Audis Premiere bei der Rallye Dakar: So funktioniert der komplexe Hybridantrieb

Audi wird im Januar 2022 erstmals bei der Rallye Dakar in Saudi-Arabien an den Start gehen. Die deutsche Marke hat mit Stephane Peterhansel, Carlos Sainz und Mattias Ekström ein hochkarätiges Fahrertrio verpflichtet. Der Rallye-Einsatz erfolgt durch die neu gegründete Q Motorsport GmbH von Sven Quandt, der viel Erfahrung einbringt.

Beim Fahrzeug handelt es sich um ein neues, einzigartiges Konzept. Der Audi RS Q e-tron verfügt über einen elektrischen Antrieb mit zwei Motor-Generator-Einheiten (MGU) aus der Formel E. Die Hochvoltbatterie wird während der Fahrt über einen Energiewandler aufgeladen, der aus dem TFSI-Motor aus der DTM und einer weiteren MGU besteht.

Das Auto wurde innerhalb von zwölf Monaten entwickelt. Ende Juni fand das erste Roll-Out statt. Es folgten Testfahrten in Spanien und Marokko. Die Herausforderung bestand darin, dass alle Systeme reibungslos miteinander arbeiten und zuverlässig funktionieren.

"Wir haben einen elektrischen Antrieb an der Vorderachse, einen elektrischen Antrieb an der Hinterachse, die Hochvoltbatterie und den Energiewandler, bestehend aus einer weiteren MGU und dem TFSI-Motor aus der DTM", sagt Andreas Roos, bei Audi Projektleiter für Motorsport.

"Und jede dieser Komponenten braucht zum Beispiel eine eigene Kühlung. Das heißt, wir haben nicht nur ein Kühlsystem im Auto, sondern gleich sechs, wenn man den Ladeluftkühler und die Klimaanlage für Fahrer und Beifahrer mitzählt."

Auch das Packaging ist bei einem derart komplexen Fahrzeug ein großes Thema. "Wir mussten jeden Zentimeter ausnutzen, um überhaupt alle Komponenten im Fahrzeug unterzubringen", sagt Roos. Das geht um Teil auch zulasten der Servicefreundlichkeit.

Natürlich spielen auch die besonderen Bedingungen eine Rolle: Sand, Wasser, Hitze, Kälte, große Höhenunterschiede. "Wir haben sehr viel empfindliche Elektronik und viele elektrische Komponenten im Auto, die wir bestmöglich gegen Sand und Wasser schützen müssen."

Zusammenspiel der Systeme die große Herausforderung

Ein Großteil der Arbeit liegt im Bereich Software, Elektrik und Elektronik. "Wir haben zwei zentrale Steuergeräte und rund vier Kilometer Kabel im Fahrzeug - die Hochvoltkabel gar nicht mitgezählt", sagt Roos.

"Das Zusammenspiel aller Antriebskomponenten und auch der Hochvoltbatterie ist extrem kompliziert. Wenn da etwas nicht passt, bleibt das Auto stehen." Da sich das Auto auch im normalen Straßenverkehr bewegen muss, ist eine Straßenzulassung notwendig.

Zentral im Antrieb und buchstäblich in der Mitte des Audi steckt die Hochvoltbatterie. "Die Herausforderungen für diese Art von Wettbewerb zu definieren, war sehr anspruchsvoll," sagt Lukas Folie, der Ingenieur für die Hochvoltbatterie.

Das Antriebssytem des Audi ist hochkomplex

Foto: Audi

"Es gibt einfach keine Erfahrungswerte im Motorsport für ein solches Konzept und für diese Art von Langstrecken-Wettbewerb. Es ist mit der Batterietechnologie von heute nicht möglich, unter diesen Bedingungen einen rein elektrisch betriebenen BEV-Geländewagen zu verwirklichen."

Die Kapazität der Hochvoltbatterie beträgt 52 kWh und ist damit ausreichend für die maximal zu erwartenden Anforderungen auf jeder Rallye-Etappe. Das Gewicht der Hochvoltbatterie inklusive des Kühlmediums beträgt etwa 370 Kilogramm.

Intelligentes Management der Energie

Wenn die Rallyefahrer mit geladener Hochvoltbatterie am Morgen einer jeden Etappe das Biwak in elektrischer Fahrt verlassen, beginnt eine hochkomplexe Steuerung. Erst wenige Minuten vor dem Start der Etappe erfahren die Teams mit der Ausgabe der Roadbooks überhaupt Details zur Strecke.

Die Ingenieure und Elektroniker haben Algorithmen programmiert, um den State of Charge (SoC), also den Ladezustand, in Abhängigkeit vom Energiebedarf in definierten Bereichen zu halten. Energieentnahme und das Wiederaufladen der Batterie stehen über festgelegte Distanzen stets in einer Balance.

Erfordert beispielsweise eine schwierige Dünenpassage mit hohen Fahrwiderständen kurzzeitig maximale Energie, so sinkt der Ladezustand innerhalb eines kontrollierten Bereiches. Die Antriebsleistung der Motor-Generator-Einheiten an Vorder- und Hinterachse ist gemäß Reglement in der Summe auf maximal 288 kW begrenzt.

Ein Blick in das Cockpit des Audi RS Q e-tron

Foto: Audi

Der Energiewandler kann allerdings höchstens eine Ladeleistung von 220 kW erbringen. Im Extremfall ist der Verbrauch also kurzzeitig höher als die Energieerzeugung. Um maximale Effizienz zu verwirklichen, setzt Audi auf Energierückgewinnung.

Beim Bremsen gewinnt der RS Q e-tron Energie zurück. Die MGU-Einheiten an Vorder- und Hinterachse können dabei die Drehbewegung der Räder in elektrische Energie umwandeln. Dabei gilt es, die maximale Energie zu rekuperieren.

Für den Kraftfluss in dieser umgekehrten Richtung gelten nicht die Leistungsbegrenzungen wie beim Beschleunigen. Was so einfach klingt, erfordert ein aufwendiges Intelligent-Brake-System (IBS). Es kombiniert die hydraulische Bremsfunktion mit der elektrischen Nutzbremse.

Komplexes Kühlsystem für die Wüste

Um die komplexen und teilweise hoch belasteten Systeme perfekt zu temperieren, musste eine aufwendige Kühlung verwirklicht werden. Mehrere Kühlkreisläufe sorgen für die richtige Temperatur im Fahrzeug.

Um das Hochvoltbatterie-System zu temperieren, nutzt Audi ein Kühlmittel namens Novec, das keine elektrischen Ströme leitet. Dieser Niedertemperaturkreislauf besitzt einen Kühler unter der vorderen Haube.

Das Temperaturmanagement der Komponenten ist sehr aufwendig

Foto: Audi

Der Verbrennungsmotor ist mechanisch an eine MGU gekoppelt, die den Strom für die Hochvoltbatterie erzeugt. Sie gibt ihre Energie an zwei weitere MGU-Einheiten ab - eine treibt die Hinterräder an, die andere die Vorderräder.

Beim Bremsen rekuperieren beide Einheiten Energie und leiten sie in die Batterie zurück. Diese drei MGU-Baugruppen sind über einen eigenen Niedertemperaturkreislauf miteinander verbunden. Er gibt seine Wärme über den linken Kühler im Vorderwagen ab.

Ebenfalls im linken vorderen Luftschacht vor dem Niedertemperaturkühler sitzt eine Öl-Kühlschleife. In ihr zirkuliert das Hydrauliköl der bei Offroad-Fahrten hoch belasteten Servolenkung.

Über Ventile versorgt das System auch die beiden Wagenheber auf der rechten und der linken Fahrzeugseite, falls ein Radwechsel notwendig ist. Im rechten vorderen Luftschacht befindet sich zusätzlich der Kondensator der Klimaanlage.

Verbrennungsmotor als Energiewandler

Der Verbrennungsmotor ist der Energiewandler des Antriebssystems. Der TFSI-Motor, der quer hinter dem Beifahrersitz angeordnet ist, besitzt einen Flüssigkeitskreislauf mit einem Kühler. Ein Motor-Ölkreislauf ist über einen Wärmetauscher mit diesem System thermisch verbunden.

Hinter dem Fahrer ist der aus der DTM bekannte TFSI-Motor quer eingebaut

Foto: Audi

Die Abgas-Turboaufladung erfordert ein zweites Kühlsystem. Die verdichtete Ansaugluft strömt durch einen Ladeluftkühler in den Motor. Flüssigkeits- und Ladeluftkühler sitzen nebeneinander oberhalb der Hinterachse. Die Hutze auf dem Dach teilt den Luftstrom auf beide Radiatoren auf.

Der mit etwa 200 Kilowatt Leistung betriebene TFSI-Motor ist im Betrieb zwischen 4.500 und 6.000 U/min extrem effizient. Sein spezifischer Verbrauch liegt bei deutlich unter 200 Gramm pro Kilowattstunde.

Wie fährt sich das Auto?

Und wie fährt sich das Auto mit diesem außergewöhnlichen Antrieb? Peterhansel, 14-maliger Dakar-Sieger, sagt: "Das Schönste nach unseren bisherigen Tests ist, dass dieser Antrieb eine enorme Fahrfreude bereitet, die ich kaum für möglich gehalten hätte."

Audi tritt mit drei Fahrzeugen bei der Rallye Dakar an

Foto: Audi

"Uns stehen im RS Q e-tron zu jedem Zeitpunkt ungeheuer viel Kraft und Drehmoment zur Verfügung. So etwas kann kein Auto mit klassischem Verbrennungsmotor-Antriebsstrang leisten." Aber trotzdem ist das Fahrzeug anders zu fahren.

"Da es kein Getriebe gibt und ich nicht schalten muss, kann ich mich ganz aufs Lenken im Gelände konzentrieren. Noch ungewohnt ist für mich die Akustik", sagt Peterhansel. "Der Energiewandler folgt mit seinen Drehzahlen und mit seiner Geräuschentwicklung nicht wie ein Verbrennungsmotor direkt den Gaspedalbefehlen."

Mit Bildmaterial von Audi.