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Drei Faktoren, die den Antriebsstrang der Zukunft prägen

Welche Faktoren nehmen zukünftig maßgeblich Einfluss auf den Antriebsstrang im Fahrzeug? Und wie entwickelt sich der Bedarf an Sensoren und ICs?

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Das Streben nach geringeren Verbräuchen und Emissionen, die durch strengere Richtlinien und Gesetze vorangetrieben werden, führt zu einem steigenden Bedarf an neuen Sensoren.
Das Streben nach geringeren Verbräuchen und Emissionen, die durch strengere Richtlinien und Gesetze vorangetrieben werden, führt zu einem steigenden Bedarf an neuen Sensoren.
(Bild: Clipdealer)

Die Antriebsstränge von Fahrzeugen des 21. Jahrhunderts sind eine Kombination aus Verbrennungsmotoren, Batterien, Getrieben, Motoren und komplexen Steuerungssystemen. Die Technologie hat sich ständig weiterentwickelt, seit die ersten Antriebsstränge Ende des 19. Jahrhunderts verbaut wurden. In den letzten Jahren gab es jedoch erhebliche und rasante Veränderungen. Dahinter stecken drei große Trends: die Forderung, den Kraftstoffverbrauch zu verringern; die strengere Regulierung von Schadstoffemissionen und die Elektrifizierung von Fahrzeugen.

1. Die Forderung, den Kraftstoffverbrauch zu verringern

Heute erfährt die Senkung des Kraftstoffverbrauchs und der CO2-Emissionen ein breites öffentliches Interesse (ein Verbrauch von 1 l pro 100 km entspricht 23 g CO2 pro Kilometer für einen Benzinmotor und 27 g CO2 für einen Dieselmotor). Dies ist ein wichtiger Faktor, um den Antriebsstrang (Motor und Getriebe) zu optimieren. Hinzu kommen sekundäre Faktoren wie die Verlagerung von Funktionen, die traditionell mit einem Verbrennungsmotor im Zusammenhang stehen; hocheffiziente Elektromotoren und weniger Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen.

Blicken wir auf die letzten zwei Jahrzehnte zurück, gab es im ersten Jahrzehnt einen kleinen, aber stetigen Rückgang des CO2-Anteils pro Kilometer (durchschnittliche Senkung um 1% pro Jahr). Der Wendepunkt kam 2007: der Automobilsektor wurde wach gerüttelt, als Richtlinien erlassen wurden, um das europäische Ziel von 95 g CO2 pro Kilometer (das entspricht einem durchschnittlichen Kraftstoffverbrauch von 3,8 l Benzin pro 100 km für die gesamte Flotte) bis 2020 zu erreichen. Ab diesem Zeitpunkt sprang dieser Wert auf eine durchschnittliche jährliche Senkung um 4%.

Der Druck, die CO2-Emissionen von Fahrzeugen zu verringern, beschränkt sich nicht nur auf Europa. Eine schnellere CO2-Senkung bei Fahrzeugen ist ein weltweites Ziel. Die USA haben das Ziel von 97 g pro Kilometer bis zum Jahr 2025 festgelegt (obwohl die neue US-Regierung derzeit versucht, dieses Gesetz aufzuheben). China will die CO2-Emissionen bis 2020 auf 117 g pro Kilometer senken, und Südkorea will bis 2020 das Ziel von 97 g CO2 pro Kilometer erreichen.

Kommt das Zieldatum näher und bleiben die festgesetzten Emissionssenkungen unverändert, werden die Fahrzeughersteller noch mehr unter Druck gesetzt, um die Ziele des Fahrprüfzyklus zu erreichen, mit dem der Verbrauch und die Emissionen gemessen werden.

2. Strengere Regelungen für schädliche Emissionen

In Europa machen Dieselfahrzeuge derzeit etwa die Hälfte aller leichten Nutzfahrzeuge aus. Dies ist vor allem auf die Forderung von 95 g CO2 pro Kilometer zurückzuführen. Ein Dieselfahrzeug ist in Bezug auf CO2-Emissionen besser bewertet als ein vergleichbarer Benzinmotor. Geht es um den Ausstoß schädlicher Abgase wie NOx, CO, HC und Partikel, zeigt ein Benzinmotor bessere Werte als ein Dieselmotor. Die Vorschriften für alle diese Emissionen werden immer strenger. In Europa wurden seit der ersten Euro-Norm 1992 und der jüngsten Euro-Norm (Euro 6) die NOx-Emissionsgrenzwerte von 0,97 auf 0,06 g pro Kilometer für Benzinmotoren und 0,08 g pro Kilometer für Dieselmotoren gesenkt.

Gleiches gilt für die Partikelmenge: von 0,14 g pro Kilometer (Euro 1) auf 0,0045 g pro Kilometer (Euro 6) – und nicht mehr nur für Dieselmotoren, da auch moderne Benzinmotoren mit Direkteinspritzung zur Partikelbildung beitragen. Darüber hinaus enthält die Norm Euro 6C, die neueste Ausgabe der Euro-6-Gesetzgebung, die zu Beginn dieses Jahres eingeführt wurde, einen weltweit harmonisierten Leichtlast-Testzyklus (WLTC; Worldwide Light-Duty Test Cycle) und einen RDE-Test (Real Driving Emissions) mit einem Konformitätsfaktor von bis zu 2.1. Ab 2020 wird dieselbe Gesetzgebung (Euro 6D) einen Konformitätsfaktor von 1,5 vorschreiben. Eine strengere Regulierung treibt zweifellos die Einführung einer saubereren und effizienteren Antriebstechnologie voran.

3. Die Elektrifizierung von Fahrzeugen nimmt zu

Da die Automobilhersteller mit strengeren Abgasvorschriften konfrontiert sind, müssen sie verschiedene Antriebsstränge vorhalten, um die Vorschriften einzuhalten die für Neufahrzeuge und Flotten gelten. Viele verschiedene herkömmliche Kraftstoffe werden noch immer in den verschiedenen Fahrzeugmärkten weltweit verwendet – aber es gibt einen eindeutigen Trend hin zur Hybridisierung und Elektrifizierung. So wird erwartet, dass Hybridfahrzeuge mit einem geschätzten Anteil von 20% bis zum Jahr 2024 den Stellenwert von Dieselfahrzeugen einnehmen werden. Laut der „Global Automotive Executive Survey 2017“ von KPMG plant jeder dritte Nutzer einen Vollhybrid als kommendes Fahrzeug zu kaufen. Während mit Ausnahme der Märkte Japan und Kalifornien nur sehr wenige Hybridautos verkauft wurden, wird sich dies in den nächsten Jahren erheblich ändern. Damit entwickelt sich die Hybridisierung und letztlich die Elektrifizierung von einem aufstrebenden zu einem etablierten Markt.

Neben geringeren Emissionen bietet der Elektromotor auch große Effizienzvorteile. Der Verbrennungsmotor weist ein sehr hohes Gewicht auf und enthält mehr als 200 bewegliche Teile. Verglichen dazu weist der AC-Induktionsmotor von Tesla nur ein bewegliches Teil auf – mit der Größe einer Wassermelone. Der Effizienzvorteil ist sofort ersichtlich, denn Gewicht und Energieverbrauch gehen Hand in Hand. Während bei der Wärmeableitung die Energieeffizienz eines Benzin-Verbrennungsmotos in etwa 30% beträgt (Diesel schneidet mit 40% etwas besser ab), übersteigt die Energieeffizienz von Elektrofahrzeugen 90% auf Fahrzeugniveau und 60% vom Stromnetz auf die Räder. Daher sind die Hybridisierung und Elektrifizierung die Antwort auf diese anspruchsvollen Ziele. Zudem werden damit Investitionen in weiterentwickelte und revolutionäre Antriebstechnologien angeregt.

Mehr Bedarf an Sensoren und ICs

Das Streben nach geringeren Verbräuchen und Emissionen, die durch strengere Richtlinien und Gesetze vorangetrieben werden, führt zu einem steigenden Bedarf an neuen Sensoren. Die Automotive-Branche muss hier entsprechend reagieren. Um die Abgaswerte zu senken, suchen die Hersteller herkömmlicher Verbrennungsmotoren ständig nach Verbesserungen in den Bereichen Luftansaugung, Zündung, Abgas-, Kraftstoff-, Wärme- und Schaltmanagement. Robuste, hochgenaue Positions-, Geschwindigkeits-, Druck- und Stromsensoren können zusammen mit fortschrittlichen Sensorschnittstellen-ICs die notwendigen Daten erzeugen, die benötigt werden, um die Fahrzeughersteller bei der Einhaltung dieser Vorschriften zu unterstützen.

Das gleiche gilt für die Elektrifizierungswelle, die den Bedarf an Strom-, Positions- und Geschwindigkeitssensoren sowie an Treiber-ICs wie Gate-Treibern, Vortreibern und Motortreibern weiter erhöht.

* Vincent Hiligsmann ist für Melexis im Bereich Corporate Strategy Core Markets tätig.

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