Energieeffizienzbetrachtung von Frontlichtsystemen im Automotive-Bereich

Die treibende Kraft, zur Reduktion von CO2-Emission in 195 Staaten, ist die Europäische Kommission, die für die Automobilindustrie in der Verordnung (EU) 2019/631 Emissionsnormen zur Einhaltung der Klimaziele definiert. Dazu gehört unter anderem die, ab 2021 gültige, Beschränkung auf eine durchschnittliche Emission von 95 g CO2/km, für neu zugelassene Personenkraftwagen in der Fahrzeugflotte. Da jeder elektrische Verbraucher einen Beitrag zum Kraftstoff- und Energieverbrauch im Fahrzeug leistet, wurde der Einfluss der verschiedenen Emissionsmessverfahren (WLTP, RDE, usw.) auf die Auslegung von Lichtsysteme ermittelt. Es wurde festgestellt, dass sich keine Hauptlichtfunktion (Abblend- und Fernlicht) im WLTP- oder RDE-Prüfzyklus, auf den Kraftstoffverbrauch auswirken, da diese im Laufe des Zyklus nicht betrieben werden. Im weiteren Schritt wurden die Voraussetzungen für Ökoinnovationen zur CO2 Reduktion untersucht, dabei ist vor allem der Schwellwert zur Mindesteinsparung von 0,5 g CO2/km zu erreichen. Eine Analyse zeigt, dass die Außenbeleuchtung durch Leuchtdioden als Ökoinnovation angerechnet werden kann. Hersteller können deren Flottenemission nach Einreichung der Ökoinnovationen um bis zu 7 g CO2/km reduzieren. In der zweiten Forschungsfrage werden die technologischen Verbesserungen des Leuchtmediums in Frontlichtscheinwerfern für Personenkraftwagen, auf Basis deren Energiebilanz untersucht. Dafür wurden drei Scheinwerfersysteme (Halogen, Xenon und LED) der BMW X3/X4 Serie elektrisch, photometrisch und mechanisch analysiert. Betrachtet man lediglich die Systemeffizienz, so erzielt in dieser Gegenüberstellung, die Xenonausstattung die Gewinnerposition. Der letzte Teil der Arbeit beinhaltet technische Änderungen, die zur Erhöhung des Systemwirkungsgrads eines Frontlichtscheinwerfers für Elektro- und Hybridfahrzeuge, beitragen. Dazu zählt das 48 V-Bordnetz, welches eine Verbesserung des elektrischen Wirkungsgrades, durch Anbindung des Lichtsteuergeräts, um rund 10 % bewirken kann. Des Weiteren wurde Silikon, ein transparenter thermoplastischer Kunststoff, zum Einsatz als Optikwerkstoff analysiert. Durch die Verwendung kann ein optischer Wirkungsgrad von bis zu 60 % erreicht werden.The driving force for CO2-emission reduction in 195 countries is the European Commission, which defines emission standards. In the Regulation (EU) 2019/631, climate targets for the automotive industry are defined. Among other things, this includes the limit of 95 g CO2/km, valid from 2021, for the vehicle fleed of newly registered passenger cars. As each electrical load contributes to the fuel and energy consumption of the vehicle, the influence of the different emission measurement methods (WLTP, RDE, etc.) on the design of lighting systems was determined. It has been established that no main light function (low- and high beam) in the WLTP- or RDE test cycle influences the fuel consumption because it will not operate during the cycle. In the next step, the prerequisites for an eco-innovation to reduce CO2 were tested, whereby the minimum threshold of 0.5 g CO2/km must be attained. The light emitting diode technology, used in front lighting, is accepted as an efficient eco-innovation. Manufacturers can reduce their fleet emissions to a total of 7 g CO2/km. In the second research question, the technological improvements of the light source in headlights for passenger cars, based on their energy balance, are examined. For this purpose, three headlight systems (Halogen, HID and LED) of the BMW X3/X4 series were electrically, photometrically and mechanically analyzed. By only considering the system efficiency, the HID headlamp, is the winner in this confrontation. The last part of this scientific work includes technical changes that contribute to increasing the system efficiency of a headlamp for electric- and hybrid vehicles. The 48 V vehicle electrical system has been stated, which can improve the electrical efficiency by connecting the light control unit with it, by around 10 %. Furthermore, silicone, a transparent thermoplastic, was analyzed for the use as an optical material. Through the application, an optical efficiency of up to 60 % can be achieved.Wien, FH Campus Wien, Masterarb., 2019(VLID)447723