Trends in der Automobiltechnik
»Wir stehen an einem Wendepunkt«
Die Veränderungen in der Automobilindustrie sind ein heißes Thema. Der technologische Fortschritt treibt viele Trends und Aktualisierungen bei Fahrzeugen – von übergreifenden Trends wie emissionsfreien Autos und Autonomie bis hin zu Nischentrends wie Miniaturisierung und Energiespeichermethoden.
Fahrzeuge verfügen heute über mehr Elektronik als je zuvor. Sowohl Verbraucher als auch Verkehrsexperten fordern von ihren Fahrzeugen immer mehr Funktionen: fortschrittliche Sicherheitsfunktionen, Infotainment-Optionen, höhere Sicherheit, Bequemlichkeit und Komfort für die Fahrgäste und vieles mehr.
Stromversorgungs- und Verbindungskomponenten sind von grundlegender Bedeutung für den Fortschritt von Fahrzeugen und vielen anderen Verkehrsmitteln. Drei Experten für Kfz-Komponenten von zwei branchenführenden Elektronikunternehmen – Shawn Luke, Technical Marketing Manager bei DigiKey, und Matt McWhinney und Kirk Ulery, Business Development Manager bei Molex – diskutieren über die treibenden Faktoren in der aktuellen Kfz-Entwicklung. Im Folgenden lesen Sie die Einschätzung der Experten.
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Elektronik-Anteil nimmt weiter zu
Da Automobilhersteller sich bemühen, die Autos intelligenter und vernetzter zu machen, wird die Zahl der elektronischen Komponenten, die für ihren Betrieb benötigt werden, weiter zunehmen. Laut Statista wird die Elektronik bis 2030 etwa 50 % der Kosten eines Neuwagens ausmachen.
»Die explosionsartige Zunahme elektronischer Funktionen in Fahrzeugen bietet ein riesiges Spektrum an Möglichkeiten«, betont Ulery. »Wo auch immer wir in Bezug auf elektrifizierte Fahrzeuge und andere Antriebssysteme landen: Die Elektronik wird bei weitem eine der wichtigsten Komponenten in den Fahrzeugen der Zukunft sein.«
Elektrifizierung ermöglicht Innovation
Die Elektrifizierung des Automobils hat die Tür zu innovativen neuen Fahrzeugdesigns geöffnet. Ohne die Notwendigkeit, einen herkömmlichen Verbrennungsmotor unterzubringen, haben die Automobilhersteller mehr Flexibilität bei der Verteilung von Batterien und Ladeanschlüssen sowie die Möglichkeit, den Raum für Passagiere oder Fracht zu vergrößern und vieles mehr.
Dies führt dazu, dass immer mehr neue Hersteller von Elektrofahrzeugen auf den Markt kommen, die eine große Vielfalt an Marken und Modellen anbieten. Zurzeit sind viele E-Modelle noch sehr teuer und es fehlt an Standardisierung in diesem Bereich. Diese größere Vielfalt bietet den Verbrauchern jedoch mehr Stil- und Anpassungsmöglichkeiten, und die Kosten für die Fahrzeuge werden mit dem technologischen Fortschritt und dem Produktionsanstieg wahrscheinlich sinken.
»Es wird noch einige Zeit dauern, bis es ein einheitliches Layout für die Konstruktion von Elektrofahrzeugen gibt, denn es ist ein Wettlauf um neue Technologien und Innovationen«, prognostiziert McWhinney. »Konstruktionen in der Automobilindustrie sind in der Regel sehr robust, zuverlässig und bewährt, aber in der heutigen Zeit des schnellen Wandels gibt es viele Plattformen, die noch in den Kinderschuhen stecken – im Grunde handelt es sich um sehr teure Prototypen.«
Unabhängig von Hersteller, Marke oder Modell benötigen alle Elektrofahrzeuge eine zuverlässige Energieübertragung und eine Highspeed-Datenübertragung, um softwaregesteuerte Entscheidungen in Echtzeit zu ermöglichen.
Die Weiterentwicklung von Mikroprozessoren hat mit der Einführung der softwaredefinierten Fahrzeugplattform, die die Funktionalität und das Verhalten der Fahrzeugsysteme steuert, auch zu einem Paradigmenwechsel in der Automobilentwicklung geführt. Die geringere Abhängigkeit von Hardware bedeutet mehr Modularität, Flexibilität und Vernetzung – es werden weniger Teile und Kabel benötigt, um ein extrem komplexes System zu verwalten.
»Wir sind an einem Wendepunkt angelangt, an dem wir die Verkabelung der Fahrzeuge nicht weiter ausbauen können«, erklärt Ulery. »Die Automobilindustrie hat begonnen, Anleihen bei der Computerindustrie zu nehmen. Jetzt gibt es einen Zweidraht-Ethernet-Standard, der im Gigahertz-Bereich läuft, so dass wir in der Lage sind, den Umfang der Verkabelung im Fahrzeug zu reduzieren.«
»Das 48-Volt-System ist ein weiteres Beispiel. Man kann jetzt auf kleinere Kabel umsteigen, und mit zonalen Architekturen im softwaredefinierten Fahrzeug kann man ein einzelnes Steuergerät nutzen. Die Geräte befinden sich dabei alle auf dem selben Bus, verbunden mit einem einzigen Kabel. Wir werden weniger Kupferanschlüsse sehen, aber die Fahrzeuge werden besser konstruiert und leistungsfähiger sein für die höheren Anforderungen an die Verbindungsgeschwindigkeit, die wir in zukünftigen Fahrzeugen sehen werden.«
Europa wird elektrisch
In Europa wächst der Markt für Elektrofahrzeuge schnell, da Autohersteller und Verbraucher versuchen, die strengen Kohlendioxid-Emissionsnormen zu erfüllen, um Strafen zu vermeiden und Vorschriften für Umweltzonen mit niedrigen Emissionen einzuhalten. Im Jahr 2023 berichtete Transport & Environment, dass die Verkäufe von batteriebetriebenen Elektrofahrzeugen in Europa um 28 % gestiegen sind.
»Die Elektrifizierung ist ein gewaltiger Umbruch«, kommentiert Luke. »Die Menschen sehen die Vorteile inzwischen.«
Anders als in den USA haben viele europäische Länder erhebliche Investitionen in die Ladeinfrastruktur in der gesamten Region getätigt und bieten sowohl private als auch öffentliche Ladestationen an. Dadurch werden Elektrofahrzeuge für viele Verbraucher zu einer realistischeren Option. Einer der wichtigsten Gründe für den Erfolg von Elektrofahrzeugen in den europäischen Ländern ist die Tatsache, dass der Ladestandard in der gesamten Region auf 240 Volt Wechselspannung basiert.
»Ich weiß aus eigener Erfahrung«, so Ulery, »dass die 120-Volt-Wechselspannung (Level-1-Ladung) in Nordamerika eine Reichweite von etwa 5 Meilen pro Ladestunde ermöglicht. Ein 240-Volt-Ladegerät der Stufe 2 resultiert in einer Reichweite von über 25 Meilen pro Ladestunde.«
»Wir legen großen Wert auf einen vernünftigen Umgang mit Energie, und Verbindungsleitungen können eine Rolle bei der Nachhaltigkeit spielen«, ergänzt Luke. »Das Letzte, was wir wollen, ist eine Batterie aufzuladen und unterwegs Verluste durch das eingebaute Ladegerät zu haben oder zusätzliche Energie auf dem Weg zu verlieren.«
Spezifikation von Automobilkomponenten
Moderne Personenkraftwagen enthalten durchschnittlich 80 Sensoren, 100 elektronische Einheiten und jede Menge Kabel. Jede dieser Komponenten muss strenge Normen erfüllen, um in den anspruchsvollen Umgebungen, denen ein Auto ausgesetzt ist, gut zu funktionieren – Wetter und Feuchtigkeit, unterschiedliche Straßenbedingungen, hohe Temperaturen, Vibrationen und mehr.
»Robustheit und Zuverlässigkeit sind im Transportwesen von großer Bedeutung«, bekräftigt Luke. »Einige der Komponenten in Fahrzeugen müssen Jahrzehnte lang halten. Bei so langen Zeiträumen kann es lange dauern, bis eine Flotte auf die Veränderungen bei den Komponenten vorbereitet ist, wie zum Beispiel USB-C-Standards für Ladekabel, die die Verbraucher erwarten, wenn sie im Auto oder Flugzeug unterwegs sind.«
Es gibt mehrere Zertifizierungsstellen, die die Standards für die von den Automobilherstellern verwendeten Komponenten festlegen, darunter der Automotive Electronic Council (AEC) und der US Council for Automotive Research (USCAR). Diese Organisationen legen die Leistungsanforderungen fest. Sie prüfen und zertifizieren sorgfältig die Komponenten, die für den Einsatz im Automobilbereich zugelassen sind.
Die weltweit anerkannten AEC-qualifizierten (AECQ) Komponenten sind in der Regel hochwertige, robuste und zuverlässige Komponenten, die auf der Straße einiges aushalten, ohne an Leistung einzubüßen.
Bei der Auswahl von Komponenten für die Automobiltechnik sind einige zusätzliche Aspekte zu beachten:
- Modularität: Kann das Teil bei Bedarf leicht vom Eigentümer oder einer Werkstatt ausgetauscht werden?
- Kontaktgeometrien: Wie oft kann die Komponente eingesteckt und getrennt werden? Kurzum: Erfüllt der Stecker seine Aufgabe?
- Effizienz: Nutzt das Bauteil die Energie sinnvoll oder vergeudet es zusätzliche Energie?
- Anwendungsfall: Wurde das Teil entsprechend der Spezifikation gebaut, um den Anwendungsfall zu erfüllen? Unterqualifizierte Teile können nur überleben, anstatt gut zu funktionieren, und überqualifizierte Teile können die Designflexibilität einschränken.
- Bequemlichkeit für die Montage: Kann die Montagelinie die Komponente je nach Lage im Fahrzeug wiederholt maßstabsgetreu einbauen?
- Sicherheit: Wenn die Komponente während der Fahrt ausfällt, gibt es dann eine Sicherung, um einen Unfall zu verhindern?
»Es gibt zwei Seiten der Medaille, wenn es um die Risikobewertung und Spezifikationen für Automobilkomponenten geht«, sagt McWhinney. »Mit dem Aufkommen nicht nur der Überlebensfähigkeit, sondern auch der Funktionalität, muss die Spezifikation manchmal neu definiert oder erweitert werden. Andererseits ist diese Spezifikation vielleicht zu hoch angesetzt und enthält zu viele Kosten, oder sie schränkt die Designflexibilität ein. Das Wissen um Spezifikationen wird immer wichtiger, da sich die Architekturen weiterentwickeln.«
»Das Großartige am Verbindungsbereich ist, dass man modulare Teile herstellen kann, die sich austauschen lassen«, fügt Luke hinzu. »Es fühlt sich so an, als wäre es eine Selbstverständlichkeit, aber es wird unterschätzt, wie wichtig das Zusammenspiel im Automobildesign ist.«
Nach Meinung der Experten muss bei der Entwicklung von Kraftfahrzeugen vor allem die Sicherheit an erster Stelle stehen.
»Wir können den Sicherheitsaspekt nicht genug betonen«, erläutert Ulery. »„Wenn Ihr Computer nicht funktioniert, starten Sie ihn einfach neu. Das geht nicht, wenn Sie einen Computerbus in Ihrem Fahrzeug betreiben und mit hoher Geschwindigkeit unterwegs sind. Das ist eine ganz zusätzliche Ebene, die wir bei allem, was wir tun, berücksichtigen müssen. Wir schauen uns immer das Neueste und Beste an, wenn es um Komponenten geht, also wie wir die neuesten Funktionen für die beste Performance hinzufügen können. Und wir wollen es schnell tun, aber wir haben es mit dem Leben von Menschen zu tun, also müssen wir sicherstellen, dass die Zuverlässigkeit unantastbar ist.«
Der Weg in die Zukunft
Mit Blick auf die Zukunft werden die Verbraucher wahrscheinlich weiterhin immer fortschrittlichere Sicherheits- und Komfortmerkmale sowie Elektrofahrzeuge und andere Verkehrsmittel fordern, die die Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen verringern.
»Die Elektrifizierung ist einfach nicht aufzuhalten«, meint McWhinney. »Wenn überhaupt, dann wird sie wahrscheinlich immer schneller voranschreiten.«
Laut McWhinney wird sich der Trend zu miniaturisierten elektronischen Bauteilen in Kraftfahrzeugen fortsetzen: »Der Fortschritt in der Mikroelektronik hat dazu geführt, dass immer mehr Mikroprozessoren in Fahrzeuge eingebaut werden, die sich in Richtung einer softwaredefinierten Fahrzeugplattform entwickeln. Das bedeutet nicht, dass jedes Element im Fahrzeug direkt durch Software dynamisch gesteuert wird, aber die Umgestaltung der Steuerungssysteme in diese Richtung hat enorme Auswirkungen.«
Eine größere Anzahl von Mikroprozessoren in Fahrzeugen könnte viele Innovationen beschleunigen, die in hohem Maße auf eine unglaublich schnelle Datenverarbeitung im Grenzbereich angewiesen sind, einschließlich der Autonomie. Auch wenn es noch einige Jahre dauert, könnten autonome Fahrzeuge bereits 2030 alltäglich sein. Die meisten Menschen sind bereits mit halbautonomen Funktionen wie dem Tempomat in Autos oder dem Autopiloten in Flugzeugen vertraut und können diese problemlos nutzen. In den dazwischen liegenden Jahren wird der Fahrer wahrscheinlich weiterhin in den Prozess eingebunden sein und arbeiten müssen.
Die Transport- und Automobilindustrie wird noch viele Jahre lang Innovationen vorantreiben, und Zulieferer wie Molex und DigiKey werden auch weiterhin die Komponenten und Dienstleistungen liefern, die notwendig sind, um diesen Fortschritt zu beschleunigen.
Die Autoren
Matt McWhinney und Kirk Ulery
sind Business Development Manager bei Molex. Als ein weltweit führender Anbieter von genießt Molex seit mehr als 80 Jahren das Vertrauen seiner Kunden und bietet erstklassiges Design, Fertigung und ein Portfolio von mehr als 100.000 innovativen Produkten.
Shawn Luke
ist Technical Marketing Engineer bei DigiKey. DigiKey ist sowohl als Marktführer als auch als innovative Kraft in der High-Service-Distribution von elektronischen Komponenten und Automatisierungsprodukten weltweit bekannt und hat mehr als 15,3 Millionen hochwertige Komponenten von über 2900 Markenherstellern im Sortiment.
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