Antrieb und Fahrwerk
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Handling 2.0: das Fahrerlebnis
Das Fahrerlebnis, das die beiden elektrischen S-Modelle bieten, fasziniert mit jener Dynamik, die nur ein überlegener Elektroantrieb bieten kann. Wenn der Fahrer die Stufe S wählt und das rechte Pedal voll durchtritt, beschleunigen beide Autos in 4,5 Sekunden aus dem Stand auf 100 km/h – fast lautlos und nahezu ansatzlos, weil die volle Durchzugskraft sofort bereitsteht. Bei 210 km/h wird der Vortrieb elektronisch begrenzt. Für jeweils acht Sekunden gibt der Antrieb seine volle Boost-Performance ab, auch mehrmals nacheinander – und liefert dabei 370 kW Leistung und 973 Nm Drehmoment. In der Stufe D, also ohne Boost, lauten die Nennwerte 320 kW und 808 Nm.
Beim Handling faszinieren die elektrisch angetriebenen S-Modelle mit exzellenter Agilität und Traktion, sie reagieren extrem spontan auf das Fahrpedal. Ihr Antriebscharakter ist noch stärker heckbetont und noch sportlicher als bei ihrer technischen Ausgangsbasis. Wenn die Stabilisierungskontrolle ESC auf „Sport“ und das Fahrdynamiksystem Audi drive select auf „dynamic“ eingestellt sind, erlaubt das Antriebslayout hohe Querdynamik und auf Wunsch auch kontrollierte Drifts. Dabei ist das Fahrverhalten jederzeit berechenbar und in ein Höchstmaß an Sicherheit und Verlässlichkeit eingebettet.
Das Antriebslayout: drei E-Motoren erstmals in der in Großserie
Schon bei den e-tron- und e-tron Sportback-Modellen hat Audi das Konzept mit den beiden Asynchronmaschinen (ASM) als Baukasten angelegt. Jetzt wird es um einen dritten Antriebsmotor erweitert – die neuen e-tron S-Modelle sind weltweit die ersten Großserien-Elektroautos mit drei Motoren. Die E-Maschine, die beim e-tron 55 die Hinterachse antreibt, ist hier mit entsprechenden Modifikationen an der Vorderachse montiert. Sie ist auf 124 kW Leistung beziehungsweise 150 kW im Boost ausgelegt. Der vordere, kleinere Elektromotor aus dem e-tron 55 arbeitet nun in angepasster Bauweise im Heck, gemeinsam mit einem baugleichen Pendant. Das Tandem kommt auf 196 kW Leistung und 264 kW im Boost. Planetenradgetriebe mit einer Gangstufe leiten die Kräfte auf die Räder.
Jede E-Maschine wird von einer eigenen Leistungselektronik versorgt, die den Gleichstrom der Batterie in Drehstrom wandelt. Die Asynchronmaschinen sind überlastfähig und extrem robust, und sie produzieren keine Schleppverluste, wenn sie unbestromt mitlaufen – ein Vorteil in puncto Effizienz. Die vordere E-Maschine ist aus Packaging-Gründen achsparallel eingebaut, während die Elektromotoren an der Hinterachse Rücken an Rücken koaxial montiert sind. Die Rotorblechpakete sind mit leichtem Aluminium vergossen. Die Rotorwellen werden von Kühlmittel durchströmt, das aus einem gemeinsamen Kühlkreislauf stammt, den sich die Elektromotoren teilen. Das aufwändige Kühlkonzept erlaubt starke Performance auch bei hohen Anforderungen.
95 kWh Energieinhalt: das Batteriesystem
Das Hochvolt-Batteriesystem speichert 95 kWh Energie, von denen 91 Prozent – also 86 kWh – nutzbar zur Verfügung stehen. Es arbeitet mit 397 Volt Nennspannung. Im realitätsnahen WLTP-Zyklus beträgt der Stromverbrauch 28,4 – 26,8 kWh pro 100 Kilometer beim Audi e-tron S und 28,1 – 26,4 kWh beim e-tron S Sportback, was bis zu 364 beziehungsweise 370 Kilometer Reichweite ermöglicht. Als flacher Block von 2,28 Meter Länge, 1,63 Meter Breite und 0,34 Meter Höhe liegt die Batterie unter der Passagierzelle. Ihre 36 Module sind in zwei Ebenen aufgeteilt – eine lange untere und eine kurze obere, die den Raum unter der Rücksitzbank füllt. Jedes Modul integriert zwölf Zellen.
Das Kühlsystem besteht aus flachen Aluminium-Strangpressprofilen, die in kleine Kammern unterteilt sind. Es ist unter dem Zellraum montiert und temperiert alle Module gleichmäßig, so dass sie stets in ihrem optimalen Temperaturfenster von 25 bis 35 Grad Celsius bleiben. Dank der Fachwerkstruktur in seinem Inneren ist das Batteriesystem besonders steif. Sein Gehäuse besteht zu 98 Prozent aus Aluminium, ein starker Rahmen schützt es vor Beschädigungen. 35 Anschraubpunkte binden es so in die Karosserie ein, dass es deren ohnehin hohe Steifigkeit noch einmal um 27 Prozent steigert.
Neues Technikniveau: 40 Jahre quattro-Kompetenz von Audi
Vor 40 Jahren hat die Marke mit den Vier Ringen auf dem Genfer Automobilsalon den Audi quattro vorgestellt – den Pionier einer großen Erfolgsstory. Mit dem e-tron S und dem e-tron S Sportback hebt Audi das Prinzip der vier angetriebenen Räder jetzt nochmal auf ein neues Technikniveau: Zum elektrischen Allradantrieb kommt das elektrische Torque Vectoring.
Aus Effizienzgründen sorgen die hinteren E-Maschinen im Audi e-tron S und e-tron S Sportback bei normaler Fahrweise für Vortrieb. Der vordere Elektromotor ist unbestromt, wird jedoch blitzschnell und unmerklich aktiviert, wenn der Fahrer mehr Leistung fordert – oder auch prädiktiv, bevor bei Glätte oder schneller Kurvenfahrt Schlupf auftritt. Dieser elektrische Allradantrieb wird durch das elektrische Torque Vectoring an der Hinterachse ergänzt: Jede der beiden E-Maschinen schickt ihre Momente über ein Getriebe direkt auf das Rad, ein mechanisches Differenzial existiert nicht mehr.
Das elektrische Torque Vectoring – das Verteilen der Momente zwischen den Hinterrädern – vollzieht sich dank der Spontaneität der E-Maschinen innerhalb von Millisekunden, der Zeitversatz ist um den Faktor vier geringer als bei einem mechanischen System. Dabei kann es deutlich höhere Momente managen: Wenn der Fahrer sportlich aus der Kurve beschleunigt, 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. Auch bei der reinen Traktion hat das elektrische Torque Vectoring große Stärken: Steht beim Beschleunigen ein Hinterrad auf sehr glattem Untergrund, etwa einem Eisfleck oder Schotter, erhält es kein Moment – dieses geht fast vollständig auf das traktionsstarke Rad.
Eine Grundlage für die hohe Geschwindigkeit und die Präzision, mit der der elektrische Allradantrieb und das elektrische Torque Vectoring arbeiten, ist die enge Vernetzung der Steuergeräte. Es handelt sich um die Elektronische Stabilisierungskontrolle (ESC), das Antriebssteuergerät (ASG), die Elektronische Fahrwerkplattform (EFP) und die Steuergeräte der Leistungselektroniken, die bis zu 10.000mal pro Sekunde Spannungsimpulse ausgeben. Alle Softwarefunktionen, abgesehen von der ESC, sind Audi-Eigenentwicklungen, die von der rund 40-jährigen quattro-Erfahrung der Marke profitieren.
Der Mastermind im Steuergeräte-Verbund ist die EFP – sie hat am Management von Allradantrieb und elektrischem Torque Vectoring den entscheidenden Anteil. Aus den Daten der Sensoren, die sie permanent über den Fahrzustand des Autos informieren, und aus dem Fahrerwunsch errechnet sie die ideale Verteilung der Längs- und Quermomente. Zu ihren Aufgaben zählt auch die radselektive Momentensteuerung: Am fahrdynamischen Limit wird das entlastete kurveninnere Vorderrad über die Radbremse leicht verzögert. Dieser kleine, nahezu unmerkliche Eingriff verhindert Schlupf und macht das Handling noch agiler und neutraler.
Hocheffizient: die Rekuperation
Das Rekuperationssystem trägt etwa 30 Prozent zur Reichweite der elektrischen S-Modelle bei. Es erzielt hohe Wirkungsgrade – sowohl, wenn der Fahrer das Fahrpedal freigibt, als auch, wenn er auf die Bremse tritt. Der Grad der Schubrekuperation lässt sich mit den Lenkradwippen in drei Stufen wählen. Auf Stufe 0 rollt das Auto frei weiter (Segeln), auf der höchsten Stufe verzögert es mit bis zu 0,13 g, was ein merkliches One-Pedal-Feeling mit sich bringt. Im Bediensystem MMI kann der Fahrer über den Effizienzassistenten eine vollautomatische Rekuperation einstellen.
Bis 0,3 g, also in den meisten Alltagssituationen, verzögern der Audi e-tron S und der Audi e-tron S Sportback allein mit den E-Maschinen. Auch bei stärkeren Verzögerungen, bei denen die Radbremsen ins Spiel kommen, bleiben die Elektromotoren aktiv. Bei einer Bremsung aus 100 km/h können sie bis zu 270 kW Peak-Leistung umwandeln – mehr als ein Formel-E-Rennwagen, der auf 250 kW kommt. Je nach Fahrsituation entscheidet das Bremsregelsystem, ob das Auto nur mit den E-Maschinen, in seltenen Fällen allein mit den Radbremsen oder mit beiden Systemen verzögert, und zwar individuell für jede Achse.
Schnell und stark: die Bremsen
Wenn das elektrohydraulische Radbremssystem die elektrische Bremsrekuperation ergänzt, vollzieht sich der Übergang weich und homogen, die Pedalkräfte bleiben konstant. Betätigung und Regelung laufen über ein kompaktes Modul – es steuert den Druckaufbau elektronisch („by wire“), verstärkt ihn elektrisch und betätigt die Bremsen hydraulisch. Ein E-Motor mit einem Spindeltrieb setzt den Verdrängerkolben, der die Hydraulikflüssigkeit in die Leitung drückt, extrem schnell in Bewegung. Nach nur 150 Millisekunden, kaum mehr als ein Wimpernschlag, liegen die Beläge mit vollem Druck an den Scheiben an. Das kann den Bremsweg gegenüber einem konventionellen System deutlich verkürzen.
Der schnelle Druckaufbau erlaubte es den Entwicklern, den Luftspalt zwischen Bremsscheibe und -belägen leicht zu vergrößern – das senkt die Verluste, die durch kurzfristiges ungewolltes Anliegen der Beläge an den Scheiben entstehen. Die Radbremsen sind stark und standfest: An der Vorderachse sind schwarz lackierte Sechskolben-Sättel mit roten S-Rauten und große Scheiben montiert, die 400 Millimeter Durchmesser haben. Auf Wunsch liefert Audi orangefarbene Bremssättel mit e-tron-Logos.
Beste Voraussetzungen für Dynamik: das Fahrwerk
Das Fahrwerk des Audi e-tron S und des Audi e-tron S Sportback ist in allen Kriterien auf dem Stand der Technik, das gilt auch für die Fünflenker-Aufhängungen rundum. Ihre Elastokinematik und die Dämpferraten sind S-spezifisch abgestimmt, stärkere Stabilisatoren vermindern das Rollen bei schneller Kurvenfahrt. Die Übersetzung der ohnehin sportlich ausgelegten Progressivlenkung wird mit zunehmendem Lenkeinschlag noch direkter. Auch das Antriebslayout fördert die Dynamik: Alle schweren Komponenten, vor allem die Hochvolt-Batterie, sind tief zwischen den Achsen konzentriert, die Achslastverteilung liegt nah am Idealwert von 50:50.
Je nach Belieben kann der Fahrer den Charakter des Autos stark beeinflussen. Ein Instrument dafür ist die Elektronische Stabilisierungskontrolle ESC – sie hält die Programme Normal, Sport und Offroad sowie eine Off-Position bereit. Das Fahrdynamiksystem Audi drive select offeriert sieben Profile mit den Bezeichnungen comfort, auto, dynamic, efficiency, individual, allroad und offroad. Es bindet auch die adaptive air suspension sport ein – die Luftfederung mit adaptiver Dämpfung kann die Trimmlage der Karosserie bis zu 76 Millimeter variieren. Bei schneller Fahrt senkt sie den Aufbau gegenüber dem Normalniveau bis zu 26 Millimeter ab, von der verbesserten Umströmung profitiert die Reichweite.
Wenn der Fahrer den Offroad-Modus anwählt, fährt die Luftfederung die Karosserie des Audi e-tron S und des e-tron S Sportback um 35 Millimeter nach oben. Die ESC wechselt auf eine Stabilitäts-, Traktions- und Bremsregelung, die auf den Einsatz abseits befestigter Straßen zugeschnitten ist. Ergänzend wird der serienmäßige Bergabfahrassistent aktiv, der den Fahrer an einem Gefälle von mehr als sechs Prozent durch automatische Bremseingriffe unterstützt.
Standardmäßig fahren die elektrischen S-Modelle auf 20-Zoll-Rädern, auf Wunsch gibt es 21-Zöller. Die noch sportlicheren 22-Zöller folgen später. Bei allen Felgen beträgt die Reifenbreite 285 Millimeter – auch sie trägt zu der hohen Querdynamik bei, die für die S-Modelle von Audi typisch ist. Wenn der e-tron S und der e-tron S Sportback in der Stadt unterwegs sind, hören ihr Fahrer und die Passagiere fast nur das Abrollgeräusch der Reifen, die Karosserie ist sorgsam gegen die Übertragung von Körperschall gedämmt. Bei niedrigem Tempo strahlt ein Lautsprecher vor dem rechten Vorderrad einen synthetischen und gesetzlich vorgeschriebenen Fahrsound ab, um andere Verkehrsteilnehmer zu warnen. Das Windgeräuschniveau bleibt auch bei höheren Geschwindigkeiten sehr niedrig, typisch Audi.
Vielseitig: das Ladeangebot
Für das Laden in der heimischen Garage bietet Audi seinen Kunden zwei Systeme an. Das serienmäßige Ladesystem kompakt lässt sich bevorzugt an einer 400 Volt-Drehstromsteckdose nutzen, dort ermöglicht es das Laden mit bis zu 11 kW Leistung. Das Laden an einer 230 Volt-Steckdose ist ebenso möglich. Das optionale System connect, das kurz nach dem Marktstart folgt, bietet im Zusammenspiel mit einem Heimenergie-Managementsystem intelligente Funktionen – zum Beispiel das Laden zu kostengünstigen Zeiten oder mit Sonnenstrom, falls eine Photovoltaik-Anlage installiert ist. Mit der myAudi App managen Audi-Kunden die Ladevorgänge und -timer sowie die Vorklimatisierung über ihr Smartphone.
Unterwegs gewährt der Audi e-tron Charging Service auf Wunsch Zugang zu mehr als 150.000 öffentlichen Ladepunkten in Europa, eine einzige Karte genügt dafür. Zwei Tarife stehen zur Wahl: der City-Tarif für gelegentliche Nutzung im städtischen Bereich und der Transit-Tarif für Langstrecken-Fahrer. Bei Letzterem übernimmt Audi für die Kunden seiner e-tron-Modelle im ersten Jahr die Grundgebühr. Zudem bezahlen sie im europaweiten Netzwerk von Ionity für jede Kilowattstunde Gleichstrom nur 31 Cent – ein vergleichbares Kostenniveau wie beim Laden zuhause.
An den schnellen HPC-Säulen (High Power Charging), die Ionity und andere Anbieter installiert haben, laden der Audi e-tron S und der e-tron S Sportback Gleichstrom mit bis zu 150 kW Leistung. Damit kommt ihre Batterie unter Idealbedingungen in rund einer halben Stunde von 5 auf 80 Prozent , und der Ladevorgang verläuft bis zu dieser Marke nahe der Schwelle zur Maximalleistung.
Ein wichtiger Faktor dafür ist das Thermomanagement der elektrisch angetriebenen S-Modelle, das die Batterie, die E-Motoren und den Innenraum kühlt und heizt. Es setzt sich aus vier Teil-Kreisläufen zusammen, die sich je nach Bedarf unterschiedlich miteinander verschalten lassen. Beim Gleichstromladen kühlt es die Hochvolt-Batterie. Zudem ermöglicht das Thermomanagement eine reproduzierbare Antriebs-Performance und eine lange Lebensdauer der Batterie. Eine seiner Funktionen ist die Wärmepumpe, die den Innenraum hocheffizient temperiert. Sie kann aus der Abwärme der Hochvolt-Komponenten bis zu 3 kW Wärmeleistung ziehen – ein Reichweitengewinn bis zu 10 Prozent, je nach Außentemperatur.
Alle im Text 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..