Toyota hat eine Lösung gefunden, um seine zukünftigen Elektro-Sportwagen noch weiter zu verkleinern.

Ein Elektroauto verfügt nicht über einen großen thermischen Motor unter dem Kofferraumboden. Dennoch bleibt die Entwicklung eines elektrischen Sportwagens mit einer sehr tiefen Front ein echtes Problem. Toyota hat kürzlich ein Patent eingereicht, das eine neue Anordnung der Motoren und technischen Komponenten beschreibt, die dazu beitragen könnte, dieses Problem zu lösen. Eine ingenieurmäßig kluge Lösung – doch sie wirft immer noch einige Fragen auf.

Die Elektrifizierung bietet Automobildesignern mehr Freiheit. Durch das Wegfallen des Verbrennungsmotors und seiner traditionellen Antriebsstrangtechnik können Hersteller unterschiedliche Fahrzeugsilhouetten mit originelleren Proportionen und geräumigeren Innenräumen entwerfen. Doch diese Freiheit hat ihre Grenzen. In einem Elektrofahrzeug bleibt der Raum zwischen den Vorderrädern weiterhin von zahlreichen Komponenten belegt: Motoren, Getrieben, Leistungselektronik, Ladevorrichtungen und Kühlsysteme. All diese Elemente nehmen Platz in Anspruch und können es den Designern erschweren, die Motorhaube ausreichend zu senken.

Genau dieses Problem möchte Toyota angehen. In einem kürzlich von Carmoses entdeckten Patent beschreibt der japanische Hersteller eine technische Architektur, die dazu dient, die Höhe des vorderen Teils eines Elektrofahrzeugs zu verringern. Das Ziel ist klar: Die Entwicklung von Elektro-Sportwagen mit niedrigen, aerodynamischen Linien zu erleichtern.

Zwei Elektromotoren, die auf derselben Achse wie die Räder angeordnet sind

Der erste Trick von Toyota betrifft die Anordnung der Elektromotoren. In vielen Elektrofahrzeugen sind der Motor sowie die Getriebe, die seine Leistung an die Räder übertragen, auf mehreren parallelen Achsen angeordnet. Diese Architektur funktioniert sehr gut, kann aber den vertikalen und längsrichtigen Platzbedarf des Antriebsstrangs erhöhen.

Toyota schlägt einen anderen Ansatz vor: Den Elektromotor sowie sein Reduktionsgetriebe auf derselben Achse zu platzieren, die direkt mit den Rädern ausgerichtet ist. Dafür verwendet der Hersteller ein Epicykloidenantriebssystem, ein Mechanismus aus mehreren Zahnrädern, der es ermöglicht, die Drehzahl des Motors zu verringern, bevor die Bewegung an die Räder weitergeleitet wird. In der in der Patentbeschreibung detaillierten Konfiguration sind zwei Motor-Reduktions-Module nebeneinander zwischen den Vorderrädern installiert. Jeder Motor antreibt direkt sein eigenes Rad an, ohne ein zentrales Differenzial.

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Diese Anordnung hat einen Vorteil: Sie ermöglicht es, die Höhe und Länge des Gesamtsystems zu verringern. Andererseits erkennt Toyota einen Nachteil an. Eine solche Architektur benötigt im Querschnitt mehr Platz als ein herkömmliches System.

Das Prinzip eines koaxialen Antriebsblocks ist übrigens nicht völlig neu. Porsche verwendet beispielsweise eine kompakte Anordnung dieser Art an der Vorderachse des Taycan, auch wenn sein System auf einem einzigen Motor in Kombination mit einem Differenzial beruht. Toyota geht noch einen Schritt weiter und verwendet zwei unabhängige Einheiten.

Diese Konfiguration könnte theoretisch es ermöglichen, die an jede Vorderrad gelieferte Leistung getrennt voneinander zu steuern. Allerdings wird in dem Patent nicht ausdrücklich eine Funktion zur aktiven Drehmomentverteilung, auch Torque Vectoring genannt, erwähnt.

Noch ein Trick, um die Motorhaube zu senken

Es reicht nicht aus, die Höhe der Motoren zu verringern. Man muss auch Platz für die anderen Komponenten finden, die für den Betrieb eines Elektroautos unerlässlich sind. Toyota schlägt daher vor, die Leistungselektronik direkt über den Motoren zu installieren. In der Hauptkonfiguration des Patents umfasst dieses Ensemble unter anderem einen DC-DC-Wandler, der dazu dient, die Spannung beim Schnellladen anzupassen, sowie einen eingebauten Lader für das Laden mit Wechselstrom. Andere Varianten sehen die Installation nur eines dieser Geräte oder sogar des Wechselrichters vor, der den Elektromotor steuert.

Doch das originellste Element befindet sich etwas weiter vorne. Der japanische Hersteller ist nämlich an dem Kondensator des Klimasystems interessiert – diesem Wärmetauscher, der in der Regel vertikal hinter der Kühlermaske angebracht ist. Anstatt ihn in dieser Position zu belassen, schlägt Toyota vor, ihn nach vorne zu neigen. Dadurch kann sein höchster Punkt gesenkt werden, während gleichzeitig eine Fläche erhalten bleibt, die dem Luftstrom von vorne ausgesetzt ist.

Das Patent stellt eine wesentliche Bedingung: Der obere Teil des Kondensators muss niedriger bleiben als der Gipfel des auf den Motoren montierten Elektronikgehäuses. Dank dieser Anordnung könnte der Kofferraumdeckel allmählich in Richtung der Fahrzeugnase sinken, ohne durch einen zu hohen Wärmetauscher eingeschränkt zu werden. Theoretisch könnte diese Lösung somit die Schaffung einer besonders tiefen Frontpartie erleichtern, wie sie bei einigen Sportwagen zu finden ist.

Eine Technologie für zukünftige elektrische Sportwagen von Toyota?

Diese Erfindung ergibt vollkommenen Sinn, wenn man sich die Sportprojekte des japanischen Herstellers ansieht. Im Jahr 2023 präsentierte Toyota insbesondere das Konzept FT-Se, ein zweisitziges Elektro-Sportfahrzeug mit besonders niedrigen und breiten Proportionen. Kürzlich hat Lexus außerdem ein Konzept für ein Elektro-Sportfahrzeug namens LFA vorgestellt, dessen Silhouette auf eine geringe Höhe sowie sehr aerodynamische Linien setzt. Diese Fahrzeuge veranschaulichen gut die Ambitionen der Gruppe im Bereich der Elektro-Sportwagen. Dennoch lässt sich derzeit nichts davon behaupten, dass die in diesem Patent beschriebene Architektur in einem dieser Modelle verwendet werden wird. Toyota nennt in seinem Dokument kein konkretes Fahrzeug.

Ein weiteres Merkmal: Die dargestellte Konfiguration bezieht sich auf die Vorderräder. Das mag für ein Sportfahrzeug überraschend erscheinen, doch es gibt nichts, was die Vorstellung eines zweiten Motors an der Hinterachse ausschließen würde. Die Architektur könnte somit perfekt in ein zukünftiges Elektrofahrzeug mit Allradantrieb passen. Tatsächlich wurde das Konzept FT-Se von seinem Chefingenieur als Fahrzeug mit einem Motor pro Achse vorgestellt. Das bedeutet jedoch nicht, dass Toyota plant, das in diesem neuen Patent beschriebene System einzubauen.

Eine vielversprechende Lösung – doch einige Unbekannte

Falls die Idee verlockend erscheint, bleiben mehrere Fragen unbeantwortet. Die erste betrifft die Kühlung. Das Patent beschreibt genau die Position des Klimakondensators, geht aber nicht auf die Lage der anderen Wärmetauscher ein, die für den Betrieb eines Elektro-Sportwagens notwendig sind. Ein Fahrzeug, das für dynamisches Fahren konzipiert ist, muss jedoch in der Lage sein, seine Batterie, Motoren sowie die Leistungselektronik effektiv zu kühlen – insbesondere bei intensiver Nutzung auf der Rennstrecke. Die Integration dieser zusätzlichen Komponenten könnte die Realisierung einer so tiefen Front wie gewünscht erschweren.

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Eine weitere Frage: der Preis. Zwei unabhängige Elektromotoren sowie zwei Reduktionsysteme können im Vergleich zu einer Architektur mit nur einem Motor zu mehr Komplexität und zusätzlichen Kosten führen.

Schließlich gibt Toyota weder die angestrebte Motorhaubenhöhe noch die Leistungsdaten der Motoren sowie die elektrischen Eigenschaften der Batterie bekannt. Auch die Sicherheit muss geprüft werden, insbesondere was den Schutz von Fußgängern sowie die notwendigen Deformationsräume bei Frontalkollisionen angeht.