Michael Wein, Projektleiter Allrad- und Rekuperationsfunktion Audi e-tron, hält das integrierte Bremsregelsystem in der Hand, das eine Schnittstelle zwischen Bremsfunktion, Rekuperation und Allradantrieb bildet. (Bild: Audi)
Herr Wein, weshalb hat sich Audi beim e-tron für ein Konzept mit zwei E-Maschinen entschieden?
Grundsätzlich entscheiden wir uns bei jedem Auto für das passende quattro-Konzept – abhängig von Fahrzeugarchitektur und Positionierung. Beim Audi e-tron sind beide Antriebe immer mechanisch mit dem Rad gekoppelt. Das hat einen guten Grund, denn so können wir Antriebsmoment so aufteilen, dass sich das Auto stets im Bereich des optimalen Wirkungsgrads bewegt. Das Resultat ist die Effizienz eines Einachsantriebs kombiniert mit der Fahrdynamik und Traktion eines Allradantriebs.
Ein weiterer, wichtiger Grund für Einsatz zwei E-Maschinen ist der Effizienzgewinn beim Bremsen. Bei stärkeren Verzögerungen kann der Allradantrieb deutlich mehr Rekuperationsleistung auf die Straße bringen – bis zu 220 kW. Zusätzlich spielen natürlich noch viele andere Parameter eine wichtige Rolle, damit sich das Auto so fährt, wie es unsere Kunden erwarten. Komfort und Ansprechverhalten sind zwei Beispiele, die von einem Konzept mit zwei E-Maschinen profitieren.
Beim quattro-Antrieb in Fahrzeugen mit Verbrennern kommen bei Audi mechanische Allrad-Layouts mit fein regelnden Differenzialen sowie in den kompakteren Modellen Hang-on-Systeme mit elektrisch gesteuerten Kupplungen zum Einsatz. Wie gestaltet sich hier die Auslegung mit Blick auf eine weitere Hybridisierung im (Allrad-)Antrieb?
Auch hier kommt unsere Philosophie zum Tragen: Zu jedem Antrieb entwickeln wir das passende quattro-Konzept. Bei Fahrzeugen im A-Segment wird die technische Umsetzung eine andere sein, als bei den größeren Modellen im C und D-Segment. Das liegt auch an unterschiedlichen Kundenwünschen in den unterschiedlichen Leistungsstufen.
Die fortschreitende Elektrifizierung freut uns Entwickler. Denn der elektrische quattro bietet durch die höhere Variabilität der Momentenverteilung mehr Möglichkeiten, den Fahrer auch bei anspruchsvollen querdynamischen Fahrsituationen zu unterstützen. Zudem gibt uns die Technologie mehr Freiheiten, beispielsweise durch die Integration der radselektiven Momentensteuerung in den elektrischen Allradantrieb.
Für die Funktion des elektrischen Allrads arbeiten im e-tron das Antriebssteuergerät, die elektronische Fahrwerksplattform sowie die Leistungselektronik der beiden Elektromotoren zusammen. Bild: Audi
Ein Argument für das rein elektrische Layout im e-tron ist die sehr schnelle bedarfsgerechte Verteilung der Antriebsmomente innerhalb von 30 Millisekunden. Wie sind hier die Werte für die konventionellen quattro-Technologien?
Der elektrische quattro kann deutlich schneller regeln und die Momente freier verteilen, als wir das von einem konventionellen quattro kennen. Die erwähnten 30 Millisekunden vergehen von der Drehzahlerfassung im Raddrehzahlsensor bis zur tatsächlichen Umsetzung von Moment an den Antriebswellen – die Stromregelung im Elektromotor selbst erfolgt alle 100 µs. Der Elektromotor kann eine Momentenänderung um den Faktor fünf bis dreißig schneller umzusetzen als eine gesteuerte Kupplung.
Andererseits bieten mechanische Kupplungen oder auch das selbst sperrende Mittendifferenzial spezifische Vorteile. Bei einem elektrischen Allradantrieb reagieren wir reaktiv auf eine Schlupfänderung zwischen beiden Antriebsachsen, da diese nur virtuell über Software gekoppelt sind. Eine mechanische Drehzahlkoppelung verteilt das Moment hingegen direkt und ohne Zeitverzug. Beim elektrischen quattro mussten wir das aufwändig über die Software und die Applikation nachbilden.
Einen großen Anteil an der Performance des e-tron hat das Antriebssteuergerät ASG. Dieses arbeitet mit sämtlichen anderen Steuergeräten zusammen. Wie viele Steuergeräte kommen gesamt im e-tron zum Einsatz und welcher Rechenleistung entspricht dies?
Für die Funktion des elektrischen Allrads arbeiten das Antriebssteuergerät, die elektronische Fahrwerksplattform und die Leistungselektronik der beiden Elektromotoren zusammen. In Summe sind das rund 1,2 Milliarden Operationen pro Sekunde, um die Antriebsfunktion und Allradfunktion darzustellen.
Audi ist stolz darauf, alle wichtigen Softwarekomponenten und deren Vernetzung selbst entwickelt zu haben. Welchen Anteil innerhalb der Entwicklung des e-tron fällt auf diesen Bereich?
Beim elektrischen quattro konnten wir gerade im Bereich der Vorsteuerungen auf viele erprobte Funktionen zurückgreifen. Diese mussten wir aber auf die völlig neuen Möglichkeiten des elektrischen Allradantriebsstrangs anpassen, um das Potenzial auch voll auszuschöpfen. Bisher war der Allradantrieb oft ein Ad-on an den Triebstrang. Im Audi e-tron ist er jedoch integraler Bestandteil und damit die zentrale Schnittstelle zwischen Antrieb, Fahrwerk, Bremssystem und Rekuperation.
Deshalb verarbeitet die Software des elektrischen quattro rund viermal so viele Eingangsdaten wie im quattro ultra. Entsprechend war der Entwicklungsaufwand um ein Vielfaches höher. Die Software wertet Daten aus dem Hochvoltbordnetz, der Batterie, den elektrischen Maschinen, den Leistungselektroniken und dem Gesamtfahrzeug aus. Also ein sehr komplexes System…
Der Zulieferer GKN hat jüngst auf dem cti Symposium in Berlin Berechnungen vorgestellt, denen zufolge die Elektrifizierung des Allradantriebs mit nur einer E-Maschine Energievorteile wie auch Kostenvorteile gegenüber zwei E-Maschinen bringt. Ist aus Sicht der Audi-Entwicklung ein solches System auch für Audi denkbar? Wenn ja, in welchen Fahrzeugsegmenten?
Das Konzept mit zwei Elektromotoren beim Audi e-tron und einer über Software gesteuerten „elektronischen“ Kardanwelle schafft den aus unserer Sicht notwendigen Bauraum für die Hochvoltbatterie im Fahrzeugboden. Zudem erlaubt es uns, die Vorteile bei Regelungsgeschwindigkeiten und Momentenverteilung voll auszuschöpfen. Somit stehen den Mehrkosten viele Vorteile, besonders in Sachen Fahrdynamik und Fahrzeugarchitektur, gegenüber.
