Der Einfluss des autonomen Fahrens auf die Getriebeentwicklung

Technische Visionen werden in der Regel dann Realität, wenn Individuen und die Gesellschaft einen klaren Vorteil davon haben. Die technischen Grundlagen für das vollautomatisierte Fahren gibt es bereits, Hürden finden sich aber unter anderem noch bei den der Bilderkennung sowie Entscheidungsalgorithmen und damit zusammenhängend rechtlich-ethischen Fragen.

Zunächst ist anzumerken, dass es keinen unmittelbaren Zusammenhang zwischen Elektromobilität und dem autonomen Fahren gibt. Konventionelle und Hybridantriebe werden uns voraussichtlich noch lange erhalten bleiben, unter anderem weil sie mit zunehmender Reichweite Vorteile bei Kosten und Praxisnutzen haben. Reine E-Antriebe werden das Portfolio sukzessive ergänzen. Vor diesem Hintergrund stellt sich realistisch die Frage, welchen Einfluss das autonome Fahren auf den Antriebsstrang und insbesondere das Getriebe haben wird.

Autonome, oder besser automatisierte Fahrzeuge werden im Wortsinn gerade nicht autonom handeln, weil dies hinsichtlich eines Verkehrsregelsystems ineffizient wäre; sie werden ständig untereinander und mit der Infrastruktur kommunizieren. Die Fahrzeuge werden einer Art Schwarmintelligenz folgen, sie werden effizienter fahren, Unfälle aufgrund individueller Fehler werden systematisch ausgeschlossen.

Dieses „vernünftige“ Verhalten der Fahrzeuge wird mit erheblich reduzierten Lastkollektiven einhergehen, Belastungen durch „Special Cases“ verlieren an Bedeutung. Bei der Auslegung von Kupplungen bei Doppelkupplungsgetrieben betrifft dies heute beispielsweise Fälle wie Berganfahrten mit hoher Beladung, intensiven Stop-and-Go-Betrieb, „Race Starts“ oder scharfe Überschneidungsschaltungen. Eine autonome Betriebsstrategie wird derart ineffiziente Belastungen praktisch immer vermeiden.

Generell erlauben geringere Lasteinträge eine kleinere und leichtere Auslegung von Getriebekomponenten oder eine weitergehende NVH-Optimierung, welche beim automatisierten Fahren noch wichtiger wird. GETRAG hat exemplarisch das Optimierungspotenzial für Zahnflanke und Zahnfuß in einem Vorgelegegetriebe berechnet, unter der Annahme geringerer Maximallasten, weniger Überrollungen bei kritischen Betriebspunkten und dem Verzicht auf Performance Launches. Das Wöhlerdiagramm zeigte im Ergebnis eine deutlich erhöhte Sicherheitsreserve, die sich unterschiedlich nutzen lässt – etwa für schmalere oder kleinere Gangräder mit geringerem Achsabstand oder für NVH-optimierte Zahnprofile usw.

Die geringeren Lasten schaffen aber auch neue Möglichkeiten bei der Gesamtauslegung von konventionellen und hybridisierten Getrieben. Das ausgeglichene Fahrregime ermöglicht zum Beispiel trotz der hohen Komfortanforderungen eine Reduzierung der Gangzahl. Darüber hinaus lassen sich mit zunehmender Elektrifizierung dynamische Lasten auf die E-Maschinen verlagern. Dies begünstigt neue Getriebe-Architekturen für Hybridantriebe, die mechanisch weiter vereinfacht sind und zur Gewichtsreduktion beitragen.

Insgesamt kann das automatisierte Fahren zu einem neuen Verständnis Des Antriebssystems führen, zu Fahrzeugen mit einer neuartigen „DNA“, die vor allem durch Effizienz und Komfort geprägt ist. Damit einhergehen werden kleinere und leichtere Getriebe, bis hin zu dedizierten Lösungen, die auf die Anforderungen des automatisierten Verkehrs optimiert sind. Verfahren zur Ermittlung und Optimierung von Lasten wird dabei eine zentrale Bedeutung zukommen.

Autor des Artikels

Dr. Carsten Bünder
GETRAG Magna Powertrain