Mobilność jutra będzie bardzo zróżnicowana. Audi zaoferuje każdemu klientowi koncepcję napędu najlepiej odpowiadającą jego potrzebom w danej chwili. W tym celu, producent opracowuje bogate portfolio nowych technologii – w zakresie silników TDI i TFSI, napędu hybrydowego i pojazdów napędzanych elektrycznie, tj. modeli Audi e-tron.
Silnik spalinowy jeszcze długo będzie mieć priorytetowe znaczenie dla motoryzacji. Jednostki napędowe TDI i TFSI to tradycyjne filary Audi. W tym obszarze marka nadal umacnia swoją wiodącą pozycję. W minionych latach, Audi poczyniło duże postępy zarówno w silnikach benzynowych, jak i diesla. Obecnie, ponad 100 wariantów tych jednostek napędowych emituje jedynie 140 g CO2 na km, a 33 modele emitują nawet mniej niż 120g CO2. Prace nad zwiększaniem efektywności samochodów marki Audi będą kontynuowane w przyszłości – bez uszczerbku dla przyjemności doznawanej przez kierowcę podczas jazdy.
Przykładem siły innowacji Audi jest wspomagana elektrycznie turbosprężarka stosowana w silnikach TDI, tzw. elektryczne BiTurbo. W przypadku silników TFSI, w przyszłości zasadnicze znaczenie będzie miał „rightsizing“. Pod tym pojęciem kryje się zespół innowacyjnych technik mających na celu optymalizację silników o zapłonie iskrowym. Zakłada się, że w nadchodzących latach jednostki te będą zużywać o 15 procent mniej paliwa. Dalszy wzrost ekonomiki jazdy umożliwi „przewidujący” asystent efektywności. Dzięki inteligentnemu wykorzystaniu danych nawigacji, asystent umożliwia dłuższą jazdę bez dodatkowych nakładów energii, tzn. pozwala na przewidywanie, czy można wyłączyć silnik i w ten sposób zaoszczędzić paliwo.
Trzecią drogą dla mobilności jutra jest zastosowanie napędu elektrycznego. Nowe modele hybrydowe, Audi A6 hybrid, Audi A8 hybrid i Audi Q5 hybrid quattro, można już dziś spotkać na drogach. Cechują się zarówno wysoką wydajnością, jak i zasięgiem wynoszącym nawet trzy kilometry przy korzystaniu jedynie z napędu elektrycznego.
Kolejny krok milowy stanowią samochody, które mogą pokonywać dłuższe dystanse napędzane wyłącznie energią elektryczną i mogą być ładowane prądem z ogólnodostępnej sieci elektrycznej, tj. modele e-tron. Tutaj prace rozwojowe prowadzone są równocześnie w wielu kierunkach. Ich wachlarz sięga od kompaktowego samochodu miejskiego z możliwością zwiększenia zasięgu jazdy przy pomocy dodatkowego silnika zasilającego akumulator Range Extender, poprzez produkowany w ramach równoległego projektu pojazd typu hybryda Plug-in (Dual-Mode Hybrid) działający w oparciu o pracę dwóch silników, spalinowego i elektrycznego, aż po napędzane wyłącznie elektrycznie superszybkie auto sportowe Audi R8 e-tron, które na drogach pojawi się pod koniec bieżącego roku.
Zastosowanie napędu elektrycznego to kluczowa technika Audi. Marka ciągle powiększa i definiuje na nowo przewagę dzięki technice. Inżynierowie pełną parą prowadzą prace rozwojowe nad wszystkimi elementami łańcucha technologicznego. Na przykład nad nowatorskimi metodami ładowania akumulatora, inteligentnymi strategiami pracy silników i nad elektrycznym napędem na cztery koła – e-tron quattro.
Celem prac jest stworzenie koncepcji pojazdów niedopuszczających żadnych kompromisów, oferujących maksymalne właściwości użytkowe i posiadających wszystkie najmocniejsze strony marki Audi. Charakter napędzanych elektrycznie pojazdów określać będą fascynacja i emocje przyszłych kierowców. Już od 2014 r. na rynku pojawią się pierwsze modele hybrydowe Plug-in produkcji Audi. W nieco dalszej przyszłości technologia e-tron ma stać się jednym z rynkowych filarów producenta. W roku 2020, Audi chce stać się czołowym producentem pojazdów segmentu premium z napędem elektrycznym.
Już teraz Audi pokazało, jak ogromny potencjał posiada napęd elektryczny. Audi R8 e-tron ustanowiło rekord świata na Północnej Pętli toru Nürburgring, a Audi R18 e-tron quattro zwyciężyło w klasyfikacji łącznej 24-godzinnego wyścigu w Le Mans. Wszystkie rodzaje napędu przyszłości stosowane przez Audi będą odpowiadać wymogom zrównoważonego rozwoju, będą cechować się wysoką efektywnością i dynamiką oraz będą dostarczać dużych emocji.
Strategia Audi wobec silników TFSI i TDI - rightsizing
W silnikach benzynowych TFSI, Audi poczyniło w ostatnich latach duże postępy. Nadal jednak istnieje szereg obszarów, w których można znacznie podnieść efektywność. Inżynierowie Audi pracują nad całą gamą technik, które będą w tych jednostkach stosowane. Wspólną nazwę dla projektów i wprowadzanych technologii stanowi pojęcie „rightsizing“.
Od wielu lat, Audi jest pionierem w budowie silników benzynowych z zapłonem iskrowym. Już u schyłku lat siedemdziesiątych zadebiutował pierwszy silnik benzynowy z turbodoładowaniem, sportowa jednostka pięciocylindrowa. Następną cezurę stanowił rok 1995, w którym pojawił się czterocylindrowy silnik turbo o pojemności 1,8 l. W roku 2004, Audi jako pierwsze wprowadziło nowość na skalę światową – technikę TFSI, stanowiącą połączenie doładowania i bezpośredniego wtrysku benzyny. Zapewniło to Audi czołową pozycję wśród producentów samochodów.
Efektem strategii downsizingu, zgodnie z którą większą moc silnika uzyskuje się nie poprzez zwiększanie pojemności skokowej, lecz poprzez optymalizację układu doładowania, było znaczne podwyższenie momentu obrotowego. Pozwoliło to konstruktorom na wprowadzenie downspeedingu, czyli zastosowania przekładni z długimi przełożeniami, ekonomicznymi pod względem zużycia paliwa. Do dziś Audi konsekwentnie kroczy tą drogą, a ważniejsi konkurenci dopiero na nią wkraczają.
Seria pojazdów czterocylindrowych z oznaczeniem EA888, która zadebiutowała w 2006 roku, to kolejny krok milowy w rozwoju techniki TFSI. W ich obecnej, trzeciej już generacji, którą stanowią silniki TFSI o pojemności 1,8 i 2,0 l, zastosowano szereg najbardziej zaawansowanych rozwiązań technologicznych: system zmiennych faz rozrządu Audi valvelift system (AVS), kolektor wylotowy zintegrowany z głowicą silnika, turbosprężarkę z elektrycznym nastawnikiem zaworu upustowego wastegate, innowacyjny system zarządzania temperaturą z elektrycznym regulatorem przepływu cieczy chłodzącej i podwójny system wtrysku, stanowiący połączenie wtrysku bezpośredniego z dodatkowym wtryskiem do kolektora dolotowego.
Łącznie rozwiązania te dają imponujące rezultaty. Audi A4 z silnikiem 1.8 TFSI o mocy 125 kW (170 KM), z manualną skrzynią biegów, zużywa średnio tylko 5,7 l paliwa na 100 km, co odpowiada emisji 134 g CO2 na km. Audi A4, rocznik 2000, z silnikiem 1,8 T o mocy 110 kW (150 KM) emitował jeszcze 197 g CO2 na km. Do tak dużego obniżenia wartości GWP (potencjału tworzenia efektu cieplarnianego), przyczyniły się ulepszenia w wielu obszarach, głównie w konstrukcji silników.
Również najnowsze rozwiązanie – system cylinder on demand (COD) – powoduje wzrost efektywności samochodów marki Audi. W przypadku nowych silników 4.0 TFSI i 1.4 TFSI, przy obciążeniach częściowych odłączane są cztery lub dwa cylindry. Również ta technika jest istotnym elementem rightsizingu. Jej celem jest znalezienie za każdym razem właściwej proporcji między pojemnością silnika, a stopniem doładowania.
Głównym polem prac rozwojowych w dziedzinie rightsizingu jest dalsze ulepszanie doładowania. Konstruktorzy Audi chcą kontynuować prace nad optymalizacją momentu obrotowego i poprawą jego dynamiki, przede wszystkim przy niskich obrotach. Stworzono tu już kilka bardzo obiecujących metod. Przykładowo, koncepcje dwustopniowego doładowania umożliwiają znaczną poprawę osiągów. Dodatkowo turbosprężarki wykonywane są ze stopów stali o dużej odporności na wysokie temperatury, a koła turbiny ze stopów tytanu z aluminium.
Dalsze ulepszanie techniki doładowania, przede wszystkim zwiększanie ciśnienia ładowania, stanowi klucz do zaproponowania nowoczesnych metod spalania, a te są kolejnym ważnym zagadnieniem. Szczególnie interesującym rozwiązaniem wydaje się być zastosowanie niskociśnieniowego układu recyrkulacji spalin i tzw. obiegu Atkinsona-Millera, umożliwiającego dłuższe otwarcie zaworów ssących przy równoczesnym zachowaniu sprężania mieszanki na krótszym odcinku. Obie techniki podwyższają sprawność silnika przy średnich i wysokich obciążeniach. Zwiększenie efektywności na drugim biegunie badań, dla obciążeń częściowych, umożliwiają inne rozwiązania: stosowanie mieszanki jednorodnej (HCCI), spalanie mieszanki ubogiej oraz zmienne mechanizmy rozrządu zaworowego.
Ponadto zasadniczą rolę odgrywają tu paliwa przyszłości, np. e-gaz Audi czy e-etanol. Mają one wysoki potencjał jeśli chodzi o możliwości neutralnej emisji CO2. Tradycyjne obszary, takie jak niskie tarcie wewnętrzne, surowce z których wytwarza się silniki i system zarządzania temperaturą, są dopełnieniem tematyki stanowiącej pole zainteresowania konstruktorów pracujących nad optymalizacją silników z zapłonem iskrowym.
Masowe stosowanie przez Audi nowych technik, jeszcze bardziej zwiększy ekonomikę silników TFSI. Przewiduje się, że do 2020 roku o całe 15 procent. Producent chce, by z końcem pierwszej dekady XXI wieku, limuzyna średniej klasy z silnikiem TFSI emitowała mniej niż 100 CO2 g na km.
Elektryczna turbosprężarka BiTurbo
Dzięki zastosowaniu elektrycznej turbosprężarki BiTurbo, Audi poczyniło kolejny milowy krok. Sercem tej techniki jutra jest dodatkowa sprężarka, która wspiera główną turbosprężarkę w dolnym zakresie liczby obrotów.
Przed ćwierćwieczem Audi dało mocny impuls pracom nad silnikiem diesla prowadzonym na całym świecie. W 1989 roku na rynku pojawił się pierwszy silnik z samoczynnym zapłonem, bezpośrednim wtryskiem, turbodoładowaniem i elektroniczną regulacją. Zastosowano go w Audi 100. Od tego czasu silnik TDI święci olbrzymie triumfy.
Turbodoładowanie przynosi ogromne korzyści, zwłaszcza w połączeniu z silnikiem wysokoprężnym. W znacznym stopniu zwiększa osiągi i obniża zużycie paliwa oraz emisję spalin. W porównaniu z silnikiem wolnossącym, jest to przykład downsizingu najwyższego stopnia. W stosunku do pojemności skokowej, silniki TDI od roku 1989 zwiększyły moc o ponad 100 procent, a moment obrotowy o 70 procent. W tym samym okresie, emisję gazów powodujących efekt cieplarniany zredukowano o 95 procent.
Najnowszym przykładem rozwoju silnika Audi jest jednostka 3.0 TDI w wersji BiTurbo, generująca moc 230 kW (313 KM) i maksymalny moment obrotowy 650 Nm dostępny w zakresie od 1450 do 2800 obr./min. Moc tego silnika wynosi 77,5 kW (105,5 KM) na decymetr sześcienny pojemności skokowej. W Audi A6 zużywa średnio tylko 6,4 l paliwa, co odpowiada emisji CO2 rzędu 169 g na km.
Cechą wspólną wszystkich silników z turbodoładowaniem jest to, że turbosprężarki napędzane są energią pozyskiwaną ze spalin. Powoduje to wzrost ciśnienia ładowania, a tym samym wraz z rosnącą energią spalin, gwałtowne zwiększenie momentu obrotowego począwszy już od najniższych obrotów.
Kolejnym projektem rozwojowym jest elektryczna turbosprężarka BiTurbo. Umożliwia ona – niezależnie od dostępnej energii spalin – szybkie uzyskanie właściwego ciśnienia ładowania i wysokiego momentu obrotowego już przy najniższych obrotach.
W dziale badawczo-rozwojowym Audi w Neckarsulm, prowadzącym prace nad rozwojem technologii silników diesla, skonstruowano jednostkę napędową 3.0 V6 TDI w wersji z elektryczną turbosprężarką BiTurbo. To połączenie konwencjonalnej turbosprężarki z dodatkową sprężarką napędzaną elektrycznie. Jej wygląd zewnętrzny praktycznie niczym nie różni się od wyglądu tradycyjnej turbosprężarki. Zamiast koła turbiny napędzanego przez przepływające spaliny, posiada ona niewielkich rozmiarów napęd elektryczny (dodatkową sprężarkę zamontowaną szeregowo w stosunku do turbosprężarki) który pozwala na uzyskanie w krótkim czasie wysokiej liczby obrotów koła sprężarki właściwej. Elektrycznie napędzana sprężarka zamontowana jest za turbosprężarką i chłodnicą międzystopniową. W przypadku większości obciążeń silnika sprężarka ta nie jest wykorzystywana. Jeśli jednak przy niskiej energii dostępnej po stronie turbiny, zintegrowany z połączeniem zawór zamknie się, to powietrze kierowane jest do elektrycznej sprężarki i jest tam ponownie sprężane.
Efekt działania tej nowej koncepcji jest naprawdę znakomity. Podczas startu odpowiedni moment obrotowy jest tu uzyskiwany znacznie wcześniej, co kierowca odczuwa jako wyraźne zwiększenie mocy. Elektryczna sprężarka w dużym stopniu pozyskuje energię potrzebną do jej napędu z rekuperacji podczas faz hamowania silnikiem. Zmienny i krótki odcinek, na którym odbywa się sprężanie mieszanki umożliwia dwustopniowe doładowanie przy pomocy tylko jednej napędzanej spalinami turbiny. Dzięki zredukowanemu w taki sposób ciepłu możliwe jest wcześniejsze włączenie katalizatora.
Przewidujący asystent wydajności Audi
W celu dalszego zwiększania ekonomiki swoich pojazdów, Audi stawia na nowe, inteligentne rozwiązania. Jednym z nich jest przewidujący asystent wydajności (PEA). System wykorzystuje dane nawigacji i czujników monitorujących otoczenie, by poprzez przewidywanie stylu jazdy ograniczyć zużycie paliwa.
Znaki ograniczenia prędkości czy tablice z nazwami miejscowości znajdujące się za zakrętem lub wzniesieniem zmuszają często kierowcę do energicznego hamowania. Hamowanie w konwencjonalnych pojazdach oznacza jednakże zamianę redukowanej energii kinetycznej w ciepło. O wiele efektywniej byłoby, gdyby kierowca zdjął wcześniej nogę z pedału gazu i hamując silnikiem zwolnił do wymaganej prędkości. Konieczna do tego jest możliwie dokładna znajomość następujących po sobie zakrętów i znaków drogowych oraz ukształtowania terenu. Ta kompetencja jest głównym elementem przewidującego asystenta wydajności (PEA). Jest to projekt Audi znajdujący się w fazie badań wstępnych. Pracujący nad nim konstruktorzy chcą wykorzystywać dane o drodze dostarczane przez system nawigacji, tzw. dane prospektywne, do zarządzania napędem. W nowej, obszerniejszej wersji systemu nawigacji MMI Navigation plus, poza informacjami o stałych miejscach, w których obowiązuje ograniczenie prędkości, zapisane są też dane o ukształtowaniu terenu.
System zarządzania układem napędowym sam decyduje, czy korzystniejsze jest pokonanie danego odcinka trasy z załączonym czy odłączonym zespołem napędowym. Przewidujący asystent wydajności (PEA) uwzględnia również masę pojazdu oraz zamontowane dodatkowe elementy, takie jak box dachowy, uchwyty rowerowe czy przyczepa. Asystenta wspiera tempomat z automatyczną regulacją odległości między poruszającymi się pojazdami adaptive cruise control (ACC), który za pomocą radaru monitoruje pojazdy jadące przed naszym Audi.
Przewidujący asystent wydajności dostarcza kierowcy z odpowiednio obliczonym wyprzedzeniem czasowym wskazówkę, że może on rozpocząć przyśpieszanie lub powinien zwolnić. Dzięki temu, nasze Audi może komfortowo i bez wpływu na pojazdy poruszające się za nim dojechać do następnego punktu krytycznego, np. odcinka, na którym obowiązuje ograniczenie prędkości. Wskazówka może być przekazywana kierowcy w formie komunikatu na wyświetlaczu systemów informacji kierowcy lub w formie sygnału haptycznego, np. pulsującego pedału gazu.
Alternatywnie, kierowca może korzystać z przewidującego asystenta wydajności w połączeniu z tempomatem z automatyczną regulacją odległości między poruszającymi się pojazdami adaptive cruise control. Dzięki temu, przyśpieszanie jest inicjowane automatycznie. Podobnie, do wartości wymaganej obowiązującymi znakami drogowymi lub do wartości koniecznej do bezpiecznego pokonywania zakrętów, obniżana jest prędkość. Komfort i efektywność stanowią tu optymalną, nierozłączną całość.
Wskazówka pozwala kierowcy na efektywniejszy i znacznie bardziej ekonomiczny styl jazdy. Zależnie od modelu i wyposażenia przyśpieszanie może odbywać się z załączonym lub z odłączonym układem napędowym (wolny bieg). W obu przypadkach silnik spalinowy jest włączony. Kolejna wersja, bardziej zaawansowana technicznie pozwala na wyłączenie silnika spalinowego przy równocześnie załączonym układzie napędowym (wolny bieg – wyłączony silnik).
Konwencjonalne pojazdy, jeśli pedał gazu nie zostanie użyty, reagują odcięciem dopływu paliwa. Natomiast w przypadku modeli hybrydowych serii A6, A8 i Q5 przyśpieszanie odbywa się często bez poślizgu kół napędowych. Nawet jeśli kierowca przy wyższej prędkości zdejmuje nogę z pedału gazu, układ napędowy zostanie odłączony, a silnik wyłączony. Hamuje tylko silnik elektryczny – lekko, by ponownie naładować akumulator litowo-jonowy i zapewnić zwykłą siłę hamowania.
Podobnie działa funkcja wolnego biegu przekładni automatycznej S tronic, w którą wyposażone są niektóre warianty modelu Q3 i A3. Zależnie od silnika i konfiguracji przekładni, funkcja wolnego biegu pozwala na zaoszczędzenie większej ilości paliwa niż tradycyjne odcięcie dopływu paliwa. Przede wszystkim wtedy, gdy można spodziewać się, że jazda na wolnym biegu będzie kontynuowana na dłuższym odcinku.
Aby uzyskać jeszcze większy wzrost efektywności w konwencjonalnych pojazdach, przewidujący asystent wydajności może zostać zintegrowany z systemem iHEV. Jeśli w tym przypadku zainicjowana zostanie funkcja wolnego biegu, to silnik spalinowy zostanie wyłączony (wolny bieg – wyłączony silnik). Ponowne włączenie jednostki napędowej następuje przy pomocy silnika elektrycznego o napięciu nominalnym 48 V, za pomocą przekładni pasowej. Podczas faz jazdy z wyłączonym silnikiem za dostarczenie energii odpowiedzialny jest akumulator litowo-jonowy o napięciu nominalnym 48 V, odporny na pracę pełnymi cyklami.
Pojazdy iHEV z przewidującym asystentem wydajności udowodniły swoją efektywność, a przetestowano je podczas jazd porównawczych z użyciem odpowiedniego pojazdu prototypowego. Audi A7 Sportback 3.0 TFSI iHEV prowadzone w zwykłym, codziennym stylu jazdy, wielokrotnie pokonało 61-kilometrowy, obfitujący w zakręty odcinek drogi poza obszarem zabudowanym, przebiegający na północ od Ingolstadt. Podczas testów bez przewidującego asystenta wydajności, kierowca pokonał z wyłączonym silnikiem jedynie 28 proc. tego odcinka. Po włączeniu funkcji, odsetek ten wzrósł do 43 procent. Równocześnie zużycie obniżyło się o ok. 10 procent, przy czym czas jazdy wydłużył się jedynie o niespełna dwie minuty (trzy procent).
W przyszłości funkcje Audi connect, umożliwiające połączenie z otoczeniem, zapewnią możliwość ciągłej aktualizacji danych. Jeśli pojazd marki Audi rozpozna za pomocą kamery wideo znak drogowy z ograniczeniem prędkości, np. znajdujący się w miejscu nowo rozpoczętych robót drogowych, przy pomocy sieci telefonii komórkowej przekaże do serwera w komputerowym centrum Audi stosowną informację o ich miejscu i o ograniczeniu prędkości. Stamtąd informacja po weryfikacji dotrze do wszystkich odpowiednio wyposażonych pojazdów marki Audi, które będą jechały tą samą trasą. Będzie to konkretny przykład zastosowania przyszłej technologii Car-to-X, nad którą Audi prowadzi intensywne prace rozwojowe.
Strategia napędu elektrycznego Audi: Audi e-tron
Pojęciem e-tron producent określa wszystkie samochody, które mogą pokonać dłuższe odcinki drogi korzystając jedynie z napędu elektrycznego. Do 2020 r., Audi chce wprowadzić na rynek jeden model e-tron w każdym segmencie. Łączna ilość tych aut sprzedanych w ciągu roku powinna osiągnąć sześciocyfrową liczbę. Już dziś stworzono różne pojazdy prototypowe.
Chcąc spełnić różne oczekiwania odbiorców z całego świata, Audi prowadzi prace badawczo-rozwojowe dotyczące wszystkich aspektów elektromobilności. Rozwijane przy tym koncepcje, dzięki nowatorskim pomysłom i sportowym, nowoczesnym samochodom marki Audi, oferują maksymalne właściwości użytkowe, niedopuszczające żadnych kompromisów. Charakter pojazdów napędzanych elektrycznie będą określać fascynacja i emocje kierowców.
Szeroko zakrojona strategia Audi dotycząca stosowania napędu elektrycznego uwzględnia wszystkie pokrewne koncepcje. Jedna z nich dotyczy napędzanego elektrycznie, superszybkiego auta sportowego Audi R8 e-tron, które z końcem bieżącego roku pojawi się na drogach.
Równocześnie inżynierowie Audi skonstruowali kilka modeli prototypowych, w których zastosowano inne pomysły, jak np. Audi A3 e-tron concept. Pojazd ten, stworzony jako hybryda równoległa w technice Plug-in, w produkcji seryjnej znajdzie się w 2014 r. Nieco później pojawią się modele Q7 i A4 z napędem hybrydowym Plug-in.
Alternatywę do koncepcji hybrydy równoległej, stanowi koncepcja podziału sił napędowych między osiami, generowanych przez silnik spalinowy i napęd elektryczny. Zasada ta legła u podstaw projektu studyjnego e-tron quattro, stworzonego na bazie Audi A5. Dwa silniki elektryczne stanowią uzupełnienie silnika 2.0 TFSI. Jeden z nich jest zamontowany przy osi przedniej, a drugi przy osi tylnej.
Prototyp LMP1 R18 e-tron quattro, zwycięzcę 24-godzinnego wyścigu w Le Mans, wykonano zgodnie z tą koncepcją. Zamontowany pośrodku silnik V6-TDI o poj. 3,7 l generuje moc 275 kW (510 KM), która przenoszona jest na koła tylnej osi. Koła osi przedniej mogą być napędzane w ciągu krótkiego odcinka czasu mocą dwa razy 75 kW (102 KM), generowaną przez napęd elektryczny. Potrzebna do tego energia, rekuperowana podczas hamowania, pochodzi z akumulatora energii kinetycznej.
Natomiast kompaktowe Audi A1 e-tron, wyposażone w dodatkowy silnik zasilający akumulator Range Extender, jest doskonałe do jazdy w wielkich aglomeracjach. Jego elektryczny silnik generuje maksymalną moc 75 kW, a zasięg przy wykorzystaniu tylko napędu elektrycznego wynosi prawie 50 km. Umieszczony z tyłu pojazdu silnik Wankla o pojemności 254 cm3 i 15 kW mocy elektrycznej, dzięki doładowywaniu przy pomocy generatora akumulatora o pojemności 12 kWh, umożliwia pokonywanie odcinków o łącznej długości do 250 km. Audi podjęło zakrojone na szeroką skalę próby z pierwszymi egzemplarzami Audi A1 e-tron. Przeprowadzono je w Monachium w warunkach użytkowania flotowego. Podczas jazd, samochody pokonały łącznie ponad 50 tys. kilometrów.
Test obejmował dwie fazy. W pierwszej fazie brała udział szeroka rzesza kierowców, którzy mogli ładować samochody na ogólnodostępnych stacjach ładowania i w miejscu pracy. W fazie drugiej, skoncentrowano się na użytkownikach, którzy ładowali Audi A1 e-tron w domu, przy pomocy urządzeń do ładowania Wallbox. Obie fazy poprzedzono etapem wstępnym, podczas którego Audi każdemu uczestnikowi oddało do dyspozycji Audi A1 1.4 TFSI służące za pojazd kontrolny, by w ten sposób umożliwić bezpośrednie porównanie samochodu napędzanego elektrycznie i konwencjonalnie, za pomocą silnika benzynowego.
Pod koniec września próby flotowe zostały zakończone. Znane są już ważne rezultaty dotyczące użytkowania aut przez odbiorców, infrastruktury umożliwiającej ładowanie pojazdów i ich osiągów.
Według podsumowań, znaczna ilość użytkowników Audi A1 e-tron musiała na początku testu przede wszystkim nauczyć się, jak w pełni wykorzystywać zasięg pojazdu na napędzie elektrycznym. Nauka nie trwała długo, wielu kierowców odbywało podróże autostradą daleko poza obszar monachijskiej aglomeracji. Nie użytkowali Audi A1 e-tron w sposób odbiegający od sposobu, w jaki korzystali z Audi A1 1.4 TFSI. Po krótkim czasie, uczestnicy testu jeżdżący kompaktowym pojazdem z napędem elektrycznym byli bardzo zadowoleni z niego i z wrażeń, jakie dostarczała jazda tym autem. Postrzegali siebie jako trendsetterów nowego rodzaju mobilności.
W trakcie trwania testu, odsetek odcinków pokonywanych na napędzie elektrycznym wzrósł z 76 do 91 proc. Dzięki temu, kombinacja kosztów zużywanej energii była bardzo korzystna dla użytkownika.
Koszty ekologicznego prądu wytwarzanego z zachowaniem zasad zrównoważonego rozwoju, który samochody Audi A1 e-tron „tankowały” na terenie miasta Monachium oraz koszty niewielkich ilości paliwa potrzebnych dla zwiększającego zasięg dodatkowego silnika Range Extender wyniosły, zależnie od indywidualnego stylu jazdy, od czterech do siedmiu euro na 100 km.
Audi będzie kontynuować próby z modelem A1 e-tron. Producent bierze udział w programie „Schaufenster Elektromobilität“ ("Witryna elektromobilność"), który rozpocznie się na początku 2013 roku i jest wspierany przez niemieckie Federalne Ministerstwo Rozwoju i Badań. W jego ramach, marka Audi zaangażuje się w regionach Bawaria/Saksonia, Berlin-Brandenburgia i Badenia-Wirtembergia. W każdym z nich położy nacisk na inny zakres tematyczny.
Całościowe podejście, jakie Audi ma do elektromobilności, obejmuje również inną wielce obiecującą koncepcję – technologię Dual-Mode Hybrid. Obecnie, projekt ten znajduje się w fazie opracowań wstępnych. Do fazy prób skierowano właśnie pierwsze prototypy wykonane na bazie Audi A1. Układ napędowy składa się tu zasadniczo z silnika spalinowego, dwóch silników elektrycznych i jednostopniowej przekładni biegów.
Silnik spalinowy, to będąca efektem własnej myśli technicznej trzycylindrowa jednostka TFSI o pojemności 1,5 l. Skonstruowano ją na bazie silnika dwucylindrowego. Ma moc 90 kW (122 KM) i moment obrotowy 200 Nm. Trzycylindrowy silnik spalinowy połączony jest z silnikiem elektrycznym (EM1), który spełnia głównie funkcję startera i generatora. Generuje moc 50 kW (68 KM) i maksymalny moment obrotowy 210 Nm.
Zadania związane z zapewnieniem ciągu na napędzie elektrycznym, pełni drugi silnik elektryczny (EM 2). Generuje on moc 85 kW (116 KM) i maksymalny moment obrotowy 250 Nm. Bardzo zmniejszona pod względem rozmiaru jednostopniowa przekładnia umożliwia, zależnie od potrzeb, załączanie lub odłączanie silnika spalinowego oraz generatora od pozostałych elementów układu napędowego.
Koncepcja Dual-Mode Hybrid umożliwia korzystanie z różnych trybów napędu. W przedziale prędkości z jakimi poruszamy się w obszarze zabudowanym, tj. od zera do 55 km/h, pojazd jest napędzany wyłącznie przez silnik elektryczny EM2 (tryb jazdy elektrycznej). Potrzebna do jazdy energia pochodzi z akumulatora trakcyjnego. Ponadto istnieje możliwość poruszania się na napędzie szeregowym. W tym przypadku silnik spalinowy i silnik elektryczny (EM 1) wytwarzają energię elektryczną, by akumulator wesprzeć, odciążyć lub zastąpić, jeśli jest wyczerpany.
Najwyższa prędkość pojazdu napędzanego elektrycznie wynosi 130 km/h. Powyżej prędkości ok. 55 km/h, system napędowy umożliwia bezpośrednie podłączenie silnika spalinowego i generatora (EM 1) do układu napędowego. Taki tryb jazdy hybrydowej cechuje się elastycznością, optymalnego pod względem sprawności i efektywności, połączenia obu rodzajów jednostek napędowych. Powyżej prędkości 130 km/h, samochód jest napędzany głównie przez silnik spalinowy. W razie potrzeby, np. by ograniczyć zużycie paliwa lub chwilowo podnieść moc systemową, silnik elektryczny EM 1 może wesprzeć trzycylindrowy silnik TFSI.
Poza wymienionymi trybami wybieranymi przez system zarządzania napędem, zależnie od sytuacji, kierowca może zaprogramować styl jazdy ekonomicznej lub dynamicznej. Ponadto, w przedziale prędkości z jakimi poruszamy się w obszarze zabudowanym, można przy pomocy przycisku EV aktywować jazdę w trybie elektrycznym. Niezależnie od trybu napędu, podczas jazdy kierowca czuje się podobnie jak podczas jazdy samochodem napędzanym akumulatorowo. Nie odczuwa zmian biegów, ani nie zauważa zmian w pracy silnika.
W pojazdach koncepcyjnych stworzonych na bazie Audi A1 e-tron, w których zastosowano koncepcję Dual-Mode Hybrid, moc systemowa wynosi 130 kW (177 KM).
Umożliwia ona przyspieszenie od zera do 100 km/h w czasie poniżej 9 s. Akumulator mogący magazynować energię 13,1 kWh jest zamontowany tak, że jego większa część znajduje się pod tylnym siedzeniem. Umożliwia jazdę w trybie elektrycznym na odcinku ok. 50 km, co sprawia, że średnie zużycie paliwa wynosi ok. 1,5 l na 100 km, a emisja CO2 jest niższa niż 35 g na km.
Technologia hybrydowa Audi
Audi jest jednym z wiodących producentów samochodów klasy premium wykorzystującym w pełni technologię hybrydową. W segmencie B, C i D, producent oferuje pełne hybrydy, Audi Q5 hybrid quattro, Audi A6 hybrid i Audi A8 hybrid, w których zastosowano nowoczesną technikę litowo-jonową. Wszystkie trzy modele stworzono jako hybrydy równoległe. Łączą one w sobie osiągi jednostek sześciocylindrowych z ekonomiką silników czterocylindrowych.
Koncepcja równoległego napędu hybrydowego stworzona przez Audi jest jasna, cechuje się dużą efektywnością i modularną konstrukcją. W tych trzech modelach różni się jedynie tym, że Audi Q5 hybrid quattro posiada napęd na cztery koła, a w obu limuzynach napędzane są jedynie koła przednie. Moc systemowa wynosi łącznie 180 kW (245 KM), a systemowy moment obrotowy – 480 Nm.
Za napęd odpowiedzialny jest silnik 2.0 TFSI o mocy 155 kW (211 KM) oraz silnik elektryczny o mocy do 40 kW i momencie obrotowym 210 Nm. Siły napędowe są tu przenoszone za pomocą znacznie zmodyfikowanej automatycznej przekładni tiptronic z ośmioma biegami, bez konwertera momentu obrotowego. Zastąpiono go napędem elektrycznym w kształcie tarczy, połączonym ze sprzęgłem wielopłytkowym. To sprzęgło łączy i rozłącza silnik elektryczny oraz silnik spalinowy. W każdej sytuacji pracuje precyzyjnie, delikatnie i szybko.
Za magazynowanie energii elektrycznej odpowiedzialny jest system akumulatorów litowo-jonowych, które ważą jedynie 36,7 kg. System akumulatorów może zmagazynować 1,3 kWh energii nominalnej, a wygenerować 39 kW. Zależnie od potrzeb, jest on na dwa sposoby chłodzony powietrzem, albo dostarczanym z wnętrza pojazdu przy pomocy dmuchawy, albo z obiegu chłodzącego połączonego z automatyczną klimatyzacją. Technologia ta zapewnia właściwą temperaturę akumulatora w szerokich zakresach. Dzięki jej zastosowaniu, możliwe jest pokonywanie tylko na napędzie elektrycznym, przy stałej prędkości 60 km/h, odcinków o długości do trzech kilometrów. Spore osiągnięcie stanowi również prędkość maksymalna, wynosząca 100 km/h w trybie jazdy na napędzie elektrycznym.
Kompaktowy, wysoce efektywny układ elektroniczny o lekkiej konstrukcji, który podobnie jak silnik elektryczny jest chłodzony wodą, przetwarza prąd stały z akumulatora na prąd zmienny. Składa się z przetwornicy napięcia stałego, służącej do podłączania elektrycznych odbiorników energii zasilanych prądem z 12-woltowej sieci w pojeździe do sieci wysokiego napięcia.
Siłownik hamulców jest dodatkowo zasilany przez elektryczną pompę próżniową. Złożona strategia regulacji, dopasowuje proces hamowania do warunków jazdy na napędzie elektrycznym i rekuperacji. Kompresor klimatyzacji ma napęd elektryczny. Elektryczny dogrzewacz stanowi element ogrzewania pojazdu. Łącznie, komponenty hybrydowe dodają pojazdowi mniej niż 130 kg dodatkowego ciężaru.
Wszystkie trzy modele hybrydowe poruszają się dynamicznie i wydajnie. Prędkość od zera do 100 km/h osiągają w czasie od 7,1 do 7,7 s. Ich prędkość maksymalna wynosi od 225 do 240 km/h. Średnie zużycie paliwa wynosi od 6,2 do 6,9 l na 100 km, a emisja CO2 – od 145 do 159 g na km.
Hybrydowe modele Audi mogą poruszać się korzystając tylko z silnika spalinowego, wyłącznie dzięki napędowi elektrycznemu, albo w trybie hybrydowym. Dodatkowo mogą odzyskiwać energię podczas hamowania, by oddać ją przy dynamicznym przyspieszaniu. Kierowca może wybrać jeden z trzech programów napędu. Program EV daje priorytet korzystaniu z napędu elektrycznego, program D steruje obydwoma silnikami optymalizując zużycie, a program S odpowiada za jazdę sportową.
Najważniejszym instrumentem na tablicy rozdzielczej jest wskaźnik mocy. Jego wskazówka pokazuje łączną moc systemu, w procentach, na skali od zera do 100 procent. Dodatkowy wskaźnik pokazuje poziom naładowania akumulatora. Równocześnie montowany seryjnie kolorowy wyświetlacz systemu informacji kierowcy i monitor systemu MMI Navigation plus, prezentują w formie eleganckich grafik układ sił i stan użycia systemu napędowego.
Audi posiada w dziedzinie techniki hybrydowej ponad dwudziestoletnie doświadczenie. Jeszcze w 1989 r. zadebiutowała pierwsza generacja Audi duo. Był to projekt studyjny na bazie Audi 100 Avant. Pięciocylindrowy silnik benzynowy napędzał tu koła przedniej osi, a załączany lub odłączany silnik elektryczny o mocy 9 kW napędzał koła osi tylnej. Energię gromadzono w akumulatorach niklowo-kadmowych. Dwa lata później pojawił się kolejny wariant duo, stworzony na bazie Audi 100 Avant quattro.
W roku 1997, Audi stało się pierwszym europejskim producentem samochodów, który wyprodukował krótką serię pojazdów hybrydowych – było to Audi duo na bazie Audi A4 Avant. Za napęd odpowiedzialny był tu silnik 1.9 TDI o mocy 66 kW (90 KM) i silnik elektryczny o mocy 21 kW, zaopatrywany w prąd przez zamontowany z tyłu pojazdu akumulator ołowiowo-żelowy. Oba silniki napędzały przednią oś.
Podobnie jak poprzednie projekty studyjne, również samochody powstałe w ramach tej krótkiej serii, realizowały koncepcję Plug-in. Akumulator można było tu naładować prądem z ogólnodostępnej sieci elektrycznej - z kontaktu. Ponadto silnik elektryczny mógł rekuperować podczas zwalniania. W trybie jazdy elektrycznej, Audi duo osiągało prędkość maksymalną 80 km/h, a napędzane silnikiem TDI – 170 km/h.
Pracownia e performance
Audi F12: rezultat projektu badawczego e performance
Audi prowadzi badania nad wszystkimi aspektami elektromobilności w sposób systematyczny, analizując je od podstaw. W ramach projektu badawczego e performance, czyli fabryki idei funkcjonującej wewnątrz przedsiębiorstwa, opracowano modularny system konstrukcji pojazdów napędzanych elektrycznie. Wraz z nim, stworzono sportowy pojazd testowy F12. Projekt, w rezultacie którego powstał, wspierany jest przez niemieckie Federalne Ministerstwo Rozwoju i Badań (BMBF).
Z wyglądu pojazd testowy F12 przypomina Audi R8 e-tron, które z końcem bieżącego roku pojawi się na drogach. Bazą wyjściową dla obu pojazdów było wyczynowe Audi R8, z lekką karoserią wykonaną z aluminium w technologii Audi Space Frame (ASF). Również pojazd testowy, ważący ok. 1650 kg, ma osiągi godne auta sportowego. Od zera do 100 km/h przyspiesza w czasie krótszym niż siedem sekund. Jego prędkość maksymalną ograniczono elektronicznie do 180 km/h. Zasięg na napędzie elektrycznym wynosi 200 km.
W przypadku techniki napędu, konstruktorzy biorący udział w projekcie badawczym obrali własną drogę. Przyświecała im nie tyle idea jak najszybszego skierowania auta do seryjnej produkcji, co szerokie, całościowe podejście. Główne komponenty pojazdu F12, a wszystkie je wykonano specjalnie na potrzeby projektu, można bez trudu wymieniać, by móc testować nowe konfiguracje. Matryca systemu jest skalowalna. Jeśli inżynierowie odpowiednio złożą elementy, mogą użyć ich zarówno w limuzynie, jak i samochodzie miejskim z napędem elektrycznym lub napędem hybrydowym typu Plug-in.
Energia elektryczna magazynowana jest w dwóch oddzielonych od siebie blokach akumulatorów o łącznej pojemności 38,9 kWh. Blok przedni montuje się w tunelu środkowym, wcześniej przystosowanym do tego celu, a blok tylny montowany jest poprzecznie przed tylną osią. Chłodzone cieczą akumulatory ważą ok. 400 kg. Składają się łącznie z 5200 cylindrycznych ogniw litowo-jonowych, stosowanych powszechnie w urządzeniach elektronicznych dostępnych na rynku.
Każde z 26 ogniw tworzy jeden moduł akumulatorowy. Są one zatopione w piankową strukturę i chronione profilami aluminiowymi połączonymi w zespoły. Dzięki ich skośnym ścianom, moduły można przesuwać względem siebie. Stanowi to bazę koncepcji bezpieczeństwa. Zgodnie z obliczeniami, struktura ta wytrzymuje boczne zdarzenie ze słupem. Tylny blok akumulatorów umieszczono w ultralekkiej obudowie wykonanej z tworzywa wzmocnionego włóknem węglowym (CRP).
Sił napędowych pojazdowi testowemu dostarczają łącznie trzy silniki elektryczne różnej konstrukcji. Tylne koła, niezależnie od siebie, połączone są przy pomocy jednostopniowej przekładni z silnikami asynchronicznymi (połączenie: jedno koło – jeden silnik), z których każdy generuje moc 50 kW i moment obrotowy 200 Nm. System inteligentnego sterowania rozdziela siły napędowe zależnie od potrzeb. To sterowanie momentem obrotowym „torque vectoring“ sprawia, że manewry przebiegają stabilniej, a równocześnie pozwalają na sportową jazdę. W przedniej części pojazdu znajduje się silnik synchroniczny. Generowana przez niego moc 50 kW i moment obrotowy 150 Nm przekazywane są przy pomocy dwustopniowej przekładni do nowo skonstruowanego mechanicznego mechanizmu różnicowego. Model F12 posiada pełny napęd elektryczny na cztery koła quattro.
W celu możliwie efektywnego wykorzystania energii, wszystkimi trzema silnikami można sterować niezależnie od siebie. Podczas jazdy z niewielką prędkością aktywny jest silnik synchroniczny, cechujący się szczególnie dużą sprawnością. Przy wyższych prędkościach, pracę podejmują zamontowane w tylnej części pojazdu silniki asynchroniczne, zorientowane na optymalizację osiągów.
Kolejnym novum w modelu F12 jest włączana i wyłączana pokładowa sieć wysokiego napięcia. Zgodnie z zasadą skalarności, oba akumulatory mogą dostarczać prądu o napięciu wyjściowym 148 lub 222 V. Dużej mocy przetwornica napięcia stałego (DC/DC) zapewnia pożądane jednolite napięcie systemowe. Dla obciążeń częściowych, w celu zwiększenia efektywności, jest to napięcie ok. 200 V, ale wraz z rosnącym zapotrzebowaniem na moc, wzrasta ono do 440 V.
W ramach projektu badawczego e performance, konstruktorzy dążą do możliwie wysokiej integracji urządzeń sterujących. Z tego powodu w pompie ciepła, odpowiedzialnej za system zarządzania temperaturą układu napędowego i wnętrza pojazdu, zastosowano zawory podobne do zaworów używanych w inżynierii budowlanej. Pompa ciepła ogrzewa akumulatory w sposób dopasowany do różnych sytuacji, ciepło jest magazynowane i podczas następnej jazdy wykorzystywane do ogrzewania wnętrza.
Kierowca modelu F12 przy pomocy przycisków na konsoli tunelu środkowego steruje podstawowymi funkcjami napędu, oznaczonymi literami P, R, N i D. Wszystkie dalsze komendy związane ze sterowaniem, w tym określenie stopnia rekuperacji i syntetyczny dźwięk elektroniczny, przekazywane są przy pomocy iPada, który można podłączać do bazy znajdującej się przy konsoli środkowej. Dojechawszy do celu, kierowca może go odłączyć i zabrać ze sobą by zmieniać konfigurację ustawień. Dowolnie programowalna deska rozdzielcza prezentuje wszystkie ważne informacje w formie wirtualno-cyfrowych grafik o najwyższej rozdzielczości i jakości.
Pojazd testowy F12 jest efektem trzyletnich prac prowadzonych w ramach projektu badawczego e performance niemieckiego Federalnego Ministerstwa Rozwoju i Badań (BMBF). Budżet projektu wynosił 36 mln euro. Inżynierowie pracujący dla Audi i dla jednostki zależnej – Audi Electronics Venture GmbH (AEV) oraz naukowcy z instytutów ika, ISEA i IEM oraz Politechniki Nadreńsko-Westfalskiej w Akwizgranie (RWTH Aachen) stanowili trzon zespołu biorącego udział w projekcie. W wymiarze naukowym wspierali ich specjaliści z innych instytucji: z politechnik w Monachium, Dreźnie i Ilmenau, z Uniwersytetu im. G.W. Leibniza w Hanowerze (Leibniz Universität Hannover) i z instytutów Towarzystwa Fraunhofera: IISB i IESE. Partnerami projektu z sektora przemysłowego były firmy Robert Bosch GmbH i Bosch Engineering GmbH.
Uczestniczący w projekcie badawczym e performance specjaliści mogli bez żadnych ograniczeń tworzyć zupełnie nowe koncepcje. Dzięki nowoczesnemu sprzętowi badawczemu i nowatorskiemu systemowi zarządzania wiedzą, prace zespołu przebiegały w atmosferze fachowości, kreatywności, dyskusji i networkingu. Kolejne etapy prac konstrukcyjnych rejestrowano w formie nagrań wideo, a zdobyta wiedza była gromadzona na serwerze, z którego mogli korzystać wszyscy członkowie zespołu w całych Niemczech.
Tak duży stopień przejrzystości i networkingu zgodnie z zasadą „open innovation“ sprawił, że projekt badawczy wywarł pozytywny wpływ na całe środowisko uniwersyteckie i przemysł w Niemczech. Zapoczątkowane partnerstwa po zakończeniu prac nad modelem F12 będą działały nadal. Rozpoczęto już pierwsze projekty, w ramach których kontynuowane są prace nad konkretnymi zagadnieniami technicznymi. Szczegółowe rozwiązania, jak obudowa tylnego akumulatora wykonana z tworzywa wzmocnionego włóknem węglowym (CRP) będą w przyszłości stosowane w produkcji seryjnej.
Audi R8 e-tron
Elektromobilność oznacza dla Audi emocje, sportowy styl jazdy i przyjemność. Audi R8 e-tron to dowód realizacji tej maksymy w praktyce. W czerwcu tego roku, Audi R8 e-tron, na Północnej Pętli toru Nürburgring, osiągnęło najlepszy czas w historii pojazdów produkcji seryjnej z napędem elektrycznym. Zawodowy kierowca wyścigowy Markus Winkelhock pokonał w nim ten trudny odcinek długości 20,832 km w czasie 8:09,099 min.
„Bijące rekordy przejazdy to dla mnie niezwykłe przeżycie“ – mówił Markus Winkelhock. Pochodzący ze Szwabii 32-letni kierowca ma spore doświadczenie, pozwalające mu na snucie porównań. Siedział już za kierownicą Audi R8 LMS ultra, na którym razem z Markiem Bassengiem, Christopherem Haasem i Frankiem Stipplerem w maju 2012 wygrał 24-godzinny wyścig na torze Nürburgring.
Prowadzone przez niego auto pod względem wszystkich detali układu napędowego odpowiada seryjnemu modelowi, jaki pod koniec 2012 roku znajdzie się na rynku. Ultralekka karoseria Audi R8 e-tron składa się w znacznej części z aluminium, które wykorzystano zgodnie z technologią ASF (Audi Space Frame) oraz z elementów wykonanych z tworzywa wzmocnionego włóknem węglowym (CRP), co sprawia, że to sportowe auto o wysokiej mocy, mimo stosunkowo dużego akumulatora, waży jedynie 1780 kg.
Oba silniki elektryczne Audi R8 e-tron generują łącznie moc 280 kW (381 KM) i moment obrotowy 820 Nm, przekazywany na tylne koła. Kołami można sterować oddzielnie, co pozwala na „torque vectoring“, czyli przesuwanie momentów zależnie od sytuacji warunkowanej dynamiką jazdy. Audi R8 e-tron ze startu zatrzymanego osiąga prędkość 100 km/h w ciągu 4,6 s. Jego prędkość maksymalna jest z reguły ograniczona do 100 km/h. Podczas rekordowej jazdy odbytej na oponach Cup, superszybki mistrzowski bolid mógł rozwinąć prędkość maksymalną 250 km/h.
Mający kształt teownika akumulator litowo-jonowy, montuje się w tunelu środkowym poprzecznie, przed tylną osią. Energia o wartości 48,6 KWh, jaką można w nim zgromadzić, wystarcza na pokonanie w zwykłym, codziennym ruchu ulicznym odcinka długości ok. 215 km. Na bardzo trudnej Pętli Północnej toru Nürburgring, na której konwencjonalne auto sportowe o wysokich osiągach spala do 65 l. benzyny na 100 km. Energia elektryczna wystarcza na wykonanie dwóch przejazdów bez przerwy. Pomocna jest tu rekuperacja. Podczas zwalniania, silniki elektryczne – pełne mocy generatory – prawie całkowicie odciążają elektromechaniczne hamulce kół tylnej osi.
Poza szybkim przejazdem na Pętli Północnej, Audi R8 e-tron z Markusem Winkelhockiem za kierownicą, osiągnęło doskonały wynik również podczas podwójnej rundy. Przy prędkości maksymalnej ograniczonej do 200 km/h i z oponami produkcji seryjnej, pokonało ten dystans w czasie 16:56,966 min.
„Audi R8 e-tron jest rzecz jasna autem seryjnym bez aerodynamicznych dodatków“ - skomentował Markus Winkelhock. „Jednak dzięki nisko położonemu punktowi ciężkości i ciężarowi rozłożonemu w tylnej części pojazdu, posiada cechy samochodu sportowego. Moment obrotowy, dzięki któremu silniki elektryczne dobrze wyprowadzają go z zakrętów, jest niewiarygodny, nawet jeśli pracują prawie bezgłośnie, co na początku robiło piorunujące wrażenie.”
Audi R18 e-tron quattro
Technologia e-tron wprowadzana przez Audi kryje w sobie fascynujący potencjał. W czerwcu, prototyp sportowego Audi R18 e-tron quattro, napędzany przy pomocy stworzonego specjalnie dla niego napędu hybrydowego, wygrał 24-godzinny wyścig w Le Mans.
Audi R18 e-tron quattro to ucieleśnienie zaawansowanych technicznie koncepcji. Konstruując go, Audi urzeczywistniło rodzaj napędu, niespotykany dotąd w sporcie motorowym. Umiejscowiony przy tylnej osi silnik V6-TDI o poj. 3.7 l, mocy 375 kW (510 KM) i momencie obrotowym ponad 850 Nm, zapewnia efektywne i szybkie przyśpieszanie. Siły napędowe przenosi na koła sześciobiegowa skrzynia biegów wykonana z ultralekkiego tworzywa wzmocnionego włóknem węglowym (CRP).
Przy osi przedniej zamontowano innowacyjną jednostkę będącą połączeniem silnika i generatora (motor-generator-unit: MGU), którą Audi stworzyło we współpracy z partnerami. Generator i przetwornica zamieniają energię odzyskaną podczas hamowania w prąd stały, który z kolei napędza akumulator energii kinetycznej, zamontowany w kokpicie obok miejsca kierowcy. Prąd napędza tu umieszczone w próżni koło zamachowe, które może rotować nawet z prędkością 45 tysięcy obr./min. Koło wykonane jest z ultralekkiego tworzywa wzmocnionego włóknem węglowym (CRP).
Przy wyjeżdżaniu z zakrętu, kierowca może skorzystać z energii zgromadzonej w akumulatorze. Zasila ona w tym przypadku oba silniki elektryczne jednostki MGU, które napędzają koła przedniej osi i generują moc 150 kW (204 KM). Na krótką chwilę Audi R18 TDI staje się więc modelem quattro z napędem na cztery koła. Aby przewaga spowodowana tą cechą nie była zbyt duża, organizatorzy wyścigu dwudziestoczterogodzinnego w Le Mans ograniczyli możliwość stosowania jednostek MGU do prędkości powyżej 120 km/h i do maksymalnej ilości energii rzędu 500 kJ oraz siedmiu odcinków podczas startu.
Podczas kwalifikacji, André Lotterer prowadzący ważące jedynie 900 kg Audi R18 e-tron quattro z numerem startowym 1, uzyskał najlepszą pozycję startową. „Jedzie jak po sznurku“ – cieszył się kierowca z Duisburga po zakończeniu rundy z doskonałym czasem 3:23,787 min.
Audi z podwoziem o numerze R18-208, w niedzielę, 16 września, o godz. 15:00, dojechało do mety jako zwycięzca, pokonując w 378 rundach łącznie 5151,762 km. Na drugim miejscu, ze stratą jednego okrążenia, znalazło się Audi R8 e-tron quattro z ekipą Dindo Capello, Tom Kristensen i Allan McNish. Oba egzemplarze Audi R18 ultra napędzane wyłącznie przez silnik TDI, które zajęły miejsce trzecie i piąte, stanowiły dopełnienie triumfu Audi. Marka po raz jedenasty, na 14 startów od roku 1999, zdobyła łączne zwycięstwo w wyścigu w Le Mans.
Ekipa Lotterer/Fässler/Tréluyer podkreśla w podsumowaniach potencjał techniki hybrydowej Audi. Zwycięzcy byli znacznie szybsi niż rok temu. Ich średnia prędkość podczas tego sezonu wyniosła 214,468 km/h, a podczas ubiegłorocznego 201,266 km/h. Mimo to, zużycie ich Audi R18 e-tron quattro było o ok. dziesięć procent niższe niż zużycie Audi R18 TDI z roku 2011.
„Wystawienie do startu pojazdu e-tron quattro z napędem na cztery koła, w połączeniu z ultralekką konstrukcją, oznacza początek zupełnie nowej technologii, dzięki niej właśnie ten model zwyciężył“ – stwierdził po wyścigu Rupert Stadler, prezes zarządu Audi AG. „W ten sposób, nasi inżynierowie udowodnili swoje wysokie kompetencje.“ Zwycięstwa dzięki innowacji są już tradycją w przypadku Audi. W 2001 roku, Audi wygrało w Le Mans dzięki nowemu wówczas silnikowi TFSI, a w roku 2006 zadziwiło kibiców w Le Mans pierwszym zwycięstwem pojazdu z silnikiem TDI.
„Zasady, w formułowaniu których braliśmy aktywny współudział, stanowią duży krok we właściwym kierunku“ – skomentował dr Wolfgang Ullrich, szef Audi-Motorsport. „Ułatwiają rozwój nowych technik, które mają znaczenie również dla tych wyścigów. Dlatego właśnie tak bardzo angażujemy się w wyścigi w Le Mans.“
W 2014 r. karty w będących już klasyką sportu motorowego wyścigach długodystansowych zostaną rozdane na nowo. Organizatorzy określą wtedy ilość energii, z której każdy uczestnik będzie musiał uzyskać maksimum. W kwestii silników i systemów hybrydowych będzie obowiązywała większa swoboda. Celem jest zmniejszenie zużycia paliwa o kolejne 30 proc. Audi już teraz z optymizmem oczekuje nowego wyzwania.
Przykładem siły innowacji Audi jest wspomagana elektrycznie turbosprężarka stosowana w silnikach TDI, tzw. elektryczne BiTurbo. W przypadku silników TFSI, w przyszłości zasadnicze znaczenie będzie miał „rightsizing“. Pod tym pojęciem kryje się zespół innowacyjnych technik mających na celu optymalizację silników o zapłonie iskrowym. Zakłada się, że w nadchodzących latach jednostki te będą zużywać o 15 procent mniej paliwa. Dalszy wzrost ekonomiki jazdy umożliwi „przewidujący” asystent efektywności. Dzięki inteligentnemu wykorzystaniu danych nawigacji, asystent umożliwia dłuższą jazdę bez dodatkowych nakładów energii, tzn. pozwala na przewidywanie, czy można wyłączyć silnik i w ten sposób zaoszczędzić paliwo.
Trzecią drogą dla mobilności jutra jest zastosowanie napędu elektrycznego. Nowe modele hybrydowe, Audi A6 hybrid, Audi A8 hybrid i Audi Q5 hybrid quattro, można już dziś spotkać na drogach. Cechują się zarówno wysoką wydajnością, jak i zasięgiem wynoszącym nawet trzy kilometry przy korzystaniu jedynie z napędu elektrycznego.
Kolejny krok milowy stanowią samochody, które mogą pokonywać dłuższe dystanse napędzane wyłącznie energią elektryczną i mogą być ładowane prądem z ogólnodostępnej sieci elektrycznej, tj. modele e-tron. Tutaj prace rozwojowe prowadzone są równocześnie w wielu kierunkach. Ich wachlarz sięga od kompaktowego samochodu miejskiego z możliwością zwiększenia zasięgu jazdy przy pomocy dodatkowego silnika zasilającego akumulator Range Extender, poprzez produkowany w ramach równoległego projektu pojazd typu hybryda Plug-in (Dual-Mode Hybrid) działający w oparciu o pracę dwóch silników, spalinowego i elektrycznego, aż po napędzane wyłącznie elektrycznie superszybkie auto sportowe Audi R8 e-tron, które na drogach pojawi się pod koniec bieżącego roku.
Zastosowanie napędu elektrycznego to kluczowa technika Audi. Marka ciągle powiększa i definiuje na nowo przewagę dzięki technice. Inżynierowie pełną parą prowadzą prace rozwojowe nad wszystkimi elementami łańcucha technologicznego. Na przykład nad nowatorskimi metodami ładowania akumulatora, inteligentnymi strategiami pracy silników i nad elektrycznym napędem na cztery koła – e-tron quattro.
Celem prac jest stworzenie koncepcji pojazdów niedopuszczających żadnych kompromisów, oferujących maksymalne właściwości użytkowe i posiadających wszystkie najmocniejsze strony marki Audi. Charakter napędzanych elektrycznie pojazdów określać będą fascynacja i emocje przyszłych kierowców. Już od 2014 r. na rynku pojawią się pierwsze modele hybrydowe Plug-in produkcji Audi. W nieco dalszej przyszłości technologia e-tron ma stać się jednym z rynkowych filarów producenta. W roku 2020, Audi chce stać się czołowym producentem pojazdów segmentu premium z napędem elektrycznym.
Już teraz Audi pokazało, jak ogromny potencjał posiada napęd elektryczny. Audi R8 e-tron ustanowiło rekord świata na Północnej Pętli toru Nürburgring, a Audi R18 e-tron quattro zwyciężyło w klasyfikacji łącznej 24-godzinnego wyścigu w Le Mans. Wszystkie rodzaje napędu przyszłości stosowane przez Audi będą odpowiadać wymogom zrównoważonego rozwoju, będą cechować się wysoką efektywnością i dynamiką oraz będą dostarczać dużych emocji.
Strategia Audi wobec silników TFSI i TDI - rightsizing
W silnikach benzynowych TFSI, Audi poczyniło w ostatnich latach duże postępy. Nadal jednak istnieje szereg obszarów, w których można znacznie podnieść efektywność. Inżynierowie Audi pracują nad całą gamą technik, które będą w tych jednostkach stosowane. Wspólną nazwę dla projektów i wprowadzanych technologii stanowi pojęcie „rightsizing“.
Od wielu lat, Audi jest pionierem w budowie silników benzynowych z zapłonem iskrowym. Już u schyłku lat siedemdziesiątych zadebiutował pierwszy silnik benzynowy z turbodoładowaniem, sportowa jednostka pięciocylindrowa. Następną cezurę stanowił rok 1995, w którym pojawił się czterocylindrowy silnik turbo o pojemności 1,8 l. W roku 2004, Audi jako pierwsze wprowadziło nowość na skalę światową – technikę TFSI, stanowiącą połączenie doładowania i bezpośredniego wtrysku benzyny. Zapewniło to Audi czołową pozycję wśród producentów samochodów.
Efektem strategii downsizingu, zgodnie z którą większą moc silnika uzyskuje się nie poprzez zwiększanie pojemności skokowej, lecz poprzez optymalizację układu doładowania, było znaczne podwyższenie momentu obrotowego. Pozwoliło to konstruktorom na wprowadzenie downspeedingu, czyli zastosowania przekładni z długimi przełożeniami, ekonomicznymi pod względem zużycia paliwa. Do dziś Audi konsekwentnie kroczy tą drogą, a ważniejsi konkurenci dopiero na nią wkraczają.
Seria pojazdów czterocylindrowych z oznaczeniem EA888, która zadebiutowała w 2006 roku, to kolejny krok milowy w rozwoju techniki TFSI. W ich obecnej, trzeciej już generacji, którą stanowią silniki TFSI o pojemności 1,8 i 2,0 l, zastosowano szereg najbardziej zaawansowanych rozwiązań technologicznych: system zmiennych faz rozrządu Audi valvelift system (AVS), kolektor wylotowy zintegrowany z głowicą silnika, turbosprężarkę z elektrycznym nastawnikiem zaworu upustowego wastegate, innowacyjny system zarządzania temperaturą z elektrycznym regulatorem przepływu cieczy chłodzącej i podwójny system wtrysku, stanowiący połączenie wtrysku bezpośredniego z dodatkowym wtryskiem do kolektora dolotowego.
Łącznie rozwiązania te dają imponujące rezultaty. Audi A4 z silnikiem 1.8 TFSI o mocy 125 kW (170 KM), z manualną skrzynią biegów, zużywa średnio tylko 5,7 l paliwa na 100 km, co odpowiada emisji 134 g CO2 na km. Audi A4, rocznik 2000, z silnikiem 1,8 T o mocy 110 kW (150 KM) emitował jeszcze 197 g CO2 na km. Do tak dużego obniżenia wartości GWP (potencjału tworzenia efektu cieplarnianego), przyczyniły się ulepszenia w wielu obszarach, głównie w konstrukcji silników.
Również najnowsze rozwiązanie – system cylinder on demand (COD) – powoduje wzrost efektywności samochodów marki Audi. W przypadku nowych silników 4.0 TFSI i 1.4 TFSI, przy obciążeniach częściowych odłączane są cztery lub dwa cylindry. Również ta technika jest istotnym elementem rightsizingu. Jej celem jest znalezienie za każdym razem właściwej proporcji między pojemnością silnika, a stopniem doładowania.
Głównym polem prac rozwojowych w dziedzinie rightsizingu jest dalsze ulepszanie doładowania. Konstruktorzy Audi chcą kontynuować prace nad optymalizacją momentu obrotowego i poprawą jego dynamiki, przede wszystkim przy niskich obrotach. Stworzono tu już kilka bardzo obiecujących metod. Przykładowo, koncepcje dwustopniowego doładowania umożliwiają znaczną poprawę osiągów. Dodatkowo turbosprężarki wykonywane są ze stopów stali o dużej odporności na wysokie temperatury, a koła turbiny ze stopów tytanu z aluminium.
Dalsze ulepszanie techniki doładowania, przede wszystkim zwiększanie ciśnienia ładowania, stanowi klucz do zaproponowania nowoczesnych metod spalania, a te są kolejnym ważnym zagadnieniem. Szczególnie interesującym rozwiązaniem wydaje się być zastosowanie niskociśnieniowego układu recyrkulacji spalin i tzw. obiegu Atkinsona-Millera, umożliwiającego dłuższe otwarcie zaworów ssących przy równoczesnym zachowaniu sprężania mieszanki na krótszym odcinku. Obie techniki podwyższają sprawność silnika przy średnich i wysokich obciążeniach. Zwiększenie efektywności na drugim biegunie badań, dla obciążeń częściowych, umożliwiają inne rozwiązania: stosowanie mieszanki jednorodnej (HCCI), spalanie mieszanki ubogiej oraz zmienne mechanizmy rozrządu zaworowego.
Ponadto zasadniczą rolę odgrywają tu paliwa przyszłości, np. e-gaz Audi czy e-etanol. Mają one wysoki potencjał jeśli chodzi o możliwości neutralnej emisji CO2. Tradycyjne obszary, takie jak niskie tarcie wewnętrzne, surowce z których wytwarza się silniki i system zarządzania temperaturą, są dopełnieniem tematyki stanowiącej pole zainteresowania konstruktorów pracujących nad optymalizacją silników z zapłonem iskrowym.
Masowe stosowanie przez Audi nowych technik, jeszcze bardziej zwiększy ekonomikę silników TFSI. Przewiduje się, że do 2020 roku o całe 15 procent. Producent chce, by z końcem pierwszej dekady XXI wieku, limuzyna średniej klasy z silnikiem TFSI emitowała mniej niż 100 CO2 g na km.
Elektryczna turbosprężarka BiTurbo
Dzięki zastosowaniu elektrycznej turbosprężarki BiTurbo, Audi poczyniło kolejny milowy krok. Sercem tej techniki jutra jest dodatkowa sprężarka, która wspiera główną turbosprężarkę w dolnym zakresie liczby obrotów.
Przed ćwierćwieczem Audi dało mocny impuls pracom nad silnikiem diesla prowadzonym na całym świecie. W 1989 roku na rynku pojawił się pierwszy silnik z samoczynnym zapłonem, bezpośrednim wtryskiem, turbodoładowaniem i elektroniczną regulacją. Zastosowano go w Audi 100. Od tego czasu silnik TDI święci olbrzymie triumfy.
Turbodoładowanie przynosi ogromne korzyści, zwłaszcza w połączeniu z silnikiem wysokoprężnym. W znacznym stopniu zwiększa osiągi i obniża zużycie paliwa oraz emisję spalin. W porównaniu z silnikiem wolnossącym, jest to przykład downsizingu najwyższego stopnia. W stosunku do pojemności skokowej, silniki TDI od roku 1989 zwiększyły moc o ponad 100 procent, a moment obrotowy o 70 procent. W tym samym okresie, emisję gazów powodujących efekt cieplarniany zredukowano o 95 procent.
Najnowszym przykładem rozwoju silnika Audi jest jednostka 3.0 TDI w wersji BiTurbo, generująca moc 230 kW (313 KM) i maksymalny moment obrotowy 650 Nm dostępny w zakresie od 1450 do 2800 obr./min. Moc tego silnika wynosi 77,5 kW (105,5 KM) na decymetr sześcienny pojemności skokowej. W Audi A6 zużywa średnio tylko 6,4 l paliwa, co odpowiada emisji CO2 rzędu 169 g na km.
Cechą wspólną wszystkich silników z turbodoładowaniem jest to, że turbosprężarki napędzane są energią pozyskiwaną ze spalin. Powoduje to wzrost ciśnienia ładowania, a tym samym wraz z rosnącą energią spalin, gwałtowne zwiększenie momentu obrotowego począwszy już od najniższych obrotów.
Kolejnym projektem rozwojowym jest elektryczna turbosprężarka BiTurbo. Umożliwia ona – niezależnie od dostępnej energii spalin – szybkie uzyskanie właściwego ciśnienia ładowania i wysokiego momentu obrotowego już przy najniższych obrotach.
W dziale badawczo-rozwojowym Audi w Neckarsulm, prowadzącym prace nad rozwojem technologii silników diesla, skonstruowano jednostkę napędową 3.0 V6 TDI w wersji z elektryczną turbosprężarką BiTurbo. To połączenie konwencjonalnej turbosprężarki z dodatkową sprężarką napędzaną elektrycznie. Jej wygląd zewnętrzny praktycznie niczym nie różni się od wyglądu tradycyjnej turbosprężarki. Zamiast koła turbiny napędzanego przez przepływające spaliny, posiada ona niewielkich rozmiarów napęd elektryczny (dodatkową sprężarkę zamontowaną szeregowo w stosunku do turbosprężarki) który pozwala na uzyskanie w krótkim czasie wysokiej liczby obrotów koła sprężarki właściwej. Elektrycznie napędzana sprężarka zamontowana jest za turbosprężarką i chłodnicą międzystopniową. W przypadku większości obciążeń silnika sprężarka ta nie jest wykorzystywana. Jeśli jednak przy niskiej energii dostępnej po stronie turbiny, zintegrowany z połączeniem zawór zamknie się, to powietrze kierowane jest do elektrycznej sprężarki i jest tam ponownie sprężane.
Efekt działania tej nowej koncepcji jest naprawdę znakomity. Podczas startu odpowiedni moment obrotowy jest tu uzyskiwany znacznie wcześniej, co kierowca odczuwa jako wyraźne zwiększenie mocy. Elektryczna sprężarka w dużym stopniu pozyskuje energię potrzebną do jej napędu z rekuperacji podczas faz hamowania silnikiem. Zmienny i krótki odcinek, na którym odbywa się sprężanie mieszanki umożliwia dwustopniowe doładowanie przy pomocy tylko jednej napędzanej spalinami turbiny. Dzięki zredukowanemu w taki sposób ciepłu możliwe jest wcześniejsze włączenie katalizatora.
Przewidujący asystent wydajności Audi
W celu dalszego zwiększania ekonomiki swoich pojazdów, Audi stawia na nowe, inteligentne rozwiązania. Jednym z nich jest przewidujący asystent wydajności (PEA). System wykorzystuje dane nawigacji i czujników monitorujących otoczenie, by poprzez przewidywanie stylu jazdy ograniczyć zużycie paliwa.
Znaki ograniczenia prędkości czy tablice z nazwami miejscowości znajdujące się za zakrętem lub wzniesieniem zmuszają często kierowcę do energicznego hamowania. Hamowanie w konwencjonalnych pojazdach oznacza jednakże zamianę redukowanej energii kinetycznej w ciepło. O wiele efektywniej byłoby, gdyby kierowca zdjął wcześniej nogę z pedału gazu i hamując silnikiem zwolnił do wymaganej prędkości. Konieczna do tego jest możliwie dokładna znajomość następujących po sobie zakrętów i znaków drogowych oraz ukształtowania terenu. Ta kompetencja jest głównym elementem przewidującego asystenta wydajności (PEA). Jest to projekt Audi znajdujący się w fazie badań wstępnych. Pracujący nad nim konstruktorzy chcą wykorzystywać dane o drodze dostarczane przez system nawigacji, tzw. dane prospektywne, do zarządzania napędem. W nowej, obszerniejszej wersji systemu nawigacji MMI Navigation plus, poza informacjami o stałych miejscach, w których obowiązuje ograniczenie prędkości, zapisane są też dane o ukształtowaniu terenu.
System zarządzania układem napędowym sam decyduje, czy korzystniejsze jest pokonanie danego odcinka trasy z załączonym czy odłączonym zespołem napędowym. Przewidujący asystent wydajności (PEA) uwzględnia również masę pojazdu oraz zamontowane dodatkowe elementy, takie jak box dachowy, uchwyty rowerowe czy przyczepa. Asystenta wspiera tempomat z automatyczną regulacją odległości między poruszającymi się pojazdami adaptive cruise control (ACC), który za pomocą radaru monitoruje pojazdy jadące przed naszym Audi.
Przewidujący asystent wydajności dostarcza kierowcy z odpowiednio obliczonym wyprzedzeniem czasowym wskazówkę, że może on rozpocząć przyśpieszanie lub powinien zwolnić. Dzięki temu, nasze Audi może komfortowo i bez wpływu na pojazdy poruszające się za nim dojechać do następnego punktu krytycznego, np. odcinka, na którym obowiązuje ograniczenie prędkości. Wskazówka może być przekazywana kierowcy w formie komunikatu na wyświetlaczu systemów informacji kierowcy lub w formie sygnału haptycznego, np. pulsującego pedału gazu.
Alternatywnie, kierowca może korzystać z przewidującego asystenta wydajności w połączeniu z tempomatem z automatyczną regulacją odległości między poruszającymi się pojazdami adaptive cruise control. Dzięki temu, przyśpieszanie jest inicjowane automatycznie. Podobnie, do wartości wymaganej obowiązującymi znakami drogowymi lub do wartości koniecznej do bezpiecznego pokonywania zakrętów, obniżana jest prędkość. Komfort i efektywność stanowią tu optymalną, nierozłączną całość.
Wskazówka pozwala kierowcy na efektywniejszy i znacznie bardziej ekonomiczny styl jazdy. Zależnie od modelu i wyposażenia przyśpieszanie może odbywać się z załączonym lub z odłączonym układem napędowym (wolny bieg). W obu przypadkach silnik spalinowy jest włączony. Kolejna wersja, bardziej zaawansowana technicznie pozwala na wyłączenie silnika spalinowego przy równocześnie załączonym układzie napędowym (wolny bieg – wyłączony silnik).
Konwencjonalne pojazdy, jeśli pedał gazu nie zostanie użyty, reagują odcięciem dopływu paliwa. Natomiast w przypadku modeli hybrydowych serii A6, A8 i Q5 przyśpieszanie odbywa się często bez poślizgu kół napędowych. Nawet jeśli kierowca przy wyższej prędkości zdejmuje nogę z pedału gazu, układ napędowy zostanie odłączony, a silnik wyłączony. Hamuje tylko silnik elektryczny – lekko, by ponownie naładować akumulator litowo-jonowy i zapewnić zwykłą siłę hamowania.
Podobnie działa funkcja wolnego biegu przekładni automatycznej S tronic, w którą wyposażone są niektóre warianty modelu Q3 i A3. Zależnie od silnika i konfiguracji przekładni, funkcja wolnego biegu pozwala na zaoszczędzenie większej ilości paliwa niż tradycyjne odcięcie dopływu paliwa. Przede wszystkim wtedy, gdy można spodziewać się, że jazda na wolnym biegu będzie kontynuowana na dłuższym odcinku.
Aby uzyskać jeszcze większy wzrost efektywności w konwencjonalnych pojazdach, przewidujący asystent wydajności może zostać zintegrowany z systemem iHEV. Jeśli w tym przypadku zainicjowana zostanie funkcja wolnego biegu, to silnik spalinowy zostanie wyłączony (wolny bieg – wyłączony silnik). Ponowne włączenie jednostki napędowej następuje przy pomocy silnika elektrycznego o napięciu nominalnym 48 V, za pomocą przekładni pasowej. Podczas faz jazdy z wyłączonym silnikiem za dostarczenie energii odpowiedzialny jest akumulator litowo-jonowy o napięciu nominalnym 48 V, odporny na pracę pełnymi cyklami.
Pojazdy iHEV z przewidującym asystentem wydajności udowodniły swoją efektywność, a przetestowano je podczas jazd porównawczych z użyciem odpowiedniego pojazdu prototypowego. Audi A7 Sportback 3.0 TFSI iHEV prowadzone w zwykłym, codziennym stylu jazdy, wielokrotnie pokonało 61-kilometrowy, obfitujący w zakręty odcinek drogi poza obszarem zabudowanym, przebiegający na północ od Ingolstadt. Podczas testów bez przewidującego asystenta wydajności, kierowca pokonał z wyłączonym silnikiem jedynie 28 proc. tego odcinka. Po włączeniu funkcji, odsetek ten wzrósł do 43 procent. Równocześnie zużycie obniżyło się o ok. 10 procent, przy czym czas jazdy wydłużył się jedynie o niespełna dwie minuty (trzy procent).
W przyszłości funkcje Audi connect, umożliwiające połączenie z otoczeniem, zapewnią możliwość ciągłej aktualizacji danych. Jeśli pojazd marki Audi rozpozna za pomocą kamery wideo znak drogowy z ograniczeniem prędkości, np. znajdujący się w miejscu nowo rozpoczętych robót drogowych, przy pomocy sieci telefonii komórkowej przekaże do serwera w komputerowym centrum Audi stosowną informację o ich miejscu i o ograniczeniu prędkości. Stamtąd informacja po weryfikacji dotrze do wszystkich odpowiednio wyposażonych pojazdów marki Audi, które będą jechały tą samą trasą. Będzie to konkretny przykład zastosowania przyszłej technologii Car-to-X, nad którą Audi prowadzi intensywne prace rozwojowe.
Strategia napędu elektrycznego Audi: Audi e-tron
Pojęciem e-tron producent określa wszystkie samochody, które mogą pokonać dłuższe odcinki drogi korzystając jedynie z napędu elektrycznego. Do 2020 r., Audi chce wprowadzić na rynek jeden model e-tron w każdym segmencie. Łączna ilość tych aut sprzedanych w ciągu roku powinna osiągnąć sześciocyfrową liczbę. Już dziś stworzono różne pojazdy prototypowe.
Chcąc spełnić różne oczekiwania odbiorców z całego świata, Audi prowadzi prace badawczo-rozwojowe dotyczące wszystkich aspektów elektromobilności. Rozwijane przy tym koncepcje, dzięki nowatorskim pomysłom i sportowym, nowoczesnym samochodom marki Audi, oferują maksymalne właściwości użytkowe, niedopuszczające żadnych kompromisów. Charakter pojazdów napędzanych elektrycznie będą określać fascynacja i emocje kierowców.
Szeroko zakrojona strategia Audi dotycząca stosowania napędu elektrycznego uwzględnia wszystkie pokrewne koncepcje. Jedna z nich dotyczy napędzanego elektrycznie, superszybkiego auta sportowego Audi R8 e-tron, które z końcem bieżącego roku pojawi się na drogach.
Równocześnie inżynierowie Audi skonstruowali kilka modeli prototypowych, w których zastosowano inne pomysły, jak np. Audi A3 e-tron concept. Pojazd ten, stworzony jako hybryda równoległa w technice Plug-in, w produkcji seryjnej znajdzie się w 2014 r. Nieco później pojawią się modele Q7 i A4 z napędem hybrydowym Plug-in.
Alternatywę do koncepcji hybrydy równoległej, stanowi koncepcja podziału sił napędowych między osiami, generowanych przez silnik spalinowy i napęd elektryczny. Zasada ta legła u podstaw projektu studyjnego e-tron quattro, stworzonego na bazie Audi A5. Dwa silniki elektryczne stanowią uzupełnienie silnika 2.0 TFSI. Jeden z nich jest zamontowany przy osi przedniej, a drugi przy osi tylnej.
Prototyp LMP1 R18 e-tron quattro, zwycięzcę 24-godzinnego wyścigu w Le Mans, wykonano zgodnie z tą koncepcją. Zamontowany pośrodku silnik V6-TDI o poj. 3,7 l generuje moc 275 kW (510 KM), która przenoszona jest na koła tylnej osi. Koła osi przedniej mogą być napędzane w ciągu krótkiego odcinka czasu mocą dwa razy 75 kW (102 KM), generowaną przez napęd elektryczny. Potrzebna do tego energia, rekuperowana podczas hamowania, pochodzi z akumulatora energii kinetycznej.
Natomiast kompaktowe Audi A1 e-tron, wyposażone w dodatkowy silnik zasilający akumulator Range Extender, jest doskonałe do jazdy w wielkich aglomeracjach. Jego elektryczny silnik generuje maksymalną moc 75 kW, a zasięg przy wykorzystaniu tylko napędu elektrycznego wynosi prawie 50 km. Umieszczony z tyłu pojazdu silnik Wankla o pojemności 254 cm3 i 15 kW mocy elektrycznej, dzięki doładowywaniu przy pomocy generatora akumulatora o pojemności 12 kWh, umożliwia pokonywanie odcinków o łącznej długości do 250 km. Audi podjęło zakrojone na szeroką skalę próby z pierwszymi egzemplarzami Audi A1 e-tron. Przeprowadzono je w Monachium w warunkach użytkowania flotowego. Podczas jazd, samochody pokonały łącznie ponad 50 tys. kilometrów.
Test obejmował dwie fazy. W pierwszej fazie brała udział szeroka rzesza kierowców, którzy mogli ładować samochody na ogólnodostępnych stacjach ładowania i w miejscu pracy. W fazie drugiej, skoncentrowano się na użytkownikach, którzy ładowali Audi A1 e-tron w domu, przy pomocy urządzeń do ładowania Wallbox. Obie fazy poprzedzono etapem wstępnym, podczas którego Audi każdemu uczestnikowi oddało do dyspozycji Audi A1 1.4 TFSI służące za pojazd kontrolny, by w ten sposób umożliwić bezpośrednie porównanie samochodu napędzanego elektrycznie i konwencjonalnie, za pomocą silnika benzynowego.
Pod koniec września próby flotowe zostały zakończone. Znane są już ważne rezultaty dotyczące użytkowania aut przez odbiorców, infrastruktury umożliwiającej ładowanie pojazdów i ich osiągów.
Według podsumowań, znaczna ilość użytkowników Audi A1 e-tron musiała na początku testu przede wszystkim nauczyć się, jak w pełni wykorzystywać zasięg pojazdu na napędzie elektrycznym. Nauka nie trwała długo, wielu kierowców odbywało podróże autostradą daleko poza obszar monachijskiej aglomeracji. Nie użytkowali Audi A1 e-tron w sposób odbiegający od sposobu, w jaki korzystali z Audi A1 1.4 TFSI. Po krótkim czasie, uczestnicy testu jeżdżący kompaktowym pojazdem z napędem elektrycznym byli bardzo zadowoleni z niego i z wrażeń, jakie dostarczała jazda tym autem. Postrzegali siebie jako trendsetterów nowego rodzaju mobilności.
W trakcie trwania testu, odsetek odcinków pokonywanych na napędzie elektrycznym wzrósł z 76 do 91 proc. Dzięki temu, kombinacja kosztów zużywanej energii była bardzo korzystna dla użytkownika.
Koszty ekologicznego prądu wytwarzanego z zachowaniem zasad zrównoważonego rozwoju, który samochody Audi A1 e-tron „tankowały” na terenie miasta Monachium oraz koszty niewielkich ilości paliwa potrzebnych dla zwiększającego zasięg dodatkowego silnika Range Extender wyniosły, zależnie od indywidualnego stylu jazdy, od czterech do siedmiu euro na 100 km.
Audi będzie kontynuować próby z modelem A1 e-tron. Producent bierze udział w programie „Schaufenster Elektromobilität“ ("Witryna elektromobilność"), który rozpocznie się na początku 2013 roku i jest wspierany przez niemieckie Federalne Ministerstwo Rozwoju i Badań. W jego ramach, marka Audi zaangażuje się w regionach Bawaria/Saksonia, Berlin-Brandenburgia i Badenia-Wirtembergia. W każdym z nich położy nacisk na inny zakres tematyczny.
Całościowe podejście, jakie Audi ma do elektromobilności, obejmuje również inną wielce obiecującą koncepcję – technologię Dual-Mode Hybrid. Obecnie, projekt ten znajduje się w fazie opracowań wstępnych. Do fazy prób skierowano właśnie pierwsze prototypy wykonane na bazie Audi A1. Układ napędowy składa się tu zasadniczo z silnika spalinowego, dwóch silników elektrycznych i jednostopniowej przekładni biegów.
Silnik spalinowy, to będąca efektem własnej myśli technicznej trzycylindrowa jednostka TFSI o pojemności 1,5 l. Skonstruowano ją na bazie silnika dwucylindrowego. Ma moc 90 kW (122 KM) i moment obrotowy 200 Nm. Trzycylindrowy silnik spalinowy połączony jest z silnikiem elektrycznym (EM1), który spełnia głównie funkcję startera i generatora. Generuje moc 50 kW (68 KM) i maksymalny moment obrotowy 210 Nm.
Zadania związane z zapewnieniem ciągu na napędzie elektrycznym, pełni drugi silnik elektryczny (EM 2). Generuje on moc 85 kW (116 KM) i maksymalny moment obrotowy 250 Nm. Bardzo zmniejszona pod względem rozmiaru jednostopniowa przekładnia umożliwia, zależnie od potrzeb, załączanie lub odłączanie silnika spalinowego oraz generatora od pozostałych elementów układu napędowego.
Koncepcja Dual-Mode Hybrid umożliwia korzystanie z różnych trybów napędu. W przedziale prędkości z jakimi poruszamy się w obszarze zabudowanym, tj. od zera do 55 km/h, pojazd jest napędzany wyłącznie przez silnik elektryczny EM2 (tryb jazdy elektrycznej). Potrzebna do jazdy energia pochodzi z akumulatora trakcyjnego. Ponadto istnieje możliwość poruszania się na napędzie szeregowym. W tym przypadku silnik spalinowy i silnik elektryczny (EM 1) wytwarzają energię elektryczną, by akumulator wesprzeć, odciążyć lub zastąpić, jeśli jest wyczerpany.
Najwyższa prędkość pojazdu napędzanego elektrycznie wynosi 130 km/h. Powyżej prędkości ok. 55 km/h, system napędowy umożliwia bezpośrednie podłączenie silnika spalinowego i generatora (EM 1) do układu napędowego. Taki tryb jazdy hybrydowej cechuje się elastycznością, optymalnego pod względem sprawności i efektywności, połączenia obu rodzajów jednostek napędowych. Powyżej prędkości 130 km/h, samochód jest napędzany głównie przez silnik spalinowy. W razie potrzeby, np. by ograniczyć zużycie paliwa lub chwilowo podnieść moc systemową, silnik elektryczny EM 1 może wesprzeć trzycylindrowy silnik TFSI.
Poza wymienionymi trybami wybieranymi przez system zarządzania napędem, zależnie od sytuacji, kierowca może zaprogramować styl jazdy ekonomicznej lub dynamicznej. Ponadto, w przedziale prędkości z jakimi poruszamy się w obszarze zabudowanym, można przy pomocy przycisku EV aktywować jazdę w trybie elektrycznym. Niezależnie od trybu napędu, podczas jazdy kierowca czuje się podobnie jak podczas jazdy samochodem napędzanym akumulatorowo. Nie odczuwa zmian biegów, ani nie zauważa zmian w pracy silnika.
W pojazdach koncepcyjnych stworzonych na bazie Audi A1 e-tron, w których zastosowano koncepcję Dual-Mode Hybrid, moc systemowa wynosi 130 kW (177 KM).
Umożliwia ona przyspieszenie od zera do 100 km/h w czasie poniżej 9 s. Akumulator mogący magazynować energię 13,1 kWh jest zamontowany tak, że jego większa część znajduje się pod tylnym siedzeniem. Umożliwia jazdę w trybie elektrycznym na odcinku ok. 50 km, co sprawia, że średnie zużycie paliwa wynosi ok. 1,5 l na 100 km, a emisja CO2 jest niższa niż 35 g na km.
Technologia hybrydowa Audi
Audi jest jednym z wiodących producentów samochodów klasy premium wykorzystującym w pełni technologię hybrydową. W segmencie B, C i D, producent oferuje pełne hybrydy, Audi Q5 hybrid quattro, Audi A6 hybrid i Audi A8 hybrid, w których zastosowano nowoczesną technikę litowo-jonową. Wszystkie trzy modele stworzono jako hybrydy równoległe. Łączą one w sobie osiągi jednostek sześciocylindrowych z ekonomiką silników czterocylindrowych.
Koncepcja równoległego napędu hybrydowego stworzona przez Audi jest jasna, cechuje się dużą efektywnością i modularną konstrukcją. W tych trzech modelach różni się jedynie tym, że Audi Q5 hybrid quattro posiada napęd na cztery koła, a w obu limuzynach napędzane są jedynie koła przednie. Moc systemowa wynosi łącznie 180 kW (245 KM), a systemowy moment obrotowy – 480 Nm.
Za napęd odpowiedzialny jest silnik 2.0 TFSI o mocy 155 kW (211 KM) oraz silnik elektryczny o mocy do 40 kW i momencie obrotowym 210 Nm. Siły napędowe są tu przenoszone za pomocą znacznie zmodyfikowanej automatycznej przekładni tiptronic z ośmioma biegami, bez konwertera momentu obrotowego. Zastąpiono go napędem elektrycznym w kształcie tarczy, połączonym ze sprzęgłem wielopłytkowym. To sprzęgło łączy i rozłącza silnik elektryczny oraz silnik spalinowy. W każdej sytuacji pracuje precyzyjnie, delikatnie i szybko.
Za magazynowanie energii elektrycznej odpowiedzialny jest system akumulatorów litowo-jonowych, które ważą jedynie 36,7 kg. System akumulatorów może zmagazynować 1,3 kWh energii nominalnej, a wygenerować 39 kW. Zależnie od potrzeb, jest on na dwa sposoby chłodzony powietrzem, albo dostarczanym z wnętrza pojazdu przy pomocy dmuchawy, albo z obiegu chłodzącego połączonego z automatyczną klimatyzacją. Technologia ta zapewnia właściwą temperaturę akumulatora w szerokich zakresach. Dzięki jej zastosowaniu, możliwe jest pokonywanie tylko na napędzie elektrycznym, przy stałej prędkości 60 km/h, odcinków o długości do trzech kilometrów. Spore osiągnięcie stanowi również prędkość maksymalna, wynosząca 100 km/h w trybie jazdy na napędzie elektrycznym.
Kompaktowy, wysoce efektywny układ elektroniczny o lekkiej konstrukcji, który podobnie jak silnik elektryczny jest chłodzony wodą, przetwarza prąd stały z akumulatora na prąd zmienny. Składa się z przetwornicy napięcia stałego, służącej do podłączania elektrycznych odbiorników energii zasilanych prądem z 12-woltowej sieci w pojeździe do sieci wysokiego napięcia.
Siłownik hamulców jest dodatkowo zasilany przez elektryczną pompę próżniową. Złożona strategia regulacji, dopasowuje proces hamowania do warunków jazdy na napędzie elektrycznym i rekuperacji. Kompresor klimatyzacji ma napęd elektryczny. Elektryczny dogrzewacz stanowi element ogrzewania pojazdu. Łącznie, komponenty hybrydowe dodają pojazdowi mniej niż 130 kg dodatkowego ciężaru.
Wszystkie trzy modele hybrydowe poruszają się dynamicznie i wydajnie. Prędkość od zera do 100 km/h osiągają w czasie od 7,1 do 7,7 s. Ich prędkość maksymalna wynosi od 225 do 240 km/h. Średnie zużycie paliwa wynosi od 6,2 do 6,9 l na 100 km, a emisja CO2 – od 145 do 159 g na km.
Hybrydowe modele Audi mogą poruszać się korzystając tylko z silnika spalinowego, wyłącznie dzięki napędowi elektrycznemu, albo w trybie hybrydowym. Dodatkowo mogą odzyskiwać energię podczas hamowania, by oddać ją przy dynamicznym przyspieszaniu. Kierowca może wybrać jeden z trzech programów napędu. Program EV daje priorytet korzystaniu z napędu elektrycznego, program D steruje obydwoma silnikami optymalizując zużycie, a program S odpowiada za jazdę sportową.
Najważniejszym instrumentem na tablicy rozdzielczej jest wskaźnik mocy. Jego wskazówka pokazuje łączną moc systemu, w procentach, na skali od zera do 100 procent. Dodatkowy wskaźnik pokazuje poziom naładowania akumulatora. Równocześnie montowany seryjnie kolorowy wyświetlacz systemu informacji kierowcy i monitor systemu MMI Navigation plus, prezentują w formie eleganckich grafik układ sił i stan użycia systemu napędowego.
Audi posiada w dziedzinie techniki hybrydowej ponad dwudziestoletnie doświadczenie. Jeszcze w 1989 r. zadebiutowała pierwsza generacja Audi duo. Był to projekt studyjny na bazie Audi 100 Avant. Pięciocylindrowy silnik benzynowy napędzał tu koła przedniej osi, a załączany lub odłączany silnik elektryczny o mocy 9 kW napędzał koła osi tylnej. Energię gromadzono w akumulatorach niklowo-kadmowych. Dwa lata później pojawił się kolejny wariant duo, stworzony na bazie Audi 100 Avant quattro.
W roku 1997, Audi stało się pierwszym europejskim producentem samochodów, który wyprodukował krótką serię pojazdów hybrydowych – było to Audi duo na bazie Audi A4 Avant. Za napęd odpowiedzialny był tu silnik 1.9 TDI o mocy 66 kW (90 KM) i silnik elektryczny o mocy 21 kW, zaopatrywany w prąd przez zamontowany z tyłu pojazdu akumulator ołowiowo-żelowy. Oba silniki napędzały przednią oś.
Podobnie jak poprzednie projekty studyjne, również samochody powstałe w ramach tej krótkiej serii, realizowały koncepcję Plug-in. Akumulator można było tu naładować prądem z ogólnodostępnej sieci elektrycznej - z kontaktu. Ponadto silnik elektryczny mógł rekuperować podczas zwalniania. W trybie jazdy elektrycznej, Audi duo osiągało prędkość maksymalną 80 km/h, a napędzane silnikiem TDI – 170 km/h.
Pracownia e performance
Audi F12: rezultat projektu badawczego e performance
Audi prowadzi badania nad wszystkimi aspektami elektromobilności w sposób systematyczny, analizując je od podstaw. W ramach projektu badawczego e performance, czyli fabryki idei funkcjonującej wewnątrz przedsiębiorstwa, opracowano modularny system konstrukcji pojazdów napędzanych elektrycznie. Wraz z nim, stworzono sportowy pojazd testowy F12. Projekt, w rezultacie którego powstał, wspierany jest przez niemieckie Federalne Ministerstwo Rozwoju i Badań (BMBF).
Z wyglądu pojazd testowy F12 przypomina Audi R8 e-tron, które z końcem bieżącego roku pojawi się na drogach. Bazą wyjściową dla obu pojazdów było wyczynowe Audi R8, z lekką karoserią wykonaną z aluminium w technologii Audi Space Frame (ASF). Również pojazd testowy, ważący ok. 1650 kg, ma osiągi godne auta sportowego. Od zera do 100 km/h przyspiesza w czasie krótszym niż siedem sekund. Jego prędkość maksymalną ograniczono elektronicznie do 180 km/h. Zasięg na napędzie elektrycznym wynosi 200 km.
W przypadku techniki napędu, konstruktorzy biorący udział w projekcie badawczym obrali własną drogę. Przyświecała im nie tyle idea jak najszybszego skierowania auta do seryjnej produkcji, co szerokie, całościowe podejście. Główne komponenty pojazdu F12, a wszystkie je wykonano specjalnie na potrzeby projektu, można bez trudu wymieniać, by móc testować nowe konfiguracje. Matryca systemu jest skalowalna. Jeśli inżynierowie odpowiednio złożą elementy, mogą użyć ich zarówno w limuzynie, jak i samochodzie miejskim z napędem elektrycznym lub napędem hybrydowym typu Plug-in.
Energia elektryczna magazynowana jest w dwóch oddzielonych od siebie blokach akumulatorów o łącznej pojemności 38,9 kWh. Blok przedni montuje się w tunelu środkowym, wcześniej przystosowanym do tego celu, a blok tylny montowany jest poprzecznie przed tylną osią. Chłodzone cieczą akumulatory ważą ok. 400 kg. Składają się łącznie z 5200 cylindrycznych ogniw litowo-jonowych, stosowanych powszechnie w urządzeniach elektronicznych dostępnych na rynku.
Każde z 26 ogniw tworzy jeden moduł akumulatorowy. Są one zatopione w piankową strukturę i chronione profilami aluminiowymi połączonymi w zespoły. Dzięki ich skośnym ścianom, moduły można przesuwać względem siebie. Stanowi to bazę koncepcji bezpieczeństwa. Zgodnie z obliczeniami, struktura ta wytrzymuje boczne zdarzenie ze słupem. Tylny blok akumulatorów umieszczono w ultralekkiej obudowie wykonanej z tworzywa wzmocnionego włóknem węglowym (CRP).
Sił napędowych pojazdowi testowemu dostarczają łącznie trzy silniki elektryczne różnej konstrukcji. Tylne koła, niezależnie od siebie, połączone są przy pomocy jednostopniowej przekładni z silnikami asynchronicznymi (połączenie: jedno koło – jeden silnik), z których każdy generuje moc 50 kW i moment obrotowy 200 Nm. System inteligentnego sterowania rozdziela siły napędowe zależnie od potrzeb. To sterowanie momentem obrotowym „torque vectoring“ sprawia, że manewry przebiegają stabilniej, a równocześnie pozwalają na sportową jazdę. W przedniej części pojazdu znajduje się silnik synchroniczny. Generowana przez niego moc 50 kW i moment obrotowy 150 Nm przekazywane są przy pomocy dwustopniowej przekładni do nowo skonstruowanego mechanicznego mechanizmu różnicowego. Model F12 posiada pełny napęd elektryczny na cztery koła quattro.
W celu możliwie efektywnego wykorzystania energii, wszystkimi trzema silnikami można sterować niezależnie od siebie. Podczas jazdy z niewielką prędkością aktywny jest silnik synchroniczny, cechujący się szczególnie dużą sprawnością. Przy wyższych prędkościach, pracę podejmują zamontowane w tylnej części pojazdu silniki asynchroniczne, zorientowane na optymalizację osiągów.
Kolejnym novum w modelu F12 jest włączana i wyłączana pokładowa sieć wysokiego napięcia. Zgodnie z zasadą skalarności, oba akumulatory mogą dostarczać prądu o napięciu wyjściowym 148 lub 222 V. Dużej mocy przetwornica napięcia stałego (DC/DC) zapewnia pożądane jednolite napięcie systemowe. Dla obciążeń częściowych, w celu zwiększenia efektywności, jest to napięcie ok. 200 V, ale wraz z rosnącym zapotrzebowaniem na moc, wzrasta ono do 440 V.
W ramach projektu badawczego e performance, konstruktorzy dążą do możliwie wysokiej integracji urządzeń sterujących. Z tego powodu w pompie ciepła, odpowiedzialnej za system zarządzania temperaturą układu napędowego i wnętrza pojazdu, zastosowano zawory podobne do zaworów używanych w inżynierii budowlanej. Pompa ciepła ogrzewa akumulatory w sposób dopasowany do różnych sytuacji, ciepło jest magazynowane i podczas następnej jazdy wykorzystywane do ogrzewania wnętrza.
Kierowca modelu F12 przy pomocy przycisków na konsoli tunelu środkowego steruje podstawowymi funkcjami napędu, oznaczonymi literami P, R, N i D. Wszystkie dalsze komendy związane ze sterowaniem, w tym określenie stopnia rekuperacji i syntetyczny dźwięk elektroniczny, przekazywane są przy pomocy iPada, który można podłączać do bazy znajdującej się przy konsoli środkowej. Dojechawszy do celu, kierowca może go odłączyć i zabrać ze sobą by zmieniać konfigurację ustawień. Dowolnie programowalna deska rozdzielcza prezentuje wszystkie ważne informacje w formie wirtualno-cyfrowych grafik o najwyższej rozdzielczości i jakości.
Pojazd testowy F12 jest efektem trzyletnich prac prowadzonych w ramach projektu badawczego e performance niemieckiego Federalnego Ministerstwa Rozwoju i Badań (BMBF). Budżet projektu wynosił 36 mln euro. Inżynierowie pracujący dla Audi i dla jednostki zależnej – Audi Electronics Venture GmbH (AEV) oraz naukowcy z instytutów ika, ISEA i IEM oraz Politechniki Nadreńsko-Westfalskiej w Akwizgranie (RWTH Aachen) stanowili trzon zespołu biorącego udział w projekcie. W wymiarze naukowym wspierali ich specjaliści z innych instytucji: z politechnik w Monachium, Dreźnie i Ilmenau, z Uniwersytetu im. G.W. Leibniza w Hanowerze (Leibniz Universität Hannover) i z instytutów Towarzystwa Fraunhofera: IISB i IESE. Partnerami projektu z sektora przemysłowego były firmy Robert Bosch GmbH i Bosch Engineering GmbH.
Uczestniczący w projekcie badawczym e performance specjaliści mogli bez żadnych ograniczeń tworzyć zupełnie nowe koncepcje. Dzięki nowoczesnemu sprzętowi badawczemu i nowatorskiemu systemowi zarządzania wiedzą, prace zespołu przebiegały w atmosferze fachowości, kreatywności, dyskusji i networkingu. Kolejne etapy prac konstrukcyjnych rejestrowano w formie nagrań wideo, a zdobyta wiedza była gromadzona na serwerze, z którego mogli korzystać wszyscy członkowie zespołu w całych Niemczech.
Tak duży stopień przejrzystości i networkingu zgodnie z zasadą „open innovation“ sprawił, że projekt badawczy wywarł pozytywny wpływ na całe środowisko uniwersyteckie i przemysł w Niemczech. Zapoczątkowane partnerstwa po zakończeniu prac nad modelem F12 będą działały nadal. Rozpoczęto już pierwsze projekty, w ramach których kontynuowane są prace nad konkretnymi zagadnieniami technicznymi. Szczegółowe rozwiązania, jak obudowa tylnego akumulatora wykonana z tworzywa wzmocnionego włóknem węglowym (CRP) będą w przyszłości stosowane w produkcji seryjnej.
Audi R8 e-tron
Elektromobilność oznacza dla Audi emocje, sportowy styl jazdy i przyjemność. Audi R8 e-tron to dowód realizacji tej maksymy w praktyce. W czerwcu tego roku, Audi R8 e-tron, na Północnej Pętli toru Nürburgring, osiągnęło najlepszy czas w historii pojazdów produkcji seryjnej z napędem elektrycznym. Zawodowy kierowca wyścigowy Markus Winkelhock pokonał w nim ten trudny odcinek długości 20,832 km w czasie 8:09,099 min.
„Bijące rekordy przejazdy to dla mnie niezwykłe przeżycie“ – mówił Markus Winkelhock. Pochodzący ze Szwabii 32-letni kierowca ma spore doświadczenie, pozwalające mu na snucie porównań. Siedział już za kierownicą Audi R8 LMS ultra, na którym razem z Markiem Bassengiem, Christopherem Haasem i Frankiem Stipplerem w maju 2012 wygrał 24-godzinny wyścig na torze Nürburgring.
Prowadzone przez niego auto pod względem wszystkich detali układu napędowego odpowiada seryjnemu modelowi, jaki pod koniec 2012 roku znajdzie się na rynku. Ultralekka karoseria Audi R8 e-tron składa się w znacznej części z aluminium, które wykorzystano zgodnie z technologią ASF (Audi Space Frame) oraz z elementów wykonanych z tworzywa wzmocnionego włóknem węglowym (CRP), co sprawia, że to sportowe auto o wysokiej mocy, mimo stosunkowo dużego akumulatora, waży jedynie 1780 kg.
Oba silniki elektryczne Audi R8 e-tron generują łącznie moc 280 kW (381 KM) i moment obrotowy 820 Nm, przekazywany na tylne koła. Kołami można sterować oddzielnie, co pozwala na „torque vectoring“, czyli przesuwanie momentów zależnie od sytuacji warunkowanej dynamiką jazdy. Audi R8 e-tron ze startu zatrzymanego osiąga prędkość 100 km/h w ciągu 4,6 s. Jego prędkość maksymalna jest z reguły ograniczona do 100 km/h. Podczas rekordowej jazdy odbytej na oponach Cup, superszybki mistrzowski bolid mógł rozwinąć prędkość maksymalną 250 km/h.
Mający kształt teownika akumulator litowo-jonowy, montuje się w tunelu środkowym poprzecznie, przed tylną osią. Energia o wartości 48,6 KWh, jaką można w nim zgromadzić, wystarcza na pokonanie w zwykłym, codziennym ruchu ulicznym odcinka długości ok. 215 km. Na bardzo trudnej Pętli Północnej toru Nürburgring, na której konwencjonalne auto sportowe o wysokich osiągach spala do 65 l. benzyny na 100 km. Energia elektryczna wystarcza na wykonanie dwóch przejazdów bez przerwy. Pomocna jest tu rekuperacja. Podczas zwalniania, silniki elektryczne – pełne mocy generatory – prawie całkowicie odciążają elektromechaniczne hamulce kół tylnej osi.
Poza szybkim przejazdem na Pętli Północnej, Audi R8 e-tron z Markusem Winkelhockiem za kierownicą, osiągnęło doskonały wynik również podczas podwójnej rundy. Przy prędkości maksymalnej ograniczonej do 200 km/h i z oponami produkcji seryjnej, pokonało ten dystans w czasie 16:56,966 min.
„Audi R8 e-tron jest rzecz jasna autem seryjnym bez aerodynamicznych dodatków“ - skomentował Markus Winkelhock. „Jednak dzięki nisko położonemu punktowi ciężkości i ciężarowi rozłożonemu w tylnej części pojazdu, posiada cechy samochodu sportowego. Moment obrotowy, dzięki któremu silniki elektryczne dobrze wyprowadzają go z zakrętów, jest niewiarygodny, nawet jeśli pracują prawie bezgłośnie, co na początku robiło piorunujące wrażenie.”
Audi R18 e-tron quattro
Technologia e-tron wprowadzana przez Audi kryje w sobie fascynujący potencjał. W czerwcu, prototyp sportowego Audi R18 e-tron quattro, napędzany przy pomocy stworzonego specjalnie dla niego napędu hybrydowego, wygrał 24-godzinny wyścig w Le Mans.
Audi R18 e-tron quattro to ucieleśnienie zaawansowanych technicznie koncepcji. Konstruując go, Audi urzeczywistniło rodzaj napędu, niespotykany dotąd w sporcie motorowym. Umiejscowiony przy tylnej osi silnik V6-TDI o poj. 3.7 l, mocy 375 kW (510 KM) i momencie obrotowym ponad 850 Nm, zapewnia efektywne i szybkie przyśpieszanie. Siły napędowe przenosi na koła sześciobiegowa skrzynia biegów wykonana z ultralekkiego tworzywa wzmocnionego włóknem węglowym (CRP).
Przy osi przedniej zamontowano innowacyjną jednostkę będącą połączeniem silnika i generatora (motor-generator-unit: MGU), którą Audi stworzyło we współpracy z partnerami. Generator i przetwornica zamieniają energię odzyskaną podczas hamowania w prąd stały, który z kolei napędza akumulator energii kinetycznej, zamontowany w kokpicie obok miejsca kierowcy. Prąd napędza tu umieszczone w próżni koło zamachowe, które może rotować nawet z prędkością 45 tysięcy obr./min. Koło wykonane jest z ultralekkiego tworzywa wzmocnionego włóknem węglowym (CRP).
Przy wyjeżdżaniu z zakrętu, kierowca może skorzystać z energii zgromadzonej w akumulatorze. Zasila ona w tym przypadku oba silniki elektryczne jednostki MGU, które napędzają koła przedniej osi i generują moc 150 kW (204 KM). Na krótką chwilę Audi R18 TDI staje się więc modelem quattro z napędem na cztery koła. Aby przewaga spowodowana tą cechą nie była zbyt duża, organizatorzy wyścigu dwudziestoczterogodzinnego w Le Mans ograniczyli możliwość stosowania jednostek MGU do prędkości powyżej 120 km/h i do maksymalnej ilości energii rzędu 500 kJ oraz siedmiu odcinków podczas startu.
Podczas kwalifikacji, André Lotterer prowadzący ważące jedynie 900 kg Audi R18 e-tron quattro z numerem startowym 1, uzyskał najlepszą pozycję startową. „Jedzie jak po sznurku“ – cieszył się kierowca z Duisburga po zakończeniu rundy z doskonałym czasem 3:23,787 min.
Audi z podwoziem o numerze R18-208, w niedzielę, 16 września, o godz. 15:00, dojechało do mety jako zwycięzca, pokonując w 378 rundach łącznie 5151,762 km. Na drugim miejscu, ze stratą jednego okrążenia, znalazło się Audi R8 e-tron quattro z ekipą Dindo Capello, Tom Kristensen i Allan McNish. Oba egzemplarze Audi R18 ultra napędzane wyłącznie przez silnik TDI, które zajęły miejsce trzecie i piąte, stanowiły dopełnienie triumfu Audi. Marka po raz jedenasty, na 14 startów od roku 1999, zdobyła łączne zwycięstwo w wyścigu w Le Mans.
Ekipa Lotterer/Fässler/Tréluyer podkreśla w podsumowaniach potencjał techniki hybrydowej Audi. Zwycięzcy byli znacznie szybsi niż rok temu. Ich średnia prędkość podczas tego sezonu wyniosła 214,468 km/h, a podczas ubiegłorocznego 201,266 km/h. Mimo to, zużycie ich Audi R18 e-tron quattro było o ok. dziesięć procent niższe niż zużycie Audi R18 TDI z roku 2011.
„Wystawienie do startu pojazdu e-tron quattro z napędem na cztery koła, w połączeniu z ultralekką konstrukcją, oznacza początek zupełnie nowej technologii, dzięki niej właśnie ten model zwyciężył“ – stwierdził po wyścigu Rupert Stadler, prezes zarządu Audi AG. „W ten sposób, nasi inżynierowie udowodnili swoje wysokie kompetencje.“ Zwycięstwa dzięki innowacji są już tradycją w przypadku Audi. W 2001 roku, Audi wygrało w Le Mans dzięki nowemu wówczas silnikowi TFSI, a w roku 2006 zadziwiło kibiców w Le Mans pierwszym zwycięstwem pojazdu z silnikiem TDI.
„Zasady, w formułowaniu których braliśmy aktywny współudział, stanowią duży krok we właściwym kierunku“ – skomentował dr Wolfgang Ullrich, szef Audi-Motorsport. „Ułatwiają rozwój nowych technik, które mają znaczenie również dla tych wyścigów. Dlatego właśnie tak bardzo angażujemy się w wyścigi w Le Mans.“
W 2014 r. karty w będących już klasyką sportu motorowego wyścigach długodystansowych zostaną rozdane na nowo. Organizatorzy określą wtedy ilość energii, z której każdy uczestnik będzie musiał uzyskać maksimum. W kwestii silników i systemów hybrydowych będzie obowiązywała większa swoboda. Celem jest zmniejszenie zużycia paliwa o kolejne 30 proc. Audi już teraz z optymizmem oczekuje nowego wyzwania.
źródło: Audi
Brak komentarzy:
Prześlij komentarz