Audi e-tron FE07: Mehr als 95 Prozent Effizienz für den Erfolg

Von null auf hundert in 2,8 Sekunden, eine Effizienz des Gesamtfahrzeugs von über 95 Prozent und bis ins kleinste Detail auf alle Eventualitäten vorbereitet – das ist der Audi e-tron FE07, der mitsamt seiner neuen Motor-Generator-Unit Audi MGU05 von Audi Sport entwickelt wurde.

Das Reglement der Formel E ist eng gefasst und eine echte Herausforderung für die Ingenieure: Neben der Software ist der elektrische Antriebsstrang der einzige Bereich des Formel-E-Autos, den die eingeschriebenen Hersteller weitestgehend frei entwickeln dürfen. Er besteht aus MGU, Inverter inkl. der Funktionssoftware, Getriebe und Teilen des Fahrwerks an der Hinterachse. 

„Die kommende siebte Saison der Formel E ist die erste, die als offizielle FIA-Weltmeisterschaft ausgetragen wird“, sagt Stefan Aicher, Leiter Entwicklung E-Antrieb bei Audi Sport. „Wir bei Audi Sport freuen uns aber auch noch über eine ganz eigene Premiere: Der Audi e-tron FE07 besitzt einen völlig neuen E-Antrieb, der zum ersten Mal im Haus entwickelt wurde.“ Kam in den vergangenen Jahren jeweils eine stets weiter optimierte Variante des gemeinsam mit Technologiepartner Schaeffler entwickelten Antriebsstrangs zum Einsatz, begann die Arbeit für die neue MGU-Inverter Einheit für die kommende Weltmeisterschaft mit einem weißen Blatt Papier. „Dabei sind wir in allen Bereichen an unsere Grenzen gegangen,“ so Aicher.

Das Ergebnis: ein neues Herzstück namens Audi MGU05. Ein elektrischer Ein-Gang-Antrieb mit Innenläufer-Rotorkonzept, außenliegenden Magneten, einem hocheffizienten Kühlsystem, sechs elektrischen Phasen. Im Vergleich zum Vorgänger gelang es den Ingenieuren um Stefan Aicher zudem, durch die Verwendung von Leichtbaumaterialien und eine intelligente Integration im Fahrzeug noch einmal deutlich Gewicht einzusparen. „Diese Einsparung konnten wir direkt zugunsten einer verbesserten Effizienz in die neue MGU reinvestieren. Trotzdem wiegt die neue MGU-Inverter Einheit unter 35 Kilogramm. Das war eine außergewöhnliche Teamleistung aller Beteiligten“, sagt Aicher.

Effizienz ist der wichtigste Faktor, um in der Formel E erfolgreich zu sein. „Deshalb versuchen wir alles, um den Energieverlust innerhalb des Systems auf ein absolutes Minimum zu reduzieren“, sagt Tristan Summerscale, Projektleiter Formel E bei Audi Sport. Ein entscheidender Faktor dabei waren die umfangreichen Arbeiten auf den eigenen Prüfständen. In zahlreichen harten Erprobungs-Zyklen wurde der gesamte Antriebsstrang bis an seine Grenzen belastet, um das gesamte Hochvolt-System auf ein maximales Performance-Niveau zu heben. Mit Erfolg: „Wir haben bei unserem Antriebsstrang eine Gesamteffizienz von mehr als 95 Prozent erreicht. Die neue MGU-Inverter Einheit hat sogar mehr als 97 Prozent in allen relevanten Fahrzuständen.“ 

Besonders beeindruckt das kompakte Format bei gleichzeitig hoher Performance. „Wenn man unsere MGU einem Verbrennungsmotor mit einer vergleichbaren Leistung von 250 kW gegenüberstellt, ist unsere Effizienz nicht nur doppelt so hoch, sondern unser Gewicht von unter 35 Kilogramm auch um ein Vielfaches leichter“, sagt Tristan Summerscale. „Das zeigt deutlich, was für eine effiziente Lösung ein Elektroantrieb ist.“ 

Ein weiterer wichtiger Punkt bei der Entwicklung des Audi e-tron FE07 lag neben Leistung und Effizienz des neuen Antriebsstrangs auch auf Zuverlässigkeit und Sicherheit des gesamten Fahrzeugs, damit der neue Hinterwagen mit allen Kräften auf der Rennstrecke zurechtkommt. Um die Renntauglichkeit sicherzustellen, führt Audi Sport daher zahlreiche Härtetests durch. Einer davon: eine seitliche Belastung der Heckstruktur durch das Fahrwerk von bis zu elf Tonnen – also in etwa das Gewicht von sechs oder sieben PKW – ohne dass die Konstruktion der Heckstruktur in Mitleidenschaft gezogen werden darf.

Den Strom beziehen alle Formel-E-Teams aus einer identischen, 385 Kilogramm schweren Batterie von McLaren. Die Lithium-Ionen-Batterie befindet sich zwischen Fahrersitz und Antriebsstrang, hat eine verfügbare Kapazität von 52 kWh und ist innerhalb von 45 Minuten aufgeladen. Seit der fünften Saison verfügen die Rennautos über das Brake-by-Wire-System. Bremsbetätigung und Übertragung zur Hinterachse sind dabei voneinander entkoppelt und elektronisch geregelt. Die Bremskraftverteilung ist somit immer optimal eingestellt und die Rekuperation noch effizienter.

Wie in der Formel 1 sitzt der Fahrer in einem Monocoque aus Kohlefaser, entwickelt nach den FIA-Sicherheitsstandards. CFK-Crash-Strukturen an Front und Heck sowie den Flanken sorgen für maximale Sicherheit. Dazu kommt das Halo-System über dem Cockpit, das den Kopf des Fahrers zusätzlich schützt und gleichzeitig den Zuschauern durch ein farbiges LED-Band den Power-Modus des Fahrzeugs anzeigt. Das Mindestgewicht eines Formel-E-Rennwagens liegt bei 903 Kilogramm (inklusive einem Mindestgewicht von Fahrer und Sitz von 80 Kilogramm). Von 0 auf 100 km/h beschleunigt der Elektrorennwagen in 2,8 Sekunden. Die Höchstgeschwindigkeit liegt auf einer Formel-E-Strecke bei rund 240 km/h.

Die Vorbereitung auf den Renntag erfolgt auch im hochmodernen Simulator im Neuburger Hauptquartier in einem Formel-E-Chassis, umgeben von Monitoren und einer über 240 Grad gewölbten Leinwand für Rundum-Sicht. Die Bewegungen des Monocoques und die Optik der Streckensimulation nähern sich so immer weiter der Realität an.