Publikationen

Durch den steigenden Anteil an lokal emissionsarmen oder -freien Antrieben, ist die
Betrachtung von indirekten Emissionen, die bei der Herstellung des Fahrzeuges oder
der Energie anfallen, von wachsender Bedeutung.
Eine solche Betrachtung wird in einer Lebenszyklusanalyse (LCA) durchgeführt. Dabei
werden alle Emissionen, die über den gesamten Lebensweg eines Fahrzeuges
anfallen bilanziert. Damit wird die Vergleichbarkeit unterschiedlicher Antriebskonzepte
verbessert. Eine LCA verfügt jedoch über einige methodische Einschränkungen,
wodurch die Aussagekraft und die Vergleichbarkeit der Ergebnisse oftmals reduziert
ist. So wird in der Regel nur ein Referenzfahrzeug betrachtet (keine Flottenbetrachtung)
und zeitliche Entwicklungen können nicht abgebildet werden. Dadurch
können zahlreiche Effekte, die sich über ein Fahrzeugleben in einer Flotte ergeben,
nicht berücksichtigt werden.
In einer Emissionsprognose können Effekte der Flotte und der Zeit abgebildet werden.
Da die direkten Emissionen bei den derzeit dominierenden konventionellen Antrieben
den Hauptanteil aufweisen und diese zusätzlich für Aussagen zur Luftqualitätsentwicklung
relevant sind, war eine LCA-Betrachtung in der Emissionsprognose bisher
nicht erforderlich. Aufgrund der Methodik einer typischen Emissionsprognose ist eine
einfache Integration der LCA-Emissionen in den bestehenden Berechnungsablauf
nicht oder nur mit Einschränkungen möglich.
Im Rahmen der Studie wurde daher eine neue Methodik entwickelt, die
Emissionsprognose und LCA zu einer LCA-Flottenemissionsprognose verbindet. Der
Hauptansatz dieser Methode besteht in der Zuordnung der Emissionen zu dem
Zeitpunkt, zu der sie entstehen. Das bedeutet, dass Herstellungsemissionen zu Beginn
des Fahrzeuglebens, Nutzungsemissionen laufend und EOL-Emissionen am Ende
anfallen. Dabei werden die neu zugelassenen und die ausscheidenden Fahrzeuge
sowie die bestehende Flotte berücksichtigt.
Durch diesen neuen methodischen Ansatz verschwinden die Nachteile der beiden
einzelnen Betrachtungsweisen gänzlich und es können Effekte der Zeit und der Flotte
richtig abgebildet werden. Damit ergibt sich ein großes Potential zur Untersuchung der
Auswirkungen von alternativen Antrieben und regenerativer Energieherstellung sowie
Trends bei Neuwagen (steigende Batteriegröße, neue Technologien, etc.).

An einem adaptierten Dieselmotor im Einzylinderbetrieb werden am Institut für Fahrzeugantriebe und Automobiltechnik an der Technischen Universität Wien kraftstoffspezifische Brennverfahren entwickelt und in Puncto Umsetzbarkeit, Effizienz und Emissionen analysiert. Dieser Bericht behandelt den Betrieb eines Dieselmotors mit Bioalkoholen. Die untersuchten Kraftstoffe sind Methanol, Ethanol und Butanol. Aufgrund der sehr niedrigen Cetanzahl dieser Alkohole, wird ihre Verwendung normalerweise mit
Ottomotoren, nicht jedoch mit Selbstzündungsmotoren assoziiert. Es gibt allerdings technische
Möglichkeiten für den Einsatz von alkoholischen Kraftstoffen in einem Dieselmotor:
1) Dem herkömmlichen Dieselkraftstoff können geringe Mengen Alkohol zugemischt werden und
2) der Dieselmotor kann so modifiziert werden, dass er in einem Zweistoffbetrieb betrieben
wird. In diesem Fall wird der alkoholische Kraftstoff in den Ansaugkrümmer zugeführt und der konventionelle Dieselkraftstoff wird direkt in die Brennkammer eingespritzt. Die Zumischung von 10 oder 20 vol% Alkohol zum Dieselkraftstoff in der Form eines s. g. „Blends“ führt zu einer Verringerung der Rußemissionen, insbesondere bei niedrigen Lasten. Beim Betrieb mit Alkohol-Diesel-Gemischen werden keine signifikanten Effizienzunterschiede zum Dieselreferenzbetrieb festgestellt. Durch Einspeisen von Alkoholen in das Saugrohr können je nach Betriebspunkt Substitutionspotentiale von bis zu 85 % Energieanteil erreicht werden, bevor unerwünschte Verbrennungserscheinungen die weitere Erhöhung der Alkoholmenge verhindern. Bei höheren Lasten innerhalb dieser Betriebsart wird der Wirkungsgrad um fast 2 % Punkte erhöht. Die beobachtete starke Abnahme der Partikelmasse und der
Partikelanzahl ermöglicht eine weitere Reduktion der Stickoxidemissionen.

Seit Inkrafttreten der Verordnung 1151/2017 im September 2017 sind bei der Neufahrzeug-
Typgenehmigung Emissionstests im realen Straßenbetrieb durchzuführen.
Diese stellen für den Fahrzeugentwicklungsprozess aufgrund der veränderlichen Testrandbedingungen enorme Herausforderungen dar. Die Reproduzierbarkeit kann nur schwer sichergestellt werden.
Eine mögliche Abhilfe stellt für Entwicklungszwecke die Nachbildung der Realfahrt auf einem Rollenprüfstand dar. Hierfür sind signifikante Einflüsse der Realfahrt in entsprechender Weise auf dem Rollenprüfstand zu simulieren.
Die vorliegende Veröffentlichung stellt einen Zwischenbericht dar und enthält Auszüge eines vom Österreichischen Verein für Kraftfahrzeugtechnik in Auftrag gegebenen Forschungsprojekts mit dem Titel „Bestimmung der Anforderungen an einen Rollenprüfstand und Entwicklung eines Testportfolios zur Darstellung von Real-Driving-Emission (RDE)-Messungen am Rollenprüfstand“.
Die in diesem Bericht vorgestellten exemplarischen Ergebnisse beschäftigten sich mit einer detaillierten Analyse der Möglichkeiten zur Simulation der Fahrbahnneigung auf dem Rollenprüfstand. Im Fokus steht dabei die Beantwortung der Frage, ob eine Vereinfachung im Sinne einer gleichmäßigeren Lastvorgabe (durch Verringerung der methodisch bedingten Laständerungen), positive Auswirkungen auf die Vergleichbarkeit der Ergebnisse auf dem Rollenprüfstand und jenen bei der Realfahrt zeigt.

Die Arbeit stellt einen Auszug aus einer laufenden Dissertation mit dem Titel „Entwicklung einer Methode zur Analyse der Energieströme in teilelektrischen sowie vollelektrischen Antriebssträngen für On- und Off-Road-Fahrzeuganwendungen“ dar. Das Ziel der Arbeit ist es die Energieströme in elektrischen und teilelektrischen mobilen Arbeitsmaschinen im Hinblick auf eine optimale Antriebsstrangkonfiguration zu untersuchen. Dazu wird ein bestehender Aufbau untersucht und in eine allgemeine Struktur übergeführt. Aufbauend darauf werden unterschiedliche Konfigurationen des Antriebsstrangs erstellt und mittels Simulation verglichen. Die Hauptkomponenten in diesen Systemen werden anhand von Wirkungsgrad-Kennfeldern abgebildet. Ziel ist eine vorwiegend energetische Bewertung der Antriebsstränge.
In diesem Kurzbericht wird der Vergleich zwischen konventionellem und rein elektrischem Antrieb dargestellt. Die Hemmnisse der Umsetzung eines rein elektrischen Antriebs werden näher beleuchtet. Je höher die mittleren Leistungen einer bestehenden Maschine sind, desto schwieriger lässt sich ein rein elektrischer Antriebsstrang wirtschaftlich sinnvoll darstellen. Das bedeutet, rein elektrische Antriebe für mobile Arbeitsmaschinen sind aktuell für kleine bis mittlere Baugrößen darstellbar. Im folgenden Bericht ist dazu eine vereinfachte Abschätzung dargestellt.

Zur Verringerung der CO₂-Emissionen hat sich die EU das Ziel gesetzt, die Emissionen des Verkehrs bis 2050 um 60 % (gegenüber 1990) zu senken. Der Straßenverkehr liefert aktuell rund 20 % der EU-weiten CO₂-Emissionen. Bei dieser Betrachtung ist wesentlich, dass für die Berechnung der CO₂-
Emissionen des Straßenverkehrs lediglich die fahrzeugseitigen (Tank-To-Wheel-) Emissionen herangezogen werden. CO₂-Emissionen für die Herstellung der Fahrzeuge bzw. der Antriebsenergie (fossile Kraftstoffe, Strom, Wasserstoff etc.) werden nicht dem Straßenverkehr zugeordnet.
Ergänzend haben sich das EU-Parlament und der Rat darauf verständigt den Verkauf von emissionsfreien und emissionsarmen Fahrzeugen (Zero- and Low-Emission Vehicles; ZLEV) zu fördern. Darunter werden Fahrzeuge bis maximal 50 gCO₂/km (z. B. rein elektrische und Brennstoffzellen-Fahrzeuge bis hin zu aufladbaren Hybridfahrzeugen; PHEV) verstanden. Die Förderung gestaltet sich derart, dass diese Fahrzeuge überproportional in die Berechnung der CO₂-Flottenemission eines Fahrzeugherstellers eingehen und damit die Erreichung der Zielvorgaben erleichtern.
Dies führt zu einer verstärkten Fokussierung auf batterieelektrische Fahrzeuge – sowohl angebots- also auch nachfrageseitig. Aufbauend auf den bisherigen Untersuchungen und Analysen, nunmehr gesamt wiedergegeben in „Praxisbericht Elektromobilität und Verbrennungsmotor“, Springer Verlag,
Heidelberg 2016, ISBN 978-3-658-13601-7 wurden zwei batterieelektrische PKW mit größeren Reichweiten (Ziel ≥ 400 km im NEFZ) untersucht um diese im Hinblick auf deren Energiebilanz/-effizienz und elektrischen Reichweite zu analysieren.

Aufgrund der Fortschritte im Bereich der Assistenzsysteme und der stetig wachsenden Elektrifizierung von Antriebssträngen wurde die Bewertung des Fahrerverhaltens in den letzten Jahren zunehmend ein wichtiger Bestandteil der Entwicklungsprozesse. Bedingt durch die hohe Komplexität im Vergleich zu mit Verbrennungsmotoren angetriebenen Fahrzeugen gestaltet sich die Regelung von z. B. hybrid-elektrischen Fahrzeugen deutlich komplexer. Ein guter Fahrkomfort erfordert unter anderem, dass die Interaktionen der Antriebsstrangkomponenten von Fahrer und Passagieren möglichst wenig wahrgenommen werden. In diesem Zusammenhang können Informationen aus Fahrerprofilanalysen in die individuelle Abstimmung der Fahrzeuge und Assistenzsysteme einfließen und somit zur Steigerung der Kundenakzeptanz beitragen. Die vorliegende Veröffentlichung enthält Auszüge aus den Ergebnissen eines vom Österreichischen Verein für Kraftfahrzeugtechnik geförderten Projekts mit dem Titel „Einfluss des Fahrerverhaltens auf die wirkungsgradoptimale Regelung von xEV – Antriebssträngen".
Als Grundgerüst für computergestützte Untersuchungen der Einflüsse des Fahrerverhaltens auf die Regelung von Antriebssträngen wurden Simulationsmodelle von elektrisch und hybridelektrisch
angetriebenen Fahrzeugen erstellt und mit realen Messdaten validiert. Mit Hilfe der erstellten Simulationsmodelle wurden in der Folge Fahrzeugkenngrößen und Gesamtfahrzeugziele unter Berücksichtigung des Fahrerverhaltens optimiert, wie z. B. Fahrleistung, Verbrauch/Reichweite, Fahrbarkeit/Fahrkomfort.

Immer wiederkehrende Diskussionen über die begrenzte Verfügbarkeit von fossilen Kraftstoffen sowie die Problematik der bei der Verbrennung dieser fossilen Energieträger frei gesetzten CO₂-Emissionen führen unweigerlich zur Forderung nach nachhaltigen Kraftstoffen als Basis für zukünftig notwendige Zero-Emission-Mobilität.

Beim 39. Internationalen Wiener Motorensymposium, einem der weltweit bedeutendsten Kongresse dieser Art, wurde dieses Thema im Frühjahr 2018 in einem Beitrag von Shell „Der Weg zu nachhaltigen Kraftstoffen als Basis für Zero-Emission-Mobilität – hat PtX eine Chance?“ behandelt und vor einem breiten Fachpublikum erörtert.
Auf Grund der Aktualität und des großen Interesses steht nun als Ergänzung und Erweiterung zu diesem Fachvortrag diese Publikation von Shell zur Verfügung.
Sie gibt einen umfassenden Einblick in den Stand und die Chancen im Energiewandel der motorischen Kraftstoffe.

Wir danken Dr. Wolfgang Warnecke, Shell Chief Scientist Mobility, und allen Shell Co-Autoren für ihren Einsatz und die Genehmigung, Ihnen diesen ausführlichen und hochinteressanten Sonderdruck in der Reihe „ÖVK-Publikationen“ zur Verfügung stellen zu dürfen.
Wir sind sicher, dass diese Broschüre auf großes Interesse stoßen wird.

Das automatisierte Parken stellt eine vielversprechende Anwendung von autonomen Fahrfunktionen dar. Neben einer Verbesserung von Komfort und Sicherheit sowie der optimierten Flächennutzung von Parkanlagen ermöglicht die Technologie zusätzliche Servicefunktionen, wie z.B. das vollautomatische Aufladen von Elektrofahrzeugen. Dieses ist neben einer Erhöhung der (noch) geringen Reichweiten von E-Fahrzeugen ein wichtiges Forschungsziel zur Verbesserung von Ladedauer und Komfort.

Die vorliegende Veröffentlichung enthält Auszüge aus den Ergebnissen eines vom Österreichischen Verein für Kraftfahrzeugtechnik geförderten Projekts mit dem Titel „Neue Fahrzeugkonzepte und Technologien, welche die Parksituation verbessern". Auf Basis einer Feldstudie wurde das Konzept für eine Parkanlage eines Einkaufszentrums erarbeitet, welches neben dem optimierten autonomen Parkvorgang auch eine robotergesteuerte elektrische Ladestation beinhaltet. Als Grundlage für die prototypische Darstellung der Ladestation wurde ein kamerabasiertes Sensorkonzept für den automatischen Ladevorgang entwickelt. Im Anschluss erfolgte die Konzeption des Roboter-basierten Ladesystems für standardisierte Ladestecker, die Entwicklung eines Datenschnittstellenkonzepts basierend auf bestehenden Standards und die Darstellung eines durchgängigen Ladeprozesses. Die Arbeiten dienten als eine Grundlage für den Aufbau einer Prototypenladestation in einem Folgeprojekt, um im Rahmen von Testreihen mit verschiedenen Fahrzeugen wertvolle Erfahrungen für die Weiterentwicklung zukünftiger automatisierter Ladestationen zu sammeln.

Seit Inkrafttreten der Verordnung 1151/2017 im September 2017 sind bei der Neufahrzeug-Typgenehmigung Emissionstests im realen Straßenbetrieb durchzuführen. Diese stellen im Fahrzeugentwicklungsprozess aufgrund der veränderlichen Testrandbedingungen enorme Herausforderungen dar. Die Reproduzierbarkeit kann nur schwer sichergestellt werden.
Eine mögliche Abhilfe stellt für Entwicklungszwecke die Nachbildung der Realfahrt auf einem Rollenprüfstand dar. Hierfür sind signifikante Einflüsse der Realfahrt in ent-sprechender Weise auf dem Rollenprüfstand zu simulieren.
Die vorliegende Veröffentlichung stellt einen Zwischenbericht dar und enthält Auszüge eines vom Österreichischen Verein für Kraftfahrzeugtechnik in Auftrag gegebenen Forschungsprojekts mit dem Titel „Bestimmung der Anforderungen an einen Rollenprüfstand und Entwicklung eines Testportfolios zur Darstellung von Real-Driving-Emission (RDE)-Messungen am Rollenprüfstand“. Im Zuge dieses Forschungsprojekts wurden theoretische und praktische Untersuchungen durchgeführt, um zunächst hinsichtlich der Abgasemissionen relevante Einflüsse bei der Realfahrt zu identifizieren und zu quantifizieren. Darüber hinaus wurden Methoden entwickelt, um signifikante Einflüsse auf dem Rollenprüfstand nachbilden zu können. Schließlich wurden Vergleichsmessungen durchgeführt.