Fahrt in die Zukunft: Hardware-Innovationen in der Automobilindustrie

Die Automobilindustrie ist eines der aufregendsten Gebiete im Ingenieurwesen. In einer Welt, die sich nach mehr Nachhaltigkeit, Luft zum Atmen und Umweltfreundlichkeit sehnt, liegt es an der Branche, die Automobilindustrie von den fossilen Brennstoffen wegzulenken, in denen sie tief verwurzelt ist. Gleichzeitig erfordern die ständig wachsende Globalisierung und die Überbevölkerung dieser Welt eine höhere Mobilität, mehr Sicherheit und insgesamt ein besseres Reiseerlebnis.

Automobil-Ingenieure sind mit der scheinbar undankbaren Aufgabe konfrontiert, die Räder am Laufen zu halten und sich mit den nahezu diametral entgegengesetzten Anforderungen in diesem Bereich auseinanderzusetzen. Wie in jeder Branche hat die Autoherstellung seit dem Einzug von Big Data und KI-Tools erhebliche Veränderungen erfahren. Die praktische Umsetzung von Lösungen in der Automobilindustrie liegt jedoch oft immer noch in Hardware-Innovationen.

Während Big Data und KI-Tools für Aufgaben wie Fehlerbehebung, Prozessautomatisierung, Sicherheits- und Qualitätsprüfung sowie Fahrerinteraktion von großem Wert sind, muss das Auto immer noch auf die Straße gebracht werden, und dazu bleibt die physische Technologie entscheidend. In diesem Artikel wirft Lead Consultant und Automotive-Recruiting-Expertin Basma Shamoun einen Blick auf einige der größten Hardware-Innovationen, die die Branche am Laufen halten und unsere Autos umweltfreundlicher, sicherer und insgesamt besser machen

Herausforderungen für die Branche

Reduzierung von CO2-Emissionen

Viele der größten Herausforderungen für die Automobilindustrie gehen auf die Klimakrise und die daraus resultierende Notwendigkeit zurück, die CO2-Emissionen kollektiv zu reduzieren. Die Transportbranche ist für etwa 20% der globalen CO2-Emissionen verantwortlich, und Straßenfahrzeuge machen etwa drei Viertel davon aus. Daher gibt es viel zu gewinnen, wenn der ökologische Fußabdruck von Autos verringert wird.

Dies ist jedoch leichter gesagt als getan. Nach jahrzehntelanger Forschung wurden bedeutende Fortschritte bei batterie- und brennstoffzellenbetriebenen Motoren erzielt, aber die Techniken befinden sich immer noch in der Entwicklung, da die Straßen immer noch von Fahrzeugen mit fossilen Brennstoffen dominiert werden.

Um den Schwung für Elektrofahrzeuge umzukehren, müssen noch wichtige Fortschritte in den Bereichen Reichweite, Batteriedegradation und verschiedenen Ladeaspekten erzielt werden. Für Brennstoffzellenfahrzeuge ist der Weg noch etwas unsicherer. Um ein wirtschaftlich tragfähiges Transportmittel zu werden - entweder für Verbraucherfahrzeuge oder für die Transportbranche - sind noch erhebliche Entwicklungen in Bezug auf Wasserstoffproduktion, -speicherung und -infrastruktur sowie andere erforderlich.

(Autonome) Sicherheit

Während das Problem der Umweltfreundlichkeit für die Automobilindustrie relativ neu ist, besteht das Problem der Sicherheit so lange wie Autos selbst. Mit immer volleren Straßen und unserem Wunsch nach unvermindertem Reisen war das Thema noch nie aktueller.

Glücklicherweise haben Sicherheitsingenieure nicht untätig gesessen, und in den letzten Jahren gab es einige bahnbrechende Entwicklungen, von Systemen zur Erkennung von Müdigkeit bis hin zu adaptiven Scheinwerfern, die sich mit der Fahrtrichtung bewegen. Diese Innovationen brachten jedoch auch eine neue Reihe von Hardware-Herausforderungen mit sich, die bewältigt werden müssen, während wir immer mehr Verantwortung auf die autonomen Systeme des Autos übertragen.

Zuverlässigkeit und Haltbarkeit

Da Autos immer komplexer werden und zunehmend auf fortgeschrittene automatisierte und elektronische Systeme angewiesen sind, steigt das Risiko von Fehlern und Funktionsstörungen. Gleichzeitig steigen die Einsätze, da diese automatisierten Systeme immer wichtigere Entscheidungen für uns treffen. Dies ist größtenteils eine Angelegenheit der Software, aber um eine Spitzenleistung der Materialien zu ermöglichen, ist eine absolute Notwendigkeit.

Darüber hinaus, da die Automobilindustrie ihren Fokus allmählich auf das elektrische Fahren verlagert, sind Batteriedegradation und die Recyclebarkeit am Ende der Lebensdauer zu wichtigen Themen geworden. Schließlich möchten wir nicht das Emissionsproblem gegen ein Abfallproblem austauschen. Außerdem sind viele Verbraucher vielleicht offen für die Idee einer nachhaltigen Fahrt, aber sind sie auch bereit, dies auf Kosten der Langlebigkeit und Treue ihrer alten Fahrzeuge zu tun?

Nachhaltigkeit und Umweltauswirkungen

Unabhängig von den oben diskutierten Haltbarkeitsproblemen hat jedes Auto irgendwann seine letzten Kilometer zurückgelegt - unabhängig von seiner Leistung. Daher kämpft die Automobilindustrie auch einen fortwährenden Kampf gegen Abfall. Mit dem verstärkten Fokus auf Kreislaufwirtschaft und Umweltauswirkungen ist es wichtiger denn je für die Automobilindustrie, in nachhaltige Materialien und zukunftssichere Lösungen am Ende der Lebensdauer zu investieren.

Die Umweltauswirkungen eines Autos beginnen jedoch lange vor dem Schrottplatz. Woher ein Auto stammt, ist genauso wichtig wie sein Endziel. Daher sollte eine nachhaltige Automobilindustrie den gesamten Lebenszyklus eines Autos berücksichtigen, von der Design- und Herstellungsphase bis zum letzten Atemzug und der Nachnutzung des Autos. Dies bedeutet, dass die Verwendung der richtigen umweltfreundlichen Materialien und nachhaltigen Methoden für jedes zukunftsorientierte Unternehmen in der Branche oberste Priorität hat.

Hardware-Innovationen in der Automobilindustrie

Elektrofahrzeuge

Reichweite

Einige der Hauptbedenken, die Menschen vom Kauf eines Elektrofahrzeugs abhalten, beziehen sich auf die Reichweite der Batterie und die Zugänglichkeit von Ladestationen. Während moderne Elektrofahrzeuge perfekt für das Stadtleben und die meisten täglichen Pendelfahrten geeignet sind, wird es schwieriger, wenn die Entfernungen länger werden und das Gelände weniger vertraut ist.

Mit einer durchschnittlichen Reichweite von etwa 350 Kilometern können die meisten Elektrofahrzeuge immer noch nicht mit den Langstreckenvorteilen von fossil betriebenen Autos mithalten. Allerdings haben Elektrofahrzeuge in den letzten Jahren erhebliche Fortschritte gemacht, was zu einer größeren Reichweite führt und somit weniger Unsicherheit auf der Straße bedeutet. Eine Reihe von Batterieverbesserungen haben es ermöglicht, Energie effizienter zu speichern, während einige Leistungsinnovationen die gespeicherte Energie effizienter in Bewegung umwandeln.

In den letzten zehn Jahren blieben Lithium-Ionen-Batterien die dominierende Technologie für Elektrofahrzeuge. Fortlaufende Entwicklungen haben jedoch die Energiedichte neuer Batterien erheblich erhöht, was es ihnen ermöglicht, mehr Energie im selben oder sogar weniger Raum zu speichern. Dies führt zu längeren Reichweiten. In der Zwischenzeit zeichnet sich die vielversprechende Speichertechnologie der Feststoffbatterien am Horizont ab, die das Potenzial hat, den Elektrofahrzeugmarkt mit noch höherer Energiedichte, schnellerem Laden und leichteren und kleineren Materialien zu übernehmen.

Zusätzlich haben Leistungsverbesserungen in den Bereichen thermisches Management und Motoreffizienz sowie neue Funktionen wie regeneratives Bremsen die Reichweite von Elektroautos weiter erhöht.

Moderne Elektrofahrzeuge sind mit fortschrittlichen aktiven Kühlsystemen ausgestattet, die Flüssigkühlmittel und Heizelemente verwenden, um die Temperatur des Batteriepacks zu regulieren. Diese Systeme ermöglichen es dem Auto, die Temperatur aktiv und präzise zu steuern, wenn sie im Pack benötigt wird, sei es beim schnellen Laden oder bei intensiver Nutzung oder beim Aufwärmen bei kaltem Wetter, um ideale Betriebsbedingungen aufrechtzuerhalten.

Im Motorbereich reduzieren verbesserte Konverter den Energieverlust während der Umwandlung, während immer effizientere Motor-Konstruktionen und die Verwendung fortschrittlicher Materialien den elektrischen Widerstand weiter reduzieren und die Leistung des Autos steigern. Darüber hinaus stellt die Entwicklung des regenerativen Bremsens sicher, dass die beim Verlangsamen und Bremsen erzeugte kinetische Energie nicht verloren geht, sondern erfasst und erneut in elektrische Energie umgewandelt wird.

Laden

Das bringt uns zum Thema Laden. Niemand mag die Vorstellung, auf dem Weg zum Urlaubsziel am Ende einer Warteschlange beizutreten, während jedes Elektrofahrzeug vor einem umfangreiche Ladezeit benötigt. Von der Horrorvorstellung, während des Urlaubs am Straßenrand gestrandet zu sein, nur um festzustellen, dass keine Ladestation in Sicht ist, ganz zu schweigen. Aber wie realistisch ist unsere Reichweitenangst?

In den letzten Jahren hat der Ausbau von Ladestationen für Elektrofahrzeuge definitiv an Fahrt aufgenommen. Im Jahr 2022 gab es in Europa 535.000 Ladestationen, mehr als doppelt so viele wie im Jahr 2020. Mit der EU, die kürzlich ein Gesetz verabschiedet hat, das verlangt, dass bis 2030 alle 60 Kilometer Autobahn Ladestationen vorhanden sein müssen, dürfte dieses Tempo in den kommenden Jahren nur noch zunehmen.

Gleichzeitig hat auch die Schnellladetechnologie Fahrt aufgenommen und die Praktikabilität von Elektrofahrzeugen drastisch verbessert. Hochleistungsladegeräte sind sowohl schneller als auch breiter verfügbar geworden, wodurch die Ladezeiten auf unter 1 Stunde reduziert wurden. Immer noch länger als das Tanken an der Zapfsäule, aber während eine zwei Stunden dauernde Ladepause wie eine lästige Zeitverschwendung erscheint, kann eine 20- bis 30-minütige Ladeunterbrechung leicht für eine wohlverdiente Kaffeepause und Toilettenpause genutzt werden.

Brennstoffzellenfahrzeuge

Im Vergleich zu Elektrofahrzeugen sind Brennstoffzellenfahrzeuge noch ein Stück davon entfernt, sich auf dem Massenmarkt durchzusetzen. Obwohl große Automobilhersteller wie Hyundai und Toyota ihre ersten kommerziellen Wasserstofffahrzeuge auf den Markt gebracht haben, scheint das Potenzial von Brennstoffzellenfahrzeugen hauptsächlich im Langstreckenverkehr und im Schwerverkehrssektor der Logistik zu liegen. Aber auch in diesem Bereich gibt es noch einige wesentliche Hindernisse in Bezug auf Wasserstoffproduktion und -speicherung, Infrastruktur und Kosten.

Wasserstoff kann auf verschiedene Weisen hergestellt werden, aber alle haben gemeinsam, dass sie viel Energie erfordern. Bis zum Jahr 2023 basiert die am häufigsten verwendete Methode immer noch auf fossilen Brennstoffen und emittiert somit Treibhausgase. Allerdings gewinnen umweltfreundlichere Alternativen an Bedeutung, wie die Nutzung von Wind- oder Solarenergie oder Biomasse wie Abfall oder Algen, was Brennstoffzellenfahrzeuge umweltfreundlicher macht.

Innovationen in der Gestaltung und den Materialien von Wasserstofftanks haben das Gewicht reduziert und die Speicherkapazität durch Hochdruckspeicherung von Wasserstoff erhöht. Fortschritte in der Brennstoffzellentechnologie haben außerdem dafür gesorgt, dass Wasserstoff effizienter in elektrische Energie umgewandelt werden kann, und die Kosten durch die Begrenzung des benötigten Platinanteils reduziert.

Das bringt einige praktische Fragen in Bezug auf die Kosten und die Zugänglichkeit von Wasserstofftankstellen mit sich. Zu Beginn des Jahres 2023 gab es 254 Tankstellen in Europa, 89 in den USA und über 450 in Asien. Mit anderen Worten, wir sind noch weit von einer universellen Abdeckung entfernt. Allerdings nimmt die Investition in Wasserstofftechnologie und -infrastruktur weiter zu und schafft so langsam ein Netzwerk von vernetzten Logistikzentren. Die breitere Akzeptanz der Technologie und der Eintritt einiger großer Akteure in den Bereich haben die Investitionen in Forschung und Entwicklung erheblich erhöht und die Kosten für Brennstoffzellenfahrzeuge reduziert.

Mit null Emissionen am Auspuff und einer größeren Reichweite und Energieeffizienz im Vergleich zu Elektrofahrzeugen zeigen Brennstoffzellenfahrzeuge definitiv Potenzial für die Zukunft, insbesondere für schwere Langstreckenfahrzeuge wie Busse und Lastwagen. Mit der zunehmenden Vertrautheit mit der Technologie, einer besseren Zugänglichkeit zu Ladestationen und umweltfreundlicherer Wasserstoffproduktion haben Brennstoffzellenfahrzeuge definitiv das Potenzial, in den kommenden zehn Jahren auf die nächste Stufe gehoben zu werden.

Autonome Sicherheit

Moderne Autos sind mit einer breiten Palette intelligenter Sicherheitsfunktionen ausgestattet, die den Fahrer auf der Straße unterstützen. Diese reichen von etablierten und relativ "einfachen" Werkzeugen wie Einparkhilfen und Tempomat bis hin zu komplexen Systemen der nächsten Generation wie Fahrzeug-zu-Allem-Kommunikationstechnologie.

Was all diese Systeme gemeinsam haben, ist, dass sie unsere Fahrerfahrung sowohl komfortabler als auch sicherer machen sollen. Dazu verwenden sie in der Regel verschiedene Sensoren, darunter Radar, Lichterkennung und Kameras, um Einschätzungen der Umgebung vorzunehmen und Entscheidungen auf Grundlage der gesammelten Daten zu treffen.

In den letzten Jahren sind Sicherheitsfunktionen immer komplexer geworden, da Autos zunehmend autonomer werden. Während vollständig selbstfahrende Fahrzeuge für die breite Öffentlichkeit immer noch nicht ganz realisiert sind, sind Tools wie Spurhalteassistent, adaptive Geschwindigkeitsregelung und automatisches Notbremsen in modernen Autos gut etabliert. Diese fortschrittlichen Fahrerassistenzsysteme verwenden eine Vielzahl von Detektionswerkzeugen, um die Straße und die Bewegung anderer Fahrzeuge zu überwachen. Bei Bedarf können diese Systeme ohne menschliches Eingreifen eingreifen, indem sie beispielsweise die Geschwindigkeit anpassen, bremsen oder lenken, um das Auto in der Spur zu halten.

Komplexere Erkennungswerkzeuge umfassen HD-Kartentechnologie und Schläfrigkeitssensoren. Die erste verwendet komplexe Umgebungseigenschaften wie Verkehrsschilder und Orientierungspunkte, um die Navigation und Entscheidungsfindung zu unterstützen, beispielsweise um schlechte Straßenbedingungen vorherzusagen. Die letztere richtet die Kamera nach innen, um Ermüdungsmuster beim Fahrer zu erkennen und bei Verdacht auf Unaufmerksamkeit oder Einschlafen des Fahrers einen Alarm auszulösen.

Eine weitere vielversprechende Entwicklung in der autonomen Sicherheit ist die Fahrzeug-zu-Allem-Kommunikation. Diese Technologie ermöglicht es Fahrzeugen, Informationen mit anderen Fahrzeugen, Fußgängern und der Infrastruktur über ihre aktuelle Position und mögliche Gefahren auszutauschen. Diese Kommunikation kann Unfälle verhindern, da sie Autos in Echtzeit vor kommenden Gefahren warnen kann, wodurch das Auto die Situation vorhersehen kann.

Zuverlässigkeit, Haltbarkeit, Nachhaltigkeit

Wie bereits erwähnt, liegen die Hauptwerkzeuge für die Verbesserung der Zuverlässigkeit von Autosystemen in Softwarelösungen. Zum Beispiel begrenzt die Automatisierung im Produktionsprozess die Möglichkeit menschlicher Fehler, während fortschrittliche Diagnosesoftware Vorhersagen darüber treffen kann, wo Wartungsarbeiten erforderlich sein werden, sodass Fahrer potenzielle Probleme proaktiv angehen können, bevor sie auftreten.

Um jedoch mögliche Probleme so weit wie möglich zu beseitigen, verwenden Hersteller hochwertige fortschrittliche Materialien wie korrosionsbeständige Verbundstoffe und 3D-gedruckte Komponenten. Diese Innovationen in der Materialwissenschaft haben das Gewicht reduziert und die Lebensdauer bestimmter Fahrzeugsysteme verlängert.

Darüber hinaus haben diese Methoden auch Abfälle reduziert, da Teile länger halten und präziser hergestellt werden. Weitere nachhaltige Entwicklungen in der Automobilindustrie umfassen die Verwendung von recycelten oder umweltfreundlichen Materialien in der Fahrzeuginnenausstattung. Dazu gehört das geschlossene Recycling, bei dem Materialien wie Kunststoffe aus Altfahrzeugen in neuen Autos wiederverwendet werden.

Das führt uns zu den Fragen der Batteriedegradation und der Entsorgung am Ende der Lebensdauer. Wie zuvor erwähnt, kann das erste Problem so gut wie möglich durch verbessertes, gezieltes Batteriemanagement, einschließlich thermischer Steuerung und intelligentem Laden, angegangen werden. Das zweite Problem bleibt jedoch etwas schwieriger.

Es wurden jedoch große Fortschritte bei der Wiederverwendung und dem Recycling von Batterien gemacht. Wenn eine Autobatterie nicht mehr den erforderlichen Standards für Fahrzeuge entspricht, kann sie als stationäres Speichersystem eine zweite Lebensdauer erhalten, zum Beispiel zu Hause. Wenn die Kapazität weiter abnimmt und dies nicht mehr möglich ist, werden die wertvollen Materialien wie Kobalt, Edelstahl und Aluminium getrennt und für andere Zwecke wiederverwendet, während andere Teile entsorgt werden.

Derzeit werden nur etwa 50% der Materialien aus Lithium-Ionen-Batterien zurückgewonnen, aber einige große Hersteller führen ehrgeizige Programme durch, um diese Zahlen auf nahezu null Abfall zu reduzieren.

Die richtigen Ingenieure finden, um Ihr Unternehmen weiterzubringen

Da unsere Autos immer komplexer werden, werden auch die Arbeitsplätze in der Automobilindustrie immer spezialisierter. Während jeder Mechaniker an einem Verbrennungsmotor herumwerkeln kann, sind für die Arbeit an Elektrofahrzeugen viele Stunden zusätzlicher Schulung und formaler Zertifizierung erforderlich. Im Allgemeinen gilt dasselbe auch für Ingenieursjobs. Ein grundlegendes Wissen über die Funktionsweise eines Autos ist immer noch notwendig, aber ohne eine Spezialisierung in Bereichen wie Batterietechnologie, mechanisches Design oder Wasserstoffspeicherung könnte es schwierig sein, in der Automobilindustrie auf Ingenieurebene Fuß zu fassen.

Neben den grundlegenden Motorenänderungen, die das Herzstück der Automobilindustrie bilden, hat die Digitalisierung von Autos auch alle peripheren Aspekte des Fahrerlebnisses revolutioniert. Daher müssen die Autoingenieure von morgen nicht nur Fachwissen in einem Bereich des Automobilbaus haben, sondern sie müssen auch in der Lage sein, mit Informatik, Datenanalyse und komplexen autonomen Fahrsystemen zu arbeiten.

Seit über hundert Jahren hat sich die grundlegende Technologie der Automobilindustrie weitgehend nicht verändert, aber jetzt steht die Branche vor einer radikalen Umwälzung dieser Grundlagen. Die ersten Schritte in eine neue Richtung wurden bereits in den letzten Jahrzehnten unternommen, aber wohin der Weg als Nächstes führen wird und wer die Leitfiguren der Branche sein werden, bleibt größtenteils unsicher.

Bringen Sie Ihr Unternehmen mit Amoria Bond voran

Um Teil dieser Autoindustrie 2.0 zu sein, ist es äußerst wichtig, die richtigen Kandidaten in die richtigen Positionen zu bringen. Gleichzeitig erschweren die zunehmende Spezialisierung in der Branche und neue Schwerpunktbereiche die klare Übersicht darüber, was verfügbar ist und was Ihr Unternehmen benötigt. Mit unserer Expertise und Erfahrung in der Automobilindustrie ist Amoria Bond Ihr bevorzugter Recruiting-Partner, um die besten Ingenieure von heute und morgen zu finden.

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