nutzungsmöglichkeit, also für Einkaufsfahrten mit nur einem Passagier, der auch der Fahrer ist, als Vehikel zur täglichen Fahrt zur Arbeit mit ebenfalls nur einer Person an Bord, als Urlaubs- und Langstreckenfahrzeug mit viel Kofferraum und 4–5 Personen etc. Durch diese Universalnutzung ergibt sich eine sehr schlechte Anpassung an das jeweilige Missionsprofil, also z. B. transportiert an 200 Arbeitstagen ein großes und schweres Auto nur eine einzige Person ohne Gepäck mit 4 leeren Sitzen und leerem Kofferraum, nur um für eine Urlaubsfahrt im Jahr genügend Ladekapazität zu haben.
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Hinzu kommt, dass PKW als Prestigeobjekte verstanden werden und deswegen mit größerem Luxus versehen sind, als genutzt werden kann.
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Tatsächlich werden PKW im Mittel nur zu 5% der Zeit überhaupt genutzt und stehen also 95% der Zeit als totes Kapital in Bereitschaft und benötigen teuren Parkraum. Wegen des Einsatzes von Verbrennungsmotoren mit den bekannten Nachteilen im Verschleiß verursacht durch Mischreibung der vielen gleitenden Bewegungskontakte im Kaltstart, durch hohe Wärmespannungen wegen der hohen Temperaturgradienten und durch die Chemie der Abgasnachbereitung sind die Abschreibungen auf 250.000 km berechnet – das mit hohem Energie- und Rohstoffeinsatz gefertigte Produkt wird danach verschrottet.
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Die Fahrzeugführung durch Personen erfordert viele Kompromisse in Bezug auf aktive Sichtverhältnisse für den Fahrer nach aussen und passive Sicht ins Fahrzeug zur Identifikation des Fahrers aus rechtlichen Gründen mit dem Ergebnis starker Sonneneinstrahlung durch die Verglasung und damit hohen Energieeinsatzes für die Klimatisierung, was besonders bei batteriegespeisten Antrieben zu erheblichen Reichweiteneinbußen führt.
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Hinzu kommt, dass eine autonome Fahrzeugführung möglichst mit aktiver Vernetzung und Car to Car Kommunikation universell für alle Fahrzeugmissionen wie Langstrecke, Autobahn. Stau- und Stadtverkehr sowie Landstraßenstrecken sehr komplex ist und besonders in der Übergangsphase, in der autonome Fahrzeuge und personengesteuerte Fahrzeuge gleichzeitig fahren, sind die Sicherheitsanforderungen dazu schwer erfüllbar.
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Das erfindungsgemäß konsequent gestaltete Konzept autonomer Fahrzeuge löst diese Probleme und Kompromisse vollständig auf. Zunächst wird dazu ein Fahrzeug konzipiert, das die häufigste Nutzungsanforderung bestmöglich erfüllt und auf Nutzbarkeit von Sonderaufgaben verzichtet.
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Dazu wird zunächst der Einsatz auf den Innenstadtverkehr spezialisiert, womit die Höchstgeschwindigkeit auf 70 km/h beschränkt werden kann und sowohl die Kartographierung, die Zentralsteuerung und die Car to Car Kommunikation sowie die Energieversorgung lokal für ein begrenztes Gebiet ausgeführt und damit im Aufwand erheblich reduziert werden kann.
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Die so definierten Fahrzeuge fahren völlig autonom und sind nicht im individuellen Besitz und stellen somit eine neue Mobilitätsklasse dar, mit der die Lücke zwischen Individualverkehr und öffentlichem, kollektivem Verkehr geschlossen wird.
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Die Größe der erfindungsgemäßen Fahrzeuge wird nach der Belegungsstatistik optimiert, die zeigt dass 1,1 bis 1,3 Personen im Mittel an Bord sind. Damit wird das Fahrzeug für 2 Personen ausgelegt, um mehr als 96% aller Transportaufgaben erledigen zu können.
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Der Nutzungsgrad dieser Fahrzeuge, die in ununterbrochener Rufbereitschaft bleiben, liegt dann bei weit über 70% im Gegensatz zum Individual-PKW mit 5%. Bedarf an Parkraum und Parkplatzsuchverkehr sind damit Vergangenheit.
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Im Kurzstreckenverkehr sind die Anteile und damit die Bedeutung des Einstiegs- und Ausstieges ungleich höher, so dass diesem Nutzungsanteil besondere Bedeutung zukommt.
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Aus den bekannten Taxis im innerstädtischen Betrieb ist bekannt, dass durch deren Betrieb der Verkehr dadurch negativ beeinträchtigt wird, dass beim Ein- und Ausstieg der Passagiere eine Fahrspur blockiert wird und damit der nachfolgende Verkehr aufgestaut wird. Da die Abrechnung mit Quittung und Übergabe von Gepäck aus dem Kofferraum Zeit erfordert, sind diese Vorgänge anteilig eine hohe Belastung des Verkehrsflusses.
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Das erfindungsgemäße Fahrzeug, im folgenden als AI-Taxi, löst diese Probleme, in dem der Ruf nach dem Fahrzeug, die Buchung und die Kommunikation welches Ziel angesteuert werden soll per Mobile Phone erfolgt. Idealerweise wird dabei der Standort des Passagiers schon beim Buchen durch GPS automatisch kommuniziert, das am schnellsten verfügbare Fahrzeug wird mit der Zentralsteuerung ermittelt, die geschätzte Ankunftszeit wird zurückgefunkt, der Kunde kann sich weiter zu Fuß bewegen, da nun das AI-Taxi seinen Standort laufend beobachtet. Damit das gebuchte AI-Taxi nicht von dritten weggenommen werden kann, öffnen sich die Türen nur dann, wenn der originale Passagier per Mobile Phone identifiziert ist.
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Damit beim Einstieg keine Fahrspur blockiert wird, ist das AI-Taxi ein schmales Einspurfahrzeug. Das AI-Taxi bietet Platz für 2 Personen, die sich gegenüber sitzen, sowie Platz für zwei Koffer im Bordgepäckformat der Airlines, die zwischen den Personen auf dem Boden abgestellt werden können. Ein umständlicher Zugang zu einem separaten Kofferraum entfällt damit.
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Die Abrechnung am Zielort erfolgt ebenfalls per Mobile Phone automatisch, so dass die Turn-Around Zeit extrem kurz ist. Der Ein- und Ausstieg erfolgt in der Mitte des Fahrzeuges, wobei sich die Fahrzeughälften der oberen Karosserieteile nach vorne und hinten aktuatorisch verschieben, so dass die Passagiere sich aus dem Sitz zur vollen Stehhöhe aufrichten und bequem aussteigen können. Die schmale Ausführung erlaubt je nach Situation im Verkehr einen Aus- bzw. Einstieg nach links oder rechts, in beiden Fällen mit nur einem Schritt, das im Taxi übliche seitliche Rutschen über den Rücksitz zur Seite des Bürgersteiges hin entfällt. Das Gepäck muss nicht über Ladekanten gehoben werden sondern steht auf dem Fahrzeugboden barrierefrei so hoch wie der Bürgersteig.
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Wichtiger Teil des erfindungsgemäßen Fahrzeuges ist die geringe Spurbreite, die es erlaubt, zwei Fahrzeugen nebeneinander auf einer Fahrspur der Straße fahren zu lassen. Fahrspuren in der Innenstadt sind zwischen 2,75 m und 3,75 m breit, so dass bei einer Fahrzeugbreite des AI-Taxi von 0,8 bis 1,2 m zwei Fahrzeuge sicher neben einander fahren und zusätzlich einem am Rand stehenden dritten AI-Taxi, das gerade z. B. Passagiere aufnimmt, ausweichen können.
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Versuche, den Innenstadtverkehr zu entlasten, in dem man Fahrzeuge mit Passagieren nebeneinander sitzend sehr kurz ausgeführt hat (wie z. B. beim Smart) erwiesen sich als fast völlig nutzlos, da nur ein Fahrzeug pro Spur fahren konnte und schon bei 50 Km/h Geschwindigkeit mit den vorgeschriebenen Sicherheitsabständen von 25 m nach vorne und hinten die Einsparung an Verkehrsfläche von z. B. 25 m plus 25 m plus Fahrzeuglänge mit 2,6 m also insgesamt 52,6 m im Vergleich zu einem langen 5 m Fahrzeug mit entsprechenden 55 m marginal war.
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Die erfindungsgemäßen AI-Taxi hingegen verdoppeln die Nutzung durch parallele Fahrt nebeneinander, verhindern zusätzlich den Rückstau durch haltende Fahrzeuge am Rand und können langfristig optional wegen der erhöhten Präzision und Sicherheit der autonomen Fahrzeugführung auch in engerem Abstand in Fahrtrichtung betrieben werden, so dass spontan eine Erhöhung der Fahrzeugdichte bzw. des Fahrzeugdurchsatzes um den Faktor 2 bis 2,5, langfristig bei einer Reduktion des Sicherheitsabstandes um 70% ein Faktor 6–7 erreichbar ist.
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Fahrzeuge mit geringer Breite bzw. mit geringem Abstand der Räder weisen eine eingeschränkte Sicherheit gegen seitliches Kippen in Kurven und bei Seitenwind auf, insbesondere dann, wenn die Passagiere aufrecht und bequem sitzen und damit der Schwerpunkt des beladenen Fahrzeuges relativ hoch liegt. Um dennoch ein hohe Verkehrssicherheit zu erreichen, ist das erfindungsgemäße Fahrzeug mit mindestens 3, idealerweise 4 Rädern ausgestattet und einer automatischen Neigekinematik, die eine Rotation um eine Achse, parallel zur Fahrtrichtung so ermöglicht, dass in jedem Fahrzustand das restliche Kippmoment nahezu Null wird.
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Das erfindungsgemäße Fahrzeug weist zusätzlich eine 4 Rad Lenkung auf und kann sowohl vorwärts als auch rückwärts gleich schnell und sicher betrieben werden. Die Insassen sitzen gegenüber, durch die Neigetechnik sind Querkräfte eliminiert, die Gefahr einer Reisekrankheit dadurch auch für den Rückwärtsfahrenden minimiert.
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Statt eines Wendemanövers können die erfindungsgemäßen Fahrzeuge schnell die Fahrtrichtung umkehren, dazu passend die Spur wechseln und sich so schneller in den Verkehr einfädeln.
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In einer besonderen Ausführung sind die erfindungsgemäßen Fahrzeuge mit 4 elektrischen Radnabenmotoren ausgerüstet und werden elektrisch betrieben. Die Batterien befinden sich im Chassis zwischen den Rädern und unterhalb der Sitze und dazwischen liegt ein flacher Boden, der auf Höhe der Bordsteinkanten liegt, so dass ein praktisch ebenerdiger Zustieg vom Bürgersteig aus möglich ist.
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In einer bevorzugten Ausführung sind die Batterien auswechselbar und die Fahrzeuge nehmen bei niedrigem Energiezustand auf Anfrage zunächst nur noch Fahrstrecken an, die mit der Batteriekapazität auch erreichbar sind und fahren bei Unterschreiten eines definierten Minimalwertes automatisch an eine Batteriewechselstation. Zusätzlich oder alternativ sind alle Fahrzeuge in den Wartepositionen automatisch per Stecker mit dem städtischen Stromnetz verbunden und fungieren als Batteriepuffer zum Ausgleich von Netzbelastungsschwankungen (Regelenergie) und als Notstromaggregate. Aufgrund der Begrenzung und Spezialisierung des Mobilitätssystems auf je einen Innenstadtbereich, ist eine dazu passende Infrastruktur mit überschaubaren Mitteln zu installieren.
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Neben der Software und der Rechenkapazität zur Fahrzeugführung an Bord wird in einer besonderen Ausführung des Mobilitätssystems eine zentrale Recheneinheit vorgesehen die laufend alle bzw. die Mehrzahl aller Fahrten überwacht und auswertet und so laufende Optimierungen bei der Streckenführung vornehmen kann, wobei die Optimierungsziele nach beliebigen Kriterien wie kürzeste Fahrzeit, minimaler Energieverbrauch, lokale Streckenentlastung, Ausweichen von Hindernissen oder Umfahren lokaler Sonderveranstaltungen erfolgt.
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Um im vergleichsweise engen Innenraum ein subjektiv als positiv empfundenes Raumgefühl zu ermöglichen, ist der obere Teil des Fahrzeuges weitgehend verglast, so dass die Insassen einen freien Blick rundum haben. Um dennoch die bekannte Aufheizung durch Sonneneinstrahlung zu vermeiden, ist diese Verglasung aber von außen durch Einwegverspiegelung undurchsichtig. In einer weiteren Variante sind zusätzlich Teile der Verglasung mit LED, Oled oder anderen Displays versehen, die von innen durchsichtig sind und von außen Informationen oder Werbung einspielen.
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Die Fahrzeuge bestehen aus einem Chassis mit ebenem Boden zwischen den Rädern, die Passagiersitze befinden sich an den jeweiligen Enden, der Karosserieaufbau ist in der Mitte erhöht und besteht aus zwei Hälften, die aktuatorisch in Längsrichtung auseinandergefahren werden und so eine Öffnung in der Mitte freigeben, die den Zustieg und Ausstieg der Insassen ermöglicht.
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Die Benutzung des Mobilitätssystems durch den Passagier erfolgt nach folgendem Schema: Der Passagier öffnet seine spezielle Software auf dem Mobile Phone und gibt sein Wunschziel ein bzw. ruft es aus seiner Datenbank auf. Damit wird automatisch ein Ruf an die Zentrale aktiviert, seine Rufnummer, sein Standort und seine Bonität identifiziert und das nächste AI-Taxi sowie dessen Fahrzeit zur Aufnahme des Passagiers und die Fahrzeit zum Ziel berechnet und an den Passagier übermittelt. Außerdem wird ermittelt, ob die elektrische Energie in dem ausgewählten Fahrzeug ausreicht, um die Fahrt zu ermöglichen.
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Das ausgewählte AI-Taxi setzt sich in Bewegung und findet den Passagier, der seinen Standort dabei beliebig verändern kann – also nicht warten muss an einer z. B. unattraktiven Position. Sobald das AI-Taxi den Standort des Passagiers erreicht erfolgt eine Nachricht auf das Mobil Phone und parallel ein Signal außen am Fahrzeug, das Fahrzeug hält in der Nähe des Passagiers und öffnet die Karosserie.
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Beim Einsteigen des Passagiers wird nochmal die Identität des Passagiers geprüft und evtl. nicht autorisierte Insassen werden zurückgewiesen bzw. das AI-Taxi verweigert die Fahrt.
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Damit ist der z. B. in New York übliche „Taxi Raub” verhindert.
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Das AI-Taxi fährt nun je nach Lage des Ziels vorwärts oder rückwärts los und fädelt sich autonom in den Verkehr ein. Die Fahrstrecke wird sowohl vom Onboard-Rechner als auch von der Zentrale optimiert und überwacht.
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In einer weiteren Variante wird eine gepolsterte Sicherheitstraverse aktuatorisch an stabilen Fahrzeugstrukturen entlang zu je einem Insassen geführt, die Berührung wird sensorisch erkannt und die Sicherheitstraverse wir dann wenige Zentimeter zurück auf einen bequemen Abstand gefahren. Diese Traverse erfüllt die Aufgabe wie der Bauchgurt eines Sicherheitsgurtes und ist in einer weiteren Variante mit einem Airbag ausgerüstet. Ein Schultergurt ist nicht erforderlich, da sich vor jedem Insassen genügend Freiraum befindet, so dass ein Aufschlagen des Kopfes bei hohen Längsbeschleunigungen durch Unfälle nicht vorkommen kann.
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In einer alternativen Variante wird die Sicherheitstraverse nur über eine Kollisionsfrüherkennung aktiviert.
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Bei Erreichen des Ziels hält das erfindungsgemäße Fahrzeug am Straßenrand ohne eine Spur zu blockieren und öffnet den Ausstieg – der Passagier verlässt das Fahrzeug auf der Seite des Bürgersteiges und bekommt seine Abrechnung nach Hause per Mobilfunkrechnung. Der Leistungsbeleg ist das GPS Bewegungsprotokoll. Nach Verlassen des Fahrzeuges durch die Passagiere wird automatisch ein Foto mit Weitwinkelobjektiv vom gerade geleerten Innenraum angefertigt und archiviert, um im Falle von Vandalismus oder Verschmutzung den dafür verantwortlichen Passagier haftbar machen zu können.
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Das AI-Taxi fährt weiter entweder zum nächsten Kunden oder zum Batteriewechsel oder zu einer Halteposition, die einen Ladestecker aufweist oder wird im Stadtgebiet von der Zentralsoftware gesteuert so verteilt, dass statistisch gesehen Fahrzeiten zu der erwarteten Nachfrage je nach Uhrzeit, Saison, Messe oder anderer lokaler Randbedingungen minimal werden.
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Idealerweise wird das erfindungsgemäße Mobilitätsystem so umgesetzt, dass einzelne Gebiete, Teilgebiete oder Fahrtstrecken einer Stadt oder Gemeinde ausschließlich von diesem System bedient werden. Damit wird ein Maximum an Transportkapazität, Transportgeschwindigkeit, Umweltentlastung und Passagierkomfort erreicht. Da das System praktisch jede Transportaufgabe wahrnehmen kann, ist die vollständige Übernahme aller Mobilitätsanforderungen damit möglich. Für Fälle in denen mehr als zwei Passagiere befördert werden, können einfach mehrere AI-Taxis geordert werden.
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Für Sonderaufgaben wie Behindertentransport, sperrige Güter oder mehrere unmündige Passagiere plus Betreuer sind Sonderfahrzeuge vorgesehen, die andere Passagierraumgröße aufweisen, ansonsten aber kompatibel sind zu den erfindungsgemäßen AI-Taxi.
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Das System ist aber auch kompatibel für den Mischbetrieb mit konventionellen Fahrzeugen aller Art, also personengeführten Fahrzeugen, Bussen und Bahnen – allerdings ist der maximale Nutzen bzw. die maximale Transportleistung dann erreichbar, wenn in einem ausgewählten Gebiet bzw. auf einer ausgewählten Streckte das System ausschließlich eingesetzt wird.
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Zusätzlich zum Passagiertransport wird der Stadtverkehr zunehmend belastet durch Paketauslieferungen, da Internetkäufe immer weiter das konventionelle Shopping ersetzen. Gerade diese Lieferungen belasten den Verkehr, da diese Lieferfahrzeuge beim Stopp eine Spur komplett blockieren. Zusätzlich müssen wegen Nichterreichbarkeit des Adressaten oft mehrfache Lieferfahrten für nur eine Lieferung getätigt werden.
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Um dem zu begegnen wird das erfindungsgemäße Fahrzeug in einer besonderen Variante als Lieferfahrzeug genutzt, wobei statt der Sitze ein Boxensystem integriert wird, in dem die Paketsendungen gelagert werden. Per Mobilfunk prüft das System die Erreichbarkeit der Adressaten für eine fahrtechnisch sinnvolle Route, lädt das Fahrzeug entsprechend und fährt die Route ab. Mit genügend Vorziehzeit vor Erreichen eines jeden Adressaten wird der Kunde per Mobilfunk informiert und kann am Straßenrand per Mobilfunkcode seine Sendung entnehmen. Auch hier führt die Tatsache, dass beim Stopp zur Lieferung keine Spur blockiert wird zu einer großen Entlastung des Stadtverkehrs.
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Im Ergebnis entsteht durch das erfindungsgemäße Mobilitätssystem ein erheblicher Vorteil im Kosten/Nutzenverhältnis der Mobilität weil
- • Die Nutzung der vorhandenen Verkehrsflächen bzw. deren Transportleistungskennzahl (Personen km/h) bis zu einem Faktor 7 erhöht wird
- • Nach einer Anpassung der Verkehrswege auf dieses System, die mit sehr geringen Investitionskosten verbunden ist, auch Parkräume und Einbahnstraßenführungen angepasst und zu bidirektionalen Fahrbahnflächen umgewidmet werden können
- • Ampelschaltungen besser optimiert werden können
- • Der Nutzungsgrad der Fahrzeuge sich um ein mehrfaches erhöht und damit die spezifischen Kapitalbindungskosten sich analog reduzieren
- • Die Lebensdauer der Fahrzeuge und damit die Abschreibungskosten um einen Faktor 3–4 reduziert werden
- • Die direkten Fahrzeugkosten wegen der Spezialisierung und der damit erreichten Reduktion des Aufwandes und der ungenutzten oder selten genutzten Eigenschaften deutlich reduziert werden
- • Die Servicekosten deutlich sinken
- • Die Energiekosten, der Energieeinsatz und die Umweltbelastung deutlich sinken
- • Die Mehrfachnutzung der Batterie als Antrieb der Fahrzeuge und als Netzbalance die Kosteneffizienz erheblich verbessert
- • Die Kosten für die Energie zur Klimatisierung erheblich reduziert werden durch den verspiegelt Innenraum
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Zusätzlich zur Kostensenkung entstehen deutliche Vorteile in der Umweltbelastung und im Komfort weil
- • Die lokalen Emissionswerte am Fahrzeug völlig entfallen
- • Die Emissionen in den Elektrizitätswerken nicht relevant sind sondern wegen der zeitlichen Entkopplung von Energiebedarf und Zeitpunkt der Ladung die Ladevorgänge praktisch vollständig mit erneuerbarer Energie gespeist werden
- • Die Beiträge der Fahrzeugbatterien zur Netzbalance die Öko- und Eco-Bilanz verbessern
- • Lokale Wärme- und Geräuschemissionen entfallen
- • Die Verkehrssicherheit erhöht wird
- • Der Zeiteinsatz und der Verkehrsflächenbedarf für den Parkplatzsuchverkehr entfallen
- • Der Transportkomfort erheblich verbessert wird, weil die Vorteile der kollektiven Mobilität mit den Vorteilen der individuellen Mobilität verbunden werden
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Beschreibung der Skizzen:
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1 zeigt das Fahrzeug des erfindungsgemäßen Mobilitätssystems mit dem ebenen Boden 101 des Chassis, der Rahmenstruktur 102 und den Sitzstrukturen 103 und den Sitzschalen 104 sowie den Rädern 105. Die Radnabenmotoren und die Batterieboxen unter den Sitzen sind nicht dargestellt.
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2 zeigt das Fahrzeug mit einem Insassen 110 auf einem der Sitze.
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3 zeigt das Fahrzeug mit der Karosserie 120 im geschlossenen Zustand
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4 zeigt das Fahrzeug mit den Karosseriehälften 131 und 132 im geöffneten Zustand
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5 zeigt das Fahrzeug in geneigtem Zustand bei Kurvenfahrt sowie die das von außen sichtbare und von innen transparente Info Display 140
