Vergleich der Anfahr-Charakteristika von Verbrennern vs. Stromer

[Elektro-Bomber]

Hallo Leute,
angeregt durch xordinarys Post möchte ich hiermit etwas Aufklärungsarbeit leisten bezüglich des Vergleichs des Anfahrverhaltens zwischen Verbrennern und Elektro-Antrieben.
Vergleicht man hierbei nur die absoluten Leistungs- und Drehmomentwerte miteinander oder vergleicht die Fahrverhalten von unterschiedlichsten Fahrzeugen und durchmischt diese noch mit unterschiedlichen Antriebskonzepten, so gelangt man sehr schnell zu zweifelhaften Schlussfolgerungen.

So z.B. auch wenn es um die Neigung zum Durchdrehen der Vorderräder des 500e geht nach dem Motto: Er hat doch nur 200 Nm Drehmoment und dreht beim Anfahren mit Vollstrom selbst bei trockenem Asphalt und besonders natürlich auf der weißen Haltelinie häufig durch, mein Verbrenner mit 450 Nm unter den gleichen Bedingungen aber nicht, also muss das Fahrwerk des 500e schlecht ausgelegt sein! (mal abgesehen von der viel diskutierten Reifenbeschaffenheit)

Das Fahrwerk des 500e ist zwar tatsächlich nicht besonders hochwertig sondern eher normaler Kleinwagen-Standard dieser Klasse, doch im Bereich des Anfahrens bis 50 km/h auf ebener Strecke hat das hierauf überhaupt keinen Einfluss, jedenfalls solange es sich innerhalb der korrekten Einstell-Spezifikationen befindet.
Auch die Lastverteilung ist nicht derart ungleichmäßig, dass es daran läge.

Ich möchte mich daher im Folgenden einer umfassenden anderen Form der Betrachtung näheren und euch einladen dieser bei Interesse zu folgen.
Damit man diesen (hoffentlich wertvollen) Betrag auch noch mal wiederfinden kann, hab mir erlaubt diesen zu separieren, da er in dem ellenlangen TPMS-Thread in wenigen Wochen nicht mehr aufzufinden wäre. Ich hoffe ihr teilt diese Vorgehensweise.
Eine leichter verständliche Kurzfassung gibt‘s aber auch noch fast am Ende des Salmons.


Die Lange Fassung mit von mir kalkulierten Durchschnittswerten von typischen Mittelklasse-PKW vs. unserem Fiat 500e:
Typische Gesamtübersetzungsverhältnisse von Mittelklasse PKW liegen im ersten Gang meist so um die 13 – 15:1.
Meist werden sie getrennt für Achsübersetzung und Schaltgetriebe angegeben, auch wenn diese in einem Gehäuse integriert sind.
Beispiel:
Achse: 3,450 x 1. Gang: 3,769 ergibt als Gesamtübersetzung 13,003:1

Typische Gesamtübersetzungen in den einzelnen Gängen in ihrer von mir für diese Betrachtung gemittelten Spanne: (dann könnt ihr euch bei Bedarf selbst ausrechnen, wie stark das Drehmoment eures Verbrenners in noch höheren Gängen am Rad deutlich abfällt).

1. Gang 13 – 15
2. Gang 6 – 8,8
3. Gang 4 – 6,2
4. Gang 3 – 4,6
5. Gang 2,2 – 3,6
6. Gang 1,9 – 3

Plakativ ein paar Beispiele aus dem gängigen Feld dazu:
https://www.motor-talk.de/blogs/all-abo ... 57531.html


Bei den Standard 500e Reifendimensionen von 185/55 15 hat man einen Abrollumfang von 177,7 cm und einen Durchmesser von 58,5 cm bzw. einen Radius von 0,2925 cm, die ich im Weiteren für beide Vergleich jeweils annehme, einfach damit’s vergleichbar bleibt und da ich eure spezifischen Fzg. Werte ja nicht kennen kann, doch so gravierend sollten die Unterschiede dann auch nicht sein.

Hier mal ein paar Verbrenner-Motordrehzahlen bei entsprechender Fahrzeug-Geschwindigkeit im ersten Gang, gerechnet mit einem Gesamtübersetzungsverhältnis von besagten 13,003:1, zur Stützung der folgenden Aussagen.

bei 1500 rpm = 12,72 km/h
bei 2000 rpm = 16,96 km/h
bei 5000 rpm = 42,4 km/h

Einfach Nachzurechnen z.B. hier:
https://www.kfz-tech.de/Biblio/Formelsa ... igkeit.htm

Die Eingabe des Gesamtübersetzungsverhälnises von 13,003:1 muss hier dann aber aufgeteilt werden um obiges mittleres Beisp. zu erhalten:

nM - Motordrehzahl = 2000 /min
rdyn - Radhalbmesser 0,2925 m
iG - Getriebeübersetzung 3,769
iA - Achsantriebübersetzung 3,450
v - Fahrgeschwindigkeit 16,96 km/h



Typischer Weise wird das Drehmoment der meisten Verbrenner frühestens ab einer Drehzahl von ca. 1300 U/min das unseres 500e übersteigen, irgendwo ab 1500 – 2500 U/min wird es dann sein Maximum erzielt haben und dann irgendwo zwischen 2500 – 5000 U/min beginnt der Drehmomentverlauf wieder stark abzufallen.
Hier mal ein kleiner Querschnitt über verschiedene Leistungsdiagramme gängiger PKWs:
https://www.motor-talk.de/blogs/all-abo ... gsdiagramm

Zu bedenken wäre noch bei Turbomotoren gerade beim erstmaligen hochdrehen beim Ampelstart die stärkere Verzögerung im Ansprechverhalten des Ladedrucks, wegen der besonders schnellen Gaswechsel im 1. Gang (weil das gesamte Drehzahlband aufgrund der geringen Fahrwiderstände viel schneller durchlaufen wird).

Jedenfalls wird in Relation zur E-Maschine ein deutlich geringeres Anfangs-Drehmoment erzielt (falls man nicht durch vorheriges Hochdrehen des Motors vorm Anfahren versucht, ihn in einen stärkeren Drehmomentbereich zu bringen). Daher auch stets die starke Untersetzung im ersten Gang zur Drehmoment-Verstärkung. Natürlich klettert es dadurch sehr abrupt in deutlich höher Bereiche, die oftmals ungedrosselt im ersten Gang das Getriebe überfordern würden, daher wird das Drehmoment zu dessen Schonung im ersten Gang auch gerne etwas reduziert, was die Getriebe-Auslegung kostengünstiger macht.
Mal angenommen von den von xordinarys erwähnten überdurchschnittlich hohen 450 Nm bleiben im ersten Gang, beim normalen Anfahren und dann den Pin voll durchdrückend zum schnellen Beschleunigen auf 5000 U/min noch 350 Nm übrig, dann wären das bei einer Gesamtübersetzung von 13:1 immerhin noch brachiale 4550 Nm am Rad, also mehr als doppelt so viel wie der 500e.

Dennoch dreht der Reifen so nicht durch, das passiert wie man weiß nur bei erhöhter Anfahr- Drehzahl und schleifender Kupplung.

Der entscheidenden Punkt ist hier, dass sich ein Verbrenner-Fzg. bereits in Bewegung versetzt hat, denn es fährt schon ca. 12 - 17 km/h bei ca. 1500 – 2000 U/min, bevor das max. Drehmoment angelegt wird.

Dreht der Reifen aber dennoch einmal durch, so geht er von der größeren Haftreibung in die deutlich geringere Gleitreibung über, d.h. ab dem Moment benötigt es weniger Kraft um ihn weiterhin durchdrehen zu lassen.
https://de.wikipedia.org/wiki/Reibungskoeffizient

Da die Verbrenner-Drehzahl aber ab-geregelt wird und das Drehmoment vorher schon wieder sinkt, regelt sich das häufig unbemerkt vor Erreichen der Enddrehzahl bei ca. 40-50 km/h wieder von selbst ein, also auch ohne den Eingriff einer ASR (Anti-Schlupf-Regelung), falls nicht vorhanden oder aktiv. Sei es weil das kurze Durchdrehen nur gering zum Ausbrechen neigt oder weil beim Durchdrehen der Räder das Hochdrehen des Motors bis zur Abregeldrehzahl noch schneller erfolgt
und man Reflexartig ohnehin dann die Kupplung zum Gangwechsel in den nächst höheren Gang trennt. Bei hohen Drehmomentreserven bekommt der Reifen spätestens dann wieder Grip.

Ein Elektro-Antrieb könnte dagegen munter bis zur Höchstdrehzahl durchdrehen, so denn sein Drehmoment größer als die Gleitreibung bliebe, natürlich ebenfalls nur ohne ein eingreifendes ASR.

Der hauptsächliche Unterschied beim Elektro-Antrieb liegt aber in seinem hohen Anfangsmoment das schon ab Drehzahl 0 anliegt. Beim 500e bleibt es bis knapp an die 4300 U/min konstant hoch, also bis zu einer Fahrtgeschwindigkeit von 49,44 km/h.

Beim 500e beginnt das max. Drehmoment von 200 Nm erst ab ca. 4300 rpm zu sinken. Bei einem Gesamtübersetzungsverhältnis von 9,59:1 bedeutet dies ein Anfahrmoment an den Rädern von
1918 Nm ab dem Stand und bis hin zu knapp 50 km/h.

Nur der Drehmomentverlauf trifft auf die E-Maschine des 500e zu, das Getriebe hier ist dagegen ein anderer Typ als im 500e.

Der Verbrenner dagegen verhält sich also aufgrund seiner Leistungscharakteristik quasi wie eine sanft einsetzende Anfahrhilfe, denn ist die Fzg.-Masse einmal in Bewegung ist die Neigung der Räder zum Durchdrehen bei vergleichbarer Haftreibung deutlich geringer bzw. kommt wegen des steigenden Geräuschpegels des schnell hochdrehenden Motors akustisch weniger zum Tragen.

Da das gesamte Drehzahlband, besonders im 1. Gang aufgrund der geringen Fahrwiederstände, viel schneller durchlaufen wird, liegt das max. Drehmoment nur sehr kurz an, denn es wird auf den kurz darauffolgenden Gangwechsel sofort wieder zurückgenommen wird, bevor der zweite Gang eingelegt wird (schließlich vergleichen wir hier kein dauerhaft kraftschlüssiges Automatikgetriebe oder DSG-Getriebe, womöglich noch mit Drehmomentwandler der speziell das Anfahrmoment sogar noch verstärkt).

Im 2. Gang haben wir es dann beispielsweise mit einer Gesamtübersetzung von 6,755 :1 zu tun, wodurch das volle Motor-Drehmoment von 450Nm am Rad dann „nur“ noch auf 3040 Nm erhöht würde.
Bei Geschwindigkeiten ab 40 km/h sicher zu wenig um noch durchdrehen zu können. Alle obigen Betrachtungen beziehen sich selbstredend auf trockenen Asphalt und normale Reifen in mindestens unseren Dimensionen. Schätze der Wagen mit 450 Nm hat wohl eher breitere Schlappen oder ein höheres Gewicht, was ebenfalls die Haftreibung erhöht.
By the way, 450Nm ist natürlich schon extrem viel, der Durchschnitts-Mittelklasse PKW liegt wohl eher so bei um die 250 Nm, was dann nur noch 1689 Nm am Rad bedeuten würde, womit wir im 2. Gang schon wieder unter 500e-Niveau liegen würden.



Kurzfassung zum Anfahrverhalten Verbrenner vs. E-Mobil:
Der entscheidenden Punkt ist, dass sich ein Verbrenner-Fzg mit Kupplung bereits in Bewegung versetzt hat, denn es fährt schon ca. 12 - 17 km/h bei ca. 1500 – 2000 U/min, bevor das max.
Drehmoment angelegt wird. Beim Elektro-Motor dagegen liegt das max. Drehmoment/ Losbrechmoment schon ab Drehzahl 0 an.
Da es aufgrund der Massenträgheit beim Losfahren mehr Kraft benötigt das Fzg. in Bewegung zu versetzten, als wenn dieses bereits mit 10-17 km/h bewegt wird, die Haftreibung der Reifen aber nahezu gleich groß bleibt, stößt diese gerade beim Losfahren schneller an ihre Haftungsgrenze, als beim Beschleunigen und genau in diesem kritischen Bereich wirkt auf sie beim Elektro-Antrieb eine stärkere Kraft!
Es liegt also an der anderen Leistungscharakteristik des Elektromotors mit seinem hohen Anlaufmoment, dass der 500e schneller als ein 500-Verbrenner zum Durchdrehen neigt!
Erschwerend (im wahrsten Sinn) kommt noch hinzu, dass der 500e über 300 kg schwerer ist, als sein Verbrenner-Pendant.

Das Durchdrehen passiert auf der reib-reduzierten weißen Haltelinie naturgemäß noch viel schneller. Daher besser weit genug davor stehen stehen bleiben (aber nicht vor der Kontaktschleife), oder den Pin nicht sofort ganz durchtreten, wenn ihr besonders schnell starten wollt.
Ein bisschen Gefühl oder Erfahrung mit dieser Pole-Position hilft, kostet aber ein paar Millisekunden.


Resümee:
Mir scheint, als hätte man beim 500e in einer Art Machbarkeits-Studie versucht, dessen Leistungswerte an den oberen Grenzbereich für dieses Fahrzeug zu legen, um aufzuzeigen was seinerzeit (2012 vorgestellt, Entwicklung meist ca. 2 Jahre vorher) im Kleinwagensegment machbar war und ist und wieviel Spaß so ein Vehikel auch heute noch machen kann.

Natürlich hätte man das auch konservativer auslegen können, mit reduzierter Leistung und Drehmoment, siehe z.B. den Smart, der den gleichen Motor hat. Dann würden keine Räder durchdrehen und der würde nicht so nervös bei max. Beschleunigung und Kurven an der Lenkung zerren.
Doch was hätte man damit gewonnen, gerade im Kalifornischen Markt hätte man so sicher nicht Punkten können.
Genau das war es jedenfalls was mich an ihm begeistert hat, das Gefühl das man hier als Fahrer noch etwas mehr gefordert wird den kleinen bei allzu flotter Fahrweise im Zaum halten zu müssen, anstatt dass bevormundenden Assistenzsystem viel zu früh und sanft regulierend in den Fahrerwunsch eingreifen.
Die Serien-Reifenbreite ist für die erhöhten Antriebs- und Seitenkräfte bei sportlicher Fahrweise sicher zu gering ausgelegt, was aber bei E-Fahrzeugen wegen der geringeren Rollreibung eher üblich ist.

Mir ist diese eher sportliche Auslegung des Antriebsstrangs (nicht des Fahrwerks, das ist serienmäßig eher ein mäßiger Kompromiss zwischen Komfort und Sport) so jedenfalls deutlich lieber und ohne diese glaube ich nicht, dass ich mich für den Kleinen entschieden hätte und ich möchte Wetten, dass es den meisten von euch genauso geht.

In diesem Sinn, habt Spaß beim Fahren!
Gruß, euer Elektro-Bomber.

[xordinary]

Wie immer sehr lehrreich! Vielen Dank!

Dennoch: Das kann nicht alles rein subjektiv sein. Selbst, wenn ich meinen sehr sensiblen rechten Fuß einsetze , dann kommt es häufig vor, dass Fahrzeuge an der Ampel, denen ich theoretisch (!) von der Leistung her überlegen sein müsste mindestens gleich ziehen. Wie beschrieben habe ich bislang immer starke Diesel gefahren, und da gab es dieses extreme Durchdrehen nicht, auch wenn ich weiß, dass der Diesel sein maximales Drehmoment nicht ab Leerlauf zur Verfügung stellt und der Fiat das (zumindest eher) tut.

Ich hatte auch schon mal einen A1 mit 185 PS, und der kam auch recht zügig ins Durchdrehen, wegen Turbo plus Kompressor, aber da war die Regelung eben doch etwas mehr Audi und etwas weniger Fiat …

Es mag sein, dass ich meinen Fuß dahingehend anders erziehen muss; ganz sicher sogar, denn anderenfalls drehen sich nur ständig die Leute um, und das ist peinlich. Wahrscheinlich ist es die Gemengelage: "Instant Torque" plus mittelprächtiges Fahrwerk plus undisziplinierter Fuß plus sieben Jahre alte Technik.

Mein persönliches Resümee ist dann jedoch, dass Frontantrieb bei einem Elektroauto nur bis zu einer relativ geringen Leistung Sinn ergibt. Aus Spaß würde mich mal interessieren, wie das beispielsweise bei einem Leaf oder anderen frontgetriebenen Fahrzeugen so geht. Zumal der Leaf jetzt dann bald mit über 210 PS auf die Straße kommt. Wie wird das da gemanagt? Auch beim Sion, falls er denn jemals kommt, wird das spanend sein zu sehen. Immerhin 160 PS an der Vorderachse und einen Haufen mehr Drehmoment als der Fiat …

[Fu Kin Fast]

Vielleicht ist die ASR beim Fiat einfach auch schlecht. Technisch dürfte es bei einem E-Motor viel leichter sein, ein Durchdrehen zu verhindern als bei einem Verbrenner, weil die Regelung viel feiner erfolgen kann.

[FlorianL]

Ich meine immernoch: das ist genau so gewollt. Wenn man einfach stur Vollstrom gibt, dann quietscht er kurz (Effekthascherei) und wird dann ganz brav. Man darf ihn dabei nur nicht unterbrechen, scheint mir. Jedes Mal Fuß vom Pedal und wieder drauf provoziert wieder das kurze Anreißen.

[dapowi]

Ich habe versucht den Artikel zu finden, aber leider zur Zeit ergebnislos.

Darin stand, dass Fiat dem kleinen extra ein kürzere Übersetzung spendiert und die Höchstgeschwindigkeit moderat begrenzt hat
um dem kleinen ein gutes Spurtverhalten und damit Spaßfaktor zu geben um sich damit vom Rest des damaligen Marktes abzugrenzen.

Ich suche weiter.

[xordinary]

@ Fu Kin Fast
Das ist ganz genau so. Elon hat das mal erklärt, warum es für die Stabilitätskontrolle eines (zugegebenermaßen) allradgetriebenen Tesla viel einfacher ist, viel effektivere Eingriffe selbst bei Schnee auszuführen. Eben WEIL alles im Millisekunden-Bereich spielt und sich keine komischen Gassäulen aus verbranntem Zeugs aufbauen oder nicht aufbauen müssen. Torque Vectoring bekommt da eine ganz neue Bedeutung. Aber natürlich ist es nicht realistisch, das beim Fiat zu erwarten. Aber im Prinzip ist es so, wie du sagst.

@FlorianL
Na ja, ob das so gewollt ist, sei mal dahingestellt. Von MIR wäre es jedenfalls gewollt, dass das ganze so effizient (nicht effektiv!) und geräuschlos über die Bühne geht. Über das Alter, in dem ich mit mich darüber gefreut habe, dass Leute sich wegen aufheulendem Motor (ich sag nur K&N Luftfilter) und durchdrehenden Reifen nach mir umschauen bin ich seit etwa 20 Jahren raus …

@dapowi
Um Spaß und Spurt geht es ja gerade. Wenn aber dann gerade das durch peinliches Durchdrehen zunichte gemacht wird, wäre das dann doch irgendwie nicht im Sinne des Erfinders. Ich denke es bleibt dabei: Die Regelelektronik war noch nie gut und ist inzwischen eben auch mindestens sieben Jahre alt. Zudem denke ich, dass die schlicht ins Regal gegriffen haben und die Elektronik von einem ihrer Verbrenner eingebaut haben, was von Natur aus nicht optimal sein kann.

FAZIT
Das Autochen ist schon OK. Man darf einfach nur nie vergessen, dass es kein Wunschkind ist und entsprechend lieblos ist halt manches umgesetzt.

[Michael_Ohl]

Meine Kangoo ZE bekomme ich nur in Kurven oder bei nasser Fahrbahn zum Durchdrehen. Die 450Nm beim Verbrennen klingen nach Diesel. Die 5000U/min nach Benziner. Die Handgeschalteten mit einem E-Auto zu vergleichen Finde ich nicht so fair. Die Gewichtsverteilung mit der schweren Batterie vor der Hinterachse vs schwerer Motor und Getriebe unter der Haube macht richtig was aus. Beim Kangoo kann man sich zum Vergleich einfach in einen Diesel oder Benziner setzten und alles testen. Dazu kommen dann noch so kleine Mogeleien wie beim Kangoo ZE wo überall 60PS 44KW als Angabe steht, nur beim beschleunigen gehen meine auf 60kW hoch was nicht ganz dasselbe ist.

MfG
Michael

[Wiese]

Ich meine dass Du das gut erklärt hast, Elektro-Bomber. Ich bin ohnehin schon lange der Meinung, dass die Bedeutung des Drehmoments völlig überschätzt wird. Ich habe Drehmoment-Fans gerne gefragt, warum ein Formel 1 Motor kein Diesel ist, wenn das Drehmoment so wichtig ist. Die Erklärung war natürlich eher von Unwissenheit geprägt.
Am Ende (oder auch am Anfang) zählt doch nur das Drehmoment, das am Reifen ankommt, und das ist von der Leistungskarakteristik des Motors und dem Übersetzungsverhältnis abhängig.

100 Nm sind eben nicht immer gleich 100 Nm.

[Elektro-Bomber]

Danke Peter
und auch all den Anderen für ihr positives Feedback.
Interessant auch zu sehen, wer hier außer uns 500e Fahrern noch alles mit liest.

Gruß, Andy.

[fiat500]

Hallo

Das bei einem Diesel nichts beim Anfahren quietscht kann ich nicht bestätigen .

Ich habe als 2. Auto einen Dodge Nitro mit 550 NM und finde es bei beiden Autos lustig.

Auch bei meinem Diesel mit 275-er Reifen drehen beim kräftig Gasgeben die Räder durch
bis das ASR regelt.

Ich kann mit den Spaßbefreiten Autos , die nur Sicher sind nichts anfangen,
etwas Spaß muß schon sein

Mit etwas Übung gewinnt man an der Ampel doch fast jedes Duell ohne Problem.

Ich habe 205-er Allwetterreifen drauf , die sind schön weich , mir gefällt es so

MfG Stefan