Audi R8 e-tron: Spannende Zukunftstechnologien an Bord

Ausgetüftelt bis ins Detail, stellte Audi mit dem R8 e-tron einen rein elektrisch angetriebenen Hochleistungssportwagen auf die Räder. Aufgrund der Kosten wird der Audi R8 e-tron allerdings nicht in Serie gehen, avancierte jedoch zu einem äußerst interessanten Versuchsträger, mit dem sich Audi alle wichtigen Themen der Elektromobilität erarbeitete. Damit nicht genug. Es finden sich spannende Zukunftstechnologien an Bord, die in Serie gehen dürften. Grund genug, sich den Audi R8 e-tron näher anzuschauen, um die Zukunft vorwegzunehmen.

Starker Antrieb mit mächtig Durchzug

Zweifellos zeigt der Audi R8 e-tron, wie emotional und dynamisch Elektromobilität sein kann. Seine beiden E-Maschinen, von einer großen 48,6 kWh-Batterie mit Energie versorgt, geben 280 kW/380 PS und 820 Nm Drehmoment ab. So ausgerüstet, beschleunigt der R8 e-tron in nur 4,2 Sekunden von 0 auf 100 km/h und weiter bis zur limitierten Spitze von 200 km/h. Im Prüfstandzyklus genügt eine Batterieladung für über 215 Kilometer Reichweite. Von diesem Antrieb leitete Audi zahlreiche Erkenntnisse für die mit einem Plug-in-Hybrid-Antrieb elektrifizierten Fahrzeuge, wie zum Beispiel dem Audi A3 Sportback e-tron, ab.

In einem weiten Bereich erzielen die E-Maschinen mehr als 95 Prozent Wirkungsgrad. Ohne Abregelung könnten sie bis 12.500 U/min drehen, was einem Tempo von über 250 km/h entspräche. Als permanent erregte Synchronmaschinen konzipiert, liefern sie eine hohe Leistungs- und Drehmomentdichte und lassen sich sogar mit einer geringen Strommenge effizient betreiben. Der Stator wird über einen Wassermantel temperiert, der Rotor zusätzlich mit Luft durchströmt. Die einstufigen Planetengetriebe banden die Macher in den Kühlkreislauf ein.

Audi gibt dem R8 e-tron einen synthetischen e-Sound mit, der bis etwa 60 km/h Geschwindigkeit zu hören ist. Ein kleiner Rechner generiert die Frequenzen anhand der Daten, die er vom Antriebssteuergerät erhält. Ein robustes Lautsprechersystem am Unterboden strahlt den Sound auf die Straße ab.

Neue Verschlossenheit für weitere Vorteile

Optisch ähnelt der Audi R8 e-tron dem Audi R8 mit Benzinmotor, doch existieren in der Karosserie nicht mehr als neun Gleichteile. Der cw-Wert des elektrisch angetriebenen Hochleistungssportwagens beträgt 0,27. Der Entfall des Verbrennungsmotors, des Getriebes und der Abgasanlage erlaubt einen glatten Unterboden. In seinem hinteren Bereich leitet ein langer, relativ steil ansteigender Diffusor die Luft so, dass diese mit der Umströmung am Heck harmoniert. Die Abrisskante liegt etwas höher als beim R8, der Spoiler entfällt.

Der elektrisch angetriebene Hochleistungssportwagen besitzt keine Ölkühler und braucht keine Ansaugluft. Die seitlichen vorderen Lufteinlässe und die Sideblades sind verschlossen. Nur durch den unteren Bereich des Singleframe-Grills tritt Kühlluft ein, die für das Thermo-Management erforderlich ist. Die Kühlluft strömt in einem Kanal durch den Vorderwagen und tritt durch eine Öffnung auf der Frontklappe wieder aus.

Neuer Entwicklungsschritt beim Leichtbau

Der Audi R8 e-tron bringt 1.780 Kilogramm auf die Waage. Seine Karosseriestruktur wiegt, inklusive der Seitenteile, nur 199 Kilogramm - ergo 23 Kilogramm weniger als beim R8 Coupé, das mit Aluminium bereits hohe Maßstäbe setzt. Audi erzielte mit dem R8 e-tron einen neuen Entwicklungsschritt seiner Ultra-Leichtbautechnologie - einen Multimaterial Space Frame, bei dem große Teile aus Carbon das Aluminiumgerüst ergänzen.

Die Carbon-Umfänge machen 23 Prozent und die Metallteile 75 Prozent des Gewichtes der Rohkarosserie aus, der Rest entfällt auf sonstige Materialien. Beim Vorderwagen des R8 e-tron handelt es sich um eine klassische Aluminium-Konstruktion. In der Fahrgastzelle dominiert Carbon und im Heck ein Mix aus beiden Werkstoffen. Die mittragende Gepäckraumwanne aus Carbon integriert wellenförmige Crash-Strukturen, mit denen das Heckmodul fünfmal mehr Energie absorbieren kann als ein Pendant aus Aluminium. Bei den B-Säulen und der Rückwand senkt ein neues Sandwich-Konzept das Gewicht um 11,5 Kilogramm.

Batterie erhöht die Steifigkeit der Karosserie

Auch die von Audi konzipierte und produzierte Lithium-Ionen-Batterie spiegelt die Entwicklungskompetenz wider. An 40 Punkten mit der Struktur verschraubt, fungiert sie als mittragendes Element, das die Steifigkeit des Space-Frames mehr als verdoppelt. Die Batterie integriert 530 prismatische Flachzellen. In der Form eines T‘s aufgebaut, ist der Akku 2,35 Meter lang, 1,35 Meter breit und samt Steuergerät 71 Zentimeter hoch. Im Tunnelbereich liegen zwei Ebenen mit Zellmodulen übereinander, im Heckbereich sind es vier.

Zwölf Millimeter starke Platten aus hochfesten Aluminiumlegierungen trennen die Ebenen voneinander, die zugleich die tragende Struktur der Batterie bilden. In eingefrästen schmalen Kanälen, die mehrere 100 Meter lang sind, zirkuliert das Kühlmittel. Ein Hydraulikverteiler sorgt derweil für einen präzise berechneten homogenen Strom, der alle Zellen gleich temperiert.

Ein Batteriemanagement-System überwacht die Sicherheit des Batterie-Systems und trifft bei Bedarf entsprechende Maßnahmen, um eine Gefährdung zu vermeiden. Darüber hinaus bestimmt das System den Ladezustand und die Leistungsfähigkeit der Batterie und übermittelt die Werte an die Antriebssteuergeräte der Elektromotoren. Sinkt der Ladezustand der Batterie in Richtung der Untergrenze von 15 Prozent, reduziert ein Controller die zulässige, der Batterie entnehmbare elektrische Leistung. Darüber hinaus unterliegen die Funktion und die Sicherheit des Hochvolt-Bordnetzes ständiger Überwachung. Im Falle eines Unfalls deaktiviert das System die Batterie.

Per Smartphone das Aufladen aus der Ferne steuern

Beim Laden der Batterie stehen zwei Möglichkeiten zur Verfügung. Mit 230-Volt-Wechselstrom aus dem Haushaltsnetz dauert eine Vollladung etwa 12 Stunden. Beim Laden mit Gleichstrom sinkt der Zeitbedarf, je nach Anschlussleistung, auf weniger als eine Stunde. Per Smartphone-App kann der Fahrer viele Funktionen und Informationen, darunter den Ladezustand, die Innenraumheizung und die Reichweitenanzeige, aus der Ferne steuern und überwachen. Ein maßgeschneiderter Service von Audi Connect, der sich ganz ähnlich in Autos wie dem A3 Sportback e-tron wiederfindet.

Per Rekuperation wird die Batterie auch unterwegs in den Verzögerungsphasen nachgeladen. Der Fahrer wählt den Grad der Energierückgewinnung in drei Stufen über Wippen am Lenkrad. Beim Bremsen ist der Grad besonders hoch, weil die E-Maschinen in der Regel bis etwa 0,3 g die Verzögerung allein übernehmen. Danach kommt die Vorderachs-Bremsanlage schrittweise ins Spiel, die Elektromotoren können noch bis 0,45 g rekuperieren. Die neu entwickelte elektrische Einzelrad-Antriebsschlupfregelung (eASR) sorgt beim Bremsen für exzellente Stabilität und beim Gasgeben für souveräne Traktion.

Fahrwerk: Weitere Innovationen für die Serie

Mit einer Gewichtsverteilung von 42:58 bietet der R8 e-tron beste Voraussetzungen für sportliches Handling. Die Batterie ist zwischen den Achsen untergebracht und senkt durch die tiefe Einbaulage den Fahrzeugschwerpunkt ab. Rennfahrer Markus Winkelhock setzte im Juni 2012 auf der Nürburgring-Nordschleife mit dem R8 e-tron bereits zwei Bestmarken für Serienfahrzeuge mit Elektroantrieb: Mit 8:09,099 Minuten für die schnellste Einzelrunde und 16:56,966 Minuten für zwei Runden hintereinander. Bei der Einzelrunde fuhr Winkelhock auf Sportreifen und mit 250 km/h Freigabe, bei der Doppelrunde mit Serienreifen und 200 km/h-Begrenzung.

Die beiden E-Maschinen an der Hinterachse des Audi R8 e-tron erlauben darüber hinaus ein elektrisches Torque Vectoring - das gezielte Abbremsen und Beschleunigen einzelner Räder, mit dem sich die Momente bei schneller Kurvenfahrt bedarfsgerecht verteilen lassen. Es erfolgt dank der separaten Ansteuerung der E-Maschinen und ihres spontanen Ansprechverhaltens hochvariabel und schnell; theoretisch kann der Hochleistungssportwagen ein Rad abbremsen und das andere mit hohem Moment antreiben.

Beim Fahrwerk wartet der Audi R8 e-tron mit neuen Lösungen auf. Die Schraubenfedern bestehen aus glasfaserverstärktem Kunststoff (GFK) und wiegen nur jeweils 1,2 beziehungsweise 1,3 Kilogramm, etwa 40 Prozent weniger als Stahlfedern. Die Radnaben an der Hinterachse sind aus Titan geschmiedet und sparen 0,6 Kilogramm Gewicht. Beim Stabilisator an der Vorderachse bilden gewickelte Lagen aus Carbon das Rohr, während die Schenkel aus Aluminium bestehen - das Bauteil wiegt nur 2,5 Kilogramm, ein Vorteil von 35 Prozent.

Der Audi R8 e-tron fährt mit rollwiderstandsoptimierten Reifen in den Formaten 225/35 vorne und 275/35 hinten. Mithilfe der Fliehkraft verschließen verstellbare Blenden ab etwa 50 km/h die Öffnungen der 19-Zoll-Felgen, bei niedrigem Tempo öffnen sie wieder. Die aktiven Aero-Räder senken den cw-Wert um etwa 0,02.

Bei den Radbremsen an der Hinterachse handelt es sich um elektromechanische Spindelbremsen. Elektrisch betätigt und gesteuert, drücken die Beläge blitzschnell an die Scheiben. An der Vorderachse arbeitet eine hydraulische Bremsanlage, die den benötigten Unterdruck von zwei Vakuumpumpen bezieht. Die Scheiben fertigte Audi hier aus Kohlefaser-Keramik.

Thermo-Management: Neue Lösung für 20 Prozent mehr Reichweite

Mit der Multiquellen-Wärmepumpe realisierte Audi beim Thermo-Management des R8 e-tron eine leistungsfähige Lösung, von der künftige Serienmodelle stark profitieren dürften. Die hochkomplexe Anlage hält alle wichtigen Antriebskomponenten (Batterie, E-Maschinen, Getriebe und die Leistungselektroniken) auf dem idealen Temperaturniveau. Mit der Wärme, welche die Anlage aufnimmt, wird der Innenraum klimatisiert. Durch den effizienten Umgang mit der elektrischen Energie wächst die Reichweite um bis zu 20 Prozent.

Die Wärmepumpe im R8 e-tron arbeitet auch im Stand und erwärmt den Innenraum schneller als eine herkömmliche Heizung oder Klimaanlage. Mit nur 1 kW elektrischer Leistung kann die Wärmepumpe bis zu 3 kW Heizleistung bereitstellen.

Wenn die Anlage als sogenannte Luftwärmepumpe arbeitet, verwendet sie die Umgebungsluft als Wärmequelle. Bei tiefen Außentemperaturen nutzt die Wärmepumpe die Abwärme der E-Maschinen und der Hochvolt-Batterie über spezielle Verdampfer, die zugleich die Aggregate kühlen. Ein Heizregister erwärmt den Innenraum in den meisten Fällen durch die im Kältemittel gespeicherte Wärmeenergie mittels Kondensation und Wärmeübergang an die angesaugte Frischluft. Nur wenn möglichst schnelles Aufheizen gewünscht ist, kommt ein elektrischer Zuheizer ins Spiel.

Cockpit: Digitaler Innenspiegel für den Blick in die Zukunft

Den Innenraum des Audi R8 e-tron prägen Carbon-Oberflächen, weiches Leder und Alcantara. Die Sportschalensitze besitzen ein Chassis aus Carbon. Jeder Sitz wiegt nur 17,6 Kilogramm. Im Kombiinstrument informieren derweil LED-Bänder über die Kühlmitteltemperatur und den Ladezustand der Batterie. Das große Powermeter präsentiert das Maß der Leistungsabgabe und der Energierückgewinnung auf einer Skala von null bis 100 in Prozent.

Das sieben Zoll große Farbdisplay dient als Fahrerinformationssystem. Zusammen mit dem MMI-Monitor zeigt es alle wichtigen Fakten zum elektrischen Fahren an. Zu ihnen zählen der Verbrauch (in kW/h pro 100 Kilometer), die gewählte Rekuperationsstufe, die zurückgewonnene Energiemenge und eine animierte Grafik des Energieflusses. Zusätzlich erfolgt die Anzeige der Reichweite graphisch in der Kartendarstellung des Navigationssystems.

Eine weitere Innovation im Audi R8 e-tron stellt der digitale Innenspiegel. Ein hochauflösendes Display mit 6,8 Zoll Diagonale, das in der AMOLED-Technologie aufgebaut ist (Active Matrix Organic Light Emitting Diode), ersetzt den Innenspiegel. Eine kleine und sehr leistungsfähige Kamera nimmt das Bild in einem großen Sichtfeld und unter hoher Empfindlichkeit auf. Ein Steuergerät sorgt dafür, dass das Bild stets kontrastreich und brillant auf dem Display dargestellt wird. Das AMOLED-Display, gerade mal sieben Millimeter dünn, ist zehnmal kontrastreicher und um 30 Prozent energieeffizienter als ein LCD-Monitor.

Im Rennwagen Audi R18 e-tron quattro gelangt ebenfalls ein digitaler Rückspiegel zum Einsatz. Bei den Renneinsätzen schauen die Techniker aus der Serienentwicklung ganz genau hin und sind bereits bei der Umsetzung beteiligt, wie zum Beispiel beim digitalen Rückspiegel.