Entwicklungsdienstleister und Zulieferer sind ein wesentlicher Teil der automobilen Wertschöpfungskette. Wie der VDA in Kooperation mit dem Beratungsunternehmen Stahl Automotive Consulting im Rahmen einer Studie für den Engineering-Bereich ermittelt hat, wird das Auftragsvolumen für die Entwicklung von Fahrzeugen und Fahrzeugtechnologien im Jahr 2030 mit rund 29 Milliarden Euro pro Jahr deutlich höher liegen als noch 2019 mit 20,5 Milliarden Euro.

Entwicklungsdienstleister und Zulieferer sind ein wesentlicher Teil der automobilen Wertschöpfungskette. Wie der VDA in Kooperation mit dem Beratungsunternehmen Stahl Automotive Consulting im Rahmen einer Studie für den Engineering-Bereich ermittelt hat, wird das Auftragsvolumen für die Entwicklung von Fahrzeugen und Fahrzeugtechnologien im Jahr 2030 mit rund 29 Milliarden Euro pro Jahr deutlich höher liegen als noch 2019 mit 20,5 Milliarden Euro. Allerdings hat diese Betrachtung einen Schönheitsfehler, basiert die Analyse doch auf Zahlenwerten, die noch vor der aktuellen Covid-19-Krise erhoben worden sind. Abhängig von der Dauer der Krise werden sich diese Perspektiven zumindest kurz- und mittelfristig eintrüben, da aktuell die F&E-Budgets bei vielen Auftraggebern gekürzt werden.

Dennoch sieht der VDA einen langfristigen Trend: Insbesondere durch perspektivisch steigende Vergabeumfänge bei der Serienentwicklung von Fahrzeugen und der Entwicklung neuer Technologien entstehen weitere Umsatzpotenziale, verbunden mit einem Anstieg des Gesamtmarkts bis 2030 um 40 Prozent gegenüber dem Vorkrisenjahr 2019. Auch wenn es in der Studie nicht explizit untersucht wurde, dürfte dasselbe zumindest qualitativ auch für die Zulieferer gelten, sind die Innovationstreiber hier doch nahezu identisch – unter anderem die Elektrifizierung des Antriebs, autonomes Fahren, Infotainment und zusätzliche Anforderungen an die Soft- und Hardware im Fahrzeug.

Um vom Marktwachstum profitieren und sich im immer härteren Wettbewerb behaupten zu können, gilt es für Unternehmen schon jetzt, die richtigen Weichen für den Geschäftserfolg der Zukunft zu stellen. Mit spannenden Fachartikeln und Interviews geben wir in der diesjährigen Ausgabe des OEM Supplier wieder einen Einblick, welche Trendthemen wichtige Dienstleister und Zulieferer dabei besetzen. Ich wünsche Ihnen eine anregende Lektüre und bedanke mich bei allen Autoren für ihre Mitarbeit. Wenn Ihnen die aktuelle Ausgabe gefallen hat, kann ich Ihnen heute bereits zusagen, dass wir für das Jahr 2021 wieder eine Ausgabe des OEM Supplier planen. Ich lade Sie herzlich ein, als Autor mitzuwirken.

Editorial OEM 2020

OEM Supplier

Elektronik

» Offener Kontext  steigert Komplexität «

Automatisiertes Fahren ist mehr, als Autos und Radfahrer zu erkennen und gemäß den Verkehrsregeln zu navigieren. Mit welchen Tücken sich Entwickler im Alltag beschäftigen und wie automatisierte Fahrfunktionen sicher auf die Straße gebracht werden können, erläutert M.Sc. Jochen Breidt, verantwortlich für das Business Development des Geschäftsfelds Highly-Automated Driving bei der ITK Engineering GmbH.

Das automatisierte Fahren stockt derzeit etwas an der Schwelle von Level 2 (teilautomatisiertes Fahren) zu Level 3 (hochautomatisiertes  Fahren). Warum?

Mit dem selbstständigen Führen des Fahrzeugs und der Übernahme der Fahrverantwortung ab Level 3 steigt die Komplexität von automatisierten Systemen stark an, ebenso der Entwicklungsaufwand. Ab Level 4 wird es noch einmal schwieriger. Dann sollen die automatisierten Systeme in der festgelegten Umgebung dauerhaft sicher die Fahrzeugführung übernehmen. Das heißt aber auch, dass sie regionale Unterschiede und zeitliche Entwicklungen verarbeiten müssen. Beispielsweise müssen sie kostümierte Personen in der Faschingszeit oder Kühe auf der Fahrbahn genauso zuverlässig detektieren wie neuartige oder seltene Fahrzeuggattungen wie etwa Segways oder E-Scooter. Dieser offene Kontext steigert die Komplexität nochmals. Meiner Meinung nach ist die Komplexität des Themas leicht zu unterschätzen – inklusive der Gesetzgebung und Homologation.

Wie stark erhöht sich die  Komplexität der Systeme?

Hoch- und vollautomatisierte Fahrzeuge benötigen mehr Sensoren und Rechenleistung, um die Fahrzeugumgebung vollständig zu erfassen, in Echtzeit ein Abbild der Umgebung zu erstellen und daraus eine Fahrentscheidung zu  treffen. Die für Level 4 benötigte  Rechenleistung ist etwa um den Faktor 40 höher als bei teilautomatisierten Fahrfunktionen nach Level 2.

Was bedeutet das für einen  Systementwickler?

Entwickler benötigen für die hohe  Komplexität und den offenen Kontext ein ungleich besseres Verständnis des Systemverhaltens. Wir müssen beispielsweise erkennen, welche Szenarien ein automatisiertes Fahrsystem in welchem Umgebungskontext beherrschen und anwenden muss.

Und was bedeutet es für  die Validierung der Systeme?

Eine kritische Fehlerquelle sind ungültige Annahmen, die im Zuge des Entwicklungsprozesses beim Übergang von einer Abstraktionsebene zur nächst detaillierteren getroffen werden. Hier können falsche Annahmen zu einem Systemversagen führen. Solche fehlerhaften Annahmen sind statistisch leider so gut wie nicht nachweisbar, da man dafür mehrere Millionen Testkilometer als Bezugsrahmen bräuchte. Aus unserer Sicht sollte deshalb die Prüfung dieser Annahmen bereits in der Entwicklung adressiert werden.

Welche Eigenschaften sollte eine gute Validierung heute aufweisen?

Unserem Verständnis nach ist ein durchgängiger und systematischer Entwicklungsansatz unabdingbar, der das Systemdesign und die Validierung in einem iterativen Prozess vereint. Wichtig ist, dass neue Erkenntnisse direkt in die nächsten Iterationsschleifen wieder einfließen, um eine kontinuierliche Verbesserung zu erreichen. Im Modell des V-förmigen Entwicklungsprozess verschiebt sich damit sehr viel Absicherungsaufwand von der rechten auf die linke Seite des V.

Wird es in Zukunft noch reale  Fahrtests geben?

Unbedingt, Fahrtests sind zur Absicherung essenziell, da man nur so neue Erkenntnisse aus der realen Welt gewinnen kann, die man bei der theoretischen Analyse vielleicht gar nicht bedacht hat. Allerdings reichen Fahrtests allein nicht mehr aus. Um die Reproduzierbarkeit garantieren zu können, braucht es zusätzlich virtuelle Tests.

Welche Dienstleistungen und  Lösungen bietet die ITK ihren Kunden für das automatisierte/autonome Fahren an?

Wir verstehen uns als System- und Lösungslieferant für kundenspezifische Aufgabenstellungen. Unser Fokus liegt auf der Beratung und Entwicklung von individuellen Softwarelösungen, basierend auf unserer umfangreichen  Methoden-Expertise.

Ein großer Vorteil ist unser „White-Box-Modell“. Wir übergeben die IP und die vollständigen Nutzungsrechte der Softwarelösungen immer an den Kunden. Das bedeutet für ihn erstens eine maßgeschneiderte Lösung, zweitens kann er sie bei Bedarf gerne selbst weiterentwickeln. Im Vergleich dazu sind standardisierte Produkte für die Kundenanforderungen oft nicht passend.

Welche Schwerpunkte setzt ITK  innerhalb des automatisierten  Fahrens?

Erstens durchgängige Engineeringmethoden zur Beherrschung der Komplexität im gesamten Entwicklungsprozess, von den ersten Überlegungen bis zum fertigen System. Zweitens individuelle Softwarelösungen. Wir führen mit dem Kunden gemeinsam eine Anforderungsanalyse durch, bearbeiten eigenständig das Softwaredesign inklusive Implementierung und Absicherung, bis wir dem Kunden seine maßgeschneiderte Softwarelösung übergeben.

Welcher Kundenkreis fragt denn  eher ihre Dienstleistungen nach?  Die OEMs oder große/mittlere  Zulieferer?

Wir unterstützen etablierte OEMs, Start-Up-Fahrzeughersteller und Zulieferer gleichermaßen. Schwerpunkt sind allerdings die Fahrzeughersteller. Geographisch bewegen wir uns hauptsächlich in Europa, auch wenn wir inzwischen mit Niederlassungen in den USA und Japan aktiv sind.

Wieviel Mitarbeiter arbeiten gegenwärtig an Projekten zum autonomen Fahren?

Die ITK hat weltweit aktuell 1 300  Mitarbeiter, davon sind etwa 200 mit Projekten zum automatisierten Fahren befasst.

Wie autonom fährt Ihr Auto?  Wie oft nutzen Sie diese Funktionen?

Mein Pkw kann etwa 20 bis 30  Sekunden selbstständig fahren und nach Betätigen des Blinkers den  Spurwechsel auf der Autobahn eigenständig durchführen. Ich nutze diese Funktionen gerne, um einerseits zu entspannen und andererseits Potenziale für ihre weitere Optimierung zu  entdecken.

Hohe Komplexität und Unsicherheit im offenen Kontext erfordern neue Entwicklungs- und Validierungsansätze. 

Von der Idee bis zur Lösung – je nach Kundenwunsch unterstützt ITK Engineering entlang des V-Modells.

M.Sc. Jochen Breidt (38) studierte an der Hochschule Mannheim Informationstechnik mit Fokus auf Embedded Systeme, Signalverarbeitung sowie Kommunikationstechnik. Seit 2012 arbeitet er für den Entwicklungsdienstleister ITK Engineering und verantwortet seit letztem Jahr das Business Development des Geschäftsfelds Highly-Automated Driving.

ITK - Interview

<a href="http://M.Sc">M.Sc</a>. Jochen Breidt (38)

studierte an der Hochschule Mannheim Informationstechnik mit Fokus auf  Embedded Systeme, Signalverarbeitung sowie Kommunikationstechnik. Seit 2012 arbeitet er für den Entwicklungsdienstleister ITK Engineering und verantwortet seit letztem Jahr das  Business Development des Geschäftsfelds Highly-Automated Driving.

Fahrerassistenzsysteme / Automatisiertes Fahren

Kfz-Elektronik

Je mehr Funktionen im Fahrzeug von Software übernommen werden, desto wichtiger wird funktionale Sicherheit. Die steigende Komplexität der E/E-Architekturen ist eine weitere Herausforderung in der Entwicklung sicherer Software. Eine bewährte und zuverlässige Basissoftware ist dabei für den Erfolg entscheidend. TÜV SÜD hat die AUTOSAR-Softwareprodukte von ETAS auf ihre Eignung für den sicheren Einsatz in ISO 26262 ASIL-D-Anwendungen geprüft – und ihre Konformität bestätigt.

Funktionale Sicherheitsnormen wie ISO 26262 konzentrieren sich auf Maßnahmen zur Abwehr von Gefahren, die durch fehlerhafte E/E-Systeme verursacht werden. Diese Maßnahmen umfassen Indikatoren zur Qualifizierung von Soft- und Hardware. Aber reichen diese Indikatoren aus, damit OEMs und Tier 1s die Sicherheit ihrer Systeme qualifizieren können? Die Antwort lautet: sicherlich nicht, und das aus guten Gründen.

Komplexität beherrschen,  Zeit und Geld sparen

Betrachtet man ein durchschnittliches, modernes Oberklassefahrzeug, so kann dessen Software leicht bis zu hundert Millionen Zeilen Code erreichen, mehr als das Vierfache der gesamten Software in einem F-35 Fighter-Jet von 2013. Angetrieben durch Elektrifizierung und autonomes Fahren sind die OEMs zu einer beispiellosen Welle von Veränderungen der E/E-Fahrzeugarchitekturen gezwungen. Diese Änderungen schmälern jedoch nicht das Sicherheitsbedürfnis der Fahrzeugnutzer. Im Gegenteil – die Verantwortung, die elektronische Systeme übernehmen, wird immer größer. Eine sichere Funktion ist daher essenziell.

Sicherheitsanforderungen über alle Systeme im Fahrzeug hinweg erfordern eine klare Strategie sowie Komponenten, die durch ihr Design sicher sind. Sicherheitsnormen definieren, was zu tun ist, sagen aber nicht wie. Hier können zertifizierte Komponenten helfen, den Aufwand zu reduzieren und die Strategie für eine größere Systemqualifikation zu unterstreichen.

Darüber hinaus stellen die immer kürzeren Entwicklungszyklen für Plattformen und der steigende Kostendruck die Automobilhersteller vor neue Herausforderungen. Jeder einzelne Prozessschritt, von der Beschaffung über die Software-Entwicklung bis zur Produktion, steht aus diesem Grund immer wieder auf dem Prüfstand. Implementierung, Review und Auditierung sicherheitsrelevanter Software ist eine sehr teure, aufwendige und dennoch unvermeidliche Aufgabe. Aus diesem Grund ist es in vielen Fällen wichtig, auf bereits zertifizierten Komponenten aufzusetzen.

Um Kunden bei der Entwicklung sicherheitsgerechter Systeme zu unterstützen, hat ETAS TÜV SÜD beauftragt, die AUTOSAR-Basissoftware RTA-BSW zu überprüfen. TÜV SÜD ist eine weltweit führende technische Service-Organisation und anerkannter Vertrauenspartner im Bereich der funktionalen Sicherheit. Die Überprüfung umfasste die Bewertung auf Konformität mit der Zertifizierung nach dem TÜV SÜD Smart Software Program einschließlich der Konformität mit den Anforderungen an die funktionale Sicherheit.

RTA-BSW wurde hinsichtlich seiner Qualitäts- und Sicherheitseigenschaften bewertet:

<ul><li> allgemeines Sicherheitsmanagement</li><li> Software-spezifische Anforderungen in Bezug auf den Umfang der Software-Deliverables</li><li> Software-Entwicklungsprozess.</li></ul>

Der Umfang des Projekts umfasste mehrere Sicherheitsnormen, um Pkws, Motorräder, Lkws und Off-Highway- Maschinen abzudecken. Bei der Konformitätsbewertung wurden die folgenden Sicherheitsnormen verwendet:

Zusammenfassend zeigte die Bewertung, dass RTA-BSW die geltenden Anforderungen des TÜV SÜD Smart Software Program einschließlich des Moduls funktionale Sicherheit erfüllt. Ein großer Erfolg für das RTA-Team von ETAS in Großbritannien, Deutschland und Italien. ETAS-Kunden steht durch RTA-BSW somit eine Basis zur Erfüllung hoher Sicherheitsanforderungen zur Verfügung.

Die Automobilindustrie erlebt derzeit zahlreiche Veränderungen, die jeden einzelnen Schritt im Entwicklungsprozess der Automotive Software betreffen. Besonderer Schwerpunkt liegt dabei auf sicherheitsrelevanter Embedded Software. Der dringende Bedarf an neuen Einsparungen schafft die Notwendigkeit, sich auf differenzierende Faktoren zu konzentrieren und für die anderen Bereiche Standardkomponenten, wie beispielsweise AUTOSAR-Plattformen, einzusetzen. ETAS sorgt hierbei mit zertifizierten AUTOSAR-Basissoftware-Produkten für höchste Sicherheitsanforderungen, sodass ETAS-Kunden die anstehenden Herausforderungen erfolgreich meistern können.

RTA-BSW enthält alles, was Kunden für funktional sichere Anwendungen benötigen.

ETAS - Hauptartikel

RTA-BSW ist die serienreife AUTOSAR-Classic-Basissoftware von ETAS und Kern des RTA Classic-AUTOSAR-Produktportfolios RTA-CAR. Die Software enthält die Erfahrung von mehr als 20 Jahren Einsatz im Automobil mit fast zwei Milliarden ECUs, die bisher ohne Fehler im Feld im Einsatz auf der Straße sind. RTA-BSW unterstützt AUTOSAR-R4.x-Funktionen und besteht aus einem umfassenden Satz von AUTOSAR-Stacks (Sammlung von Modulen), wie Kommunikation, Speicher, Diagnose und Sicherheit. Die Module der Basissoftware ermöglichen zentrale ECU-Kommunikationsfunktionen, die allgemein als gemeinsame Grundlage für die Entwicklung spezifischer Fahrzeugfunktionen angesehen werden.

Jonathan Manktelow ist Projektmanager für die Safety-Zertifizierung bei ETAS Ltd. in York, Großbritannien.

Safety / Security

Erweiterte Diagnose für  „erweiterte Fahrzeuge“

Funktionserweiterungen von Fahrzeugen werden künftig verstärkt durch die Vernetzung mit der Daten-Cloud des Internets der Dinge realisiert. Mit der resultierenden Komplexität steigt auch der Diagnoseaufwand, um Probleme richtig zu analysieren und beheben zu können. Die ServiceXpert Gesellschaft für Service-Informationssysteme mbH zeigt im Folgenden die Herausforderungen und gibt Lösungsansätze.

Angesichts zunehmend verteilter Fahrzeugfunktionalität im sogenannten Extended Vehicle wird es immer wichtiger, auch Fahrzeugdiagnose „erweitert“ zu begreifen. In der Welt der vernetzten Fahrzeuge wird der Kunde eben diese Vernetzung als Teil der Fahrzeugfunktion begreifen. Vernetzungsbedingte Probleme werden demzufolge als Probleme des Fahrzeugs eingestuft und damit der Werkstatt zugewiesen.

Die Vielfalt neuer Funktionen im Fahrzeug, die sich die Verfügbarkeit von wichtigen Informationen im „Netz“ zu Nutze macht, reicht von Komfortfunktionen für den Fahrer (Navigationssysteme, Informationssysteme) über Fahrer-assistenzsysteme bis – in naher Zukunft – hin zur direkten verkehrsunterstützenden Kommunikation zwischen mehreren Fahrzeugen.

Das Fahrzeug als Summe seiner Fahrfunktionen verlässt damit seinen physischen Rahmen. Es wird erweitert auf seine virtuelle, computer-, server-, cloud- oder ganz allgemein netzwerk-gestützte Umgebung. Die Automobilindustrie definiert dazu den Begriff des Extended Vehicle (kurz: ExVe, ISO 20077/78/80), der ein Fahrzeug beschreibt, dessen Funktionalität zu einem gewissen Teil außerhalb des Fahrzeugs umgesetzt ist.

Erweiterte Fahrzeuge und virtuelle Steuergeräte

Das Fahrzeug wird „erweitert“, indem es über eine Funkschnittstelle („Over-the-Air“) mit dem Internet der Dinge („Internet of Things“) verbunden ist, in dem ein wie auch immer gearteter Teil der Fahrzeugfunktionalität bereitgestellt wird. Dieser Teil verhält sich für das Fahrzeug wie ein oder mehrere weitere, wenn auch virtuelle Steuergeräte.

Virtuelle Steuergeräte, die sich aktiv am Fahrverhalten beteiligen, dazu zählen zum Beispiel Fahrerassistenzfunktionen mit Live-Datenversorgung oder neue Ansätze zur Fahrzeug-zu-Fahrzeug-Kommunikation, liegen in der Regel in den Händen – und in der Kommunikationsschicht – des Fahrzeugherstellers.

Im Markt schnell hinzufügbarer Apps, wie der Kunde sie von seinem Smartphone her gewohnt ist, sollen auch zunehmend Apps für Fahrzeuge angeboten werden. Dementgegen muss dem Fahrzeughersteller jeglicher Zugriff von außen direkt auf das Fahrzeug suspekt sein, denn er ist dafür verantwortlich, dass über die Zugriffsschnittstelle kein Schaden verursacht werden kann, und letztlich haftbar, wenn der Schaden tatsächlich geschehen sollte.

Das Prinzip des Extended Vehicle sieht daher vor, dass Over-the-Air-Zugriffe auf ein Fahrzeug niemals direkt, sondern ausschließlich über einen abgesicherten Backend-Server, der vom Hersteller bereitgestellt und verwaltet wird, erfolgen. Auf diese Weise verbleiben die Hoheit über Daten, Zugriff auf das Fahrzeug und Zugangskontrolle in den Händen des Fahrzeugherstellers.

Bei derart vernetzten Funktionen wird es für alle Beteiligten – Fahrer, Werkstatt und Fahrzeughersteller – eminent wichtig, frühzeitig zu erkennen, ob der  Ausfall einer vernetzungsgestützten Funktion tatsächlich auf ein Fahrzeugproblem zurückzuführen ist oder auf einen vom Fahrzeug unabhängigen Ausfall der Kommunikationsstrecke. Unabhängig davon, ob das vorliegende Problem trivial zu sein scheint oder zu einem schwerwiegenden Eingriff in die Verkehrssicherheit geführt hat, muss die Ursache für ein Problem schnellstmöglich lokalisiert werden können.

Um mit den etablierten Mitteln der Fahrzeugdiagnose die dazu benötigte End-to-End-Diagnose ausführen zu können, müssen auch virtuelle Steuergeräte Fehlerinformationen im benötigten Umfang liefern. Alle beteiligten Komponenten müssen auffällige Ereignisse innerhalb der Komponente und insbesondere auch an der Schnittstelle zu ihren Nachbarkomponenten in einem standardisierten Format aufzeichnen.

Für die Feststellung von Verantwortlichkeit und Haftbarkeit für ein derart entstandenes Problem muss der Vergleich von Aufzeichnungen aller beteiligten Komponenten von jeder Seite aus durchführbar sein. Daher muss für den verlässlichen und allseits akzeptierten Abgleich von Aufzeichnungen mehrerer Komponenten ein standardisiertes Verfahren erarbeitet und bereitgestellt werden.

Man muss sich vor Augen führen, dass virtuelle Steuergeräte und erweiterte Fahrzeuge das ohnehin vorhandene Problem der Diagnose verteilter Funktionen noch um ein Vielfaches verschärfen. Die Diagnose verteilter Funktionen im Fahrzeug setzt bereits heute umfassendes Expertenwissen über Symptombilder und deren Auswertung voraus, die sich aus den Daten mehrerer Steuergeräte ableiten lassen. Im erweiterten Fahrzeug sind nun noch mehr Funktionsbeteiligte zu berücksichtigen – und Expertenwissen über Symptombilder gibt es so gut wie gar nicht.

Auch wenn wir heute vielleicht noch nicht genau wissen, wie wir die massenhafte Flut von Daten bewältigen und sinnvoll auswerten können, müssen wir sicherstellen, dass die Daten überhaupt entstehen. Es wäre fatal, wenn wir in ein paar Jahren den „goldenen Algorithmus“ finden würden und die dann seit heute bereits zahlreich in den Markt eingeführten virtuellen Steuergeräte und erweiterten Fahrzeuge diesen Algorithmus nicht unterstützen.

Die Ingenieure der ServiceXpert Gesellschaft für Service-Informationssysteme mbH, die seit über zwei Jahrzehnten Diagnose als ganzheitlichen Ansatz von der Entwicklung bis in den After-Sales-Bereich verfolgen, haben bereits vor einigen Jahren eine Check-Liste zu dieser Thematik vorgestellt, mit der Komponenten und Applikationen von verschiedenen Beteiligten, vom Fahrzeug bis zu den Servern und vom Hersteller bis zu den Applikationsentwicklern, auf deren Tauglichkeit für diese Herausforderung geprüft und eine Roadmap zur Erreichung der angestrebten Ziele erstellt werden kann. Diese Check-Liste wird kontinuierlich erweitert und an die sich ändernden und erweiternden technischen Möglichkeiten und Herausforderungen angepasst. W

ServiceXpert Gesellschaft für Service-Informationssysteme mbH

<a href="http://www.servicexpert.de">www.servicexpert.de</a>

Dr. Roman Cunis ist Leiter des  Diagnose-Center der ServiceXpert GmbH in Hamburg.

„Missverständnis“ in der Fahrzeug-zu-Fahrzeug-Kommunikation: Die Abbildung deutet einen „Bug“ in der Fahrzeug-zu-Fahrzeug-Kommunikation an, der eine fatale Fehleinschätzung im Kollisionswarnsystem zur Folge hat.

Extended Vehicle mit abgesicherter Verbindung über OEM-Server. 

ServiceXpert - Hauptartikel

Elektromobilität

Mobilität

Messtechnik, Testlösungen, Diagnose

Entwicklung des Abgassystems der neuen Corvette Stingray mit Mittelmotor

Die Clean Air Unternehmenssparte von Tenneco liefert das komplette Cold-End der Abgasanlage für die Chevrolet Corvette Stingray des Modelljahrs 2020 – die erste Corvette mit Mittelmotor. Im Folgenden zeigt das Unternehmen, wie verschiedenste Technologieoptionen bei der Entwicklung des Abgassystems ausgeschöpft wurden.

Im Entwicklungsprozess von Abgassystemen sind Abgasemissionen, Akustikeigenschaften und Leistungsentfaltung wesentliche Kriterien. Hinzu kommen Faktoren wie der verfügbare Bauraum und das Thermomanagement – allesamt besondere Herausforderungen, speziell wenn es sich um einen Hochleistungssportwagen mit Mittelmotoranordnung handelt. Im Rahmen der Zusammenarbeit mit General Motors bei der Entwicklung des Abgassystems für die neue Chevrolet Corvette Stingray der achten Generation (C8), erstmals mit V8-Mittelmotor, galt es für Tenneco, all diese Herausforderungen zu meistern.

Zum Einsatz kommt ein einzigartiges, speziell auf die neue Corvette abgestimmtes Abgasanlagen-Design, das mit besonderen Lösungen für die thermischen, akustischen und bauraumbedingten Anforderungen aufwartet und zum charakteristischen Corvette-Sound beiträgt. Während aktive und passive Abgasventile den Systemgegendruck variieren und den Auslassgeräuschpegel formen, um die richtige Balance zwischen Leistung, Geräuschcharakteristik und Einhaltung der gesetzlichen Vorschriften zu gewährleisten, schützen mehrschichtige Hitzeschilde Komponenten vor zu hohen Temperaturen innerhalb der engen Bauraumgegebenheiten.

Innovatives Ventilsystem verbessert Emissionen und Sound

Das Abgassystem der neuen Corvette verfügt über bis zu vier elektronisch angesteuerte Ventile: Bereits die serienmäßige Abgasanlage der C8 beinhaltet zwei neuentwickelte Ventile mit entkoppeltem Aktuator für höhere Temperaturbeständigkeit, die zusammen mit dem aktiven Kraftstoffmanagementsystem (Active Fuel Management) des Fahrzeugs die Zylinderabschaltfunktion des Motors optimieren und eine verbesserte Effizienz und geringere Emissionen sicherstellen. Für das optionale „Performance Abgassystem“ werden zwei zusätzliche elektronisch gesteuerte Ventile in den End-rohren genutzt, um eine deutliche akustische Differenzierung verschiedener anwählbarer Fahrmodi zu ermöglichen.

Tenneco hat eine Reihe thermischer Lösungen für den effektiven Umgang mit den aufgrund der Mittelmotor-Fahrzeug-architektur im Abgassystem auftretenden hohen Temperaturen entwickelt. So verhindert der Einsatz fortschrittlicher, mehrschichtiger Hitzeschilde eine unerwünschte Wärmeübertragung auf die umgebenden Fahrzeugkomponenten. Hierzu ist zwischen dünnwandigen Edelstahlblechlagen in Sandwich-Bauweise eine hochwirksame Isolationsschicht eingebracht, die das Gewicht, die Isolationsdicke und den Bauraumbedarf im Fahrzeug weiter minimiert.

Zum Maßnahmenpaket gehört zudem eine innovative Ventilanordnung mit entkoppeltem Aktuator, die die Wärmeeinwirkung auf die Ventilelektronik reduziert. Der Aktuator ist dabei vom Ventilkörper getrennt und die elektronisch gesteuerte Stellbewegung erfolgt über eine Koppelstange. Diese neuentwickelte Ventilanordnung war insbesondere notwendig, da die Abgastemperaturen die thermischen Grenzen konventionell gekoppelter Ventile bei weitem überschreiten. In Kombination mit einem fortschrittlichen Tribologiekonzept unter Einsatz neuester Werkstoffkombinationen ist die erforderliche Langlebigkeit und Zuverlässigkeit unter extremen Betriebsbedingungen gewährleistet.

<a href="http://www.tenneco.com">www.tenneco.com</a>

Anspruchsvolle Programme wie das für die neue Corvette helfen Tenneco nicht zuletzt dabei, innovative Lösungen für künftige Fahrzeuggenerationen zu entwickeln. (im Bild: das optionale „Performance Abgassystem„).

Tenneco - Hauptartiklel

Richard Backhaus ist freier Journalist in Wiesbaden.

HARMAN transformiert mit dem „Experiences Per Mile Advisory Council“  das Autofahren durch ganzheitliche Technologien.

HARMAN transformiert mit dem „Experiences Per Mile Advisory Council“ das Autofahren durch ganzheitliche Technologien.

Zu Beginn des 20. Jahrhunderts war Autofahren etwas außergewöhnliches und ein ganz besonderes  Erlebnis. Es folgten viele Jahrzehnte, in denen das Auto zum reinen Transportmittel wurde. Mit seinem Experiences-Per-Mile-Ansatz (EPM) möchte HARMAN das Auto wieder zum echten Erlebnis machen – wie damals, mit der Technologie von heute und morgen. Dabei geht es jedoch nicht „nur“ um die neueste Technologie. Es geht vielmehr um einen grundlegenden Paradigmenwechsel. Denn die Branche hat auf einen neuen Kurs eingeschwenkt: „CASE“ – ein  Plädoyer für mehr vernetzte, autonome, gemeinsam genutzte und elektrische Mobilitätslösungen. Diese einst weit entfernte Zukunft wird für die globale Automobilindustrie Realität, und zwar schnell.

In unserer zunehmend vernetzten Welt sind smarte Lösungen schließlich fast schon alltäglich geworden. Während die überwiegende Mehrheit der Verbraucher berichtet, dass sie sich  heute mehr denn je auf Technologie verlässt, sind laut einer aktuellen Studie des EPM Advisory Council fast 40  Prozent der Ansicht, dass die Fülle an vernetzten Lösungen zu unübersichtlich wird. Heute steht das Ökosystem Automobil vor der Herausforderung, nicht nur mehr Technologie, sondern intelligente Lösungen für ganzheitliche, vernetzte Erfahrungen liefern zu müssen. Und die Branche ist gefragt, neue Wege zu erforschen, wie diese Erlebnisse Wirklichkeit werden.

Dafür sind ein ganzheitliches Vorgehen und der Blick über den Tellerrand  nötig. Deshalb hat HARMAN gemeinsam mit SBD Automotive den EPM Advisory Council ins Leben gerufen. Dieses  Gremium, das inzwischen über 30 Mitglieder hat, möchte die Zusammenarbeit von Führungskräften aus der Automobil- und Technologiebranche, Analysten und Brancheninsidern fördern und versteht sich dabei als Think Tank – und nicht als  Instrument der Verkaufsförderung. Das Gremium definiert Best Practices, diskutiert aktuelle Herausforderungen der Branche und untersucht, welche Erlebnisse Verbraucher sich wünschen. Damit sollen branchenweite Prozesse für Schlüsselakteure wie OEMs und andere Mobilitätsunternehmen angestoßen werden.

Studie: Der Wandel der Automobilindustrie im  nächsten Jahrzehnt

So skizziert die oben erwähnte Studie auch drei Fokusbereiche, um die Kluft zwischen Technologie und Erfahrung zu überbrücken und Innovationen in Bezug auf den Mobilitätswandel zu ermöglichen:

<ol><li> Komplexität reduzieren,</li><li> auf Benutzerfreundlichkeit fokussieren</li><li> Erlebnisse im Bereich Konnektivität priorisieren.</li></ol>

Wie das Konzept der „Experience per Mile“ in konkrete Lösungen umgesetzt werden kann, zeigt die HARMAN ExP Integrated Solutions Suite – ein Bündel vernetzter Technologien, das hyper-individualisierte Fahrerlebnisse ermöglicht. Die Bestandteile sind auf bestimmte  Aspekte zukünftiger vernetzter Fahrerlebnisse wie Fahrerassistenzsysteme (ADAS), Personalisierung und Produktivität, Elektrofahrzeuge oder vernetzte Fahrzeugfunktionalitäten ausgerichtet.

Denn eines ist klar: Um mit dem Wunsch nach Innovation Schritt zu halten und die Zukunft der Mobilität zu  gestalten, ist die Zusammenarbeit über Branchen, Organisationen und Wirtschaftszweige hinweg von größter  Bedeutung. Dadurch werden Automobilhersteller von fortschrittlicher Personalisierung und technologischen Synergien profitieren, während die Fahrer ein  zusammenhängendes, gezielt auf ihre Bedürfnisse zugeschnittenes Erlebnis genießen können.

Mehr Informationen zum EPM Council sind unter <a href="https://www.experiencespermile.org">https://www.experiencespermile.org</a>/ zu finden.

<a href="http://www.harman.com">www.harman.com</a>

Tom Rivers ist Vice President Connected Car & Connected Services Marketing bei HARMAN.

Vielen Verbrauchern geht es bei Autos nicht mehr um Umdrehungen pro Minute, sondern um Erlebnisse pro Meter. 

Harman - Hauptartiklel

» MIPI-Schnittstelle  optimiert Datenübertragung «

Die MIPI Alliance hat mit MIPI A-PHY v1.0 eine SerDes-Physical-Layer(PHY)-Schnittstelle für Automotive-Anwendungen entwickelt. Peter Lefkin, Managing Director der MIPI Alliance, beantwortet die wichtigsten Fragen zur neuen Spezifikation und ihren Vorteilen für die Automobilindustrie.

Was sind die Ziele der MIPI A-PHY-Spezifikation?

Die Schnittstelle MIPI A-PHY SerDes optimiert die Datenübertragung im Fahrzeug. Als erster asymmetrischer Standard dieser Art vereinfacht sie die Integration verschiedener Komponenten wie Kameras, Sensoren und Displays und erhöht dabei funktionale Sicherheit und Ausfallschutz. Gemäß der Norm ISO 26262 – funktionale Sicherheit für Straßenfahrzeuge – hat die MIPI Alliance ein End-to-End-System zur Verbindung von Kameras und Displays mit den Steuereinheiten (ECUs) sicherheitskritischer Anwendungen entwickelt. A-PHY ermöglicht funktionale Sicherheit für heterogene Protokolle in allen Umgebungen, einschließlich beim Daisy-Chaining. Systemingenieure können mit dieser Architektur Systeme für sämtliche ASIL-Level (Automotive Safety Integrity Level) entwickeln – von ASIL B bis ASIL D.

Bereits heute kommen MIPI-Protokolle wie Camera Serial Interface (MIPI CSI-2) und Display Serial Interface (MIPI DSI-2) in modernen Fahrzeugen zum Einsatz, um Sensoren und Anzeigen mit ECUs und On-Bord-Computern zu verbinden. Derzeit werden diese Komponenten über die physikalischen Layer MIPI C-PHY oder D-PHY mit kürzerer Reichweite transportiert und nutzen „Brücken“ zur Verbindung mit proprietären PHYs mit hoher Reichweite. Diese Protokolle können nun mit den neuen Adaptionsschichten nativ über A-PHY laufen, was die Integration erheblich rationalisiert, da keine proprietären Brücken-Chips erforderlich sind.

A-PHY ist ein asymmetrisches Protokoll mit einer Punkt-zu-Punkt-Topologie, das die Übertragung unidirektionaler Hochgeschwindigkeitsdaten und bidirektionaler Steuerdaten über ein einzelnes Koaxial- oder SDP-Kabel ermöglicht. A-PHY unterstützt eine Reichweite von bis zu 15 Metern und fünf Übertragungsgeschwindigkeiten (2, 4, 8, 12 und 16 Gigabit pro Sekunde), sowie zukünftig bis zu 48 Gigabit pro Sekunde und mehr. Außerdem bietet A-PHY eine außerordentlich hohe Zuverlässigkeit und Ausfallsicherheit bei einer extrem niedrigen Paketfehlerrate von &lt;10–19 (also mehr als 10.000 Fahrzeuglebenszyklen zwischen zwei Paketfehlern) sowie eine extrem hohe Resilienz gegen die Auswirkungen elektromagnetischer Interferenzen dank eines neuartigen Rückübertragungssystems auf dem PHY-Layer.

Fortschritte in der Automobiltechnologie erhöhen den Bedarf an leistungsfähigeren, weniger komplexen und kostengünstigeren neuen Schnittstellen. In diesem Sinne wird es A-PHY OEMs, Zulieferbetrieben und Komponentenherstellern ermöglichen, anspruchsvollere Sicherheits- und Infotainment-Funktionen einzuführen, kostengünstiger zu produzieren, In-Car-Netze zu vereinfachen, die Komplexität und das Gewicht von Kabelbäumen zu reduzieren und den Energieverbrauch zu senken. Das gesamte Fahrzeugökosystem wird dadurch kosteneffizienter, sicherer und intelligenter.

Weitere Informationen über MIPI A-PHY sind unter <a href="https://mipi.org/specifications/a-phy" target="_blank">https://mipi.org/specifications/a-phy</a> zu finden.

MIPI A-PHY ermöglicht es, proprietäre physikalische Schichten in Fahrzeugen schrittweise zu ersetzen.

MIPI - Interview

» Der gemeinsame Nenner  zukünftiger Fahrzeugarchitekturen ist der elektrische Antrieb «

Vitesco Technologies ist auf dem Weg zum Elektrifizierungs-Powerhouse.  In diesem Interview erläutert Thomas Stierle, Leiter der Business Unit  Electrification Technology, welche Technologien und Entwicklungen dabei künftig zielführend sind.

Vitesco Technologies ist auf dem Weg zum Elektrifizierungs-Powerhouse. In diesem Interview erläutert Thomas Stierle, Leiter der Business Unit Electrification Technology, welche Technologien und Entwicklungen dabei künftig zielführend sind.

Vitesco Technologies hat erklärt, sich mit der Abspaltung von Continental neu auszurichten. Welche Schwerpunkte setzen Sie in den nächsten Jahren?

Mit der Ausgliederung von Vitesco Technologies haben wir die Chance genutzt, strategische Weichenstellungen vorzunehmen. Die strategische Ausrichtung folgt einer klaren Überzeugung: Die Zukunft der Mobilität ist elektrifiziert. Daraus hat das Unternehmen Konsequenzen abgeleitet: Produktbereiche, die über 2030 hinaus als Teil von Vitesco Technologies nur begrenztes Marktpotenzial haben, werden nicht mehr Teil des wachstumsorientierten Kerngeschäfts sein. Im Fokus für zukünftiges Wachstum steht das Elektrifizierungsgeschäft, in dem wir mittelfristig einen deutlich über der Marktentwicklung liegenden Zuwachs erwarten, sowie das zugrundeliegende Kerngeschäft der Elektronik, der Mechatronik sowie der Sensorik und Aktuatorik, in dem viele Lösungen weiter in Verbrennern, aber auch in elektrifizierten Antrieben sowie in Hybrid- und Elektroantrieben zur Anwendung kommen. Mit diesem Fokus strebt es das Unternehmen an, den Wandel in eine elektrifizierte Welt aus eigener Kraft zu gestalten.

Wie sind Sie für diesen Wandel aufgestellt?

Wir fokussieren uns auf die Produkte, bei denen wir unsere Stärken in Elektronik, Mechatronik und Systemintegration zur Geltung bringen können. Schon heute sind rund zwei Drittel des Auftragsbestands Aufträge auf dem Feld der Elektronik. Diese Kompetenz im Bereich der Steuerung, der Systeme und der Vernetzung wird in der Zukunft sogar noch mehr benötigt. Von den rund 7300 Ingenieuren im Unternehmen im Jahr 2019 arbeiten rund 4300 im Bereich Software- und Systementwicklung. Gleichzeitig ist das Unternehmen ein Pionier der Elektrifizierung und kann damit heute schon eine für Automobilhersteller attraktive Erfahrung und Marktreife bei den Kernprodukten für den elektrischen Antriebsstrang bieten: Leistungselektronik, E-Maschine, Antriebssteuergerät und Betriebsstrategien bis hin zum Thermomanagement. Mit unserem E-Produktportfolio decken wir die gesamte Bandbreite der Elektrifizierung ab.

Ein elektrischer hat weniger Bauteile als ein verbrennungsmotorischer Antrieb. Wird das Ihre Wertschöpfung beeinflussen?

Je schneller die Elektrifizierung kommt und je höher der erforderliche Elektrifizierungsgrad ist, desto größer sind unsere Marktchancen. Im Vergleich zu unserem Verbrennungsportfolio von 2018 ist unser potenzielles Produktportfolio pro Fahrzeug im Jahr 2025 bei einem 48-Volt-Mildhybrid voraussichtlich doppelt so hoch, bei einem Plug-in-Hybrid um den Faktor drei und bei einem batterieelektrischen Fahrzeug bis zu Faktor vier höher. Vitesco Technologies deckt heute bereits rund 80 Prozent der Komponenten ab, welche für elektrifizierte Fahrzeuge benötigt werden.

Wie wird sich der 48-Volt-Hybrid weiterentwickeln?

Stand heute ist die Integration des elektrischen 48-Volt-Motors als Riemenstartergenerator (P0-Hybrid) die einfachste Lösung, um mit geringem Aufwand und Kosten in die Elektrifizierung einzusteigen, und das bei möglichen CO2-Einsparungen von über 10 Prozent. Riemenstartergeneratoren werden sich zu einer Art Commodity-Produkt weiterentwickeln. Sie leisten einen wertvollen Beitrag zur CO2-Minderung, unterliegen aber doch gewissen Einschränkungen. Neben den Riemenstartergeneratoren gibt es weitere Möglichkeiten der 48-Volt-Elektrifizierung, die tiefer in den Antriebsstrang integriert sind (P2- bis P4-Hybride). Hier erwarten wir einen starken Aufschwung in den kommenden Jahren, was leistungsstärkere Antriebe und Leistungselektroniken erfordert.

Das Vorentwicklungsthema 48-Volt-High-Power-Antrieb, der die doppelte Leistung einer bisherigen 48-Volt-Maschine der ersten Generation liefern kann, ermöglicht die Darstellung eines Vollhybrid-Systems mit 48-Volt-Technologie. Hohe CO2-Einsparungen und rein elektrisches Fahren, wie es bisher nur mit klassischen Hochvolt-Hybriden möglich war, sind hier ohne aufwendige Hochvolt-Isolierung realisierbar. Diese leistungsstarken Antriebe können in unterschiedlichen Konfigurationen in ein Hybrid-Fahrzeug integriert werden und bieten auch die Möglichkeit eines elektrischen 48-Volt-Allradsystems („e4WD“ mit 48 Volt) als Zusatzfeature. Ebenso ist die Entwicklung in Richtung eines 48-Volt-Plug-in-Hybriden möglich. Ein aussichtsreicher Markt für die 48-Volt-Technologie sind rein elektrische Kleinstfahrzeuge (Urban Vehicles) mit geringem Gewicht und ein bis zwei Sitzplätzen. Die 48-Volt-Technik bietet eine interessante Antriebslösung, die dann völlig ohne Verbrenner auskommt und somit auch die kommenden Regelungen zum emissionsfreien Fahren in Städten erfüllt.

Vitesco Technologies ist für die Produktvielfalt, die der zukünftige 48-Volt-Markt fordert, bestens vorbereitet und bietet dank ihrer Innovationskraft und dem Pioniergeist eine breite Produktpalette für die 48-Volt-Hybridisierung an.

Und woran arbeiten Sie beim Hochvoltantrieb?

Wir haben gerade als erster Zulieferer weltweit unseren integrierten Achsantrieb in Serie gebracht, beispielsweise in den Modellen von Hyundai und PSA.

 Es folgen schon bald die nächsten Serienanläufe. Künftige Hochvolt-Architekturen werden unter anderem von einem noch höheren Systemwirkungsgrad im Antrieb profitieren. Da die Batterie unverändert den größten Kostenblock in einem Elektroantrieb verursacht, ist es für die Reichweite entscheidend, möglichst viel von der dort gespeicherten Energie für die Traktion nutzen zu können. Entwicklungsrelevant ist also der Wirkungsgrad der Umsetzung von elektrischer Energie in mechanische Energie. Um diese Effizienz weiter zu steigern, gilt es, die Verluste im System zu reduzieren. Zum einen müssen die Verluste im Inverter niedrig gehalten werden, zum anderen geht es darum, die Oberschwingungsverluste im Elektromotor zu senken. Speziell der Übergang zu einer höheren Spannungslage von aktuell 400 auf 800 Volt bietet die Möglichkeit, beide Ansatzpunkte zu optimieren, wenn dafür die Siliziumkarbid-Technologie (SiC) im Inverter genutzt wird. Wenn auf diesem Weg beispielsweise 5 Prozent mehr der gespeicherten Energie für die Traktion genutzt werden kann, dann bedeutet das entweder mehr Reichweite bei gleicher Batteriekapazität oder geringere Batteriekosten bei gleicher Reichweite – oder auch eine Kombination aus beidem. Im Zusammenspiel der SiC-Halbleitereigenschaften, einem auf Effizienz optimierten Moduldesign sowie der betriebspunktabhängigen Steuerung mit zusätzlichen freien Parametern wird ein hocheffizientes Gesamtsystem aus Inverter und elektrischem Motor realisiert. Bei entsprechender Auslegung steigt damit die Gesamteffizienz des Antriebs auf Systemebene um voraussichtlich 4 bis 8 Prozent im WLTP-Zyklus. Um diese Vorteile effizient umzusetzen, kooperiert Vitesco Technologies beim Thema SiC-Technologie mit ROHM Semiconductor.

Wie wollen Sie die Kosten beim Plug-in-Hybridantrieb reduzieren?

Aktuelle Systeme basieren meist auf einer existierenden Verbrennerplattform, die um einen Elektroantrieb ergänzt wird. Wir haben den Hybridantrieb ganzheitlich gedacht und eine neue Lösung entwickelt: Das integrierte System aus automatisiertem Getriebe und integrierter Hochvolt-E-Maschine vereinfacht das mechanische Getriebe drastisch. Das Resultat ist eine intelligente, kompakte Lösung mit substanziellen Kostenvorteilen. Dieser kosteneffiziente Plug-in-Hybrid benötigt nur noch vier mechanische Gänge und verfügt weder über die Mechanik zur Synchronisation beim Gangwechsel noch über eine Hilfshydraulik oder eine Anfahrkupplung. Sowohl das Anfahren im ersten und zweiten als auch das Rückwärtsfahren übernimmt die elektrische Traktionsmaschine. Über einen Startergenerator wird gleichzeitig die Synchronisation sowie der schnelle und komfortable Start des Verbrennungsmotors sichergestellt. Diese Neuverteilung von Funktionen spart im Getriebe mechanische Komponenten, Bauraum, Gewicht und Kosten. Damit eignet sich das Konzept des kosteneffizienten Plug-in-Hybrids auch für den schon aus Platzgründen anspruchsvollen Front-Quereinbau im C-Segment und ist skalierbar für beispielsweise B-Segmente.

Können Sie die Verbrauchsvorteile beziffern?

In einem Fahrzeug des C-Segments lassen sich mit der Technologie des kosteneffizienten Plug-in-Hybrids CO2-Emissionen von unter 40 bis 50 Gramm pro Kilometer im WLTP-Zyklus erreichen. Die Kombination aus einem kostengünstigen Ottomotorkonzept, beispielsweise mit Saugrohreinspritzung, mit der vollumfänglichen elektrischen Fahrtauglichkeit des E-Antriebs ergibt ein bezahlbares, sparsames, komfortables Fahrzeug, das mit über 50 Kilometern Reichweite im WLTP viele alltägliche Strecken rein elektrisch und damit lokal emissionsfrei zurücklegen kann. Die Lösung für einen kosteneffizienten Plug-in-Hybrid ist für rein elektrisches Fahren mit bis zu 130 Kilometern in der Stunde ausgelegt, im Hybridmodus sind bis zu 160 Kilometer in der Stunde möglich. W

E-Antriebe von Vitesco sind ein wichtiger Motor der Elektromobilität.

Forschungsfahrzeug: Elektromotoren und Aktuatoren für extrem kosteneffiziente und kompakte Hybridgetriebelösungen. Beispielsweise ein Dedicated Hybrid Transmission (DHT), welches in Vollund Plug-in-Hybridfahrzeugen eingesetzt werden kann.

Der E-Achsantrieb EMR3 vereint elektrische Maschine, Leistungselektronik und Getriebe in einer kompakten Einheit.

Vitesco Technologies kooperiert mit ROHM auf dem Gebiet der SiC-Technologie.

Thomas Stierle (50) hat an der technischen Universität Dresden Elektrotechnik studiert. Seine berufliche Karriere startete 1995 als Entwicklungsingenieur bei Siemens/Siemens Automotive in Regensburg. Nach verschiedenen Leitungsfunktionen bei Siemens, dann Continental im In- und Ausland, ist er heute Leiter der Geschäftseinheit Electrification Technology (ehemals Hybrid & Electric Vehicle) bei Vitesco Technologies und verantwortet hier das Geschäft mit den Technologien für den hybriden und elektrischen Antrieb.

Vitesco - Interview

Der e4 – die nächste Generation effizienter Elektroautos

Magna trägt in den Bereichen Elektromobilität, autonomes Fahren und zukünftige Fertigungsverfahren zu einer nachhaltigen Mobilität bei. Schlüsselelemente für den Erfolg der E-Mobilität sind mehr erschwingliche Elektrofahrzeuge und die Integration sämtlicher technischer Optimierungsmöglichkeiten im Fahrzeug.

Magna stellte jetzt den Prototyp e4 vor, der für die nächste Generation elektrischer Antriebe steht. Das rein batterieelektrische Fahrzeug e4 zeigt, wie sich Kosten, Effizienz und Fahrdynamik ohne Kompromisse optimieren lassen.

Der e4 ist mit jeweils einem elektrischen Antriebssystem an der Vorder- und Hinterachse ausgerüstet. Beide Antriebe aus dem Magna-Baukasten liefern jeweils eine Spitzenleistung von 180 Kilowatt. Die verwendete E-Maschine ist eine permanenterregte Synchronmaschine, die sich u.a. durch geringes Gewicht und einen hohen mittleren Wirkungsgrad um 90 Prozent im WLTC auszeichnet. Das beeinflusst die Reichweite positiv. Die hochintegrierte, kompakte Bauform der elektrischen Antriebseinheiten bietet ideale Voraussetzungen für die umliegende Bauraumgestaltung.

An der Hinterachse verfügt der elektrische Antrieb über eine Torque-Vectoring-Funktion. Sie wird mit jeweils einer elektromechanisch betätigten Nasskupplung pro Hinterrad realisiert – ein Differenzial wird hierbei nicht benötigt. Diese Bauweise wählten die Ingenieure, um die optimale Verbindung aus Kosten, Gewicht, Effizienz und Fahrdynamik zu erreichen: Durch die radindividuellen Kupplungen ist es möglich, das verfügbare Drehmoment gezielt auf eines der Hinterräder zu lenken, um so die Fahrstabilität und -sicherheit bei dynamischer Kurvenfahrt zu optimieren.

Um alle Potenziale der elektrischen Antriebslösungen zu nutzen, ist es erforderlich, das Fahrzeug als Gesamtsystem zu optimieren. Ein wesentliches Element ist beispielsweise eine vorausschauende Betriebsstrategie. Sie ermöglicht es, Geländeverläufe und Verkehrssituationen mithilfe von Car2X und künstlicher Intelligenz vorauszusehen und daraus eine sparsame Betriebsstrategie abzuleiten. Ein großer Stellhebel ist zudem die Batterie. Durch Reduktion von Kobalt, mithilfe verbesserter Elektrolyte und eines weiterentwickelten Batteriemanagements lässt sich die verfügbare Systemenergie der Batterie deutlich erhöhen. Weitere Optimierungsfelder auf Gesamtfahrzeugebene sind beispielsweise Leichtlaufräder, Leichtbau in der Fahrzeug-Struktur und luftwiderstandsoptimierte Kühlsysteme und eine vorausschauende Betriebsstrategie.

Mit Blick auf Serienanwendungen ab 2025 ist durch die Summe dieser Maßnahmen eine Effizienzsteigerung von mehr als 25 Prozent darstellbar. Aus Perspektive eines Endkunden bedeutet dies beispielsweise, dass sich die Reichweite eines auf 470 ausgelegten Elektroautos auf 590 Kilometer steigern lässt. Voraussetzung, um dies zu erreichen, ist System-Knowhow über das gesamte Fahrzeug hinweg. Magna Powertrain kann dabei auf die Möglichkeiten des Gesamtkonzerns zurückgreifen, etwa in den Bereichen Elektronik, Fahrer-assistenzsysteme, Software-Entwicklung, Leichtbau und Aerodynamikentwicklung, bis hin zur Gesamtfahrzeug-Entwicklung und Fertigung.

Die genannten Effizienzverbesserungen kommen nicht nur batterieelektrischen Fahrzeugen zugute, sondern auch Hybridfahrzeugen. Beispielsweise lässt sich der Hinterachsantrieb des e4 auch in einem Hochvolt-Hybridfahrzeug nutzen, mit denselben Vorteilen für Effizienz und Dynamik. Das modulare Antriebskonzept bietet viele Freiheiten, den Grad der Elektrifizierung entsprechend der Kundenwünsche zu skalieren.

Magna International (Germany) GmbH

<a href="http://www.magna.com">www.magna.com</a>

Magna unternahm ausgiebige Fahrversuche mit dem e4 in Nordschweden.

Magna - Hauptartiklel

Dr. Harald Naunheimer ist Vice President Future Products bei Magna Powertrain.

P2-Hybridmodule von BorgWarner ermöglichen flexible Kundenanwendungen und einfache Hybridisierung

Neue Umweltrichtlinien und striktere Abgasnormen sind das Resultat zunehmenden Verantwortungsbewusstseins für den Klimaschutz. In der Automobilindustrie treiben die strengeren Emissionsvorgaben und das Streben nach mehr Effizienz Innovationen sowie die Entwicklung neuer Mobilitätskonzepte voran. Aktuelle Trends sind zum Beispiel autonomes Fahren und E-Mobilität – eine Vielzahl von Hybrid- und Elektroanwendungen erobert den ständig wachsenden Markt.

Für die Konstruktion von Mild- über Plug-in- bis zu Vollhybriden stehen Automobilherstellern verschiedene Antriebsstrangarchitekturen zur Verfügung. Die Palette reicht von einer einfachen P0-Anordnung über P1, P2, P3 und P4 bis hin zu PS (Powersplit). Bei der P2- Architektur, die in der Branche im Moment viel Aufmerksamkeit erfährt, ist der Elektromotor zwischen Getriebe und Verbrennungsmotor platziert. Zur Entkopplung des Verbrennungsmotors wird bei dieser Konfiguration eine Trennkupplung genutzt, wodurch rein elektrisches Fahren möglich ist. Die Technologie eignet sich für verschiedene Getriebearten einschließlich Schaltgetriebe.

Die innovativen Technologien von BorgWarner unterstützen Hersteller bei der Hybridisierung ihrer Fahrzeuge mit einer großen Bandbreite an Funktionen und Konstruktionsmöglichkeiten. Im Portfolio hat der Zulieferer zwei verschiedene P2-Hybridmodule, die sich einfach in den Antriebsstrang integrieren und maßgeschneidert an Kundenanforderungen anpassen lassen. Ein koaxiales Design mit Elektromotor direkt auf der Hauptachse oder eine achsparallele  Anwendung können abhängig vom zur Verfügung stehenden Bauraum zum Einsatz kommen. Die koaxiale Anordnung eignet sich ideal für Antriebsstränge mit Längsmotor. Hier ist ausreichend freier Bauraum für die Integration des Elektromotors vorhanden. Wird gleichzeitig ein Doppelkupplungsgetriebe eingesetzt, lassen sich sowohl die Trennkupplung als auch das Doppelkupplungsmodul innerhalb des Elektromotors integrieren. Durch die achsumschließende Bauweise kann die Drehmomentübertragung einfach und kostengünstig dargestellt werden.

Bei Anwendungen mit quer eingebautem Motor und entsprechend  begrenztem Platzangebot werden meist achsparallele Konfigurationen genutzt, welche sich durch Vorteile beim Übersetzungsverhältnis und hohe Flexibilität beim Einbau auszeichnen. Drehzahl und Drehmoment werden bei dieser  Lösung zum Beispiel durch eine Kette übertragen.

Bei der Realisierung verschiedener  Modulkonfigurationen mit Elektromotor sind neben dem Bauraumbedarf die  Betriebsspannung, der Windungstyp und das Kühlsystem relevant. Ein Elektromotor mit kleinem Durchmesser und hohen Drehzahlen für besseren Wirkungsgrad lässt sich problemlos im Rahmen der achsparallelen Lösung integrieren. Die koaxiale Bauweise eignet sich hingegen besser für eine größere  E-Maschine mit geringeren Drehzahlen und höherer Drehmomenterzeugung.

Für die Betriebsspannung stehen zwei Alternativen zur Wahl. Eine kostengünstige Lösung und deutliche CO2-Reduktionen bieten Niedervoltsysteme. Ausreichende Leistung für rein elektrisches Fahren generieren Hochvoltsysteme, die mehr als 100 Kilowatt bereitstellen. Diese zeichnen sich auch insbesondere durch das größte Kraftstoffeinsparpotenzial aus.

Nicht nur die Betriebsspannung, sondern auch Details wie Wicklung und Drahtform beeinflussen die Leistung des Elektromotors. Dank ihrer niedrigen Drehmomentwelligkeit und ihres geringen Rastmoments verbessern verteilte Statorwicklungen das Geräuschverhalten (Noise, Vibration, Harshness) des Gesamtsystems. Optimalerweise fungiert ein rechteckiger Draht, der die Stromdichte maximiert und die Wärmebertragung verbessert, als Stromleiter. Ein eingebetteter Permanentmagnet (Interior Permanent Magnet), der sich für alle Statorentypen eignet, ist bei der Auswahl der Rotorkonstruktion  gegenüber einem Induktionsmotor zu bevorzugen. Er erhält das Magnetfeld ohne Fremderregung aufrecht und steigert auf diese Weise Gesamtleistung und Effizienz des Elektromotors.

Abhängig von Betriebsbedingungen und Temperaturen können verschiedene  Arten der Kühlung für den Elektromotor zum Einsatz kommen. Bei einer Ölkühlung stehen die wichtigsten thermischen Komponenten und das Kühlmittel direkt in Kontakt. Dieses Verfahren ist sehr effektiv, erzielt eine kontinuierliche Kühlleistung für konstante Durchschnittstemperaturen und stellt einen idealen Wärmetransfer sicher. Die Kühlung durch ein Wasser-Ethylenglykol- Gemisch stellt eine alternative Methode dar, bei der Wärmequelle und Kühlmittel zwar räumlich getrennt sind, dafür aber deutlich niedrigere Kühlmitteltemperaturen realisiert werden können, was sich insbesondere bei kurzfristig auftretenden Temperaturspitzen positiv bemerkbar machen kann. Hierbei leitet ein sogenannter äußerer Kühlmantel die  Wärme des Elektromotors über den Stator an das Kühlmittel ab.

Bei einer Kombination beider Methoden fließt die Wasser-Ethylenglykol- Mischung mit einer Einlasstemperatur von meist nur 65 Grad Celsius um den Stator. Intern eingespritztes Öl, das  Getriebe-funktionstypisch eine Temperatur von circa 90 Grad Celsius besitzt, führt die Wärme aus dem Rotor ab. Bei diesem Ansatz erreicht man eine hohe Effizienz im Normalbetrieb sowie sehr gute Performance bei Spitzentemperaturen. Allerdings ist die Verwendung eines zusätzlichen Kühlmantels oftmals mit deutlich höheren Kosten verbunden. Daher sollte in der Konzeptionierung genau geprüft werden, welche Kühlkapazität zur Zielerfüllung wirklich erforderlich ist.

Bei einer Hybridisierung in P2-Konfiguration können verschiedene Arten von Kupplungen für die Trennung des Verbrennungsmotors vom restlichen  Antriebsstrang eingesetzt werden. Ein Freilauf bietet sich aufgrund der geringen Baugröße und niedriger Kosten, in Verbindung mit hoher Effizienz, insbesondere für bauraumkritische und auf maximale Effizienz getrimmte Anwendungen an. Funktionelle Nachteile können vor allem durch den Einsatz von  Lamellenkupplungen umgangen werden. Hier bieten sich insbesondere nasslaufende Reiblamellenkupplungen an, die sich durch eine Kombination von hoher Funktionalität und Kompaktheit sowie Langlebigkeit auszeichnen.

Wird bei der Getriebearchitektur auf ein Doppelkupplungsbasisgetriebe  zurückgegriffen, kann die Trennkupplung sowie die Doppelkupplung sogar zusammen mit dem Elektromotor in ein Komplettmodul integriert werden, wodurch sich viele Vorteile ergeben. Die dadurch entstehende Dreifachkupplung führt,  unter anderem, zu einem nochmals deutlich reduzierten Bauraumbedarf und entwickelt sich aktuell zur beliebtesten Konfiguration in diesem Getriebesegment.

Die P2-Konfiguration stellt eine der  zukunftsfähigsten Architekturen zur  Hybridisierung dar, mit der Hersteller ihre Fahrzeuge schnell zur Marktreife bringen können. Die Pluspunkte: Sie bietet einfach einsetzbare, kostengünstige Elektrifizierungsoptionen und lässt sich flexibel an Kundenspezifikationen anpassen. Überdies ermöglicht sie Hybridfunktionen wie Start-Stopp, regeneratives Bremsen, elektrische Motoraufladung und rein elektrisches Fahren. Hersteller können bereits existierende Antriebsstränge mit nur  geringen zusätzlichen Kosten hybridisieren, weil weder Motor noch Getriebe in  größerem Umfang angepasst oder sogar getauscht werden müssen. BorgWarners Technologie verbindet Effizienz, Flexibilität in den Anwendungsmöglichkeiten  sowie Langlebigkeit und trägt auf diese Weise maßgeblich zum Erfolg von hybridisierten Fahrzeugen bei.

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Eckart Gold arbeitet als Director Engineering bei Borg Warner Transmission Systems in Shanghai,  China.

Platzierung des Elektromotors bei koaxialer (oben) und achsparalleler (unten) Bauweise.

Individuelle Lösungen dank unterschiedlicher Vorteile von Hoch- und Niedervolt-Elektromotoren.

Bei der Dreifachkupplung sind Trennkupplung, Doppelkupplung sowie  Elektromotor in einem Komplettmodul integriert.

P2-Module von BorgWarner ermöglichen rein elektrisches Fahren, verbessern die Leistung und optimieren die Kraftstoffeffizienz. 

BorgWarner - Hauptartikel

Klimakomponenten speziell für  elektrische Nutzfahrzeuge

Das Thermomanagement spielt im aktuellen Fahrzeugbau eine große Rolle – passend dazu stellt die Rheinmetall Automotive AG jetzt einen elektrischen Klimakompressor (eCC) für elektrische und elektrifizierte Nutzfahrzeuge vor. In seine Entwicklung bei der Tochtergesellschaft Pierburg sind die langjährigen Erfahrungen im Bereich mechatronischer Komponenten eingeflossen. Neu ist auch ein elektronisch geregeltes Expansionsventil für den Kältemittel-Kreislauf.