Mensch und Maschine – Automatisiertes Fahren: Auswirkungen auf den Verbrennungsmotor
17.12.2015
Der Antriebsstrang ist das Herz eines jeden Fahrzeugs. Es wird viel von Sicherheits-, Effizienz- und Komfortgewinnen durch autonomes Fahren gesprochen. Doch welchen Einfluss hat autonomes Fahren auf existierende Architekturen und Komponenten? Welche Produkte profitieren am meisten von der Automatisierung und Konnektivität?
Motor: Verbrennungsmaschine oder Hybrid
Heutige Verbrennungsmotoren bieten weiterhin ein signifikantes Potenzial zur Effizienzsteigerung, durch z. B. Minimierung der Reibverluste, Optimierung der Verbrennungsstrategien oder Nutzung der Verlustwärme. All diese Technologien dienen dem Zweck der Optimierung des transienten Betriebes. Der transiente Betrieb, auch Elastizität oder Teillast, ist bei vielen Motoren der ineffiziente Betriebsbereich. Diesen gilt es, entweder effizienter zu gestalten oder zu minimieren. Genau darauf zielen Autonomes Fahren und Konnektivität ab. Der Motor und der gesamte Antriebsstrang werden dahingehend verknüpft und mit Informationen versorgt, dass die nächsten Fahrzustände antizipiert werden können. Dies führt wiederrum zu einer Verkürzung von transienten Betriebszuständen und einem schnelleren Erreichen eines optimalen Betriebspunkts im Motorkennfeld.Gerade auch bei hybriden Antriebssträngen wird der Verbrennungsmotor mehr und mehr auf wenige Betriebszustände hin optimiert. Langfristig führt dies zu Verbrennungsstrategien, wie z. B. reiner Miller-Zyklus und invertierten Atkinson-Zyklen sowie Motorauslegungen, die denen eines stationären Motors ähneln.
Der Verbrennungsmotor muss also langfristig gesehen weniger dynamische Lastzustände abdecken, da dies immer mehr durch elektrische Traktion oder gar durch Minimierung der Teillast abgedeckt wird.Die Nebenaggregate: Von Turboladern bis Wasserpumpen
Was bedeuten diese Entwicklungen nun für die Nebenaggregate und die Zulieferer? Im ersten Moment vermag man zu denken, dass keine Auswirkungen auf diese Verbraucher zukommen. Langfristig gesehen wird es allerdings doch wichtige Effekte auf die Komplexität, Aktuatorik und Steuerungsintelligenz geben. Elektrische Traktion kann z. B. entweder über einen riemengetriebenen Starter-Generator, einen elektrischen Verdichter oder z. B. eine Traktionsmaschine übertragen werden. Heute übernehmen deren Aufgabe teilweise ein- oder mehrstufige Turbolader. Eine Redundanz wird natürlich nicht angestrebt. Das bedeutet, dass die Integration eines elektrischen Verdichters die Komplexität und den Wirkungsbereich mechanischer Turbolader tendenziell verringert.Damit durch Antizipation der nächsten Betriebszustände auch Funktionen wie Thermomanagement optimiert werden können, ist eine „demand-driven“ Funktion notwendig. Das führt logischerweise nicht nur zu einer höheren Durchdringung von elektrischen Zusatz- und Hauptwasserpumpen, sondern auch zu einer höheren „on-board“ Intelligenz oder sogar Thermomanagement-Modulen. Auch hier nimmt die Gesamtkomplexität tendenziell eher zu.Aber nicht nur traditionelle Zulieferer können von diesen Entwicklungen profitieren. Besonders die Unternehmen, die auf Software, Steueralgorithmen und -geräte konzentriert sind, werden von Automatisierung und Konnektivität profitieren. Schlegel und Partner geht von einem wertmäßigen Anteil von Software und Steuerungskomponenten von bis zu 60 % am Gesamtmehrwert durch autonomes Fahren und Konnektivität aus.Neue Technologien: Waste Heat Recovery
Doch nicht nur existierende Komponenten sind von den genannten Entwicklungen betroffen. Es öffnen sich auch Möglichkeiten für neue Technologien, wie z. B. Waste Heat Recovery Systeme, die besonders von höheren Automatisierungsstufen profitieren. Waste Heat Recovery zielt auf die Umwandlung von Abwärme in Traktion oder elektrische Energie ab. Diese können durch verschiedene Systeme wie z. B. Organic Rankine Cycle-Systeme oder Thermoelektrische Generatoren realisiert werden. Diese Technologien werden wir in unserem nächsten Newsletter genauer untersuchen.Ausblick
Autonomes Fahren und Konnektivität steigern also tendenziell die Komplexität von existierenden Komponenten oder eröffnen Möglichkeiten für innovative neue Systeme.
Die Komplexität wird hauptsächlich durch flexiblere und komplexere Steuerungssoftware und -algorithmen geregelt. Diese stärkere Bedeutung von Mechatronik stellt für viele mittelständische Zulieferer ein Problem dar. Bei diesen Fragestellungen kann Schlegel und Partner Sie kompetent begleiten, um Ihr Geschäft auch langfristig zu steigern. Falls Sie weitere Fragestellungen zu unserer Newsletter Reihe „Connectivity und Automatisiertes Fahren“ haben, stehen wir gerne zur Verfügung.© Schlegel und Partner 2015
Heutige Verbrennungsmotoren bieten weiterhin ein signifikantes Potenzial zur Effizienzsteigerung, durch z. B. Minimierung der Reibverluste, Optimierung der Verbrennungsstrategien oder Nutzung der Verlustwärme. All diese Technologien dienen dem Zweck der Optimierung des transienten Betriebes. Der transiente Betrieb, auch Elastizität oder Teillast, ist bei vielen Motoren der ineffiziente Betriebsbereich. Diesen gilt es, entweder effizienter zu gestalten oder zu minimieren. Genau darauf zielen Autonomes Fahren und Konnektivität ab. Der Motor und der gesamte Antriebsstrang werden dahingehend verknüpft und mit Informationen versorgt, dass die nächsten Fahrzustände antizipiert werden können. Dies führt wiederrum zu einer Verkürzung von transienten Betriebszuständen und einem schnelleren Erreichen eines optimalen Betriebspunkts im Motorkennfeld.Gerade auch bei hybriden Antriebssträngen wird der Verbrennungsmotor mehr und mehr auf wenige Betriebszustände hin optimiert. Langfristig führt dies zu Verbrennungsstrategien, wie z. B. reiner Miller-Zyklus und invertierten Atkinson-Zyklen sowie Motorauslegungen, die denen eines stationären Motors ähneln.
Der Verbrennungsmotor muss also langfristig gesehen weniger dynamische Lastzustände abdecken, da dies immer mehr durch elektrische Traktion oder gar durch Minimierung der Teillast abgedeckt wird.Die Nebenaggregate: Von Turboladern bis Wasserpumpen
Was bedeuten diese Entwicklungen nun für die Nebenaggregate und die Zulieferer? Im ersten Moment vermag man zu denken, dass keine Auswirkungen auf diese Verbraucher zukommen. Langfristig gesehen wird es allerdings doch wichtige Effekte auf die Komplexität, Aktuatorik und Steuerungsintelligenz geben. Elektrische Traktion kann z. B. entweder über einen riemengetriebenen Starter-Generator, einen elektrischen Verdichter oder z. B. eine Traktionsmaschine übertragen werden. Heute übernehmen deren Aufgabe teilweise ein- oder mehrstufige Turbolader. Eine Redundanz wird natürlich nicht angestrebt. Das bedeutet, dass die Integration eines elektrischen Verdichters die Komplexität und den Wirkungsbereich mechanischer Turbolader tendenziell verringert.Damit durch Antizipation der nächsten Betriebszustände auch Funktionen wie Thermomanagement optimiert werden können, ist eine „demand-driven“ Funktion notwendig. Das führt logischerweise nicht nur zu einer höheren Durchdringung von elektrischen Zusatz- und Hauptwasserpumpen, sondern auch zu einer höheren „on-board“ Intelligenz oder sogar Thermomanagement-Modulen. Auch hier nimmt die Gesamtkomplexität tendenziell eher zu.Aber nicht nur traditionelle Zulieferer können von diesen Entwicklungen profitieren. Besonders die Unternehmen, die auf Software, Steueralgorithmen und -geräte konzentriert sind, werden von Automatisierung und Konnektivität profitieren. Schlegel und Partner geht von einem wertmäßigen Anteil von Software und Steuerungskomponenten von bis zu 60 % am Gesamtmehrwert durch autonomes Fahren und Konnektivität aus.Neue Technologien: Waste Heat Recovery
Doch nicht nur existierende Komponenten sind von den genannten Entwicklungen betroffen. Es öffnen sich auch Möglichkeiten für neue Technologien, wie z. B. Waste Heat Recovery Systeme, die besonders von höheren Automatisierungsstufen profitieren. Waste Heat Recovery zielt auf die Umwandlung von Abwärme in Traktion oder elektrische Energie ab. Diese können durch verschiedene Systeme wie z. B. Organic Rankine Cycle-Systeme oder Thermoelektrische Generatoren realisiert werden. Diese Technologien werden wir in unserem nächsten Newsletter genauer untersuchen.Ausblick
Autonomes Fahren und Konnektivität steigern also tendenziell die Komplexität von existierenden Komponenten oder eröffnen Möglichkeiten für innovative neue Systeme.
Die Komplexität wird hauptsächlich durch flexiblere und komplexere Steuerungssoftware und -algorithmen geregelt. Diese stärkere Bedeutung von Mechatronik stellt für viele mittelständische Zulieferer ein Problem dar. Bei diesen Fragestellungen kann Schlegel und Partner Sie kompetent begleiten, um Ihr Geschäft auch langfristig zu steigern. Falls Sie weitere Fragestellungen zu unserer Newsletter Reihe „Connectivity und Automatisiertes Fahren“ haben, stehen wir gerne zur Verfügung.© Schlegel und Partner 2015