06. Vortrag - Dr. Bohr - Präsentation · Rollwiderstand 4% Luftwiderstand 3% nutzbare Energie ca. 16% Antriebsstrang: 3% Energiebilanz am Beispiel eines Autos der Kompaktklasse mit

1 C/OFE4 | 28.02.2008 | © Robert Bosch GmbH reserves all rights even in the event of industrial property rights. We reserve all rights of disposalsuch as copying and passing on to third parties.

Automotive Technology

Innovationenfür eine sichere und saubere Mobilität der Zukunft

3. Sachverständigentag VdTÜV 2008 Dr. Bernd Bohr

2


C/OFE4 | 28.02.2008 | © Robert Bosch GmbH reserves all rights even in the event of industrial property rights. We reserve all rights of disposalsuch as copying and passing on to third parties.


1 Aktuelle Herausforderungen und Rahmenbedingungen

2 Innovationen für Emissions-Reduzierung und Verkehrssicherheit

3 Innovationen beherrschen –moderne Diagnose



Fahrzeugbestände steigen weltweit

1,1 %/a

3,2 %/a

1,7 %/a

3,1 %/a

6,1 %/a(Japan 0 %/a)

2,3 %/a761

636621

Bestand PKWin Millionen

198

72

163

31 32

12171

200

74

167

76

218

96

190

41

0

100

200

300

400

500

600

700

West-Europa

Mittel- undOsteuropa

NAFTA Latein-amerika

Asien; exkl.Japan

Welt

20072006

Prognose 2015


Prognose Bosch 2007

4

42%

20%

14%6%

18%

Energieerzeugung

Verkehr

Haushalte

Sonstige

Industrie

restl. Verkehr3,3%

LKW, >3,5t4,0%

PKW12,3%




Mit den Fahrzeugbeständen steigen die CO2-Emissionen (Beispiel Deutschland)

Quelle: Bundesumweltamt , Stand 20.04.2007

CO2-Emissionen 2005 in Deutschland: 836 Mill. TonnenAufteilung der CO2-Emissionen aus dem Verkehr

5




Flottenmittelwerte CO2-Emissionen Neuwagen EU

162 g/km

120 g/km

130 g/km

140 g/km

110

120

130

140

150

160

170

180

190

200

1994 1996 1998 2000 2002 2004 2006 2008 2010 2012 2014

CO

2[g

/km

]

Otto Diesel gesamt

EU-Vorschlag zuGrenzwerten in 2012;125g in 2015 in Diskussion

ACEA*-Selbstverpflichtung

* ACEA = Verband der europäischen AutomobilherstellerQuelle: EU-Kommission KOM(2006) 463, Daten Flotten ACEA, JAMA,KAMA inEU15

6




VerbrauchKraftstoff, Additive,

Reichweite

EmissionenUmwelt,

Gesundheit

KostenAntriebskonzept,

Kraftstoff, Steuern

Technologie,Kraftstoffe, Infrastruktur

Verfügbarkeit

mehrdimensionaleOptimierung /

komplexe Anforderungenan Politik,OEM und Zulieferer



Emissionen Straßenverkehr(2005 zu 2035; 2005 = 1,0)

Bestand PKW(in Millionen)

21

100

200

2005 2035

300

CO2Partikel NOx

Emissionen rücken weltweit in den Fokus

1

3,9

Niveau2005

5

10

0,27 0,41

Effizienz-steigerung

(z.B. Dieselanteil)


IndienChina

13-fach

273

8

Status




Verkehrssicherheit rückt weltweit in Fokus

42,065 43,443(+3%)

Todesfälle

1996 2005 in 2008

52,000

41,600(-20%)

26,000(-50%)

Todesfälle

2000 2005 by 2010

8,747

6,871(-21%)

<5,500(-37%)

Todesfälle

2001 2005 by 2010

Vision: Unfall-freies Fahren; Status 2005

Quellen: FARS, IRTAD, IATSS

Reduzierung der Verkehrs-toten unter 5,500, White paperzur Verkehrssicherheit, Japan

Halbierung der Anzahl derVerkehrstoten, White paper ofEuropean transport policy

Reduzierung Todesfallrate von1.7 to 1.0 pro 100 MillionFahrzeugmeilen, Department ofTransportation

1.71.5

1.0

Japan: Todesfall innerhalb 24 StundenUSA, EU 25: Todesfall innerhalb von 30 Tagen

31,400*(-25%)

Basis Ziel

EU 25

Basis Status Basis Status Ziel

RateRate

Ziel

* geschätzt

9







10







2.1 Innovation zur Emissionsreduzierung

2.2 Innovationen für erhöhte Verkehrssicherheit

11









12




Energiebilanz im Fahrzeug

Nebenaggregate 3%

Rollwiderstand 4%

Luftwiderstand 3%

Bremsarbeit 3%

nutzbare Energie ca. 16%

Antriebsstrang: 3%

Energiebilanz am Beispiel eines Autos der Kompaktklassemit 2-Liter Saugrohreinspritzmotor und 7,7l/100km im EU-Normfahrzyklus

Abwärme 84%

Optimierung des Verbrennungsprozesses

Nutzung der Abwärme

Verbesserte Nebenaggregate, z.B.elektrische Servolenkung undwirkungsgradgesteigerter Generator

Nutzung der Brems-energie, z.B. mitHybridfahrzeugenReduzierung des

Gesamtenergiebedarfes,z.B. durch Reduzierungdes Fahrzeuggewichts

Einsatz alternativer Kraftstoffemit besserer CO2-Bilanz

13

500

1000

1500

2000

2500

3000




Bereits heute bietet Bosch wirtschaftliche Lösungen

Paketkosten (in EUR)

Kraftstoffeinsparung(in EUR) *

Zusatzkosten = Einsparung

Benzindirekteinspritzung, Turbo, Downsizing, hocheff. Generator,var. Ventilsteuerung, Start/Stop (6,0 l/100km 142 g/km)

Standard Benziner, Downsizing, Thermo-Mgmt, StrongHybrid (5,2 l/100km 122 g/km)

Thermo-Management, hocheff. Generator, Start/Stop, Batt.-Sensor (4,9 l/100km 131 g/km)

Strong Hybrid, CO2-optimierter Betrieb (3,9 l/100km 101 g/km)

Standard-Diesel(5,4 l/100km 144 g/km)

Thermo-Mgmt, hocheff. Generator, Start/Stop, Batt.-Sensor (7,1 l/100km 168 g/km)

* Mittelklasse-Fahrzeug, 2l Hubraum, 1,6t , über 3 Jahre mit je 15.000 kmunterstellte Kraftstoffpreise: Benzin 1,36 EUR/l, Diesel 1,14 EUR/l

500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 Durchmesser derKreise repräsentiertCO2-Emissionen

Thermo-Mgmt, hocheff. Generator, Start/Stop, var. Ventilsteuerung (6,8 l/100km 161 g/km)

Standard-Benziner (7,7 l/100km 182 g/km)

Thermo-Management, hocheff. Generator, Start/Stop,Batt.-Sensor, Downsizing, T/C-Optimierung,Torque oriented boost (4,3 l/100km 115 g/km)

-40g/km-29g/km

14




Energiebilanz KFZ – technische Lösungen

Nebenaggregate 3%

Rollwiderstand 4%

Luftwiderstand 3%

Bremsarbeit 3%


Antriebsstrang: 3%


Abwärme 84%

Optimierung des Verbrennungsprozesses

15




Effizienzsteigerung – Benzindirekteinspritzung

Saugrohreinspritzung BDE - homogen BDE – Schichtladungstrahlgeführt

Verbrauchsvergleich eines 2,0l Motors im EU-Normzyklus:- Saugrohreinspritzer 7,7l/100km- Benzindirekteinspritzer, homogen -3% 7,5l/100km- Benzindirekteinspritzung, geschichtet -15% 6,5l/100km

16

0

100

200

300

400

500

700 900 1100 1300 1500 1700 1900 2100 2300

Inertia Mass [kg]

CO

2[g

/km

]

DI-Diesel

OttoGasoline

0

100

200

300

400

500

700 900 1100 1300 1500 1700 1900 2100 2300

Inertia Mass [kg]

CO

2[g

/km

]

DI-Diesel

OttoGasoline



Energieeffizienz – CO2-Vorteil Diesel


Data Source: Kraftfahrt-Bundesamt (KBA) 12/2005

-15% bis -20%Downsizing Potenzial

-25%

Benzindirekteinspritzung




Benzin-Konzepte: Weniger CO2 und/oder mehr Leistung

MehrFahrspaß

0%

5%

10%

20%

+25% + 50% +75%

Mehr Drehmoment

CO

2-R

eduk

tion

15%

Basis:Saugrohreinspritzung,

Kein Turbo

BDE Turbo“right-sized”

BDE-Turbo“downsized”

+100%

DI Turbo“Fahspaß pur”

18





Rollwiderstand 4%

Luftwiderstand 3%nutzbare Energie ca. 16%

Antriebsstrang: 3%


Abwärme 84%

Verbesserte Nebenaggregate, z.B.elektrische Servolenkung undwirkungsgradgesteigerter Generator

Nebenaggr. 3%

19




Steigerung Wirkungsgrad Generatorum ca. 5% Punkte (mit weiteren Maßnahmen)

Reduzierung CO2-Emission um ca. 2%,entsprechend etwa 3,5 g/km*Reduzierung Kraftstoffverbrauch umca. 0,2l/100km*

40% Magnet-Fluss

Steigerung Wirkungsgrad Generator

Terminplanung

Funktionsprinzip

Kundennutzen

Start Plattform : 06.2007SOP : 05.2010 * 2l Saugrohreinspritzmotor im NEDC

20




Energieeinsparung ggü. herkömmlicherLenkung 80%Reduzierung CO2-Emission um ca. 4%,entsprechend etwa 7 g/km*Reduzierung Kraftstoffverbrauch umca. 0,3l/100km*

Elektrische Lenkung – ZF Servolectric

Funktionsprinzip Kundennutzen

* 2l Saugrohreinspritzmotor im NEDC

Elektromotor ersetzt Hydraulik-AntriebLenkeigenschaften wie beihochwertigen ServolenkungenEnergieverbrauch nur, wenn tatsächlichSteuerungseingriff erfolgt

21





Nebenaggregate 3%

Rollwiderstand 4%

Luftwiderstand 3%

Bremsarbeit 3%


Antriebsstrang: 3%


Abwärme 84%

Nutzung der Bremsenergie,Motor-Stopp im Stillstand

22




2

2 Optimierte Batterie

3

3 Batteriesensor

4

4 Engine Control Unitinkl. Start/Stop Funktion

5

5 Pedale und Sensoren

Start/Stop Starter Motor1

1

Effizienzsteigerung -Start/Stop System

23




Strong Hybrid – Bosch Portfolio (z.B. Parallel Hybrid System)

ActuatorA

S Sensor

inkl. E-Motor,Kupplung undLeistungs-Elektronik

inkl. RegenerativeBraking

BatterieManagement

E-MaschinenSteuerung

GetriebeSteuerung

MotorSteuerung

BremsenSteuerung

Hybrid Fahrzeug Management(integriert in Motor- oder E-Maschinen-Steuerung)

-+

Bus

A S

A S

A SA SA S

(Projekt Team)

24




Elektrifizierung des Powertrains - Szenario

2015…

2005…

Plug-In Hybrid

Hybrid Fzg.• Verbrennungsmotor• E-Motor

Zero Emission Vehicle (ZEV)California Air Resource Board• gültig seit 2005• Wirksam ab 2012• Bi-annual Prüfung @ 2007

• Verbrennungsmotor• E-Motor

Elektrofahrzeug

Brennstoffzellen-Fzg.• Brennstoffzelle• E-Motor

• E-Motor

EV mit APU• E-Motor• Verbrennungsmotor

25





Nebenaggregate 3%

Rollwiderstand 4%

Luftwiderstand 3%

Bremsarbeit 3%


Antriebsstrang: 3%


Abwärme 84%

Nutzung der Abwärme

26




Wandlung der Abwärmeenergie

Bewertungskriterien• Stand der Technik• Wirkungsgrad• Energiedichte• Temperaturbereich• Realisierbarkeit• Erfahrung bei Bosch• Komponentenschutz• Nutzen• Aufwand/Kosten

thermisch-thermisch

thermisch-elektrisch

thermisch-mechanisch

thermisch-chemisch

• Warmlaufverkürzung• Innenraum (Komfort)

• Thermo-elektrischerGenerator (Seebeck)

• Kraft/Wärmemaschinez.B. turbo steamer

• Kraftstoff-Reformierung

• Wärmetauscher• Wärmespeicher

• Bordnetzversorgung

• Fahrzeugantrieb• Nebenaggregateantrieb

• Emissionsreduktion

27





Nebenaggregate 3%

Rollwiderstand 4%

Luftwiderstand 3%

Bremsarbeit 3%


Antriebsstrang: 3%


Abwärme 84%

Einsatz alternativer Kraftstoffemit besserer CO2-Bilanz



Überblick alternative Kraftstoffe (Bio/synthetisch)synthetische Kraftstoffe

Ro

hs

toff

e(z

.B.)

Biokraftstoffe

1. Generation 2. Generation

Umesterung

BiodieselFAME*

Rapsöl,Tierfett

Pflanzenöle,Fette

Fermentierung

Bio-Ethanol

Zuckerrohr,Zuckerrübe

Zuckerpflanzen

Pro

zess

Pro

du

kt “biomass to liquid”

BTL

Holz,Pflanzen,

Reststoffe

Vergasung,Produktveredelung

Zellulose-Ethanol

Stroh

Zellulose

Enzym. Abbau,Fermentierung

Gas

“gas to liquid”

GTL

Kohle

“coal to liquid”

CTL

vereinfachte Darstellung; Quelle: Shellhoher Flächenbedarf,Instabilität, negative

motorische Eigenschaften

Ethanol-Benzin-Gemisch= Flex-Fuel, geringer motor.

Aufwand, hoher Flächenbedarf

Reduzierung Flächenbedarfggü. Bio-Ethanol, günstige

CO2-Bilanz

reduzierter Flächenbedarf,Energieaufwand für Synthese,

günstige CO2-Bilanz

hohe Verfügbarkeit Kohle,Energieaufwand für Synthese,

schlechte CO2-Bilanz

Nutzung schwer zugänglicher fossiler Quellen,Energieaufwand für Synthese,

keine Verbesserung CO2-Bilanz

*FAME = fatty acid methyl ester (Fettsäuremethylester)




Potential Biodiesel – Auswirkungen *

* 100% FAME (fatty acid methyl esther), Biodiesel der 1. Generation,Fahrleistung rd. 110.000 km

DüsenverkokungAblagerungen Hochdruckpumpe

• Bosch unterstützt Freigabe vonBeimischungen von Biodiesel, z.B. B10

• Voraussetzung ist Standardisierung unddefinierte Qualitätsstandards


30












CAPS – Vernetzung bestehender Systeme

CAPS

Fahr-dynamik

Brems-funktionen

Fahrzeug-stabilisierung

AktiveSicherheit

Kommunikation

Car-to-xKommunikation

Anzeige-systeme

Navigations-systeme

PassiveSicherheit

Fußgängerschutz

Insassenschutz

Fahrer-AssistenzRadar-basierteSysteme

Video-basierteSysteme

Ultraschall-basierteSysteme

Combined Active & Passive Safety

32

0%

50%

100%

150%

200%

250%

300%

350%

1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005

Verä

nde

run

gin

%

Verkehrsaufkommen

Unfälle

Unfälle mit Personenschaden

Todesfälle




Mehr Sicherheit durch Innovationenrelative Veränderung (1970 =100%); Deutschland

GurtAirbag Seiten-

airbagESP®

ABS

Im Vergleich zu 1970 über 70% weniger Verkehrstote..

33







34




Die Komplexität nimmt zu

50

100

150

200

250

300

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

4,0

2001 20051989 1993 1997

1

2

3

4

5

6

7

8

1) “low-end”

Applikations-Parameter

Speicher

Perfor-mance

Ap

plik

atio

ns-P

aram

eter

[k]

Per

form

ance

[MIP

S]

Spe

iche

r[M

Byt

e]

35




Standardisierung wird zunehmend wichtig

physischesInterface

elektrischesInterface

elektrischesInterface

digitalesInterface

digitalesInterface

digitalesInterface

physischerInput

ECU-Hardware

RTE

ECU Abstraction

AUTOSAR Interface

ApplicationSoftware Component

SensorSoftware Component

MicrocontrollerAbstraction

AUTOSAR Interface

AUTOSAR Interface

AUTOSAR Interface

Standardized Interface

Standardized Interface

ECU Electronics

µC Peripherals

Sensor

AU

TO

SA

RS

oftw

are

Bas

icS

oftw

are

RTE

AUTOSARSoftware

Component

ECUFirmware

StandardSoftware

36




Steuer-gerätTank

Rail-DrucksensorCommon Rail

Injektoren

SensorenVorfilter

Fuel meteringunit

Hochdruck-pumpe

On-Board Diagnose System

Funktionen

Diagnose (EOBD/OBD II) aller Emissions-relevanten Komponenten und FunktionenEinspritzsystemLuft-SystemAbgasbehandlungssystemSensoren, Stelleranderes

Erweiterung des Diagnostic SystemManager (DSM)In Use Monitor Performance

Ratio (IUMPR)Bericht von Prüfungen (Mode$6)

Kommentar

Standardisierte Diagnose Funktionen

US-OBD Anforderungen kommen auch in EU

Euro 6 OBD ähnlich CARB MY 2013

IC

Abgas-rückführung T-Sensor T-Sensor T-Sensor

NOx-KatPartikelfilter

AFS

T21

p2

NOx-Sensor

TV

-Sensor

Oxi-Kat

Turbolader mit variabler Schaufelgeometrie

p-Sensor

Abgas

NOx-Sensor

DNOX-PC/LD

Luft

Anforderungen an On-Board Diagnose steigen




Komplexität stationärer Diagnose –Bedeutung Beitrag der Zulieferer steigt

Motor

Getriebe

Sicherheit

Kom

fort

Fahr

er-

assis

tenz

Chassis

Bremsen

Mess- und Prüftechnikelektrisch / elektronisch / optisch / SW

+

+

Fahrzeug Know-How

Diagnose-Technik

ReparaturWerkstatt

38

EmissionsSystem-analyse

SteuergeräteDiagnose-Tester

ESI[tronic]-Software

Einspritzpumpen-Prüfstand

BatterietesterBatterieladerKlima-

Service-Gerät

Diesel Tester

Fahrzeug SystemAnalyseAuswuchteinrichtung

Fahrwerks-analyse




Komplexität stationärer Diagnose –Bedeutung Beitrag der Zulieferer steigt




Fazit Emissions-Reduzierung und Verkehrssicherheit rücken weltweit in den

Fokus.

Optimierung von Emissionen, Verbrauch und Kosten für Volkswirtschaftsind teilweise gegensätzliche Ziele- Politik muss Schwerpunkte setzen

Vielzahl von technischen Lösungen zur Verbesserung der Energiebilanzund Sicherheit von Fahrzeugen verfügbar. Emissionsziele erreichbar,wenn alle Fahrzeugklassen einen Beitrag liefern. Einführungstermin 2012ist sehr anspruchsvoll

Mit der Komplexität der Systeme steigt die Bedeutung von Diagnose-Einrichtung (on board und in Werkstätten).

39

40




Technik fürs Leben

1974 Innovationen von Bosch unter dem Leitmotiv “sicher, sauber,sparsam“ – 3-S-Programm

heute Technik fürs Leben Invented for life- sicher, - safe,- sauber, - clean,- sparsam; - economical;- souverän & - superior &- komfortabel - comfortable



Technik fürs Leben

06. Vortrag - Dr. Bohr - Präsentation · Rollwiderstand 4% Luftwiderstand 3% nutzbare Energie ca. 16% Antriebsstrang: 3% Energiebilanz am Beispiel eines Autos der Kompaktklasse mit

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