Mehr Effizienz, höhere Reichweite: der Antrieb

Der elektrische Antrieb des Audi Q8 e-tron kombiniert in einem Gesamtpaket mit hoher Performance die unterschiedlichsten Ansprüche, die Fahrer_innen an ein SUV der Oberklasse stellen: Er bietet dank des elektrischen Allradantriebs ausgezeichnete Traktion auch bei schwierigen Straßenverhältnissen oder in kritischen Situationen. Darüber hinaus erlaubt der Audi Q8 e-tron dynamische Fahrleistungen in Verbindung mit einem effizienten Antriebsstrang. Durch Verbesserungen an vielen Komponenten des Antriebskonzepts überzeugt der Q8 e-tron mit segmentüblichen Verbrauchswerten und gesteigerter Reichweite. Dabei überarbeitete das Entwicklungsteam „das Herz des Motors“ gründlich, wie der technische Projektleiter Jens Müssig sagt. „Alle Änderungen tragen dazu bei, die Reichweite des Audi Q8 e-tron zu steigern, ohne die sportlichen Qualitäten zu schmälern.“ Das gilt auch für das sportlichste elektrische Oberklasse-SUV, den Audi SQ8 e-tron. Er wird von drei Elektromotoren angetrieben – zwei an der Hinterachse, einer an der Vorderachse – und bietet dank seines elektrischen Torque Vectoring überlegene Fahrleistungen sowohl in der Längs- als auch in der Querdynamik.

Drei Motorisierungen stehen zur Auswahl

Sowohl der Audi Q8 e-tron als auch der Q8 Sportback e-tron kommen in drei verschiedenen Antriebskonfigurationen auf den Markt.

Audi Q8 50 e-tron / Audi Q8 Sportback 50 e-tron: Das mit einer netto 89 kWh (brutto 95 kWh) großen Batterie ausgestattete Einstiegsmodell hat je einen Elektromotor an Hinter- und Vorderachse. Sie sorgen für eine maximale Systemleistung im Boostmodus von 250 kW und ein Drehmoment von 664 Newtonmetern (Nm). Damit ist der Sprint von 0 auf 100 km/h in 6,0 s möglich. Die Reichweite laut WLTP beträgt für das SUV bis zu 491 km, beim Sportback sind es 505 km. Die Höchstgeschwindigkeit ist bei 200 km/h abgeregelt.

Audi Q8 55 e-tron / Audi Q8 Sportback 55 e-tron: Die Batteriegröße liegt bei 106 kWh netto (brutto 114 kWh). Der quattro Antrieb leistet mit seinen beiden Motoren im Boostmodus 300 kW bei einem Drehmoment von 664 Nm. Damit beschleunigt das Fahrzeug aus dem Stand in 5,6 s auf 100 km/h. Die Reichweite laut WLTP liegt bei bis zu 582 km, beim Sportback sind es bis zu 600 km. Die Höchstgeschwindigkeit ist bei
200 km/h abgeregelt.

Audi SQ8 e-tron / Audi SQ8 Sportback e-tron: Die Batterie versorgt mit ihren 106 kWh netto (brutto 114 kWh) drei Motoren – einen an der Vorderachse, zwei an der Hinterachse, die jeweils ein Rad antreiben. Dies ergibt eine Boostleistung von 370 kW und ein Drehmoment von 973 Nm. Daraus resultiert eine Beschleunigung von 0 auf 100 km/h in 4,5 s und eine Höchstgeschwindigkeit, die bei 210 km/h abgeregelt wird. Die Reichweite der S-Modelle liegt bei bis zu 458 km für das SUV und bis zu 471 km für den Sportback.

Überarbeiteter Hinterachsmotor bei Audi Q8 e-tron 50 und Q8 e-tron 55

Im Audi Q8 e-tron sind an beiden Achsen Elektromotoren verbaut, die nach dem Prinzip der Asynchronmaschinen arbeiten. Durch den Stromfluss in der Wicklung des Stators entsteht ein Magnetfeld, das die Achse des Rotors umläuft. Ein konzeptioneller Vorteil dieses Arbeitsprinzips ist, dass auf einen Permanentmagneten in der E-Maschine verzichtet wird. Fließt kein Strom, produzieren die Motoren keine Schleppverluste und sind damit sehr effizient. Außerdem sind sie wartungsarm, besonders robust und aufgrund des Aluminium-Rotors vergleichsweise leicht.

Für den neuen Audi Q8 e-tron wurde dieses Motorenkonzept an der Hinterachse nochmals modifiziert. Statt zwölf erzeugen nun 14 Windungen das elektrische Magnetfeld. Das hat den Vorteil, dass der Motor bei gleichem Stromfluss ein stärkeres Magnetfeld erzeugt. Das sorgt für ein höheres Motordrehmoment. Wird dieses jedoch nicht in vollem Maße abgerufen, benötigt der Elektromotor weniger Strom, um Drehmoment zu produzieren. Das senkt den Verbrauch und erhöht die Reichweite. „Damit verschieben wir die Motorcharakteristik bei gleicher Spitzenleistung in einen effizienteren Arbeitsbereich und berücksichtigen so die realen Kundenbedürfnisse“, sagt Sami Robert Zaki, Systemteamleiter Antrieb bei Audi. Die Boostfunktion, mit der sich kurzfristig durch Wahl des Fahrmodus S und Kickdown die volle Systemleistung abrufen lässt, fokussiert noch gezielter auf die relevanten Geschwindigkeitsbereiche, in denen viel Leistung für Überholmanöver nötig ist. Auf Basis von mehreren Millionen Kilometern Fahrdaten haben die Entwickler_innen das Nutzungsverhalten ausgewertet – mit dem Ergebnis, dass Kund_innen mit dem Audi e-tron überwiegend im Geschwindigkeitsbereich bis 100 km/h unterwegs sind. „Die Effizienzsteigerung hat für den Alltagseinsatz hohe Relevanz“, sagt Zaki.

Im normalen Fahrbetrieb ist die Hinterachse aus Effizienzgründen die präferierte Antriebsachse. Der Motor an der Vorderachse kommt nur zum Einsatz, wenn Kund_innen höhere Leistung abrufen oder die Fahrsituation den quattro Antrieb erfordert, zum Beispiel bei glatten Straßen oder zur Stabilisierung des Fahrzeugs in Kurven. Manuell lässt sich der Antrieb aller vier Räder über die Wahl des Fahrmodus einstellen. Wird dieser von D auf S umgestellt, laufen Audi Q8 50 e-tron und Q8 55 e-tron mit permanentem Allradantrieb. In allen Fällen ist so sichergestellt, dass der Audi Q8 e-tron das für Audi typische Fahrverhalten zeigt.

Audi drive select und vierstufiges ESC

Hinter dem elektrischen Allradantrieb steht die intelligente Vernetzung zahlreicher Regelsysteme, die für quattro typische hohe Traktion und Fahrstabilität sorgen. Wichtige Vernetzungspartner sind dabei die vierstufig ausgelegte Elektronische Stabilisierungskontrolle (ESC) und die Leistungselektronik, die durch ihr Zusammenspiel zum ausgewogenen Fahrverhalten beitragen. Genauso ermöglichen die Regelsysteme einen individuellen elektronischen Eingriff. Neben dem Normalmodus bietet ESC ein Sport- und ein Offroad-Programm und lässt sich für mehr Performance in bestimmten Fahrsituationen ganz abschalten.

Darüber hinaus kann die Charakteristik des Audi Q8 e-tron auch mit dem serienmäßigen Fahrdynamiksystem Audi drive select für unterschiedliche Terrains angepasst werden. Ob entspanntes Reisen, dynamische Kurvenfahrten oder Fahrten abseits befestigter Straßen: Je nach Fahrsituation, Straßenzustand oder persönlichen Bedürfnissen können Kund_innen zwischen sieben Profilen wählen: auto, comfort, dynamic, efficiency, individual, allroad und offroad.

Leistungselektronik und Antriebssteuergerät: Reaktion im Bruchteil einer Sekunde

Jeweils eine eigene Leistungselektronik versorgt und steuert die E-Maschinen des Q8 e-tron. Diese erhält ihre Daten vom Antriebssteuergerät (ASG), dort laufen alle Anforderungen zusammen – ob vom Fahrpedal, von den Bremsen oder vom elektrischen Allradantrieb. 10.000 Mal pro Sekunde lesen die Leistungselektroniken Sensordaten ein und geben Stromwerte für die E-Maschinen aus. Das Ergebnis: optimales Nutzen der Leistung gerade im dynamischen Fahrbetrieb. Einige Funktionen wie Schwingungsdämpfung und Schlupfregelfunktionen sind in die Leistungselektroniken integriert. Eingriffe werden dadurch verzögerungsfrei umgesetzt, was beispielsweise das Beschleunigungsvermögen auf eisglatter Fahrbahn deutlich verbessert. Die beiden baugleich ausgeführten Leistungselektroniken sitzen auf den Gehäusen der E-Maschinen und sind in das Thermomanagement des Antriebs eingebunden. Sie nehmen wenig Platz in Anspruch und wiegen dank ihres Aluminiumgehäuses nur je acht Kilogramm. Die Leistungselektronik wandelt den Gleichstrom aus der Batterie in Drehstrom für den Antrieb um. Wenn die E-Maschinen beim Rekuperieren als Generatoren arbeiten, wandelt die Leistungselektronik den Drehstrom in Gleichstrom und speist ihn in die Batterie zurück.

Elektrisches Torque Vectoring im Audi SQ8 e-tron

Mit dem S-Modell der e-tron Baureihe hat Audi erstmals in der Großserie ein 3-Motoren-Konzept realisiert. Dieses wird im SQ8 e-tron fortgeführt. An der Vorderachse arbeitet eine E-Maschine mit 124 kW Peakleistung. An der Hinterachse sitzen zwei Elektromotoren mit jeweils 98 kW Peakleistung, die getrennt voneinander je ein Hinterrad antreiben. Im Boostmodus leistet der Motor vorn bis zu 157 kW, die beiden hinteren Maschinen jeweils 138 kW. Das ergäbe rein rechnerisch eine Gesamt-Boostleistung von 433 kW; dieser Wert wird aber von der Batterie auf 370 kW limitiert. Damit beschleunigt der knapp fünf Meter lange SUV wie ein Sportwagen in 4,5 Sekunden von 0 auf 100 km/h. Seine Stärken spielt das Antriebskonzept aber nicht allein beim Beschleunigen aus, sondern vor allem auf kurviger Strecke. Weil die beiden hinteren Elektromaschinen außer der gemeinsamen Kühlung keinerlei mechanische Verbindung haben oder gar über ein Differenzial gekoppelt sind, lassen sich die Antriebsmomente komplett zwischen den beiden Rädern verteilen.

Das elektrische Torque Vectoring leitet die Antriebsmomente in einem Zeitfenster von maximal fünf Millisekunden ans richtige Rad, weil nur Daten und elektrischer Strom fließen statt mechanischer Antriebskräfte wie beim Verbrenner.

Der Zeitversatz beträgt nur ein Fünftel der Zeit, die bei einem mechanischen System erforderlich ist. So kommt die Hinterachse bei schneller Kurvenfahrt ohne Bremseingriffe aus, um das Fahrzeug agil und stabil durch die Kurve zu dirigieren.

Wenn Fahrer_innen sportlich aus der Kurve beschleunigen, erhält das kurvenäußere Hinterrad bis zu 220 Nm mehr zugeteilt als das kurveninnere, aufgrund der Übersetzung beträgt die Differenz an den Rädern etwa 2.100 Nm. Das Giermoment, das dadurch entsteht, unterstützt das Eigenlenkverhalten, zum Halten des Kurvenradius ist weniger Lenkwinkel nötig.

Am dynamischen Limit wird das entlastete kurveninnere Vorderrad über die Radbremse leicht verzögert – dieser kleine unbemerkte Eingriff unterbindet Schlupf und macht das Handling noch agiler und neutraler. Ein weiterer Vorteil ist die Traktion: Wenn beim Beschleunigen ein Hinterrad auf Fahrbahnbelag mit niedrigem Reibwert steht, etwa bei Glatteis oder losem Untergrund, kann das Moment zwischen den beiden Motoren präzise und schnell verteilt werden. Das traktionsstarke Rad erhält annähernd das volle Moment zugeteilt, während das traktionsschwache Rad fast momentenfrei mitläuft.

Im normalen Alltagsbetrieb, bei dem nur ein Bruchteil der zur Verfügung stehenden Leistung abgerufen wird, treiben die Elektromotoren an der Hinterachse das Fahrzeug an. Das sorgt für einen Effizienz- und damit Reichweitengewinn, der sich aber nicht auf die Charakteristik des Fahrzeugs auswirkt. Denn wird mehr Leistung abgerufen, verlagert sich das Antriebsmoment auf beide Achsen, sodass der SQ8 e-tron sofort seinen sportlichen Charakter zeigen und die Vorteile des elektrischen Torque Vectorings nutzen kann.

Intelligentes Brems- und Rekuperationskonzept

In 90 Prozent aller Bremssituationen kommen beim Audi Q8 e-tron die Scheibenbremsen nicht zum Einsatz. Der Grund: das intelligente Rekuperationskonzept. Bis zu einer Verzögerung des Fahrzeugs von 0,3 g rekuperiert das System ohne Einsatz der konventionellen Bremse ausschließlich über die E-Maschinen, die dann als Generatoren arbeiten und die Bewegungsenergie in elektrische Energie umwandeln. Erst wenn mit dem Bremspedal stärker als 0,3 g verzögert wird, kommen die innenbelüfteten 18 Zoll großen Radbremsen ins Spiel. Der Audi Q8 e-tron entscheidet je nach Fahrsituation, ob er mit E-Maschine, Radbremse oder einer Kombination aus beidem verzögert – und das individuell an jeder Achse. Bei einer Bremsung aus höherem Tempo kann das System mit rund zwei Dritteln seiner Antriebsleistung rekuperieren.

Der Grad der Schubrekuperation lässt sich auf Wunsch über Wippen am Lenkrad in drei Stufen einstellen. Auf der niedrigsten Stufe segelt der Audi Q8 e-tron ohne Schleppmoment, wenn der Fuß vom Fahrpedal geht, rollt also frei weiter und nutzt damit die eingesetzte Energie auf die physikalisch bestmögliche Weise. Während des Segelns fließt kein Strom zur oder von der E-Maschine. In Stufe 1 (ausgewogen – geringe Verzögerung) und 2 (stark – hohe Verzögerung) bauen die E-Motoren ein generatorisches Bremsmoment auf und erzeugen Strom.

Das Auto reduziert die Geschwindigkeit spürbar. Dabei ist es möglich, allein über das Fahrpedal zu verzögern oder zu beschleunigen. Neben der manuellen Einstellung der Rekuperation über die Lenkradwippen bietet das MMI auch den automatischen Modus an.

Hier regelt der prädiktive Effizienzassistent die bedarfsgerechte Verzögerung vorausschauend, etwa auf den Streckenverlauf oder auf vorausfahrende Fahrzeuge. Über die Schaltwippen lässt sich die Verzögerungswirkung situativ anpassen. Diese Einstellung bleibt so lange aktiv, bis das Fahrpedal erneut betätigt wird.

Integriertes elektrohydraulisches Bremssystem

Technische Voraussetzung für die effiziente Rekuperation des Audi Q8 e-tron ist das Brake-by-Wire-Bremssystem. Es entkoppelt Bremspedal und Bremshydraulik komplett. Beim Betätigen des Bremspedals errechnet das System, ob für die gewünschte Verzögerung die Rekuperationsleistung der Generatoren ausreicht, oder ob die Scheibenbremsen an Vorder- und Hinterachse eingesetzt werden müssen. Dieses elektrohydraulisch integrierte Bremsregelsystem setzte Audi als erster Hersteller weltweit bei Einführung der e-tron Baureihe in einem elektrisch angetriebenen Serienautomobil ein.

Bremsen Fahrer_innen situationsbedingt mit mehr als 0,3 g Verzögerung, berechnet das Steuergerät in Sekundenbruchteilen, wie viel Bremsmoment erforderlich ist. Ein Verdrängerkolben in der Bremshydraulik baut zusätzlichen Druck auf.

Von einem elektrischen Spindelantrieb in Bewegung versetzt, drückt er Bremsflüssigkeit in die Bremsleitungen und generiert Bremskraft durch die konventionelle Reibbremse. Der Übergang zwischen elektrischem und hydraulischem Bremsen vollzieht sich dabei unmerklich weich und homogen, die Bremskräfte bleiben konstant. Ein zweiter Kolben schafft mittels eines druckelastischen Elements das vertraute Pedalgefühl. Bei ABS-Bremsungen sind Druckauf- und -abbau im Pedal nicht störend als harte Pulsationen spürbar. Bei sehr niedrigem Tempo, etwa beim Rangieren, verzögert der Audi Q8 e-tron effizienter über die Radbremsen.

Durch die elektrohydraulische Betätigung baut das Bremsregelsystem den Bremsdruck für die Radbremsen sehr präzise und etwa doppelt so schnell auf wie eine herkömmliche Bremsanlage. Dadurch ist es möglich, einen größeren Abstand zwischen Bremsbelag und -scheibe einzustellen. Das minimiert Reibung und Wärmeentwicklung und erhöht damit die Reichweite. Bei einer automatisierten Gefahrenbremsung vergehen zwischen dem Einleiten der Bremsung und dem Anliegen des maximalen Bremsdrucks zwischen Belägen und Scheiben nur 150 Millisekunden.

Mit diesem schnellen Druckaufbau verkürzt das elektrohydraulisch integrierte Bremsregelsystem den Bremsweg um bis zu 20 Prozent gegenüber einer konventionellen Bremsanlage. Durch die Rekuperationsleistung des Audi Q8 e-tron kommen im Fahralltag die Radbremsen seltener zum Einsatz. Das wirkt sich positiv auf den Verschleiß und damit auch die Service- und Betriebskosten des Fahrzeugs aus.

Damit die stählernen Scheiben nicht rosten, nutzt eine Bremsreinigungsfunktion automatisch in gewissen Zeitabständen die Reibbremse anstatt der eigentlich möglichen Rekuperation. So bleibt das System in einem optimalen Betriebszustand.

An der Vorderachse ist eine 6-Kolben-Festsattelbremse verbaut, an der Hinterachse ein 1-Kolben-Schwimmsattel. Vorn messen die innenbelüfteten Scheiben 375 Millimeter im Durchmesser, hinten sind es 350 Millimeter.

Alle markierten Begriffe sind im Technik-Lexikon unter www.audi-mediacenter.com/de/technik-lexikon detailliert erläutert. Die angegebenen Ausstattungen, Daten und Preise beziehen sich auf das in Deutschland angebotene Modellprogramm. Änderungen und Irrtümer vorbehalten.