Automobile der Zukunft (eBook)

mehr als nur elektrisch, digital, autonom

Cornel Stan (Autor)

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2021 | 1. Aufl. 2021
XVII, 490 Seiten
Springer Berlin Heidelberg (Verlag)
978-3-662-64116-3 (ISBN)

Infos

Die Automobile der Zukunft und ihre Antriebe werden von einer großen Vielfalt geprägt sein, die von geographischen, wirtschaftlichen, klimatischen und ökologischen Bedingungen, aber auch vom Kundenwunsch bestimmt werden. 

Ein Universalauto, einheitlich, elektrisch, digital und autonom hat nur eine begrenzte Daseinsberechtigung. Das Buch beschreibt, wie moderne Tablet-Träger bewegt werden wollen, aber auch wie ein Automobil zwischen Akzeptanz, Vorschriften, Sicherheit und Konnektivität entsteht. Funktionen und Strukturen, Gestaltung von Klimatisierung, Beleuchtung und Sound, moderne Karosserien, Materialien und modulare Fahrzeugbauarten werden leicht verständlich präsentiert. Dem brennenden Thema Alternative Antriebe wird die gebührende Aufmerksamkeit gewidmet: Die dargestellten Elektromotoren, Brennstoffzellen mit Wasserstoff, Batterien, Kolbenmotoren und Kompakt-Gasturbinen werden in zum Teil unerwarteten Antriebsszenarien gruppenweise verknüpft. Zukünftige, klimaneutrale Treibstoffe für Automobile der Zukunft werden aufgeführt und bewertet.

Prof. Dr.-Ing. habil. Prof. E. h. Dr. h. c. mult. Cornel Stan lehrt Automobile der Zukunft, Alternative Antriebssysteme und Technische Thermodynamik an den Universitäten Paris (F), Pisa (I), Perugia (I), Kronstadt (Ro), Constanta (Ro), Berkeley (USA) sowie an der Westsächsischen Hochschule Zwickau (D), an der er auch als Vorstandsvorsitzender des dortigen Forschungs- und Transferzentrums über zwei Jahrzehnte lang wirkte. Die Forschungsgebiete von Professor Stan, der Luftfahrttechnik studierte, die Promotion auf dem Gebiet der Verbrennungsmotoren und die Habilitation in der Kraftfahrzeugtechnik erlangte, umfassen die Kraftfahrzeug-Antriebssysteme, die Direkteinspritzverfahren, die Simulation thermodynamischer Vorgänge, die Verbrennungsprozesse, die alternativen Kraftstoffe und das Energiemanagement im Kraftfahrzeug. Er ist Autor oder Mitautor zahlreicher Bücher, Artikel und Patente.

Professor Stan ist Fellow of the Society of Automotive Engineers - SAE International.

Inhalt

Vorwort 5
Inhaltsverzeichnis 11
Teil IEntwicklungsbedingungen für zukünftige Automobile 18
1Das Automobil als Tabletokraten-Beweger 19
1.1 Die Menschen 20
1.2 Die Automobile 22
1.3 Die Kommunikation 24
1.4 Das autonome Fahren 27
2Die drei Revolutionen des Elektroautomobils 34
2.1 Die erste Elektroauto-Revolution (1881 – 1900) 36
2.2 Die zweite Elektroauto-Revolution (1992 - 2005) 39
2.3 Die dritte Elektroauto-Revolution – ab dem Beginn des dritten Jahrtausends 46
3Automobile Welt und ihre Umwelt 58
3.1 Smog ist nicht gleich Smog 58
3.2 Smog in der jetzigen Welt 64
3.3 Luft und Emissionen 68
3.4 Das Kohlendioxid 70
3.5 Die Stickoxide 77
3.6 Die Partikel und der Staub 83
4Der kontaktfreudige Vierrad-Elektrotänzer 90
4.1 Jedes Rad ist ein kraftgeladener, intelligenter Roboter 92
4.2 Konnektivität in allen Richtungen 102
4.3 Grenzen und Gefahren der elektrisierten und digitalisierten Freiheiten 107
5Was soll mein Auto alles können, außer elektrisch, digital und autonom? 112
5.1 Vielfalt der Automobilausführungen und Funktionen 112
5.2 Hohe Leistung oder doch großes Drehmoment? 122
5.3 Unreine Stadtluft ansaugen, saubere Luft ausstoßen 125
5.4 Kalorienbewusst und nur mit Bionahrung seine Arbeit tun 131
5.5 Aktive und die passive Sicherheit gewährleisten 134
5.6 Mediterranes Klima im Sommer und im Winter verschaffen 138
5.7 Manövrierbar sein und wie auf Wolken latschen 142
Literatur zu Teil I 146
Teil IIFunktionen und Strukturen zukünftiger Automobile 150
6Elektrik, Elektromagnetik und Elektronik im Zukunftsauto 151
6.1 Elektrische Netzwerke zwischen zahlreichen elektronischen Geräten 151
6.2 Elektromagnetische Wellen in Leitungen, Schaltungen und Geräten aller Art 156
6.3 Wie beeinflussen elektromagnetische Strahlen Menschen und benachbarte Geräte 161
7Licht und Lichter: Lumen, Laser, LED 168
7.1 Illuminati, Illuminare 168
7.2 Lichtstrom, Lichtstärke, Beleuchtungsstärke 172
7.3 Nach Halogen und Xenon, Laserstrahlen gegen Lumineszenzdioden 175
8Das Automobil als Treff elektromagnetischer Wellen mit Schallwellen 186
8.1 Wie entstehen und wie schnell strömen Schallwellen 186
8.2 Dezibel und Sound 197
9Ein Auto für alle Sinne 208
9.1 Audio im Auto: Musik und Sprache 208
9.2 Geruch und Beduftung im Auto 218
9.3 Ein Auto lebt von Haptik 224
10Das Auto als Doktor und als Polizist 231
10.1 Ambulanz und Reha-Zentrum an Bord 231
10.2 Alkoholkontrolle an Bord 237
11Die Karosserie als Integrator aller Elemente – schön, leicht, geräumig, resilient 242
11.1 Die Karosserie ist viel mehr als nur die Außenhaut eines Automobils 242
11.2 Karosseriebauarten: auf Rahmen, selbsttragend, als Skelett 247
11.3 Karosseriematerialien 251
11.4 Automobilbau auf Plattformen und in Modulen 254
11.5 Revolutionäre Karosserien für neue Antriebsformen? 256
Literatur zu Teil II 261
Teil IIIAlternative Antriebe und Energiequellen für Automobile 266
12Modulare und variable Konfiguration des Antriebssystems, von der Energieform bis zur Motorart 267
12.1 Antriebsmotoren, Energieträger, Energiespeicher und Energiewandler 267
12.2 Antriebskonfigurationen durch Kombinationen von Motoren, Energiespeicher und Energiewandler 282
13Automobile mit Elektroantrieb und Batterien 293
13.1 Elektromotoren für den Antrieb von Automobilen 293
13.2 Batterien für Automobile mit Elektroantrieb 299
13.3 Automobile mit elektrischem Antrieb 300
13.4 Laden der Batterien elektrisch angetriebener Automobile 307
14Automobile mit Elektroantrieb und Brennstoffzellen 311
14.1 Brennstoffzellen mit Wasserstoff, aber auch mit Methanol und Biodiesel 311
14.2 Automobile mit Brennstoffzellen 320
14.3 Brennstoffzelle als Stromversorgung für die Funktionen des Antriebs-Verbrennungsmotors 323
15Automobile mit Elektroantrieb und Stromgenerator an Bord 327
15.1 Reichweitenverlängerer (Range Extender) als Modul eines „seriellen“ Hybriden 327
15.2 Der Zweitaktmotor mit Kraftstoffdirekteinspritzung als Reichweitenverlängerer 335
15.3 Der Kreiskolbenmotor (Wankel-Motor) als Reichweitenverlängerer 342
15.4 Der Turbomotor (Gasturbine) als Reichweitenverlängerer 345
15.5 Der Stirling-Motor als Reichweitenverlängerer 349
16Automobile mit Antrieb durch Verbrennungsmotor und Elektromotor(en) 351
16.1 Warum brauchen die Autos überhaupt noch Otto- und Dieselmotoren? 351
16.2 Parallele und gemischte Hybride, Hybridklassen 365
16.3 Parallel-Vollhybride mit unterschiedlichen Verbindungsarten oder ohne Verbindung zwischen Verbrennungsmotor und Elektromotor 368
16.4 Parallel-Vollhybride im Vergleich 373
16.5 Plug-In-Hybrid-Antriebe 376
17Klimaneutrale Energie für Elektromotoren und für Verbrennungsmotoren 380
17.1 Elektroenergie 380
17.2 Wasserstoff 386
17.3 Alkohole: Ethanol und Methanol 391
17.4 Methan (Biogas) 400
17.5 Pflanzenöle 402
17.6 Dimethylether 405
17.7 Synthetische Kraftstoffe 406
18Was treibt uns morgen an? 409
18.1 Die automobile Vielfalt ist nicht chaotisch 409
18.2 Automobile für urbane Mobilität: Elektromotorantrieb und Elektroenergiespeicherung an Bord 416
18.3 Oberklasse-Automobile und SUVs: Hybridantriebe 418
18.4 Kompakt- und Mittelklasse-Automobile: Elektromotorantrieb und Elektroenergieerzeugung an Bord 421
18.5 Preiswerte Automobile mit Antrieb durch einfache Kolbenmotoren mit regenerativen Kraftstoffen, für vielfältige Nutzung 425
18.6 Klimaneutrale, synthetische Kraftstoffe für die klassischen Kolbenmotoren der bestehenden Automobile 428
Literatur zu Teil III 430
Teil IVWer entwickelt unsere Automobile der Zukunft? 433
19Das Automobil von der Innovation bis zum Pflichtenheft 434
19.1 Innovationen, Erfindungen und Schnapsideen 434
19.2 Der horizontale Hürdenlauf bei der Erschaffung eines Automobils 440
19.3 Der kombinierte horizontal-vertikale Hürdenlauf bei der Erschaffung eines Automobils 445
20Wer bestimmt, was daraus wird: Der Automobilkonzern, die Systemlieferanten, die Modullieferanten oder die Zulieferer? 457
20.1 Das Automobil aus Puzzle-Teilen 457
20.2 Die Puzzle-Logistik 459
20.3 Systemlieferanten, Modullieferanten, Zulieferer 462
20.4 Automobilentstehung – extensive und intensive Verteilung der Aufgaben 464
21Automacher sind auch nur Menschen: High Context versus Low Context Communication 468
21.1 Synergien von monochron und polychron denkenden Automachern 468
21.2 Die Rollen und die Kompetenzen der Automobilentwickler 473
Zusammenfassung der Thesen 480
Sachwortverzeichnis 496

Produkt-Details

• Erscheint lt. Verlag: 11.8.2021
• Zusatzinfo: XVII, 490 S. 87 Abb., 74 Abb. in Farbe.
• Sprache: deutsch
• Themenwelt: Technik ► Bauwesen
• Themenwelt: Technik ► Fahrzeugbau / Schiffbau
• Themenwelt: Technik ► Maschinenbau
• Schlagworte: Autonomes Fahren • Brennstoffzelle • Digitalisierung • Elektrifizierung • Elektroantriebe • Grüner Strom • HMI • klimaneutral • Smartphone • UX • zukünftige Automobile
• ISBN-10: 3-662-64116-X / 366264116X
• ISBN-13: 978-3-662-64116-3 / 9783662641163