Das Antriebskonzept: Maximale Effizienz

Die Zukunft ist elektrisch. Diese Devise gilt für Audi insgesamt und auch für Audi Sport. Als die Vision entstand, die härteste Rallye der Welt mit einem elektrifizierten Antrieb in Angriff zu nehmen, war Pioniergeist gefragt.

Der Antriebsstrang des Audi RS Q e-tron ist elektrisch. Die Vorderachse und die Hinterachse sind mechanisch nicht miteinander verbunden und werden jeweils von einer Motor-Generator-Einheit (MGU) aus der Formel E angetrieben. Weil es in der Wüste keine Ladesäulen gibt, hat Audi ein innovatives Ladekonzept gewählt: An Bord des Audi RS Q e-tron befindet sich ein Energiewandler, der die Hochvoltbatterie während der Fahrt auflädt. Der Energiewandler besteht aus dem hocheffizienten TFSI-Motor aus der DTM, der an einen Generator (weitere Antriebseinheit aus der Formel E) gekoppelt ist.

„Wir haben uns schon vor dem Dakar-Projekt gefragt, wie ein zukünftiger Antrieb im Motorsport aussehen könnte“, sagt Stefan Dreyer, Entwicklungschef von Audi Sport. „Wir wollten einen Antrieb, der gleichzeitig effizient und performant ist und auch lange Distanzen bewältigen kann. So entstand das Konzept des Energiewandlers. Es ist toll, dass wir im Motorsport unseren Beitrag leisten können, nachhaltige Antriebe zu entwickeln, die die Welt in Bewegung halten.“

Ganz wichtig ist für Audi, dass die Batterie bei der Rallye Dakar kein Einheitsbauteil ist. „Als Ingenieure sehen wir prinzipiell in jeder Komponente Entwicklungspotenzial“, sagt Dreyer. „Die MGU und der Inverter sind eine hundertprozentige Eigenentwicklung von Audi Sport für die Formel E und erreichen bereits jetzt eine Systemeffizienz von ca. 97 Prozent. Da gibt es nicht mehr viel Spielraum. Ganz anders sieht es bei der Batterie und dem Energiemanagement aus. Dort liegt in der Elektromobilität generell das größte Entwicklungspotenzial. Wie immer arbeiten wir auch bei diesem Projekt eng mit unseren Kollegen aus der Serienentwicklung zusammen.“

Die Hochvoltbatterie des Audi RS Q e-tron wurde von Audi Sport von Grund auf neu konzipiert und gemeinsam mit einem externen Partner in weniger als einem Jahr gefertigt. „Wegen der Kürze der Zeit mussten wir ein paar Kompromisse eingehen, so dass es noch mehr Potenzial gibt“, sagt Dreyer. „Aber es ist eine große Leistung, schon jetzt eine Batterie zu haben, die allen unseren Anforderungen entspricht.“

Die Hochvoltbatterie wiegt 370 Kilogramm und hat eine Kapazität von 52 kWh. Sie wird während der Fahrt vom Energiewandler aufgeladen. Der Prozess läuft prinzipiell automatisch, damit Fahrer und Beifahrer sich auf das Fahren und Navigieren konzentrieren können.

Wesentlich komplexer als auf der Rundstrecke ist das Energiemanagement. „Auf der Rundstrecke kennt man alle Parameter ziemlich gut“, sagt Dreyer. „Die Strecke. Das Rennformat. Die Wettbewerber. Man verbringt viel Zeit im Simulator, um sich so optimal wie möglich vorzubereiten. Bei der Rallye Dakar müssen wir mit vielen unvorhersehbaren Situationen klarkommen. Die Software ist daher unsere größte Aufgabe.“

Aber auch die extremen Belastungen für die Hardware sind nicht zu unterschätzen. „Bei der Rallye Dakar gibt es Sprünge, man gräbt sich im Sand fest, man trifft Hindernisse. Die Komponenten des Antriebs wurden grundsätzlich nicht für diese spezielle Anwendung entwickelt“, sagt Dreyer. „Es ist eine große Herausforderung dafür zu sorgen, dass diese Komponenten halten.“

Der elektrische Antrieb an der Vorder- und Hinterachse ist identisch. Alle Komponenten (MGU, Inverter, 1-Gang-Getriebe, Differenzial und Rutschkupplung) sind in einem Aluminiumgehäuse untergebracht. Das Innenleben von MGU und Inverter wurde verstärkt, die Kühlung optimiert. Vorder- und Hinterachse sind nicht miteinander verbunden. Die Funktion des Mitteldifferenzials übernimmt die Software.

Der Zweiliter-TFSI-Motor aus dem Audi RS 5 DTM wurde für den Einsatz in der Wüste optimiert. „Der DTM-Motor passt perfekt“, sagt Dreyer. „Aber er arbeitet bei der Rallye Dakar natürlich under anderen Bedingungen. Wir haben die Leistung von 450 auf etwa 200 kW reduziert. Er arbeitet Bestpunkt-optimiert in einem engen Drehzahlbereich zwischen 4.500 und 6.000 statt 9.000 Touren. Der Motor muss bei Hitze, Kälte und Höhe so effizient wie möglich laufen. Wir haben die Kolben, die Injektoren und den Turbolader daraufhin optimiert und viel Zeit auf dem Prüfstand verbracht. Wir sind stolz auf den spezifischen Verbrauch von deutlich unter 200 Gramm pro kWh.“

Die Vorteile des elektrischen Antriebs bei der Rallye Dakar liegen für den Entwicklungschef auf der Hand: „Der Antrieb ist extrem effizient. Es gibt kaum Leistungsverluste. Man hat keine Temperaturprobleme zu erwarten, wenn man langsam im Sand unterwegs ist. Vor allem aber ist der Elektroantrieb in allen Situationen viel leichter zu kontrollieren. Das maximale Drehmoment ist ab null Umdrehungen vorhanden. Man kann den Antrieb sehr präzise regulieren – egal, ob das Auto springt oder in der Wüste fährt. Der E-Antrieb reagiert nicht auf äußere Einflüsse wie Luftdruck, Temperatur und Luftfeuchtigkeit. Und man kann die volle Leistung während der gesamten Rallye nutzen. Das ist alles viel stabiler als bei einem Verbrennungsmotor.“