E-Maschinen und elektrischer Allradantrieb

Der Audi Q4 e-tron und der Q4 Sportback e-tron decken ein breites Spektrum an Antrieben ab – vom urbanen Cruiser bis zum leistungsstarken quattro. Sie starten mit zwei unterschiedlichen Batteriegrößen und drei Motorisierungen in die europäischen Märkte. Beim Q4 35 e-tron und beim Q4 40 e-tron übernimmt eine permanent erregte Synchronmaschine (PSM) an der Hinterachse den Antrieb – die beiden Modelle sind neben dem Hochleistungssportwagen R8 V10 RWD die einzigen Serien-Audi mit reinem Heckantrieb. Das sportliche Topmodell Q4 50 e-tron quattro nutzt zwei Elektromotoren für seinen elektrischen Allradantrieb.

Einsteigermodell: der Q4 35 e-tron

Die Einsteigermodelle Audi Q4 35 e-tron und Q4 Sportback 35 e-tron haben die kompakte Batterie mit 51,5 kWh Nettoenergieinhalt (55 kWh brutto) an Bord. Den Antrieb übernimmt eine E-Maschine mit 125 kW (170 PS) Leistung und 310 Newtonmeter Drehmoment. Sie beschleunigt den Elektro-SUV in beiden Karosserievarianten in 9,0 Sekunden von null auf 100 km/h, die abgeregelte Spitzengeschwindigkeit liegt bei 160 km/h. Der Q4 35 e-tron kommt mit einer Ladung bis zu 341 Kilometer weit (WLTP-Zyklus), der Q4 Sportback 35 e-tron legt bis zu 349 Kilometer zurück (WLTP). Der durchschnittliche Energieverbrauch beträgt im WLTP je nach Ausstattung 19,1 bis 17,0 kWh pro 100 Kilometer (WLTP) beim Q4 35 e-tron und 18,6 bis 16,6 kWh beim Q4 Sportback 35 e-tron.

Bis zu 534 Kilometer Reichweite: der Q4 Sportback 40 e-tron

Im Audi Q4 Sportback 40 e-tron kommt die große Batterie zum Einsatz, die 76,6 kWh Energie netto (brutto 82 kWh) vorhält. Der Elektromotor gibt hier 150 kW (204 PS) und 310 Newtonmeter ab. Der Standardsprint dauert 8,5 Sekunden, auch hier endet der Vortrieb bei 160 km/h. Eine Batterieladung genügt für bis zu 534 Kilometer (WLTP) beim Audi Q4 Sportback 40 e-tron. 521 Kilometer sind es beim Audi Q4 40 e-tron im WLTP-Zyklus. Der Audi Q4 Sportback 40 e-tron verbraucht nach WLTP pro 100 Kilometer durchschnittlich 19,6 bis 16,8 kWh.

Topmodell mit zwei Elektromotoren: der Q4 50 e-tron quattro

Die Topmodelle Q4 50 e-tron quattro und Q4 Sportback 50 e-tron quattro fahren ebenfalls mit der 76,6-kWh-Batterie (brutto 82 kWh) vor. Sie versorgt zwei E-Maschinen, die gemeinsam auf 220 kW (299 PS)* Maximalleistung und 460 Newtonmeter Drehmoment kommen und einen elektrischen Allradantrieb realisieren. 150 kW (204 PS) sowie 310 Newtonmeter gibt der hintere Motor ab, 80 kW (109 PS) und 162 Newtonmeter der vordere. Die E-Maschinen halten Reserven für bestimmte Fahrsituationen bereit, deshalb übertrifft die Summe ihrer Einzelleistungen die Gesamtleistung des Antriebs.

Beide Modellvarianten sprinten in 6,2 Sekunden aus dem Stand auf Landstraßentempo und weiter bis 180 km/h Höchstgeschwindigkeit. Ihre Reichweite beläuft sich auf bis zu 488 beziehungsweise bis zu 497 Kilometer im WLTP (Sportback). Der durchschnittliche Energieverbrauch im WLTP beträgt beim Q4 50 e-tron quattro 20,0 bis 17,9 kWh. Beim Sportback, der optional mit dezidiert sportlichen Reifen erhältlich ist, sind es 20,9 bis 17,6 kWh.

Hoher Wirkungsgrad: Synchronmaschine an der Hinterachse

Ob Heck- oder Allradantrieb – bei allen Modellen arbeitet eine permanent erregte Synchronmaschine (PSM) an der Hinterachse. Sie liegt achsparallel kurz vor der Radmitte und schickt ihr Moment auf ein Ein-Gang-Getriebe samt Differenzial. Bei den Modellen mit Heckantrieb beträgt seine Übersetzung 13 : 1, beim elektrischen Allradantrieb 11,5 : 1.

Einschließlich des Getriebes und der Leistungselektronik, die die Stromwerte im Takt von Millisekunden ausgibt, wiegt der wassergekühlte Elektromotor nur etwa 90 Kilogramm. Seine Höchstdrehzahl liegt bei 16.000 1/min. Wegen seiner leisen Arbeitsweise ist er auch außerhalb des Autos kaum zu hören – deshalb ertönt bei niedriger Geschwindigkeit der gesetzlich vorgeschriebene Warnsound AVAS (Acoustic Vehicle Alerting System). Zum Losfahren muss der Fahrende lediglich die Bremse treten und am Fahrstufenwählschalter die Stufe D (Drive) oder B (Brake) einlegen. Sobald er die Bremse löst, rollt das Auto in langsamem Tempo los.

Eine große Stärke des PSM-Motors ist die Effizienz – sein Wirkungsgrad liegt in den allermeisten Fahrsituationen deutlich über 90 Prozent. Bei der Fertigung ist eine Hightechlösung im Spiel, die sogenannte Hairpin-Wicklung: Die Spulen des Stators bestehen aus rechteckigen Kupferdrähten und erinnern nach dem Biegen optisch an Haarnadeln. Das macht es möglich, die Drähte dichter zu packen und mehr Kupfer in den Stator zu bringen. Dadurch steigen Leistung und Drehmoment.

Intelligente Regelung: der elektrische Allradantrieb

Beim elektrischen Allradantrieb der Q4 e-tron Topmodelle arbeitet an der Vorderachse eine Asynchronmaschine (ASM), die bis 14.000 1/min drehen kann. Sie ist koaxial montiert und verfügt über eine kombinierte Kühlung mit Kühlmittel und Öl. Die prinzipiellen Vorteile der ASM sind ihre kurzzeitige Überlastfähigkeit und die minimalen Schleppverluste bei Inaktivität – wichtig deshalb, weil sich der vordere Motor aus Effizienzgründen in den meisten Fahrsituationen nicht am Antrieb beteiligt. Sein Ein-Gang-Getriebe ist im Verhältnis 10,0 : 1 übersetzt, die ganze Einheit bringt zirka 60 Kilogramm auf die Waage.

Im elektrischen Allradantrieb arbeiten beide E-Maschinen mit maximaler Effizienz zusammen. Bei moderater Fahrweise leistet die PSM im Heck aus Gründen des Wirkungsgrads und der Traktion den Antrieb allein. Wenn der Fahrende mehr Leistung anfordert, als sie bieten kann, wird der vordere E-Motor zugeschaltet – innerhalb weniger hundertstel Sekunden. Das Gleiche geschieht vorausschauend bei Glätte oder schneller Kurvenfahrt, noch bevor das Auto spürbar zu unter- oder übersteuern beginnt. Die radselektive Momentensteuerung, eine Software-Funktion, rundet die Arbeit des elektrischen Allradantriebs mit fein dosierten Bremseingriffen an den entlasteten kurveninneren Rädern ab.

Bei niedrigem Reibwert, also auf sehr nasser oder verschneiter Fahrbahn oder auf losem Untergrund, spielt der elektrische Allradantrieb seine Stärken besonders deutlich aus: Die hohe Stabilität, das sportliche Handling und der sichere Grip verschaffen dem Q4 e-tron quattro den entscheidenden Vorsprung. Der elektrische quattro hält damit nach seinem Debüt im Audi e-tron Einzug in die Kompaktklasse.

Für maximale Effizienz: segeln oder rekuperieren?

Wenn der Audi Q4 e-tron in der Stufe D (Drive) unterwegs ist und der Fahrende das Fahrpedal freigibt, wechselt der Antrieb in den Segelmodus. Beide E-Maschinen – beziehungsweise die hintere bei den Modellen mit Heckantrieb – laufen frei und weitgehend unbestromt mit. Das Segeln genießt Priorität, weil es am effizientesten ist. Falls der Fahrende jedoch die Rekuperation bevorzugt, hat er dafür verschiedene Möglichkeiten. In der Fahrstufe B (Brake) rekuperiert der Antrieb im Schub fast immer, allerdings nicht bis zum Stillstand des Autos. Die Grenze liegt bei 0,15 g Verzögerung. Falls im optionalen Fahrdynamiksystem Audi drive select (Serie beim Sportback) der Modus „dynamic“ eingestellt ist, findet die Rekuperation auch in der Fahrstufe D statt, jedoch etwas schwächer als in B.

Mit den Lenkradwippen (Option) kann der Fahrende in der Stufe D drei unterschiedlich starke manuelle Rekuperationsstufen anwählen – 0,06 g, 0,10 g und 0,15 g. Darüber hinaus kann er im MMI-System die automatische Rekuperation einstellen. Wenn das Auto auf eine Zone zufährt, die ein niedrigeres Tempo erzwingt, oder wenn es auf einen langsameren Vorausfahrenden aufläuft, versucht das Antriebsmanagement, durch Segeln Tempo abzubauen. Falls die Strecke dafür nicht ausreicht, wechselt es in die Schubrekuperation bis maximal 0,10 g. Voraussetzung für die automatische Rekuperation ist, dass der prädiktive Effizienzassistent aktiviert ist.

Beim Bremsen übernimmt die PSM im Heck in den meisten Alltagssituationen die Verzögerung allein. Die quattro Modelle können bis fast 0,3 g elektrisch bremsen, was bis zu 145 kW Rekuperationsleistung entspricht. Erst darüber aktiviert der elektrische Bremskraftverstärker zusätzlich die hydraulischen Radbremsen. Der Übergang verläuft nahezu unmerklich, die Rekuperation bleibt fast bis zum Stillstand aktiv. Bei den quattro Modellen wird bevorzugt an der Hinterachse rekuperiert, in wenigen Situationen auch mit der vorderen E-Maschine.

Alle im Text blau 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.

* gem. UN-GTR.21 ermittelte Maximalleistung.

Die in der individuellen Fahrsituation zur Verfügung stehende Leistung ist abhängig von variablen Faktoren wie z.B. Außentemperatur, Temperatur-, Lade- und Konditionierungszustand oder physikalische Alterung der Hochvoltbatterie.
Abweichungen insbesondere von vorgenannten Parametern können zu einer Reduzierung der Leistung führen.
Die aktuell zur Verfügung stehende Leistung wird im Powermeter des Fahrzeugs angezeigt.