Audi R8 e-tron

Audi R8 e-tron to najlepszy przykład tego, jak emocjonująca i dynamiczna może być mobilność elektryczna. Dwa silniki elektryczne, którym prądu dostarcza akumulator o pojemności 48,6 kWh, generują moc 280 kW (380 KM) i maksymalny moment obrotowy 820 Nm. Dzięki nim, to jednoznacznie sportowe auto osiąga prędkość 100 km/h w czasie 4,2 sekundy. Prędkość maksymalną samochodu ograniczono do 200 km/h. Jednorazowe naładowanie akumulatora pozwala pokonać 215 km. Budowa R8 e-tron dała Audi kolejny pakiet wiedzy i doświadczeń owocujących dalszymi pracami nad napędem elektrycznym.

Ciężar Audi R8 e-tron to 1 780 kg. Szkielet karoserii wraz z jego pokryciem waży zaledwie 199 kg, o 23 kg mniej niż karoseria Audi R8 Coupé, która – wykonana z aluminium, w myśl założeń ASF (Audi Space Frame) – wyznaczała i tak wysokie standardy. Wraz z modelem R8 e-tron, Audi zaprezentowało nowe nadwozie Multimaterial Space Frame, kolejny etap rozwoju swojej koncepcji wytwarzania ram i nadwozi z jak najlżejszych materiałów, tak by osiągnąć jak najmniejszą wagę pojazdu. Istotą takiej konstrukcji jest to, że duże elementy wykonane z tworzywa wzmocnionego włóknem węglowym (CRP), stanowią uzupełnienie aluminiowego szkieletu.

23 procent ciężaru karoserii to elementy wykonane z CRP, 75 procent to części metalowe, a pozostałe dwa procent przypada na inne materiały. Przód Audi R8 e-tron to klasyczna konstrukcja aluminiowa. W przedziale pasażerskim dominuje CRP, a tył pojazdu to kompozycja obu materiałów. Będącą elementem konstrukcyjnym misę bagażnika, wykonaną również z CRP, zaprojektowano i zbudowano w ten sposób, że jej falista struktura absorbuje znaczne siły ewentualnego uderzenia. Dzięki temu, tył pojazdu może pochłonąć pięciokrotnie więcej energii niż konstrukcja aluminiowa. W słupkach B i w tylnej ściance pojazdu zastosowano tzw. koncepcję „sandwich“, co obniżyło ciężar o 11,5 kg.

Każdy element pokrycia zewnętrznego, prawie w całości wykonanego z CRP, dostosowano do konkretnego miejsca i konkretnej funkcji. Dla przykładu, w niektórych strefach maski znajdziemy nawet siedem nałożonych na siebie warstw tworzywa węglowego. Natomiast w powłoce wewnętrznej tylnej strefy boków pojazdu wystarczają tylko dwie warstwy, pomiędzy którymi umieszczono włókninę.

Akumulator litowo-jonowy to dowód nowatorskich kompetencji marki z Ingolstadt. Jednostka została zaprojektowana w zakładach Audi. Przymocowany do struktury w 40 punktach, jest jednocześnie elementem wspierającym konstrukcję, który ponad dwukrotnie zwiększa sztywność nadwozia Multimaterial Space Frame. Składa się z 530 pryzmatycznych, płaskich ogniw. Akumulator, w kształcie litery T, ma wraz ze sterownikiem 235 cm długości, 135 cm szerokości i 71 cm wysokości. W tunelu środkowym pojazdy znajdują się dwa „piętra” pakietów ogniwowych ułożonych jeden na drugim. W tylnej części pojazdu znajdziemy cztery takie poziomy.

Płyty o grubości 12 mm, wykonane ze stopu aluminiowego, oddzielają od siebie poszczególne „piętra“, stanowiąc równocześnie konstrukcję nośną akumulatora. W wyfrezowanych wąskich kanałach o łącznej długości kilkuset metrów, cyrkuluje płyn chłodzący. Hydrauliczny rozdzielacz zapewnia jego homogeniczny, precyzyjny przepływ, a tym samym równomierne chłodzenie wszystkich ogniw.

System zarządzania pracą akumulatora, włączniki wysokiego napięcia i bezpieczniki umieszczono razem w jednej obudowie. Główne zadanie systemu zarządzania akumulatorem to, po pierwsze, monitorowanie bezpiecznego działania i odpowiednia reakcja w przypadku zagrożeń. Po drugie, badanie stanu naładowania i wydajności akumulatora wysokiego napięcia oraz przekazywanie takich danych do urządzeń sterujących układem napędowym silników elektrycznych. By wykonać powyższe zadania, system zarządzania korzysta m. in. z wewnętrznej sieci ogniw akumulatora, dzięki czemu może zbierać informacje o napięciu i temperaturze. Gdy akumulator jest na wyczerpaniu i poziom jego naładowania zbliża się do dolnej granicy 15 procent poziomu pełnego naładowania (ang. SOC – state of charge), system kontrolny redukuje odpowiednio dopuszczalną moc, jaką można pozyskać z akumulatora. Ponadto stałemu monitoringowi podlega też funkcjonowanie i bezpieczeństwo pokładowej sieci wysokiego napięcia. W razie wypadku, akumulator samodzielnie się dezaktywuje.

Ładowanie może odbywać się na dwa sposoby. Przy wykorzystaniu prądu zmiennego o napięciu 230 V z ogólnodostępnej sieci elektrycznej, pełne ładowanie trwa ok. 12 godzin. Zastosowanie prądu stałego pozwala skrócić czas ładowania, zależnie od mocy źródła prądu, do mniej niż godziny. Dzięki aplikacji w smartfonie, kierowca może na odległość monitorować, ustalać i pozyskiwać informacje o wielu funkcjach, m. in. o poziomie naładowania, ogrzewaniu wnętrza i odcinku, jaki pojazd może jeszcze pokonać bez ładowania. To element zindywidualizowanego serwisu dostępnego przez Audi connect, który takie same usługi oferuje np. w modelu A3 Sportback e-tron.

Dzięki rekuperacji, akumulator ładuje się również w drodze, podczas poszczególnych faz hamowania. Kierowca za pomocą manetek przy kierownicy może wybrać jeden z trzech stopni odzyskiwania energii (plus wolny bieg). Stopień mocy hamowania zwiększa się wydatnie podczas samego procesu, ponieważ silniki elektryczne samodzielnie przejmują ok. 0,3 g siły hamowania. Potem stopniowo uaktywnia się układ hamulcowy przedniej osi, dzięki temu silniki elektryczne mogą rekuperować jeszcze dodatkowo do 0,45 g. Nowo zaprojektowany, elektryczny system kontroli trakcji poszczególnych kół (eASR), podczas hamowania zapewnia doskonałą stabilność i optymalną trakcję podczas przyspieszania.

Dwa silniki elektryczne zamontowane przy przedniej osi Audi R8 e-tron mają funkcję tzw. electric torque vectoring, czyli dostosowanego do potrzeb przyhamowywania i przyspieszania każdego z kół z osobna, dzięki temu podczas szybkiego pokonywania zakrętów można zarządzać momentem obrotowym, zależnie od sytuacji warunkowanej dynamiką jazdy. Dzięki indywidualnemu sterowaniu silnikami elektrycznymi i ich spontanicznym reakcjom, proces przebiega szybko i dokładnie. Co ciekawe, w teorii, jedno koło tego wyczynowego samochodu może akurat hamować, a pozostałe w tej samej chwili przyspieszać, wykorzystując wysoki moment obrotowy.

Dzięki mocy 280 kW i momentowi obrotowemu 820 Nm, który jest dostępny praktycznie od startu, silniki elektryczne zapewniają Audi R8 e-tron naprawdę doskonałe osiągi. Rusza niczym wystrzelone z katapulty i w czasie 4,2 sekundy przyspiesza od zera do 100 km/h. Prędkość maksymalną ograniczono do 200 km/h. W cyklu jazdy testowej jedno naładowanie akumulatora pozwala pokonać ponad 215 km.

W szerokim zakresie, silniki elektryczne mają ponad 95 procent wydajności. Bez ograniczenia mogłyby osiągać nawet do 12,5 tys. obr./min i rozpędzić pojazd do prędkości ponad 250 km/h. Pomyślane jako stale aktywne jednostki synchroniczne, zapewniają dużą wartość mocy i momentu obrotowego, a równocześnie pracują efektywnie przy niewielkim nakładzie energii elektrycznej. Stator jest chłodzony przez płaszcz wodny, a rotor dodatkowo powietrzem. Z obiegiem chłodzenia zintegrowane są jednostopniowe przekładnie planetarne.

Każdy silnik elektryczny posiada własny sterownik, który również jest chłodzony. Pulsacyjne przetworniki mocy, które przetwarzają czerpany z akumulatora prąd stały na prąd o napięciu zmiennym, to najnowsze osiągnięcia kompaktowej budowy i lekkiej konstrukcji. Koncepcja sterowania napędem zapewnia szeroki margines działania i spełnia najwyższe wymogi bezpieczeństwa. Układy kontrolujące elektronikę komunikują się ze sobą i ze sterownikiem napędu.

Nowe rozwiązania zastosowano też w podwoziu Audi R8 e-tron. Sprężyny zrobiono z tworzywa wzmocnionego włóknem szklanym (GRP). Ważą tylko 1,2 lub 1,3 kg, czyli ok. 40 procent mniej niż sprężyny stalowe. Piasty kół osi tylnej wykuto z tytanu, co pozwoliło zaoszczędzić kolejne 0,6 kg. Drążek stabilizatora osi przedniej wykonano z dwóch zrolowanych warstw CRP, a ramiona z aluminium. Cały element waży jedynie 2,5 kg, czyli o 35 procent mniej niż dotychczas.

Audi R8 e-tron jest wyposażone w opony o zmniejszonym oporze toczenia w rozmiarach 225/35 i 275/35. Od prędkości ok. 50 km/h, ruchome klapy, za pomocą siły odśrodkowej, zamykają otwory w 19-calowych felgach. Przy niższych prędkościach, klapy, również siłami fizyki, otwierają się. Aktywne aerodynamiczne koła obniżają współczynnik oporu powietrza o ok. 0,02.

Za hamowanie kół tylnych odpowiadają elektromechaniczne hamulce tłoczkowe . Elektrycznie poruszane i sterowane (by wire) śruby kulowe, błyskawicznie zaciskają szczęki hamulca na jego tarczach. Hydrauliczny układ hamulcowy z przodu, wymagane podciśnienie czerpie z dwóch pomp próżniowych. Przednie tarcze hamulcowe wykonano z ceramiki wzmacnianej włóknem węglowym.

Dzięki podziałowi ciężaru w stosunku 42 : 58, Audi R8 e-tron zapewnia optymalne warunki do sportowej jazdy. Akumulator umieszczono centralnie, a jego niska pozycja montażowa przyczyniła się do obniżenia środka ciężkości. W czerwcu 2012, na północnej pętli toru Nürburgring, Markus Winkelhock za kierownicą R8 e-tron, ustanowił dwa rekordy dla pojazdów seryjnych z napędem elektrycznym. Jedno okrążenie pokonał w rekordowo krótkim czasie: 8:09,099 min. Rekordowy był również czas, w jakim przejechał dwa okrążenia z rzędu – zaledwie 16:56,966 min. W pierwszym przypadku odcinek pokonał na ogumieniu sportowym z prędkością maksymalną ograniczoną do 250 km/h, a w rundzie podwójnej, na ogumieniu seryjnym i z prędkością maksymalną ograniczoną do 200 km/h.

Na pierwszy rzut oka, Audi R8 e-tron nie różni się od Audi R8 z silnikiem benzynowym, choć karoserie obu pojazdów mają zaledwie dziewięć takich samych elementów. Współczynnik oporu powietrza modelu napędzanego elektrycznie wynosi 0,27. Wyeliminowanie silnika spalinowego, skrzyni biegów i układu wydechowego skutkuje tym, że spód pojazdu jest gładki. Z tyłu, długi dyfuzor o stosunkowo ostrym kącie, tak kieruje przepływającym powietrzem, że optymalnie współgra ono z powietrzem opływającym auto. Krawędzie pojazdu umiejscowiono nieco wyżej niż w modelu R8. Zrezygnowano też ze spojlera.

Elektrycznie napędzany samochód sportowy nie potrzebuje chłodnicy olejowej i poboru powietrza. Wloty z przodu i po bokach pojazdu są zamknięte. Powietrze wpływa jedynie przez dolną część osłony chłodnicy Singleframe. Zapewnia ono właściwe zarządzanie temperaturą. Wpływa przez kanał w przedniej części pojazdu, a wydostaje się na zewnątrz przez otwór w masce samochodu.

Dzięki korzystającej z kilku źródeł pompie ciepła, Audi udało się zastosować w systemie zarządzania temperaturą modelu R8 e-tron bardzo wydajne rozwiązanie, które w przyszłości przyniesie istotne korzyści modelom seryjnym. Ten złożony system zapewnia właściwą temperaturę wszystkim ważnym elementom układu napędowego – akumulatorowi, silnikom elektrycznym, przeniesieniu napędu i zaawansowanej elektronice. Odbierane przez niego ciepło ogrzewa wnętrze pojazdu. Dzięki oszczędnemu wykorzystywaniu energii elektrycznej, zasięg pojazdu może wzrosnąć nawet o 20 procent.

Pompa ciepła bazuje na zasadzie klasycznego obiegu chłodzącego. Jej nowe elementy konstrukcyjne to chiller, czyli schładzacz odpowiedzialny za wymianę ciepła między dwiema cieczami, przedni kondensator/parownik, elektrycznie regulowane zawory otwierające i dodatkowy rejestrator ciepła w klimatyzatorze. Ten zaprojektowany specjalnie przez Audi koordynator ciepła reguluje współpracę wszystkich systemów składowych i zależnie od warunków wybiera jeden z 43 wariantów funkcjonowania. Pompa ciepła w Audi R8 e-tron, która pracuje także w trakcie postoju, szybciej ogrzewa wnętrze niż tradycyjne ogrzewanie czy klimatyzacja. Jeden kilowat mocy elektrycznej może dostarczyć do trzech kilowatów mocy cieplnej.

Gdy układ pracuje jako tzw. powietrzna pompa ciepła, źródłem jest powietrze z otoczenia. Przekazywanie ciepła do obiegu odbywa się przez przedni kondensator, funkcjonujący tu jako parownik. Przy niskich temperaturach zewnętrznych, pompa wykorzystuje ciepło oddawane przez silniki elektryczne i akumulator wysokiego napięcia za pośrednictwem specjalnych parowników, tzw. chillerów, które chłodzą te komponenty. Rejestrator ciepła w większości przypadków ogrzewa wnętrze pojazdu, wykorzystując energię cieplną zgromadzoną w chłodziwie. Proces ten odbywa się w wyniku kondensacji i przekazania ciepła do zasysanego świeżego powietrza. W razie konieczności jak najszybszego ogrzania pojazdu, aktywuje się elektryczny pozystor.

We wnętrzu Audi R8 e-tron dominują elementy pokryte delikatnym CRP, skórą i alcantarą. Z CRP wykonano np. prowadnice sportowych siedzeń kubełkowych. Dzięki temu, ważą one tylko 17,6 kg. Pasma diod na tablicy rozdzielczej informują o temperaturze chłodziwa i poziomie naładowania akumulatora. Duży wskaźnik mocy, ze skalą od zera do 100 procent, pokazuje wartość generowanej mocy i rekuperowanej energii. Siedmiocalowy, kolorowy monitor służy jako wyświetlacz danych systemu informacji kierowcy, a w połączeniu z monitorem MMI pokazuje wszystkie istotne parametry podczas jazdy w trybie elektrycznym. Są to m. in. informacje o zużyciu (w kW/h na 100 km), wybranym stopniu rekuperacji i odzyskiwanej ilości energii. Ponadto wyświetla też animowaną grafikę pokazująca przepływ energii. Dodatkowo, graficzna informacja o zasięgu wyświetlana jest na mapie systemu nawigacji.

Kolejna innowacja w Audi R8 e-tron to cyfrowe lusterko wewnętrzne. To wyświetlacz o wysokiej rozdzielczości i przekątnej 6,8 cala, wykonany w technice AMOLED (ang. Active Matrix Organic Light Emitting Diode). Wyświetlacz zastępuje tradycyjne lusterko wsteczne. Mała, wysokiej jakości kamera rejestruje obraz o szerokim kącie i dużej czułości. Dzięki specjalnemu urządzeniu sterującemu, obraz w lusterku zachowuje stały kontrast i ma doskonałe parametry. Wyświetlacz AMOLED o grubości siedmiu milimetrów oferuje dziesięć razy lepszy kontrast i zużywa o 30 procent mniej energii niż monitor LCD.

Audi R8 e-tron wydaje specjalnie wytwarzany sztuczny dźwięk, który słyszalny jest powyżej prędkości ok. 60 km/h. Niewielki komputer generuje częstotliwości na podstawie danych uzyskiwanych ze sterownika układu napędowego, a system głośników w spodzie pojazdu przekazuje je na zewnątrz.

Audi R8 e-tron: dane techniczne

• Moc: 2 x 140 kW
• Maksymalny moment obrotowy: 2 x 410 Nm
• Pojemność akumulatora: 48,6 kWh
• Przyspieszenie 0 – 100 km/h:  4,2 s
• Odległość pokonywana w cyklu NEDC: 215 km
• Prędkość maksymalna: 200 km/h (ograniczona elektronicznie)
• Długość / szerokość / wysokość:  4.431 / 2.029 (z lusterkami bocznymi) / 1.252 mm
• Rozstaw osi: 2 650 mm
• Ciężar własny: 1 780 kg