Dank Aerodynamik kommt der e-tron noch weiter

Der Audi e-tron-Prototyp kommt mit mit massgebender Aerodynamik: Statt Aussenspiegeln hat er Kameras, sogar die Pneu sind windschnittiger.

Je besser die Aerodynamik eines Elektroautos, desto weiter fährt es: Mit einem Luftwiderstands-Beiwert von 0,28 erreicht der Audi e-tron-Prototyp ein Top-Ergebnis im SUV-Segment. Dieser Wert trägt entscheidend bei zur alltagstauglichen Reichweite von mehr als 400 Kilometern im WLTP-Zyklus. Ein Highlight im Aerodynamik-Konzept des rein elektrisch angetriebenen Oberklasse-Modells sind die virtuellen Aussenspiegel.

Wussten Sie schon? Der cw-Wert gibt an, wie gross oder klein der Luftwiderstand eines Gegenstands ist: Je kleiner, desto windschnittiger. Beim Audi e-tron-Prototypen liegt er bei 0,28. Einen überraschend hohen cw-Wert haben dafür Rennwagen wie zum Beispiel ein Formel-1-Auto: Dort versuchen die Ingenieure, den cw-Wert aufs Maximum von knapp 1,2 zu bringen. Die «schlechte» Aerodynamik «presst» das Auto auf den Asphalt und bringt die Kraft so besser auf die Strasse. Sogar ein Rennvelo ist windschlüpfriger: Dort liegt der cw-Wert bei etwa 0,4.

Das Szenario: Härtetests im Windkanal

Vor dem geräuscharmen Rotor mit etwa fünf Meter Durchmesser blickt der Audi e-tron-Prototyp ins Auge des Orkans. Auf dem Aeroakustik-Prüfstand des Windkanal-Zentrums in Ingolstadt, dem leisesten Fahrzeug-Windkanal weltweit, optimieren die Audi-Ingenieure Luftwiderstand und Geräuschentwicklung unter extremen Bedingungen. Beides ist ausschlaggebend für die Effizienz und den Komfort eines Autos. Mit einer Leistung von 2,6 Megawatt erzeugt das Gebläse Geschwindigkeiten von bis zu 300 km/h. Über 1000 Stunden absolvierte der Audi e-tron-Prototyp hier im Testbetrieb. Das Ergebnis: ein cw-Wert von 0,28. Die Kunden profitieren unmittelbar davon, weil er massgeblich zur hohen Reichweite von mehr als 400 Kilometern im WLTP-Zyklus beiträgt. Ein Hundertstel des cw-Werts steht im Fahralltag für rund fünf Kilometer Reichweite.

Der Luftwiderstand: essentiell auf Langstrecken

Auf Langstrecken, dem Revier des Audi e-tron-Prototypen, bildet der Luftwiderstand den entscheidenden Fahrwiderstand – viel wichtiger als Rollwiderstand und Massenträgheit. Die Energie, die ein Auto aufbringen muss, um ihn zu überwinden, geht verloren. Deshalb ist eine gute Aerodynamik so wichtig. Im Stadtverkehr hingegen kommen andere Aspekte zum Tragen. Dort kann ein Elektroauto die eingesetzte Energie zum grossen Teil beim Verzögern rekuperieren, sodass seine Masse eine geringere Rolle spielt.

Um den cw-Wert von 0,28 zu erreichen, entwickelten die Audi-Ingenieure verschiedenste Aerodynamik-Massnahmen in allen Karosseriebereichen. Einige dieser technischen Lösungen sind auf den ersten Blick sichtbar, andere erfüllen ihren Zweck im Verborgenen. Durch sie spart der Audi e-tron-Prototyp beim cw-Wert fast 0,07 gegenüber einem vergleichbaren, konventionell angetriebenen Fahrzeug. Das bringt bei einem typischen Nutzungsprofil einen Reichweitenvorteil von rund 35 Kilometern pro Batterieladung im WLTP-Zyklus.

Intelligente Lösungen: virtuelle Aussenspiegel und «Dimples» am Unterboden

In der Serienversion des Audi e-tron-Prototypen geben die optionalen virtuellen Aussenspiegel ihre Weltpremiere. Gegenüber den standardmässigen Spiegeln sind sie deutlich schmaler: Sie reduzieren die Fahrzeugbreite um 15 Zentimeter und senken durch ihre neue Form nicht nur den Luftwiderstand, sondern auch das ohnehin niedrige Windgeräuschniveau merklich. Ihre flachen Träger integrieren je eine kleine Kamera. Die Bilder, die sie aufzeichnen, erscheinen auf OLED-Displays im Übergang zwischen Instrumententafel und Tür. Die virtuellen Aussenspiegel lassen sich für verschiedene Fahrsituationen anpassen und können dadurch die Sicherheit erhöhen. Im MMI-System sind drei Ansichten wählbar – für die Autobahn, das Abbiegen und das Parken.

Ein weiterer wichtiger Faktor ist die serienmässige adaptive air suspension, die Luftfederung mit geregelter Dämpfung: Ab 120 km/h senkt sie die Karosserie um bis zu 26 Millimeter unter das Normalniveau ab und reduziert so den Luftwiderstand. Der Unterboden des rein elektrisch angetriebenen SUV ist vollflächig verkleidet, Front- und Heckbereich sind komplett abgedeckt. Unter der Passagierzelle schützt eine Aluminiumplatte die Hochvolt-Batterie von unten gegen Beschädigung, etwa durch Steinschlag oder vor Trottoirkanten. Ihre Anschraubpunkte sind schüsselförmig vertieft, ähnlich wie die «Dimples» an einem Golfball. Sie lassen die Luft noch leichter strömen als eine völlig plane Fläche.

Zum besseren Luftwiderstand trägt auch der steuerbare Kühllufteinlass (SKE) bei – ein Rahmen hinter dem Singleframe, der zwei elektrisch betätigte Jalousien birgt. Wenn sie geschlossen sind, strömt die Luft in dieser Zone fast ohne Verwirbelung. Sobald es nötig wird, die Antriebskomponenten zu kühlen oder den Kondensator der Klimaanlage zu belüften, öffnet sich zunächst die obere und dann beide Jalousien. Auch bei starker Beanspruchung der hydraulischen Radbremsen öffnet sich der SKE und gibt zwei Kanäle frei, die kühlende Luft in die vorderen Radhäuser zur Bremse leiten.

Die seitlichen Lufteinlässe an der Front des Audi e-tron-Prototypen integrieren, von aussen gut sichtbar, weitere Kanäle zu den Radhäusern. Sie leiten den Fahrtwind so, dass er aussen an den serienmässig aerodynamisch optimierten 19-Zoll-Rädern vorbeiströmt. Ihr Design ist flächiger als bei konventionellen Felgen. Die 255/55er Reifen zeichnen sich durch besonders geringen Rollwiderstand aus. Selbst die Reifenflanken sind aerodynamisch gestaltet – die Schriftzüge sind negativ statt erhaben.

Was ist in der Entwicklung der Aerodynamik bei einem Elektromodell anders im Vergleich zu einem Fahrzeug mit Verbrennungsmotor? Gibt es eine andere Grundphilosophie?

Unser Job wird anspruchsvoller. Denn eine gute Aerodynamik mit einem niedrigen Luftwiderstand wird bei Elektroautos noch wichtiger. Grundsätzlich lässt sich festhalten, dass man merklich weniger Gesamtenergie zur Verfügung hat als bei einem Verbrenner. Daher muss man in jedem Bereich die Effizienz optimieren. Vor allem gilt das für den Luftwiderstand bei Konstantfahrten mit gleichbleibender Geschwindigkeit zum Beispiel auf Autobahnen. Wir bieten unseren Kunden ja einen langstreckentauglichen Elektro-SUV.

Haben die Aerodynamiker nun mehr Einfluss auf die Entwicklung generell?

Ja, das Gefühl habe ich absolut. Das liegt daran, dass die Aerodynamik bei Elektroautos eine entscheidende Rolle bei der Bestimmung der Reichweite spielt. Schliesslich kann die Energie, die zur Überwindung des Luftwiderstands verbraucht wird, nicht wieder zurückgewonnen werden – anders als bei der Beschleunigung des Fahrzeugs.

Welche Fahrzeugbereiche an einem Elektroauto bieten mehr Gestaltungs- bzw. Entwicklungsfreiheiten gegenüber einem konventionellen Fahrzeug?

Elektrofahrzeuge haben dank ihrer grossen Batterie einen geschlossenen und sehr glatten Unterboden. Das ist der Traum eines jeden Aerodynamikers und ein grosser Vorteil für uns in der Entwicklung. Darauf könnte man sich ausruhen, was wir jedoch nicht getan haben. Im Gegenteil: Wir haben alles gegeben, um auch die Form der Karosserie möglichst windschnittig zu gestalten. Sie besitzt im Übrigen ein Novum. Als erstes Audi-Serienmodell führt der Audi e-tron die Luft geschlossen durch den gesamten Vorderwagen und lässt sie am Unterboden wieder austreten. Das gibt es bei einem Verbrenner so bisher nicht.

Die virtuellen Aussenspiegel sind ein Highlight des neuen Audi e-tron. Hand aufs Herz: Wer hatte die Idee dazu – Ihr Team oder doch die Kollegen aus dem Design?

Es ist seit Jahren ein Wunsch eines jeden Aerodynamikers, dass man irgendwann auf Aussenspiegel verzichten kann. Beim Audi e-tron war der virtuelle Aussenspiegel relativ früh gesetzt. Wer letztendlich die finale Idee hatte, kann ich nicht mehr sagen. Das ist aber auch nicht wichtig. Wichtig ist: Dieses Ausstattungsdetail bringt 5 cw-Punkte, das verlängert die Reichweite um etwa zweieinhalb Kilometer.

Der Audi e-tron erreicht durch ausgeklügelte Aerodynamik-Massnahmen einen Top-cw-Wert. Welchen Vorteil hat der Kunde davon?

Bei Elektroautos spielt der cw-Wert eine wichtige Rolle in der Festlegung der Reichweite. Das ist ein entscheidender Wert für unsere Kunden. Der Audi e-tron ist knapp 70 cw-Punkte besser als ein konventioneller SUV in vergleichbarer Grösse – das ist ein Zugewinn von rund 35 Kilometern Reichweite.

Wann haben Sie und Ihr Team mit der Entwicklung der Aerodynamik des Audi e-tron begonnen?

Zu einem sehr frühen Zeitpunkt – schon im Jahr 2013. Wir waren bei der ersten Konzeption am Tisch gesessen, haben zusammen mit den Designern die frühen Entwürfe analysiert und die ersten Modelle im Windkanal getestet.

Weitere Informationen zum Audi e-tron-Prototypen gibt es unter www.e-tron.audi.

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