Elektrische Antriebstechnologien – eine Betrachtung

Für Ingenieure hat die Entwicklung von Elektroautos einen wahren Zauberkasten geöffnet. Kaum ein Bereich, in dem sich nicht etwas völlig Neues schaffen ließe. Ein Beispiel: die Antriebstechnologien.

Vor dem Elektrozeitalter gab es bei Verbrennungsmotoren im Pkw-Bereich nicht wirklich sehr viel Auswahl: Ein Motor, Antrieb wahlweise nur vorn, nur hinten, oder an alle beiden Achsen. Autos mit Verbrennungsmotor vorn und hinten waren allenfalls Exoten bei Autoshows oder auf Fantreffen. „Werden Elektrofahrzeuge von Grund auf neu entwickelt, bieten dezentrale Antriebskonzepte große Vorteile“, hieß es schon 2010 in einer Studie. Es böten sich „ungeahnte Möglichkeiten“ für innovatives Autodesign.

Mercedes EQG setzt neue Maßstäbe beim E-Antrieb

Entsprechend hat sich mit der zunehmenden Elektrifizierung der Automodelle auch viel geändert. Immer mehr technische Konzepte sollen das Fortkommen auf Straße und im Gelände effizienter und sicherer machen. So wird die künftige rein elektrische Version der Mercedes G-Klasse zum Beispiel nicht mehr einen Motor haben, sondern derer gleich vier: An jedem Rad einen. Das sorgt dafür, dass sich jedes Rad einzeln und nach Bedarf ansteuern lässt. Ist der Schlupf auf glattem, nassem oder felsigem Untergrund an jeder Fahrzeugecke anders, dann regelt jedes Rad völlig individuell genau das dort jeweils optimale Drehmoment. So lassen sich auch Kurvenfahrten sicherer machen und Wendekreise minimieren. Selbst das Drehen auf der Stelle ist bei dem G-Klasse-Antrieb möglich. Auch Porsche Engineering hat schon vor einiger Zeit eine Drehmomentsteuerung für elektrisch angetriebene Serien-SUV entwickelt.

Nicht ganz so aufwändig, aber trotzdem effektiv, lässt sich die Fahrsicherheit auch bei Elektroautos realisieren, die weniger als ein Drittel der elektrischen G-Klasse kosten. Beispiel Nissan mit seinem e-4orce-Antrieb, den die Japaner aktuell in ihre Modelle X-Trail und Ariya einbauen. Durch die Nutzung von zwei Elektromotoren – jeweils einer auf der Vorder- und einer auf der Hinterachse – wird die bei herkömmlichen mechanischen Allradsystemen nötige Kardanwelle überflüssig. Das sorgt vor allem hinten für mehr Platz. Der Nissan X-Trail generiert über den vorderen Elektromotor 150 kW / 204 PS Leistung und hinten 100 kW / 136 PS – macht eine Systemleistung von 157 kW / 214 PS. Der Verbrennungsmotor ist vom Fahrstrang ganz getrennt und funktioniert nur noch als Stromgenerator für Akku und Elektromotoren.

Allrad-Antrieb beim Verbrenner und E-Auto – zwei verschiedene Welten

Bei 4×4-Verbrennern ist das Drehmoment in der Regel fest vorgegeben – unter anderem ein Drittel vorn, zwei Drittel hinten. Allenfalls über eine zusätzliche Mechanik – etwa eine Reiblamellenkupplung – lässt sich das Verhältnis ändern. Doch die arbeitet relativ träge. Beim e-4orce dagegen wird das Drehmoment rein elektronisch geregelt: Um die Kraftverteilung zu verändern, braucht das System gerade mal eine 10.000stel Sekunde. In jeder Millisekunde dosiert die Software die Kräfte so, dass sich das Fahrzeug immer neutral verhält.

Durch das individuelle Aufsplitten und Regeln des Drehmoments auf Vorder- und Hinterachse bekommen die e-4orce-Modelle vor allem bei extremen Straßenverhältnissen eine deutlich sicherere Fahrweise mit auf den Weg. Das zeigen ein paar Testrunden auf dem stark vereisten und verschneiten Circuito Grandvalira auf 2400 Höhenmetern in Andorra. Wenn man es mit den Kurvengeschwindigkeiten nicht übertrieb, blieben Ariya und X-Trail immer gut beherrschbar: Oval, Slalom, Rennstrecke oder Anstieg – nach anfänglich leichtem Schwänzeln mit dem Fahrzeugheck fingen sich beide rasant wieder und kamen in die Spur.

Dazu kommt, dass auch die Bremsen für jedes der vier Räder einzeln gesteuert werden. So lässt sich die Querdynamik besser kontrollieren. Enge Kurven, hohes Tempo – ein ungeregeltes Fahrzeug würde da leicht untersteuern. Heißt: Der Fahrer lenkt, doch das Fahrzeug rutscht mit unvermindertem Tempo geradeaus. Die Elektronik beim e-4orce unterbindet das sofort: In einer Linkskurve etwa würde sie das linke Hinterrad abbremsen und das rechte beschleunigen, bis das Fahrzeug wieder in der Spur ist.

Aber auch abseits von Eis und Schnee sorgt das Nissan-System für sicheres und bequemes Fahren. Schaltet man die Rekuperation ein, lädt sich der Akku durch die stark regenerative Bremswirkung deutlich auf. Für die rund 180 Kilometer lange Fahrt von Andorra nach Toulouse zeigte der Ariya einen Reichweitenverbrauch von gerade mal der Hälfte an – dank Rekuperation und viel bergab. Und so ganz nebenbei sorgt die stark regenerative Bremswirkung beim Verzögern für deutlich weniger Nickbewegungen. Zauberei? Weniger. Ingenieurskunst schon eher.