Pressenachbericht

Nachbericht zum 14. Internationalen CTI Symposium,
7.-10. Dezember 2015, Berlin

Die nächste Generation der Hybridgetriebe

Schon auf den vergangenen CTI Symposien wurde immer deutlicher, dass Hybridgetriebe eine integrierte Betrachtung des Antriebsstrangs erfordern. Eine logische Konsequenz daraus ist das DHT (Dedicated Hybrid Transmission), welches in Berlin erstmals öffentlich definiert und diskutiert wurde. Das DHT bildet eine neue Kategorie von Hybridgetrieben, die mehr sind als Add-on-Lösungen. Darüber hinaus standen in Berlin zwei weitere Zukunftsthemen im Fokus: die Auswirkungen autonomen Fahrens auf die Getriebe- und Antriebstechnik sowie die Frage, welche Formen von Energie zukünftige Mobilität braucht. Nicht nur bei Elektroautos, sondern auch bei fossilen und regenerativ erzeugten Energieträgern gibt es noch viel Entwicklungspotenzial.

Welche zentrale Bedeutung das Getriebe im Fahrzeug erlangt hat, zeigten 16 Themensessions, unter denen rund 1.300 Besucher auf dem CTI Symposium in Berlin wählen konnten. Professor Ferit Küçükay fasste zu Beginn des ersten Tages das Spannungsfeld zusammen, in dem Getriebe- und Antriebsentwickler heute handeln: So bestehen noch große Potenziale bei der effizienten Wandlung chemischer Energie, etwa bei konventionellen Kraftstoffen oder der Batterietechnik. Die Verarbeitung von Daten zu Fahrer, Fahrzeug und Fahrzeugumgebung eröffnet neue Chancen, beispielsweise in Form optimierter Betriebsstrategien. Schließlich wirken automatisierte Systeme zur Steigerung von Fahrkomfort, Fahrsicherheit und Effizienz immer stärker auf den Antriebsstrang ein.

Ja zur Elektrifizierung – wenn sie bezahlbar ist

14. Int. CTI Symposium Fahrzeuggetriebe, HEV- und EV-Antriebe (P2300412)Die Elektrifizierung des Antriebs wird sich auch daran messen lassen müssen, ob sie sich für den Kunden rechnet. Besonders offenkundig ist dies im kommerziellen Bereich, wie Dr. Eckhard Scholz, CEO Volkswagen Nutzfahrzeuge, als erster Plenarredner darlegte. Während bei privaten Autokäufern auch emotionale Aspekte eine Rolle spielen dürfen, müssen mittelständische Flottenbetreiber die Kosten über den Lebenszyklus streng rational ermitteln. Vereinfacht gesagt: „Was kostet mich der Kilometer?“ Vorteilhaft seien bei Elektrofahrzeugen zwar die geringeren Energie- und Wartungskosten, nachteilig jedoch die erheblich höheren Kapitalkosten durch den hohen Anschaffungspreis und Wertverlust. Dr. Scholz glaubt, dass elektrifizierte Antriebe vor allem im städtischen Transportbetrieb an Bedeutung gewinnen werden, zumal der zulässige CO2-Ausstoß in Metropolen immer geringer wird. Es seien jedoch finanzielle Anreize erforderlich, um kommerzielle Nutzer zum Umstieg auf Elektrofahrzeuge zu bewegen.

Downsizing bei Hybridgetrieben

14. Int. CTI Symposium Fahrzeuggetriebe, HEV- und EV-Antriebe (P2300412)Mihir Kotecha, CEO Getrag, konzentrierte sich in seinem Vortrag auf die Skalierung von Antriebssträngen bis hin zu heutigen und zukünftigen Hybridantrieben. Er begann seinen Vortrag mit der Vorstellung aktueller Getrag-Hybridgetriebe: Da bei ihnen die E-Maschine innerhalb des Doppelkupplungsgetriebes an ein Teilgetriebe gekoppelt ist, kann sie bauraumneutral von zirka 15 bis 75 kW skaliert werden. Kotecha überraschte daraufhin mit einem interessanten Gedankenspiel, bei dem er die Qualitäten verschiedener Antriebsstränge Revue passieren ließ, mit dem Ergebnis, dass diese zwar immer besser wurden, aber bis heute im Sinne von Nutzwert und Kraftstoffeffizienz nicht universell genug sind. Er deklinierte an Beispielen die Antriebstechnik von 1975 bis 2015 durch, bis hin zu skalierbaren Mild- und Plug-in-Hybriden der kommenden Jahre. Als Ausblick stellte er einen provokativen Gedanken in den Raum: „Was wäre, wenn wir die Höchstgeschwindigkeit auf 160 km/h begrenzen würden?“ Es würde einen Hybridantrieb ermöglichen, bei dem fast alles deutlich kleiner und effektiver ausgelegt werden kann. Ein Beispiel: Mit einer E-Maschine von 100 kW und einem Verbrennungsmotor mit 50 kW wären nur noch zwei respektive vier Gänge notwendig; der Antrieb wäre für rein elektrischen, emissionsfreien Cityverkehr ebenso geeignet wie für die Langstrecke – und aufgrund der hohen dynamischen Qualitäten der E-Maschine deutlich universeller einsetzbar als bisherige Antriebe.

Der dedizierte Hybridantrieb – eine neue Antriebskategorie

14. Int. CTI Symposium Fahrzeuggetriebe, HEV- und EV-Antriebe (P2300412)Dr. Robert Fischer, Executive Vice President Engineering and Technology Powertrain Systems, AVL, stellte die neue Kategorie „Dedicated Hybrid Transmission (DHT)” vor, welcher auf dem CTI Symposium 2015 eine eigene Session eingeräumt wurde. Im Unterschied zu „Add-on-Lösungen“ sei das DHT „ein Hybridgetriebe, bei dem die E-Maschine funktionale Getriebeaufgaben übernimmt“, und insofern nicht verzichtbar sei. Klassischer Vertreter dieses Ansatzes ist der leistungsverzweigte Hybrid von Toyota, bei dem sich die Antriebsaggregate um einen Planetenradsatz gruppieren. Robert Fischer nannte weiterhin den Voltec von GM, sowie Lösungen von Renault, GKN und Professor Tenberge, Ruhruniversität Bochum, welche später wie auch der AVL-Lösungsansatz in der DHT-Fachsession vorgestellt wurden. Der dedizierte Ansatz kostet einerseits Kompatibilität mit konventionellen Antrieben, ermöglicht aber anderseits effizienter ausgelegte Einzelkomponenten. Ab einer Stückzahl von etwa 100.000, vielleicht sogar weniger, könne sich ein DHT lohnen und würde dann günstiger als Add-on-Lösungen, sagte Fischer.

Dedizierte Hybridantriebe brauchen Stückzahlen

14. Int. CTI Symposium Fahrzeuggetriebe, HEV- und EV-Antriebe (P2300412)Wie das erfolgreiche Hybridkonzept von Toyota entstand und wie es sich weiterentwickelte, berichtete Gerald Killmann, Vice President R&D Toyota Motor Europe. Was weniger bekannt ist: Auch Toyota hat in der Vergangenheit andere als die leistungsverzweigte Hybridarchitektur eingesetzt, zum Beispiel 1997 einen seriellen Hybridantrieb für einen Stadtbus (Coaster) und 2001 einen Parallelhybrid mit elektrischer Hinterachse in einem Van (Estima). 2003 folgte sogar ein Parallel-Dieselhybrid, verbaut in einem kleinen Lkw. Bis heute hat Toyota rund acht Millionen Hybridantriebe verkauft, 99 Prozent davon entsprechen als leistungsverzweigter Hybrid mit Planetenradsatz der Definition des DHT. Dieser Skaleneffekt ist aus Sicht von Killmann mitentscheidend für den Erfolg. Interessanterweise favorisiert Toyota neben dem leistungsverzweigten Vollhybrid derzeit die Brennstoffzelle, anstatt den Plug-in-Hybrid weiterzuverfolgen. Der Grund: die sehr hohe Energiedichte von Wasserstoff, die aus Sicht von Killmann im Vergleich zu Batterien ein großer Vorteil auf Langstrecken ist.

Kundendaten für die 2. Generation des Voltec

14. Int. CTI Symposium Fahrzeuggetriebe, HEV- und EV-Antriebe (P2300412)Dritter Plenarredner zum Thema DHT war Larry Nitz, Executive Director, Transmission and Electrification, GM, der die zweite Generation des Voltec-Hybridantriebs vorstellte. Bei dessen Entwicklung spielten laut Nitz die Kundendaten eine wichtige Rolle, die mit Einverständnis der Fahrzeugbesitzer automatisch übermittelt wurden. Datenlieferant war das GM-eigene Onstar-Kommunikationssystem im Fahrzeug. Die Datensammlung brachte Überraschendes zutage: Der Voltec wurde gerne sportlich bewegt, Larry Nitz begründete das mit der „liquid acceleration“ des Antriebs, also das ebenso kräftige wie „flüssige“ Beschleunigungsvermögen. Zudem könne der Fahrer ohne schlechtes Gewissen Fahrspaß erleben, da die Fahrzeuge lokal emissionsfrei sind. Der neue Voltec-Antrieb unterscheidet sich von Generation 1 unter anderem durch E-Maschinen mit höherer Leistungsdichte und eine auf 53 Meilen gesteigerte elektrische Reichweite. Eine grundlegende Neuerung besteht in nun zwei Planetenradsätzen statt bisher einem, wodurch mehr Betriebsmodi möglich werden, unter anderem wirkungsgradoptimales elektrisches Fahren mit einem oder zwei E-Motoren und zwei eCVT-Modi, die einen seriellen Modus ergänzen.

Klimawandel erfordert radikalen Technologiewandel

14. Int. CTI Symposium Fahrzeuggetriebe, HEV- und EV-Antriebe (P2300412)Welche Antriebe sich in Zukunft durchsetzen, ist nur näherungsweise vorhersehbar. Das zeigte am zweiten Tag des Symposiums Wolfgang Müller-Pietralla, er leitet die Zukunftsforschung bei Volkswagen. Er machte deutlich, dass das Weltklima sich auf eine „Kipplinie“ zubewegt, wenn wir auf dem Weg zu CO2-günstigen oder -neutralen Energieformen nicht schnell genug vorankommen. Er erwartet, dass bis 2030 die Hälfte der Fahrzeuge wenigstens teilelektrifiziert sein wird, allerdings mit einer deutlichen Volatilität in der Prognose. Einen Schub für E-Autos könnten induktive Ladesysteme geben, Power-to-Gas sei darüber hinaus eine Möglichkeit, CO2-neutral Methan zu erzeugen, so könnte auch der „Erdgas-Hybrid“ interessant werden. Das Verhältnis zum Auto wird sich laut Müller-Pietralla deutlich verändern, „alles wird vernetzt sein, prädiktive Systeme gewinnen an Bedeutung und es wird eine Konvergenz mit artfremden Branchen“ geben. Er glaubt allerdings nicht, dass Unternehmen wie Google selbst Autos entwickeln und herstellen wollen, sondern dass ihnen an der „Zeit des Kunden im Auto“ gelegen ist.

Ein Plädoyer für „Elektrokraftstoffe“

14. Int. CTI Symposium Fahrzeuggetriebe, HEV- und EV-Antriebe (P2300412)Dr. Rolf Leonhard, Aufsichtsratsvorsitzender der Bosch Engineering GmbH, zeigte zunächst in aller Deutlichkeit, dass angesichts des weltweiten Energieverbrauchs eine globale Erwärmung von 2 °C nicht zu halten ist; China werde 2020 die vorgesehenen CO2-Ausstoß um etwa 400 Prozent überschreiten, aber auch in der EU lägen Anspruch und Wirklichkeit auseinander. Bis 2040 würde der zunehmende Verkehr die Verbesserungen beim CO2-Ausstoß leider „überkompensieren“. Als mögliche Lösung sieht Leonhard – mehr noch als reine Elektromobilität – so genannte Elektrokraftstoffe, die mithilfe von regenerativer Energie erzeugt werden. Diese seien allein schon deswegen sinnvoll, weil vor allem der Langstreckenverkehr überproportional zunehmen werde. Eine CO2-Reduktion von 85 Prozent innerhalb von 50 Jahren hält Leonhard in der EU für möglich, wenn man den Verbrauch von Kraftstoffen um 60 Prozent verringert, und zu je einem Drittel auf batterieelektrische Fahrzeuge, Plug-in-Hybride und Elektrokraftstoffe setzt. Letztere, per Power-to-Liquid gewonnen, ermöglichten ein „CO2-Recycling“ wenn der für die Synthese benötigte Wasserstoff regenerativ hergestellt wird.

Auswirkungen des autonomen Fahrens auf die Fahrzeugtechnik

14. Int. CTI Symposium Fahrzeuggetriebe, HEV- und EV-Antriebe (P2300412)Dr. Peter Rieth, bis Ende 2014 Leiter Systems & Technology der Division Chassis & Safety bei Continental, ging auf die Aussichten des autonomen Fahrens ein. Funktional unterschied er zwischen den Phasen „Sense“, „Plan“ und „Act“. Vereinfacht gesagt wird dies von Sensoren, Steuergeräten und Aktoren im Fahrzeug repräsentiert. Mit der Automatisierung verändere sich auch der Workload für den Insassen, der mehr und mehr Verantwortung abgebe. Entsprechend SAE J3016 unterschied Rieth sechs Levels der fortschreitenden Automatisierung (0 bis 5), wobei Level 5 der vollen Automatisierung ohne Fahrereingriff entspricht. Bis 2020 sei ein sehr hoher Automatisierungsgrad erreichbar, frühestens 2025 ein voll autonomes Fahren ohne Fahrereingriff. In beiden Fällen werde eine Redundanz aller Fahrzeugsysteme notwendig, bis hin zum Antrieb; denn Voraussetzung für autonomes Fahren ist natürlich, dass Unfälle und Ausfälle jeglicher Art zu hundert Prozent ausgeschlossen sind.

Autonomes Fahren verändert die DNA des Getriebes

14. Int. CTI Symposium Fahrzeuggetriebe, HEV- und EV-Antriebe (P2300412)Guillaume Devauchelle, Vice President Innovation & Scientific Development, Valeo, erläuterte die Auswirkungen des autonomen Fahrens auf das Getriebe; auch er bezog sich dabei auf die Definition entsprechend SAE J3016. Für Level 1 bis 3 kommen demnach auch Clutch-by-Wire-Lösungen in Verbindung mit zwei oder drei Pedalen infrage, ab Level 4 zwingend vollautomatische Getriebe. Welcher Getriebetypus sich dabei durchsetzt, hänge auch von den Komforterwartungen ab. Bei einer fahraktiven Funktionalität auf Level 3 bis 4 sieht Devauchelle gestufte Getriebe wie das DKG im Vorteil, auf Level 5, beim Fahren im „Kokon“, ein stufenloses Getriebe. Mit zunehmender Leistung der E-Maschine würden diese allerdings beim Anfahren und Boosten dominanter, was die Komfortunterschiede nivelliere. Level 3 bis 4 des autonomen Fahrens sind laut Devauchelle bereits mit einem 48-Volt-Bordnetz erreichbar, Level 5 erfordere eine volle Hybridisierung mit  300 Volt. Für die Zukunft erwartet er ein Getriebe „2.0“, das die Eigenschaften verschiedener Getriebetypen miteinander verbindet.

Ausblicke in die nahe Zukunft

14. Int. CTI Symposium Fahrzeuggetriebe, HEV- und EV-Antriebe (P2300412)Michael Schöffmann, Leiter Getriebeentwicklung, Audi, schlug den Bogen von zukünftigen Anforderungen zu aktueller Hybridtechnik des Unternehmens. Entscheidend aus seiner Sicht ist, dass bei jeglichem Maß an Elektrifizierung die Total Cost of Ownership gewährt bleibt. Schöffmann rechnet damit, dass die Energiedichte bis 2025 von etwa 220 Wh/l auf rund 800 Wh/l steigen wird, was die erzielbaren Reichweiten bei akzeptabler Batteriegröße deutlich verbessern würde. Kern seines Vortrags bildete das neue Audi S Tronic Doppelkupplungsgetriebe mit sieben Gängen, das modular aufgebaut ist und sowohl eine Allrad- als auch eine Hybridoption bietet, bis hin zum Plug-in-Hybrid mit einer E-Maschine von 100 kW. Für die Zukunft sieht Schöffmann auch die Möglichkeit, mithilfe einer elektrischen Hinterachse (zwei Gänge) das Getriebe im verbrennungsmotorischen Antriebsstrang zu entfeinern und dort die Gangzahl auf beispielsweise vier zu verringern.

14. Int. CTI Symposium Fahrzeuggetriebe, HEV- und EV-Antriebe (P2300412)Tetsuya Takahashi, Senior Vice President R&D, Jatco, konzentrierte sich auf die Bedürfnisse der Autofahrer und was moderne CVTs dazu beitragen. Auf der einen Seite stehen rationale Anforderungen wie Verbrauch, Komfort und Sicherheit, auf der anderen Seite emotionale Aspekte wie ein direktes und sportliches Fahrgefühl. Während Letzteres laut Takahashi für zukünftiges autonomes Fahren keine Rolle mehr spielen wird, müssen heutige Getriebe beides abdecken können. Den für dynamische Fahrweise gedachten, gestuften D-Step-Modus der Jatco-CVTs beschrieb er als eine funktionale Ergänzung, die beides kann. Beim neuen CVT7 habe Jatco den Wirkungsgrad um 5 Prozent verbessern können. Interessant ist die Spreizung von 8,7, die mithilfe eines Hilfsradsatzes und eines neuen Schubgliederbandes möglich wurde. Das Jatco CVT8 Hybrid profitiert laut Takahashi davon, dass eine trockene Mehrscheibenkupplung eingesetzt wird.

Antriebsstrang 2030 – Podiumsdiskussion

14. Int. CTI Symposium Fahrzeuggetriebe, HEV- und EV-Antriebe (P2300412)Die übergeordnete Fragestellung der diesjährigen Podiumsdiskussion hieß: „Wie sieht der Antriebsstrang 2030 aus – und bleibt das Elektroauto in der Nische?“ Teilnehmer waren Dr. Wolfgang Ziebart, Michael Schöffmann, Prof. Friedrich Stockmar, Jörg Grotendorst, Prof. Peter Gutzmer, Prof. Friedrich Indra sowie als Moderatoren Ulrich Walter und Rolf Najork. Wie in den vergangenen Jahren konnte das Publikum über mehrere Fragen abstimmen.
Bei der Frage nach der Zukunft des Elektroantriebs glaubte die große Mehrheit, dass uns der Verbrennungsmotor lange erhalten bleibt und die Elektrifizierung langsam fortschreitet. Es herrschte jedoch weitgehend Einigkeit, dass der 48-Volt-Hybrid sich schnell durchsetzt, auch weil bei ihm anders als bei höhere elektrifizierten Antrieben das Verhältnis von Kosten zu Benefit stimmt, wie Friedrich Indra anmerkte. Und wie wird sich die Reichweite von Elektroautos entwickeln? Erstaunlich viele Tagungsbesucher können sich vorstellen, dass schon bis 2025 oder 2030 ein Fahrzeug mit 1.000 Kilometer Reichweite auf den Markt kommt. Obwohl sicherlich machbar, zweifelte Dr. Ziebart den Sinn an, zumal damit auch die Ladezeit immer länger werde. Prof. Gutzmer rechnet zwar ab 2030 mit Lithium-Luft-Batterien, sieht aber ebenfalls wenig Sinn in derartigen Reichweiten. Für Jörg Grotendorst kommt es vor allem darauf an, eine Infrastruktur zu schaffen, in der überall geladen werden kann, was das Reichweitenproblem relativieren würde.

Wieviel Elektrifizierung ist in näherer Zukunft sinnvoll? Die meisten Zuhörer und Diskussionsteilnehmer setzten interessanterweise auf Mild und Plug-in-Hybride, nicht auf den Vollhybrid. Michael Schöffmann sieht den Mildhybrid als eine Standardlösung, Plug-in-Hybride seien für schwere Fahrzeuge erforderlich, um die gesetzlichen Anforderungen zu erfüllen. Mit Blick auf 2030 setzten die meisten Zuhörer im Publikum auf das DHT (Dedicated Hybrid Drive) als eine sinnvolle Form des elektrifizierten Antriebs. Prof. Stockmar favorisiert aufgrund seiner guten Effizienz das elektrifizierte DKG, Michael Schöffmann sieht einen interessanten Wettbewerb von DKG und DHT. Dr. Ziebart und Prof. Gutzmer erwarten andererseits weiterhin beträchtliche Anteile von Handschaltgetrieben. Laut Gutzmer könnte dabei die e-Clutch an Bedeutung gewinnen, die beispielsweise eine Segelfunktion ermöglicht. Doch wird der Antriebsstrang für den Autofahrer der Zukunft überhaupt noch ein wichtiges Kriterium sein? Drei Viertel der Zuhörer sagten „ja“, das Podium zeigte sich skeptischer. Prof. Stockmar sieht ein generell sinkendes Interesse, ein Auto zu besitzen. Wolfgang Ziebart glaubt nicht, dass der Durchschnittskunde einen Unterschied bemerkt. Einig waren sich letztlich alle, dass man genau hinschauen muss, wie zukünftige Autofahrer mit Technik umgehen. Prof. Gutzmer meinte: „Für ältere Autofahrer wird es um mehr Sicherheit gehen, für jüngere um Connectivity“. Der Powertrain müsse sich dem fügen.

Koexistenz der Antriebskonzepte

Auf dem 14. Internationalen CTI Symposium in Berlin ist abermals deutlich geworden, dass aufgrund gesetzlicher Vorgaben, die letztlich eine reale CO2-Problematik reflektieren, die Elektrifizierung des Fahrzeugantriebs notwendig ist. Das Dilemma aus geringer Energiedichte der Batterien, fehlender Infrastruktur und hohen Kosten bleibt aber weiter ungelöst. Die neue Getriebekategorie des DHT bietet in dieser Hinsicht eine interessante Chance: Sowohl der rein elektrische als auch der Betrieb mit Kraftstoff kann besonders effizient ausgelegt werden. Das DHT kann vielleicht sogar mehr sein als eine Übergangstechnologie. Welche Getriebetopologie dabei zu favorisieren ist, wird weiter diskutiert werden. Das gilt auch für die Frage nach dem richtigen Energieträger. Sofern regenerativ erzeugt, haben Kraftstoffe wie Methan und Wasserstoff, aber auch CO2-neutrale Ersatzkraftstoffe für Benzin und Diesel, aufgrund ihrer hohen Energiedichte und Speicherfähigkeit weiterhin große Vorteile. Die Frage ist nicht unbedingt, ob elektrische die konventionellen Antriebe ablösen, sondern wie regenerative Energie ins Fahrzeug kommt.
Weitere Infos und Bildmaterial: www.transmission-symposium.com
Autor: Gernot Goppelt

15 Internationales CTI Symposium, Berlin, 5. bis 8. Dezember 2016