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stan conf leipzig 20180514 .pdf



Original filename: stan conf leipzig 20180514.pdf
Title: leipzig 20180514
Author: cst

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Entwicklungsbedingungen für zukünftige Automobile

Automobile der Zukunft und ihre Funktionen

Automobile der Zukunft und ihre Strukturen
Zukünftige Antriebssysteme und Energieträger

Was treibt uns morgen an?

Entwicklungsbedingungen für zukünftige
Automobile

Auto und Welt

Automobile Produktion nach Ländern pro Jahr

Fahrzeuge in der Welt (13. Mai 2019):

1,29 Milliarden

Weltbevölkerung

7,66 Milliarden

(13. Mai 2019):

Produktion: 2,6 Autos/Sek.
Geburt: 2,5 Menschen/Sek.

Auto und Welt

Autobahnstau in China: 260 km

Zusammensetzung der Atmosphäre

NOx vom Diesel oder Partikel von Reifen, Bremsen, Schienen und Fahrbahn?

CO2 Grenzwert PKW Verbrennungsmotoren (Flotte) 2030: 60 Gramm/km

2,64 Liter Benzin /100 km (1,95 kg)
28,8 kg Luft (Sauerstoff+Stickstoff) /100 km

30,75 kg

6

kg CO2/100 km

60g CO2/km

2,64 kg Wasser /100 km
22,11 kg Stickstoff/ 100 km

30,75 kg

Das Elektroautomobil ist unerlässlich für die Megacities

Verkehrsdichte
Auto: kompakt, geringe Trägheit bei
Beschleunigen/Bremsen

Treibhauseffekt
keine(lokale)Kohlendioxid
emission

Schadstoff- und
Geräuschemission
keine/extrem gering

C. Stan: Alternative Antriebe für Automobile
4. Auflage, Springer Verlag
ISBN 978-3-662-48512-5

Das Elektroauto?
Verkehrströmung bei unterschiedlicher Beschleunigung

Das Elektroauto?

…und die Heizung?

Elektroenergieproduktion in ausgewählten Ländern

Das Elektroauto?

CO2 Emission weltweit (2016)
China 28%;USA 16%; EU10%;
Indien 6%, Russland 5%

(2018)

11,7

(2018)

14,4

(2018)

12,7

(2018)

35,2

Quelle: Global Carbon Project

Das Elektroauto?
Ladedauer der Batterie eines Elektroautos in Abhängigkeit der Ladeleistung

Deutschland 2019: 46 Mil. Automobile – 14510 Tankstellen / 16100 E Ladepunkte

Bemerkungen
1. Entwicklungsbedingungen

kein Platz für mehr Autos vorhanden,
keine Schadstoffemission mehr zugelassen,
nur elektrisch geht es nicht

2018 weltweit 85 Millionen Autos verkauft
davon E Autos: China 1 Mio., USA 0,356 Mio., Norwegen 73.000, Deutschland 68.000
Bestand E Autos weltweit 12/2017: 3,2 Millionen

China: 30 Millionen E-Roller/Jahr (geplant)

Automobile der Zukunft und ihre Funktionen

Vielfalt der gegenwärtigen und zukünftigen Automobile

Coupé

Limousine

SUV

Pick up

Stadtwagen

Cabriolet

Kombi

Oberklasse
Mittelklasse
Preiswerter Allzweckwagen

Das zukünftige Automobil – zwischen Akzeptanz und Vorschriften

AUTONOMES FAHREN

KONNEKTIVITÄT

KLIMATISIERUNG

SICHERHEIT
(aktiv, passiv)

DREHMOMENT
KOMFORT
FAHREIGENSCHAFTEN

…zuerst kommt - neben den Emissionen - die Sicherheit

55 ECU (Electronic Control Units) – 6000 Funktionen: Porsche Panamera

Elektronische Systeme im Automobil – Sensoren und Kameras

Elektronische Systeme im Automobil – Funktionsmodule

Lebenszyklen: Automobile und elektronische Systeme

Automobile
3 Jahre Entwicklung

Elektronische Systeme:

7 Jahre am Markt

0.5 – 1 Jahr am Markt

Konnektivität – Automobilgerecht
Hardware: Temperatur, Feuchtigkeit, Schwingungen
Software: Bedienung per Stimme und Gesten – ohne Ablenkung

Auto - Internet:

Telefon, Emails, Nachrichten, Wetter, Webradio, Facebook, Street View

Auto – Ampel:

Verkehrsfluss

Auto – Werkstatt:

Ferndiagnose, Service

Auto – Anbieter:

Unterhaltung, Reservierungen, Versicherung, Maut

Auto – Auto:

Warnungen – Glatteis, Stau hinter Kurve

Auto – Geräte:

mehrere Smartphones und Tablets im Auto

Auto – Verkehr:

Autonomes Fahren – Lenken, Beschleunigen, Bremsen by Stop and Go
Überholen/Blinken, Einparken, Richtgeschwindigkeit

C. Stan: Alternative Antriebe für Automobile
4. Auflage, Springer Verlag
ISBN 978-3-662-48512-5

Konnektivität des Automobils mit seiner Umgebung
Fig. 1

Datenzufuhr zu einem autonom fahrenden Automobil aus seiner Umgebung

Konnektivität: Strahlungsfrequenzen
Connectivity: frecvencies of electromagnetic radiation
Sat-Radio

Mobile Phone
GSM
UMTS

Navigation
GPS
Galileo

Telematics
Toll Collect

Sonnenstrahlung:
Frequenzspektrum der
elektromagnetischen Wellen
elektrische Wellen infrarot

Radio/TV
AM/FM
DAB
Analog TV
DVB

Licht

ultraviolet

500.000 GHz

1 MHz

100 MHz

1 GHz

10 GHz

Autonomes Fahren und Fliegen? Und die Hacker? Und der Systemsturz? Und die elektromagnetischen Waffen?

Automobile der Zukunft
und ihre Strukturen

Automobilkarosserie: Space Frame

Quelle: Porsche

Modulare Querbaukasten

Quelle: VW

Automobilkarosserie: Monocoque

Quelle: Porsche

Automobile aus dem 3D Drucker

Elektroautomobil mit Batterie: Der Rahmen kommt wieder

Quelle: BMW

Elektroautomobil mit Batterie: Der Rahmen kommt wieder

Die Karosserie muss die Sicherheit der Passagiere gewähren…

Bemerkungen

1.Entwicklungsbedingungen: kein Platz für mehr Autos vorhanden,
keine Schadstoffemission mehr zugelassen,
nur elektrisch geht es nicht
2.Funktionen und Struktur:

Vielfalt der Formen, Strukturen und Werkstoffen,
Anteil der Elektronikkomponenten überwiegend

Zukünftige Antriebssysteme und Energieträger

Übersicht der Antriebssysteme, Energiespeicherformen und
Energieumwandlungskonzepte für Fahrzeugantriebe
Sonne
Wasser
Wind
Energiequellen

Zeit

Luft
Brennstoffzelle

Li-Ionen
NiCd
Pb
Energie-Unwandlungsstation

Energiespeicher
+ Elektrisch -

Heißes Fluid
Wasserstoff
Alkohole
Pflanzenöle
Gas, Benzin, Diesel
Energiespeicherung
(thermisch)

Generator
Elektromotor
Gleichstrom
Drehstrom
Asynchron
Synchron

Antrieb

Wärmekraftmaschine
Otto, Kolben, DE, 4 Takt
Otto, Kolben, DE, 2 Takt
Diesel, Kolben,DE, 4 Takt
Diesel, Kolben, DE, 2 Takt
Wankel
Stirling
Strömungsmaschine, radial
Strömungsmaschine, axial

C. Stan: Alternative Antriebe für Automobile
4. Auflage, Springer Verlag
ISBN 978-3-662-48512-5

Ein Motor (elektrisch oder thermisch) muss Drehmoment erzeugen – daraus wird Kraft am Rad abgeleitet

C. Stan: Alternative Antriebe für Automobile
4. Auflage, Springer Verlag
ISBN 978-3-662-48512-5

Hybridantrieb – Verbrennungsmotor und Elektromotor

Antrieb mittels Elektromotor(en) und Energie aus Batterien

544 kg

Antrieb mittels Elektromotor, Energie aus Brennstoffzelle

Range Extender: Strömungsmaschine (Gasturbine)

Gasturbine als Stromgeneratoren für den elektrischen Antrieb von Automobilen –
Jaguar C-X75 –
− 4x145 kW + 4x400 Nm
(je Rad ein Elektromotor)
− Systemleistung: 580 kW
− Systemdrehmoment: 1600 Nm
− 2 Gasturbinen mit je 70 kW
− 19,6 kWh Li-Ionen Akkupack
− CO2- Ausstoß: 99 g/km
− Höchstgeschwindigkeit: 330 km/h
− 3,4 s von 0 auf 100 km/h

Bild 190 Hybridkonfiguration Strömungsmaschine-Elektromotor – Jaguar
C-X75

Range Extender: Elektroantrieb und Stromerzeugung an Bord mittels
Verbrennungsmotor - PSA Peugeot Citroen / FTZ Zwickau
ERGEBNISSE
- FAHRZEUGPROTOTYPEN
Citroen Saxo Dynavolt (Hybrid)
- UMFANGREICHE STRASSENTESTS
- TEILNAHME AN DER
“CHALLENGE MICHELIN”
(MEHR ALS 1000 km)
- AUSSTELLUNG AUF DER
“AUTOMOBILE EXPOSITION”
PARIS 1998
- VERBRAUCH

2,4 l/100km
- SENKUNG DER SCHADSTOFFEMISSION

CO2

bis 67%

- REICHWEITEERHÖHUNG

über 400 km

Energieumsetzung: chemisch in elektrisch – chem./therm. in Batterien, Brennstoffzellen und Brennräumen

Prozesse im Brennraum eines modernen Kolbenmotors – Simulation

5

Energiemanagement: Kombinationen von Antriebssystemen,
Energieträgern, -wandlern und -speichern

Energieressourcen und Energieträger

Anteile alternativer Energieträger in allen Verkehrsmitteln – Prognose für 2050


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