Elektrischer Allradantrieb leichter Nutzfahrzeuge – Ökologischer und allradbetriebener 3.5t Elektro-Gütertransport-Lieferwagen

• Forschungsstelle: BFE
• Projektnummer: SI/502405

Kurzbeschreibung (Deutsch)

Der Bestand von Allradbetriebenen leichten Nutzfahrzeugen bis 3.5t mit einem Verbrennungsmotor belief sich 2020 auf knapp 72'000 Fahrzeuge. Dabei verdoppelte sich der Bestand von Allradbetriebenen LNF über die letzten 10 Jahre. Während die grossen Fahrzeughersteller sich bei der Entwicklung von elektrischen Antrieben auf die typischen Paketzustellfahrzeuge konzentrieren, die einen durchschnittlichen Aktionsradius von 80 km vorweisen und über einen Frontantrieb verfügen, fehlen am Markt Angebote wie die des Allradantriebs. Ziel dieses Projektes ist es, einen elektrischen Lieferwagen mit Allradantrieb für den Güterverkehr zu entwickeln und zu erproben, der möglichst vielfältig eingesetzt werden kann. Durch den Allradantrieb und der damit verbesserten Traktion lassen sich die Fahrzeuge einfacher bei schwierigen winterlichen Witterungsbedingungen oder in Schweizer Bergregionen fahren. Das Fahrzeug soll serienmässig in grösseren Stückzahlen preiswert hergestellt werden können.

Kurzbeschreibung (Englisch)

The stock of all-wheel-drive light commercial vehicles up to 3.5 t with an internal combustion engine amounted to just under 72,000 vehicles in 2020. The number of all-wheel-drive LNFs has doubled over the last 10 years. While the major vehicle manufacturers focus on the development of electric drives for typical parcel delivery vehicles, which have an average operating range of 80 km and are front-wheel drive, there is a lack of offerings on the market such as all-wheel drive. The goal of this project is to develop and test an electric delivery vehicle with all-wheel drive for freight transport that can be used in as many different ways as possible. The all-wheel drive and the resulting improved traction will make the vehicles easier to drive in difficult winter weather conditions or in Swiss mountainous regions. It should be possible to produce the vehicle in series in larger numbers at low cost.

Kurzbeschreibung (Französisch)

Le parc de véhicules utilitaires légers à traction intégrale jusqu'à 3,5 t équipés d'un moteur à combustion s'élevait à près de 72 000 véhicules en 2020. Le parc de véhicules utilitaires légers à traction intégrale a doublé au cours des dix dernières années. Alors que les grands constructeurs automobiles se concentrent sur le développement de moteurs électriques pour les véhicules de livraison de colis typiques, qui présentent un rayon d'action moyen de 80 km et disposent d'une traction avant, des offres telles que la traction intégrale font défaut sur le marché. L'objectif de ce projet est de développer et d'expérimenter une camionnette de livraison électrique à traction intégrale pour le transport de marchandises, qui puisse être utilisée de la manière la plus polyvalente possible. Grâce à la traction intégrale et à l'amélioration de la motricité qui en résulte, les véhicules peuvent être conduits plus facilement dans des conditions météorologiques hivernales difficiles ou dans les régions montagneuses suisses. Le véhicule doit pouvoir être produit en série en grandes quantités à un prix avantageux.

Schlussbericht (Deutsch)

Das Projekt „Elektrischer Allradantrieb leichter Nutzfahrzeuge“ adressiert eine zentrale Herausforderung im Nutzfahrzeugmarkt: Während Städte, Gemeinden und Unternehmen ihre CO2-Emissionen reduzieren müssen, fehlen bislang elektrische leichte Nutzfahrzeuge, die gleichzeitig hohe Traktion, grosse Anhängelasten und zuverlässige Performance unter alpinen und winterlichen Bedingungen bieten. Konventionelle Elektro-Transporter stossen insbesondere bei Steigungen, tiefen Temperaturen, rutschigen Fahrbahnen sowie im Anhängerbetrieb an ihre Grenzen. Gleichzeitig gehören Allradfahrzeuge im Alpenraum und in Skandinavien zu den meistnachgefragten Konfigurationen – im Segment der leichten elektrischen Nutzfahrzeuge existierte bislang jedoch keine seriennahe Lösung. Vor diesem Hintergrund demonstriert das Projekt die erfolgreiche Entwicklung und Integration eines vollelektrischen Dual-Motor-Allradantriebs auf Basis der Flux-Plattform („Flux 2.0“). Das entwickelte Fahrzeug verfügt über zwei unabhängig ansteuerbare Permanentsynchronmotoren sowie eine 112-kWh-NMC-Batterie. Die Dual-Motor-Architektur ermöglicht den Verzicht auf mechanische Komponenten
klassischer Allradsysteme und reduziert dadurch Verluste im Antriebsstrang. Gleichzeitig wird eine hohe Gesamtperformance erreicht, ohne den Energieverbrauch signifikant zu erhöhen. Zu den zentralen Innovationen zählen:

• eine modulare, seriennahe Dual-Motor-Architektur mit direkter Achskopplung und hoher Regelpräzision,
• die Rekuperation über beide Achsen, welche Effizienz und Fahrstabilität insbesondere bei Bergabfahrten und auf rutschigem Untergrund verbessert,
• ein neu entwickelter, vormontierbarer Geräteträger, der sowohl AWD- als auch RWD-Varianten ermöglicht und deutliche Vorteile für Industrialisierung und Variantenvielfalt bietet,
• sowie ein robustes Sicherheits- und Thermomanagement, das auch den Dauerbetrieb unter hoher Last und im Anhängerbetrieb erlaubt.

Das Fahrzeug wurde umfassend geprüft – sowohl auf Prüfständen und Testgeländen (u. a. DTC Vauffelin) als auch im realen Strasseneinsatz unter Sommer- und Winterbedingungen. Die Tests umfassten Temperaturen von −12 °C bis +35 °C, Fahrten auf Schnee, Eis, nasser und trockener Fahrbahn sowie Anhängerbetrieb bis zu 8,0 t Gesamtzuggewicht. Zudem wurden standardisierte Vergleichsfahrten mit einer heckgetriebenen Flux-Variante (RWD) durchgeführt. Quantitative Ergebnisse zum Energieverbrauch zeigen, dass sich der elektrische Allradantrieb und der Heckantrieb auf einem sehr ähnlichen Effizienzniveau bewegen. Über mehrere standardisierten Testfahrten auf einer repräsentativen 120-km-Referenzstrecke lag der gemessene Verbrauch – abhängig von Jahreszeit, Witterung und Fahrprofil – typischerweise im Bereich von rund 30 bis 35 kWh/100 km. Unter winterlichen Bedingungen (−4 °C, nasse bzw. teilweise schneebedeckte Fahrbahn) wurden Verbrauchswerte von 34.2 kWh/100 km (AWD) und 34.36 kWh/100 km (RWD) gemessen. Bei sommerlichen Bedingungen (ca. 16 °C, trockene Fahrbahn) lagen die Werte bei 31.2 kWh/100 km (AWD) und 30.0 kWh/100 km (RWD). Weitere Messfahrten zeigten sowohl leicht niedrigere als auch leicht höhere Verbrauchswerte des AWD gegenüber dem RWD, ohne einen systematischen Unterschied erkennen zu lassen. Insgesamt bestätigen die Ergebnisse, dass der elektrische Allradantrieb keinen relevanten Mehrverbrauch verursacht; die beobachteten Abweichungen liegen im Bereich weniger Prozentpunkte und sind primär auf Fahrstil, Witterungseinflüsse und Komfortverbraucher zurückzuführen. Neben der Energieeffizienz zeigten die Tests deutliche Vorteile des Allradantriebs in der Fahrdynamik: Das Anfahrverhalten sowie die Traktion auf Schnee, Eis und nasser Fahrbahn waren signifikant verbessert, während der Wirkungsgrad des Frontmotors unter realen Fahrbedingungen bis zu 98 % bei 80 km/h erreichte. Sämtliche EMV-, Hochvolt- und Sicherheitsprüfungen wurden ohne kritische Befunde bestanden. Die Ergebnisse belegen, dass der elektrische Dual-Motor-Allradantrieb technisch ausgereift, sicher und wirtschaftlich darstellbar ist. Besonders gut funktioniert haben die deutlichen Traktions- und Stabilitätsgewinne unter anspruchsvollen Bedingungen bei gleichzeitig praktisch unverändertem Energieverbrauch sowie die hohe Modularität und Industrialisierungsreife der Plattform. Herausfordernd bleiben zusätzliche Systemkosten durch die zweite Antriebseinheit, die statische Drehmomentverteilung (60/40) sowie weiteres Optimierungspotenzial im thermischen Management unter extremer Dauerlast. Insgesamt schliesst das Projekt eine wesentliche Marktlücke und zeigt, dass elektrische Allrad-Nutzfahrzeuge bereits heute einen substanziellen Beitrag zur Dekarbonisierung und zur Erweiterung der Einsatzflexibilität in anspruchsvollen Einsatzumgebungen leisten können.

Zugehörige Dokumente

• Schlussbericht_deutsch [PDF] 2'516 kB

Schlussbericht (Englisch)

The project “Electric All-Wheel Drive for Light Commercial Vehicles” addresses a key challenge in the utility vehicle market: while cities, municipalities and companies must reduce CO2 emissions, there is still a lack of electric light commercial vehicles that combine high traction, substantial towing capacity and reliable performance under alpine and winter conditions. Conventional electric vans quickly reach their limits on steep gradients, at low temperatures, on slippery roads or during trailer operation. At the same time, all-wheel-drive vehicles are among the most demanded configurations in alpine regions and Scandinavia, yet no production-ready electric solution had previously been available in this segment. Against this background, the project demonstrates the successful development and integration of a fully electric dual-motor all-wheel-drive system based on the Flux platform (“Flux 2.0”). The vehicle is equipped with two independently controlled permanent-magnet synchronous motors (90 kW at the front axle and 100 kW at the rear axle) and a 112 kWh NMC battery. The dual-motor architecture eliminates the mechanical components of conventional AWD systems (such as driveshafts and transfer cases), thereby reducing drivetrain losses while delivering high overall performance without a significant increase in energy consumption. Key innovations include:

• a modular, production-ready dual-motor architecture with precise torque control,
• energy recuperation on both axles, improving efficiency and vehicle stability, especially on downhill sections and slippery surfaces,
• a newly developed pre-assembled equipment carrier enabling both AWD and RWD variants and offering clear industrialisation benefits,
• and a robust safety and thermal management architecture suitable for continuous high-load operation and trailer towing.

The vehicle underwent extensive testing on test benches and proving grounds (including DTC Vauffelin) as well as in real-world road operation during both summer and winter. Test conditions covered temperatures from −12 °C to +35 °C, driving on snow, ice, wet and dry roads, and trailer operation up to a gross train weight of 8.0 t. In addition, standardised comparison tests were conducted against a rear-wheeldrive (RWD) Flux vehicle. Quantitative energy consumption results show that the electric all-wheel-drive and rear-wheel-drive configurations operate at a very similar efficiency level. Across several standardised 120 km reference runs, measured consumption typically ranged—depending on season, weather conditions and driving style— between approximately 30 and 35 kWh/100 km. Under winter conditions (−4 °C, wet or partially snowcovered roads), consumption values of 34.2 kWh/100 km (AWD) and 34.36 kWh/100 km (RWD) were recorded. Under summer conditions (around 16 °C, dry roads), values of 31.2 kWh/100 km (AWD) and 30.0 kWh/100 km (RWD) were measured. Further test runs showed both slightly lower and slightly higher consumption values for the AWD variant compared to the RWD, without any systematic trend. Overall, the results confirm that the electric AWD system does not cause a relevant increase in energy consumption; the observed differences—within a few percent—are primarily attributable to driving behaviour, environmental conditions and comfort-related loads. Beyond energy efficiency, the tests revealed clear advantages of the AWD system in terms of driving dynamics: starting behaviour and traction on snow, ice and wet roads were significantly improved, while the front motor achieved efficiencies of up to 98% at 80 km/h under real-world conditions. All EMC, highvoltage and safety tests were successfully completed without critical findings. The results demonstrate that the electric dual-motor AWD system is technically mature, safe and economically feasible. Major strengths include the substantial gains in traction and stability under demanding conditions combined with virtually unchanged energy consumption, as well as the high modularity and industrial readiness of the platform. Remaining challenges relate mainly to the additional cost of the second drive unit, the static torque split (60/40) and further optimisation potential in thermal management under extreme continuous load. Overall, the project closes a significant market gap and shows that electric all-wheel-drive light commercial vehicles can already make a meaningful contribution to decarbonisation and to expanding operational flexibility in demanding environments.

Schlussbericht (Französisch)

Le projet « Transmission intégrale électrique pour véhicules utilitaires légers » répond à un défi majeur du marché des véhicules utilitaires : alors que les villes, les collectivités et les entreprises doivent réduire leurs émissions de CO2, il manque encore des véhicules utilitaires légers électriques capables d’offrir une traction élevée, de fortes capacités de remorquage et des performances fiables dans des conditions alpines et hivernales. Les utilitaires électriques conventionnels atteignent rapidement leurs limites sur les fortes pentes, à basse température, sur chaussées glissantes ou en mode remorquage. Parallèlement, les véhicules à transmission intégrale figurent parmi les configurations les plus demandées dans les régions alpines et en Scandinavie, alors qu’aucune solution électrique proche de la production n’existait jusqu’à présent dans ce segment. Dans ce contexte, le projet démontre le développement et l’intégration réussis d’un système de transmission intégrale entièrement électrique à deux moteurs, basé sur la plateforme Flux (« Flux 2.0 »). Le véhicule est équipé de deux moteurs synchrones à aimants permanents commandés indépendamment (90 kW à l’avant, 100 kW à l’arrière) ainsi que d’une batterie NMC de 112 kWh. L’architecture bimoteur permet de renoncer aux composants mécaniques des transmissions intégrales classiques (arbre de transmission, boîte de transfert), réduisant ainsi les pertes dans la chaîne cinématique, tout en offrant de hautes performances sans augmentation significative de la consommation d’énergie. Les principales innovations comprennent :

• une architecture bimoteur modulaire et proche de la production, avec un contrôle précis du couple,
• la récupération d’énergie sur les deux essieux, améliorant l’efficacité et la stabilité, notamment en descente et sur chaussée glissante,
• un porte-équipements préassemblé nouvellement développé, compatible avec les variantes AWD et RWD et avantageux pour l’industrialisation,
• ainsi qu’une architecture de sécurité et de gestion thermique robuste, adaptée au fonctionnement continu sous forte charge et au remorquage.

Le véhicule a été soumis à des essais approfondis sur bancs d’essai et sur pistes (notamment au DTC de Vauffelin), ainsi qu’en conditions réelles sur route, en été comme en hiver. Les essais ont couvert des températures de −12 °C à +35 °C, des conditions de neige, glace, routes humides et sèches, ainsi que le remorquage jusqu’à 8,0 t de poids total roulant. Des essais comparatifs standardisés ont également été réalisés avec une version Flux à propulsion arrière (RWD). Les résultats quantitatifs de consommation énergétique montrent que la transmission intégrale électrique et la propulsion arrière présentent des niveaux d’efficacité très similaires. Sur plusieurs trajets d’essai standardisés de 120 km, la consommation mesurée se situait généralement, selon la saison, les conditions météorologiques et le style de conduite, entre environ 30 et 35 kWh/100 km. En conditions hivernales (−4 °C, chaussée humide ou partiellement enneigée), des valeurs de 34,2 kWh/100 km (AWD) et 34,36 kWh/100 km (RWD) ont été relevées. En conditions estivales (environ 16°C, chaussée sèche), les consommations étaient de 31,2 kWh/100 km (AWD) et 30,0 kWh/100 km (RWD). D’autres essais ont montré tantôt des valeurs légèrement inférieures, tantôt légèrement supérieures pour la version AWD, sans tendance systématique identifiable. Les résultats confirment ainsi que la transmission intégrale électrique n’entraîne pas de surconsommation significative ; les écarts observés, de l’ordre de quelques pourcents, sont principalement dus au style de conduite, aux conditions extérieures et aux consommateurs de confort. Outre l’efficacité énergétique, les essais ont mis en évidence des avantages marqués de la transmission intégrale en matière de dynamique de conduite : le comportement au démarrage et la traction sur neige, glace et chaussée humide ont été nettement améliorés, tandis que le rendement du moteur avant a atteint jusqu’à 98 % à 80 km/h en conditions réelles. L’ensemble des essais EMV, haute tension et sécurité ont été validés sans constat critique. Les résultats démontrent que la transmission intégrale électrique à deux moteurs est techniquement aboutie, sûre et économiquement viable. Les gains significatifs en traction et en stabilité, combinés à une consommation d’énergie pratiquement inchangée, ainsi que la forte modularité et la maturité industrielle de la plateforme constituent des atouts majeurs. Les défis restants concernent principalement les coûts supplémentaires liés au second moteur, la répartition de couple statique (60/40) et le potentiel
d’optimisation du système thermique en charge continue extrême. Dans l’ensemble, le projet comble une lacune importante du marché et montre que les véhicules utilitaires légers électriques à transmission intégrale peuvent dès aujourd’hui apporter une contribution significative à la décarbonation et à l’extension des domaines d’utilisation dans des environnements exigeants.