Autonom und vernetzt

Welche Rolle spielt der Antriebsstrang künftig in Fahrzeugen?

„Kann die Evolutionstheorie von Charles Darwin auf die aktuelle Automobilentwicklung Anwendung finden?“, fragt sich Dr. Rolf Döbereiner, Vizepräsident von MAN Truck & Bus. Döbereiner ist langjähriger Experte im Bereich der Antriebstechnik und hat als Themenpate das VDI Themenradar Automobil im Oktober begleitet.

Bild: MAN Truck & BusDöbereiner_300 dpiAutonomes Fahren
„Ein Blick auf die Straßen zeigt, dass sich das Auto wie ein klassisches Rudeltier verhält: Es sammelt sich in Herden und bewegt sich bevorzugt als Kolonne vorwärts“, erklärt Döbereiner. „Wie geht die Evolution weiter?“ Die vor wenigen Wochen zu Ende gegangene IAA Nutzfahrzeuge in Hannover hatte unter anderem das autonome Fahren zum Thema. Auch artfremde Konzerne, wie beispielsweise Google, nehmen sich dieses Themas an. Vernetzte Fahrzeuge, die sich selbstständig den zeitlich optimalen und emmisionsärmsten Weg zum Ziel suchen, während der Fahrer möglicherweise im Internet chattet oder schon Büroarbeiten verrichtet, sind eine Vision, wie sie technisch heute schon weitgehend möglich ist. Beim Nutzfahrzeug würden sich unter dem Stichwort „Plattooning“ Lkws selbstständig mit kurzem Abstand hintereinander einreihen, senken durch die Fahrt im Windschatten den Kraftstoffverbrauch und entlasten den Fahrer von seinen Aufgaben als Fahrzeugführer. Gleichzeitig würde analog zum Vogelflug der erste Lkw regelmäßig abgetauscht, um die Bürde des Luftwiderstands gleichmäßig auf alle Kolonnenteilnehmer über die zurückgelegte Distanz aufzuteilen.

Rolle des Antriebsstranges
Die Umfrage des VDI Themenradars Automobil im Oktober, hat gefragt, wie die Öffentlichkeit die Rolle des Antriebsstrangs in zukünftigen (Nutz-)Fahrzeugen sieht. Dabei hat sich ergeben, dass 51,5 Prozent der Befragten der Meinung sind, dass die Rolle des Antriebsstrangs genauso wie heute bleiben wird und neue Assistenzsysteme zu besserer Effizienz im Antriebsstrang beitragen. Von einer höheren Relevanz des Antriebsstrangs und somit einer Steigerung der Anforderungen an die CO2-Effizienz, so dass ein optimiertes Gesamtsystem erforderlich sein wird, gehen 37,7 Prozent aus. Nur 10,8 Prozent der Teilnehmer der Umfrage sind überzeugt, dass die Rolle des Antriebsstrangs geringer sein wird und der Fokus auf Assistenzsystemen und elektrischer Antriebstechnik liegen wird.

Kraftstoffverbrauch und Emissionen reduzieren
„Das Umfrageergebnis zeigt, dass die Mehrheit der Teilnehmer davon ausgeht, dass der Antriebsstrang auch bei der zunehmenden Vernetzung von Fahrzeugen bis hin zum autonomen Fahren eine wichtige Rolle spielt“, erklärt Döbereiner. „Das ist auch meine Meinung: Vernetzung und fremdgesteuerte automobile Fortbewegung können ein Beitrag sein, den Kraftstoffverbrauch und damit CO2-Emissionen weiter zu senken. Ursächlich für die Emissionen ist jedoch die Energiebereitstellung – sei es aus fossilen Energieträgern im Verbrennungsmotor oder aus Kraftwerken, die den universellen Energieträger Strom erzeugen.“ Döbereiner ist davon überzeugt, dass der Aufbau und die Effizienz des Antriebsstrangs, der diese Energie wandelt und als mechanische Energie auf die Straße bringt, wichtig sind. Entscheidend für die ressourcenschonende Auslegung und Technologieauswahl ist auf der einen Seite das Einsatzprofil – und dieses ist durch Technologien wie dem autonomen und vernetzen Fahren beeinflussbar – als auch auf der anderen Seite die ganzheitliche Bewertung der Emissionen „Well-to-Wheel“, also von der Energiequelle bis zum Rad. „Und hier darf selbstverständlich auch der Energieaufwand für Infrastruktur, Vernetzung, Steuerung und Verkehrserfassung nicht vergessen werden“, so Döbereiner. „Zukünftige (Nutz-)Fahrzeuge werden demnach je nach Einsatzprofil unterschiedliche Antriebsstränge aufweisen. Die Zukunft liegt also bei einer breiten Diversifikation bezüglich der Effizienz optimierter Antriebsstränge, die auch Informationen aus dem Umfeld sinnvoll nutzen.“

Antriebsstrang ist wesentlicher Energieverbraucher
Der Antriebsstrang spielt hier als ein wesentlicher Energieverbraucher des Gesamtfahrzeugs eine tragende Rolle. Vorreiter in der Transporteffizienz ist heute das Nutzfahrzeug. Elektronisch geregelt, mit Informationen aus dem Fahrzeugumfeld wie Verkehrslage, Streckenverlauf und Streckenprofil gefüttert, zeigt es, dass ein Kraftstoffverbrauch von unter einem Liter Diesel pro 100 Kilometer und transportierte Tonne Nutzlast heute schon Stand der Technik ist. Die nach Euro VI-Norm qualifizierten Motoren emittieren dabei nur noch geringste Mengen an Rußpartikeln oder Stickoxiden. Das bedeutet, dass die Reinluft, die ein Euro VI-Lkw zum Beispiel in Peking ansaugen würde, mehr Stickoxide enthält, als dieser durch den Auspuff ausstößt. „Keep-on driving“ für eine bessere Umwelt?

Downsizing für mehr CO2-Effizienz
„Die Zukunft wird zeigen, dass auch hier die Entwicklung nicht stehen bleibt“, so Döbereiner. Elektro- und Hybridantriebe, konventionelle Motoren oder auch alternative Kraftstoffe eröffnen eine breite Varianz, die jeweils ihren Platz beziehungsweise Nische im Markt finden werden. „Der Motor, sei es E-Motor oder Verbrennungsmotor, das Getriebe und die Achsübersetzung müssen hier jeweils auf die spezifischen Anforderungen abgestimmt sein“, erklärt Döbereiner. Im Pkw-Segment führt das Streben nach höherer CO2-Effizienz zum Downsizing hin zu kleinen Hubräumen, geringen Zylinderzahlen und hoher Aufladung, immer häufiger unterstützt durch Elektromotoren. Diese kommen sowohl bei den Nebenaggregaten wie Kühlmittelpumpe, Lenkhelfpumpe oder Schmierstoffversorgung zum Einsatz als auch bei Hauptkomponenten wie elektrischen Abgasturboladern. Weitere Ausbaustufen sind dann die Integration von Elektromotoren in den Hauptdrehmomentfluss als Hybridantriebe, plug-in-Hybride bis hin zum reinen Elektrofahrzeug mit (oder auch ohne) Range Extender.

Zweites Bordnetz für LKW
Im schweren Lkw und Bus ist die Tendenz eine etwas andere: Aufgrund des im Vergleich zum Pkw hohen Leistungsbedarfs von Nebenaggregaten würde die reine Elektrifizierung hier im konventionellen Fahrzeug ein zweites Bordnetz mit höherer Spannungslage erfordern. Nachdem im Nutzfahrzeug als Investitionsgut an erster Stelle die Wirtschaftlichkeit neuer Technologien steht, muss sich jede Neuerung über eine Kraftstoffverbrauchseinsparung bezahlt machen. Die elektrische Unterstützung mechanischer Antriebe, wie zum Beispiel bei der elektro-mechanischen Überlagerungslenkung, sind deshalb der erste Schritt. Gleichzeitig schreitet auch hier die Hybridisierung voran. Studien zum Hybrid-Fern-Lkw, wie sie auf der IAA beispielsweise auf dem MAN-Stand zu sehen waren, zeigen den Weg auf, trotz zunehmendem Frachtverkehrsaufkommen die CO2-Emissionen ganzheitlich weiter zu senken.

Antriebsstrang bleibt im Fokus
Döbereiner fasst zusammen: „Die Trends der Zukunft erscheinen klar: Eine weitere Reduktion der Emissionen, eine Zunahme der Varianz im Antriebsstrang und eine immer diffizilere vorausschauende Regelung der Aggregate treibt uns voran. Der Antriebsstrang bleibt hier im Fokus der Entwicklung. Auf die nächsten Evolutionssprünge können wir uns also alle freuen.“
Die aktuelle Umfrage des VDI Themenradar Automobil im November befasst sich mit den Vertriebswegen der Elektromobilität und ist unter anderem auf www.vdi.de/autokat zu finden.

Jennifer_RittermeierAutorin: Jennifer Rittermeier
Position im VDI: Referentin PR/Öffentlichkeitsarbeit bei der VDI Wissensforum GmbH
Aufgabe im VDI: Presse- und Öffentlichkeitsarbeit

 

 

Bild: Thomas Ernsting / LAIFSimulation_Auto_bunt

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