Porsche Engineering entwickelt Allrad-E-SUV mit vier Motoren

Porsche Engineering hat ein elektrisch angetriebenes SUV mit Allradantrieb und vier Motoren entwickelt – für jedes Rad einen. Da die eigens entwickelte Drehmomentsteuerung ohne zusätzliche Sensoren auskommt, kann die Software auch für unterschiedliche Konstellationen und Motoranordnungen eingesetzt werden.

Die Vorgabe des nicht näher genannten Kunden des zu Porsche gehörenden Ingenieursdienstleisters war, dass die Lösung mit den vorhandenen Steuergeräten auskommt – somit war eine reine Software-Lösung für die Drehmomentenregelung gefordert.

Das Vier-Motoren-Konzept (keine Radnabenmotoren, sondern innenliegend) hat gegenüber der bisherigen Lösung für allradgetriebene E-Autos mit Achsmotoren den Vorteil, dass sich die Antriebskraft sehr variabel verteilen lässt. Da das Drehmoment rein elektronisch geregelt wird, werden die Änderungen deutlich schneller umgesetzt als etwa bei einem Allrad-Verbrenner mit mechanischen Kupplungen und Differenzialen.

Die Basis-Konfiguration funktioniert ähnlich wie bei bisherigen Allrad-Systemen: Bei gleichmäßiger Geradeausfahrt wird die Kraft von der Software zwischen Vorder- und Hinterachse gleichmäßig verteilt. Beim Beschleunigen kann die Software auf einen kompletten Heckantrieb umschalten, in Kurven oder beim Rekuperieren vor allem den vorderen Antrieb nutzen. „Das Fahrzeug fühlt sich so spürbar stabiler an, selbst für den Beifahrer“, sagt Martin Rezac, Team Leader Funktionsentwicklung bei Porsche Engineering.

Das volle Potenzial kann die Lösung ausspielen, wenn das Drehmoment der einzelnen Räder an die Radgeschwindigkeit angepasst werden muss. Auf einer trockenen Autobahn ist es für die Software recht simpel, alle vier Räder gleich schnell drehen zu lassen. Kommt das Auto aber zum Beispiel mit nur einem Vorderrad auf eine rutschige oder vereiste Stelle, kann die Momentensteuerung die Kraft gezielt zurücknehmen und so ein Durchdrehen des Reifens verhindern. Die genau gesteuerten Motoren des E-SUV machen das im Vergleich zu Sperrdifferentialen bei Verbrennern deutlich schneller und verschleißfrei.

Kern des Systems ist der sogenannte Fahrzustandsbeobachter. Das im Grunde genommen aus herkömmlichen ESP-Systemen bekannte Softwaremodul kontrolliert etwa Daten wie die Gaspedalstellung, den Lenkradeinschlag oder die Giermomente des Autos. Das Grundproblem: Das Auto weiß relativ wenig über seinen eigenen Zustand und kann das oft nur aus einigen Daten ableiten. Um die eigene Geschwindigkeit zu bestimmen, ist das Auto auf die Raddrehsensoren angewiesen – auf rutschigem Untergrund ist es aber kaum möglich, die Geschwindigkeit des Fahrzeugs aus der Raddrehung abzuleiten. Für eine genaue Steuerung der E-Motoren musste die Software verbessert werden – denn die E-Motoren können das Fahrzeug auch Beschleunigen, nicht nur wie das ESP gezielt abbremsen.

Manchmal müssen die E-Motoren auch eingebremst werden

„Die Entwicklung des Fahrzeugzustandsbeobachters war die größte Herausforderung“, so Rezac. Da keine zusätzlichen Sensoren erlaubt waren, mussten die Softwareentwickler kreativ werden. „Der Beobachter muss die wichtigen Parameter des Fahrzeugs schätzen“, erklärt Rezac. Dafür werden auch ungewöhnliche Datenquellen genutzt: So kommuniziert die Momentensteuerung unter anderem mit einem Sensor, der den Neigungswinkel des Autos erkennt und üblicherweise für die automatische Einstellung der Scheinwerfer genutzt wird.

Bei Testfahrten auf einem zugefrorenen Fluss zeigte sich, dass die Motorsteuerung zu gut funktionierte und die schnelle Reaktionszeit der E-Maschinen für ungewünschte Effekte sorgte. In einigen Situationen verlagerte die Software das Drehmoment in immer kürzeren Abständen zwischen den Achsen hin und her, was zu einem hörbaren Hochdrehen der Motoren führte – zudem entstanden Schwingungen. Mit einer Anpassung der Software konnte dieses Ausschaukeln unterbunden werden.

Insgesamt soll die Software dafür sorgen, dass das E-Fahrzeug mit der variabel verteilbaren Antriebskraft auch in kritischen Situationen stabil bleiben soll. Konkrete Pläne für einen Einsatz in der Serie werden aktuell nicht genannt. Da sich die Software laut Porsche Engineering nicht nur für E-SUV mit vier Motoren, sondern auch für „unterschiedliche Konstellationen und Motorenanordnungen“ eignet, scheint ein Einsatz aber recht sicher. Porsche selbst arbeitet ja nicht nur an der vollelektrischen PPE-Plattform, sondern auch an einem elektrischen Ableger des künftigen Macan…
newsroom.porsche.com