Koncepcia

Elektrický pohon automobilov ešte stále hrá iba okrajovú rolu. Prvé vozidlá tohto druhu jazdili na cestách ešte v roku 1900, no napriek tomu ani v roku 2009 ešte nijaký veľkosériový výrobca nemá vo svojom programe automobil s výlučne elektrickým pohonom. V Nemecku je v súčasnosti prihlásených menej ako 1.500 kusov elektromobilov, čo predstavuje podiel 0,035 percenta evidovaných vozidiel.

Pri tom prináša elektrický pohon potenciálne mnohé výhody. Automobily s elektrickým pohonom znižujú závislosť dopravy a národnej ekonomiky od ropy, neprodukujú priamo nijaké emisie vo výfukových plynoch a tým odľahčujú životné prostredie na mieste prevádzky. Účinnosť elektromotora výrazne prekonáva spaľovací motor, čo znižuje prevádzkové náklady. K ďalším prednostiam patria športové jazdné vlastnosti a pôžitok z jazdy. Prakticky celý krútiaci moment motora je k dispozícii už okamžite po štarte, čo umožňuje fascinujúce zrýchlenie.

Do štádia sériovej zrelosti automobilov s elektrickým pohonom však treba vyriešiť ešte mnoho úloh. Najväčšiu výzvu predstavuje integrácia zdroja energie, trakčná batéria je pri primeranom dojazde a výkone ťažká a zaberá veľký objem. Aby sa tieto nevýhody vykompenzovali, ide Audi novou cestou. Cestou komplexného prístupu so špecifickým usporiadaním prvkov pohonu, dôsledne ľahkou konštrukciou a optimálnym prispôsobením jednotlivých komponentov elektrickému pohonu.

Audi e-tron – komplexný prístup

Najdôležitejším výsledkom vývoja v oblasti akumulátorových batérií pre elektrický pohon sú lítiovo-iónové články. Celosvetovo pracujú mnohí experti na ich ďalšom zdokonalení pre použitie v automobile. Prvoradým cieľom je zníženie hmotnosti, ako aj zvýšenie kapacity a výkonu. Aj Audi sa rozhodlo pre túto technológiu, a to tak pre použitie v sériovom automobile s hybridným pohonom, ako budúca verzia Q5, ako aj vo funkčnej štúdii e-tron.

Zadanie štúdie však ide výrazne nad rámec technológie akumulátorovej batérie a nahradenie spaľovacieho motora elektromotorom. Vývojoví inžinieri Audi sa už vo fáze koncepcie rozhodli prakticky každý komponent a technológiu vozidla dôsledne prispôsobiť novým požiadavkám elektrickej mobility. Interakcia všetkých prvkov výrazne ovplyvňuje faktory ako sú účinnosť, dojazd a praktická využiteľnosť.

Tím Audi preto venoval pozornosť celému vozidlu. Tomu zodpovedá aj rozsiahly katalóg požiadaviek.

- Redukcia jazdných odporov a z toho prameniace zväčšenie dojazdu hrá u elektromobilov významnú rolu. Preto je hlavnou prioritou štúdie e-tron ľahká stavba. Predovšetkým karoséria spája nízku hmotnosť s najvyššou pevnosťou a tuhosťou. Inteligentná koncepcia aerodynamiky s aktívnymi prvkami prispieva k nízkej spotrebe energie.
- Koncepcia usporiadania pohonného ústrojenstva zabezpečuje integráciu elektrického pohonu a akumulátorovej batérie. Umiestnenie batérie pred zadnou nápravou zlučuje optimálne rozloženie hmotnosti na nápravy bez toho, aby sa negatívne ovplyvnil kompaktný celkový dizajn a veľkorysý vnútorný priestor kabíny.
- Najmodernejšia technika batérie umožňuje dojazd v prakticky využiteľnej oblasti. Systém batérie je pre optimálnu výkonnosť a životnosť chladený kvapalinou.
- Inteligentný systém menežmentu energie ovláda všetky funkcie podvozka, komfortu a vedľajšie spotrebiče.
- Inovatívny systém tepelného menežmentu s optimálne vyladenými chladiacimi a vykurovacími komponentmi zohľadňuje potrebu chladenia batérie a pohonu rovnako ako klimatický komfort v kabíne posádky.
- Jazdná dynamika a komfort jazdy zodpovedajú očakávaniam zákazníkov Audi v segmente športových automobilov.
- Bezpečnosť vozidla je na úrovni najlepších aktuálnych sériových modelov.
- Informácie poskytované vodičovi sú komplexné a intuitívne zrozumiteľné.
- Štúdia e-tron využíva technológiu komunikácie Car-to-X, ktorú značka Audi vyvinula na zvýšenie účinnosti pri vozidlách s konvenčným pohonom. Napríklad informácie o prepínaní semaforov a plynutí premávky sprostredkované z infraštruktúry a od iných vozidiel slúžia na výpočet optimálnej stratégie jazdy. Audi takéto riešenie už modelovo odskúšalo v rámci svojho projektu „travolution“ v Ingolstadte.

Dizajn a usporiadanie komponentov pohonu

Už prvý pohľad prezrádza, s akým kalibrom sa tu pozorovateľ stretáva. Audi e-tron široko a energicky stojí na ceste. Teleso vozidla pôsobí takmer monoliticky, uzavretá zadná časť umocňuje atletický vzhľad. Prednej časti karosérie dominuje lichobežník jednodielnej masky s dvoma bočnými otvormi na prívod vzduchu. Na ich hornom okraji sa pripájajú úzke moduly reflektorov matrix-beam s čírymi krycími sklami. Všetky svetlá sú vytvorené z vysoko účinnej technológie svietiacich diód LED. Audi patrí celosvetovo k priekopníkom v tejto oblasti.

Predné reflektory sú jadrom plne automatického systému osvetlenia, ktorý flexibilne reaguje na akúkoľvek situáciu. Nová technológia rozozná poveternostné podmienky a prispôsobí osvetlenie dažďu alebo hmle. Technickým srdcom systému je kamera, ktorá v spolupráci s rýchlym počítačom monitoruje protiidúce vozidlá, rozoznáva jazdné pruhy a meria viditeľnosť, napríklad v hmle.

Napríklad keď sa objaví protiidúce vozidlo, diaľkové svetlá sa v príslušnej oblasti automaticky stlmia. Adaptívne svetlá vyhodnocujú dáta navigačného systému a nasvecujú blížiacu sa zákrutu ešte skôr ako vodič do nej zatočí. Audi e-tron nemá konvenčné reflektory do hmly, ktoré spotrebúvajú energiu navyše, namiesto toho sa inteligentným spôsobom mení tlmené svetlo. Reflektory svietia viac do šírky a pri tom výrazne redukujú vlastné oslňovanie.

Variabilita reflektorov sa prejavuje aj v dizajne. Podľa rýchlosti jazdy a situácie okolia sa mení obraz svietiacich elementov LED a tým aj charakter prednej časti vozidla. Pre dizajnérov Audi inovatívna technológia osvetlenia poskytuje rovnako široké štylistické možnosti ako samotný tvar karosérie.

Novým dizajnovým prvkom, špecifickým pre štúdiu e-tron, sú otvory na prívod vzduchu v jednodielnej maske a v zadných blatníkoch. V základnom stave sú zatvorené, ak nastane potreba prívodu väčšieho množstva chladiaceho vzduchu, klapky sa otvoria. Aj toto konštrukčné opatrenie zvyšuje účinnosť, nízky koeficient aerodynamického odporu sa so zatvorenými klapkami ešte zlepší.

Teleso karosérie pôsobí kompaktne, predná časť a plochý oblúk strechy sú načrtnuté jedným rýchlym ťahom, ktorý dvojsedadlovú štúdiu okamžite identifikuje ako model Audi. Bočná partia karosérie má dôverne známe kontúry: Priebeh tzv. Dynamic line nad prahmi karosérie a horná línia pontónu spájajú prednú, bočnú a zadnú časť, plasticky tvarujú dvere i prechod k bočnému otvoru na vstup vzduchu a intenzívne zvýrazňujú pre Audi typické okrúhle výrezy blatníkov s veľkými 19-palcovými kolesami.

Šírka 1,90 metra pri dĺžke iba 4,26 metra a výške 1,23 metra to sú proporcie superšportového automobilu. Rázvor 2,60 metra vytvára veľkorysý priestor medzi nápravami pre človeka a techniku. Rovnako ako pri športovom automobile s motorom pred zadnou nápravou je kabína štúdie e-tron posunutá ďaleko dopredu, tým zostáva pred zadnou nápravou priestor pre akumulátorovú batériu s hmotnosťou približne 470 kilogramov, pre menič napätia a pre výkonovú elektroniku.

Dva elektromotory, opatrené vlastným chladením, sú umiestnené pred zadnou nápravou. Predné elektromotory sú namontované v oblasti prednej nápravy. Toto špeciálne usporiadanie pohonu s rozdelením hmotnosti na nápravy v pomere 42:58 percent zabezpečuje perfektné vyváženie, z ktorého profituje jazdná dynamika štúdie e-tron.

Dôsledne ľahká stavba je pri vozidlách s elektrickým pohonom ešte viac ako pri konvenčne poháňaných automobiloch rozhodujúcim predpokladom pre dobrú účinnosť a primeraný dojazd. Inžinieri Audi sa pri tvorbe štúdie e-tron opreli o ťažiskovú kompetenciu značky. Štruktúra karosérie využíva technológiu Audi Space Frame (ASF) a je vytvorená z kombinovaného materiálu. Skelet karosérie je hliníkový, všetky povrchové panely ako dvere, kapoty, bočné steny a strecha kabíny sú vyrobené z plastu spevneného uhlíkovými vláknami.

Kombinácia hliníka a kompozitového plastu zabezpečuje maximálnu pevnosť pri minimálnej hmotnosti. Audi ju bude v podobnej forme onedlho využívať aj v sériovej výrobe. Celková hmotnosť štúdie Audi e-tron napriek komponentom pohonu so štyrmi elektromotormi a výkonným systémom akumulátorovej batérie dosahuje iba približne 1.600 kilogramov.

Interiér a koncepcia ovládania

Dizajn interiéru ovplyvňujú vizuálne a funkčné odkazy na novú koncepciu pohonu vytvárajú vyspelé spojenie osvedčených génov Audi s novými formálnymi východiskami. Pre výrazové prostriedky značky je aj tu typická redukcia na podstatné prvky v architektúre, ovládaní a informačnom toku v prospech viditeľnej ľahkej stavby a uhladeného celkového výrazu.

Zdanlivo sa vznášajúci prístrojový panel oblúkom pokračuje do čalúnenia dverí. Dizajnéri využili šancu vytvoriť stredovú konzolu a stredový tunel zvlášť štíhle a ľahké, nemuseli brať nijaký ohľad na prevodovku, mimiku radenia a kardanový tunel. Integrovaná voliaca páka pohonu, ktorou vodič prepína režimy dopredu /dozadu / neutrál sa pri naštartovaní vozidla vysunie zo stredového tunelu.

Aj kokpit štúdie e-tron je orientovaný na vodiča, čo je ďalšia typická črta značky. Namiesto klasického združeného prístroja má štúdia po prvý raz u Audi veľký, výklopný centrálny monitor s integrovanými funkciami ovládacieho terminálu MMI je umiestnený v strede medzi dvoma kruhovými prístrojmi.

Kým vpravo informuje vodiča analógový rýchlomer o rýchlosti jazdy, ľavý prístroj ukazuje požadovaný výkon. Centrálny monitor zobrazuje dojazd vo forme stĺpca a všetky dôležité informácie zo systému infotainmentu a navigácie. Okrem toho poskytuje vodičovi relevantné dáta z komunikácie jeho vozidla s okolím. Prístroje harmonicky spájajú do jedného celku analógový a digitálny svet.

Pre štúdiu Audi e-tron je charakteristická takmer úplná absencia spínačov a malých ovládacích prvkov ako napríklad spínacia skrinka. Ovládacie prvky klimatizácie sú umiestnené vpravo vedľa volantu; displej informuje o teplote a ventilácii. Systém sa ovláda rovnako ako mobilný telefón, posúvačom citlivým na dotyk.

Ľahké škrupinové sedadlá, inšpirované automobilovým športom, spájajú vynikajúce držanie tela a vysoký komfort. Dve kontrastné farby, snehobiela a koňaková, odčleňujú jednotlivé oblasti interiéru. Rovnako ako kvalitné materiály spájajú eleganciu a športový charakter.

Pohon a zásobovanie energiou

Štyri asynchrónne elektromotory s celkovým výkonom 230 kilowattov (313 k) poskytujú štúdii Audi e-tron jazdné výkony vysokovýkonného športového automobilu. Z 0 na 100 km/h štúdia v prípade potreby akceleruje za 4,8 sekundy, zrýchlenie zo 60 na 120 km/h absolvuje za 4,1 sekundy. Krútiaci moment motorov sa selektívne rozdeľuje na jednotlivé kolesá podľa jazdných situácií a vlastností povrchu cesty. Z toho pramení vynikajúca trakcia a dokonalé jazdné vlastnosti.

Maximálna rýchlosť je obmedzená na 200 km/h pretože spotreba energie elektromotorov s rastúcou rýchlosťou exponenciálne rastie. V zmiešanej premávke podľa európskeho cyklu merania dosahuje dojazd približne 248 kilometrov. Túto dobrú hodnotu bolo možné dosiahnuť vďaka integrovanej koncepcii použitím techniky, konštruovanej špeciálne pre elektrický pohon v kombinácii s najmodernejšou technológiou akumulátorovej batérie. Blok akumulátorových batérií poskytuje celkový energetický obsah približne 53 kilowatthodín, využiteľný podiel je s ohľadom na životnosť obmedzený na 42,4 kWh. Audi používa kvapalinové chladenie akumulátorových batérií.

Akumulátorová batéria sa nabíja cez kábel a zástrčku z bežnej elektrickej siete v domácnosti (230 Voltov/16 Ampérov), elektrická zásuvka je umiestnená pod viečkom na zadnej časti vozidla. Vybitá batéria úplne dobije na plnú kapacitu za 6 až 8 hodín. Pri nabíjaní trojfázovým prúdom (400 Voltov, 63 Ampérov) sa čas nabíjania skráti približne na 2,5 hodiny. Aby sa zvýšil komfort pri nabíjaní, inžinieri Audi pracujú na riešení bez použitia kábla. Induktívna nabíjacia stanica, ktorá môže ležať v domácej garáži alebo aj v špeciálnych parkovacích domoch, sa automaticky aktivuje pri pristavení vozidla. Táto technika sa už dnes používa v podobnej forme pri nabíjaní elektrických zubných kefiek.

Akumulátorová batéria sa nenabíja iba keď je vozidlo v pokoji ale aj počas jazdy využitím rekuperácie. Táto forma získavania a opätovného zachytávania energie do batérie sa už dnes využíva v mnohých sériových modeloch Audi. Tam alternátor pri spomaľovaní vozidla premieňa kinetickú energiu na elektrickú, ktorou sa napája elektrická sústava vozidla pri opätovnom zrýchľovaní.

Štúdia Audi e-tron, vybavená štyrmi ľahkými keramickými brzdovými kotúčmi, ide ešte rozhodujúci krok ďalej do budúcnosti. Elektromechanická brzdová sústava umožňuje využiť rekuperačný potenciál elektromotorov. Na prednej náprave sú pevné hydraulické brzdiče, na zadnej náprave sú dva inovatívne elektricky ovládané plávajúce brzdiče, ovládajú sa bez mechanických alebo hydraulických prvkov prenosu sily priamo elektrickým káblom („brake by wire“). Okrem toho pri jazde bez brzdenia nedochádza k nijakým trecím stratám v dôsledku zvyškových trecích momentov.

Kvôli oddeleniu brzdového pedála môžu elektromotory štúdie e-tron celú energiu spomaľovania premeniť na elektrický prúd a ten priviesť do akumulátorovej batérie. Až pri vyšších hodnotách spomalenia sa aktivuje elektromechanická brzdová sústava. Vodič tieto regulačné procesy vôbec nevníma, cíti iba vypočítateľný a konštantný odpor pedála ako pri klasických hydraulických brzdách.

Nóvum v automobile: tepelné čerpadlo

Aj tepelné čerpadlo, nóvum v automobilovej technike, slúži na zvýšenie účinnosti a predĺženie dojazdu. Na rozdiel od spaľovacieho motora nevytvára elektromotor vo všetkých prevádzkových stavoch dostatok odpadového tepla, ktoré by sa dalo využiť na účinné vykurovanie kabíny posádky. Iné elektromobily sú vybavené prídavným elektrickým kúrením, ktoré však má vysokú spotrebu energie. Tepelné čerpadlo, ktoré využíva Audi, známe z použitia v obytných budovách, je vysoko účinne pracujúci stroj na vykurovanie s minimálnou spotrebou energie.

Na chladenie kabíny posádky je k dispozícii klimatizácia s vysokou účinnosťou; v spolupráci so systémom tepelného menežmentu zabezpečuje aj temperovanie vysokonapäťovej akumulátorovej batérie. Batéria, výkonová elektronika a elektromotory sa musia udržiavať v optimálnej prevádzkovej teplote aby sa dosahoval optimálny výkon a dojazd.

Keď sa vozidlo pripojí k nabíjacej stanici, jednotlivé systémy sa pomocou tepelného menežmentu uvedú na optimálnu prevádzkovú teplotu. V chladnom počasí sa systém pohonu predhreje, v horúcom počasí sa schladí. V prípade potreby sa táto tepelná príprava dá rozšíriť aj na kabínu posádky, takže posádka nastúpi do kabíny, prispôsobenej jej požiadavkám na komfort.

Jazdná dynamika

Normálne rozdelenie krútiaceho momentu je vyladené výrazne v prospech zadnej nápravy, čo zodpovedá rozloženiu hmotnosti štúdie e-tron na nápravy: Podobne ako pri športovom automobile s motorom pred zadnou nápravou sa prenáša podiel približne 70 percent krútiaceho momentu na zadné kolesá a 30 percent na predné kolesá. Keď kolesá niektorej nápravy začnú prešmykovať, dá sa rozdelenie vďaka štyrom centrálne ovládaným elektromotorom variabilne zmeniť a tým elektrický automobil Audi preberá všetky prednosti technológie quattro.

Štyri samostatné motory, ktoré sú umiestnené aj v záujme optimálnej trakcie ako diskrétne pohonné jednotky pri jednotlivých kolesách, umožňujú inteligentne ovládať aj priečnu dynamiku štúdie e-tron. Podobne ako športový diferenciál pri sériových vozidlách s pohonom quattro umožňujú tzv. „torque vectoring“, teda cielené zrýchlenie jednotlivých kolies, čo zvyšuje dynamiku jazdy i aktívnu bezpečnosť. Nedotáčavosť a pretáčavosť sa dajú kompenzovať nielen individuálnou korekciou pomocou bŕzd ale aj krátkodobým presným (s presnosťou na milisekundy) zvýšením krútiaceho momentu na príslušnom kolese. Štúdia sa preto aj pri najvyššom priečnom zrýchlení správa príkladne neutrálne a cez zákrutu prechádza ako na príslovečných koľajniciach.

Podvozok využíva na prednej náprave dvojité priečne trojuholníkové ramená a na zadnej náprave lichobežníkové závesy. Usporiadanie, ktoré sa osvedčilo v automobilovom športe ako optimálne pre dosiahnutie vysokej agility, nekompromisnej presnosti a presne definovaných jazdných vlastností. Jednotlivé ramená závesov kolies sú vykované z hliníka. Vyladenie pružín a tlmičov pruženia bolo zvolené ako pomerne tvrdé, no napriek tomu podvozok poskytuje dobrý komfort.

Hrebeňové riadenie s priamym prevodom sprostredkúva jemne diferencovanú spätnú väzbu. Elektromechanický posilňovač riadenia má premenlivý účinok podľa rýchlosti jazdy. Takéto riadenie spotrebúva energiu iba pri zatáčaní, nie pri jazde priamym smerom.

Štúdia Audi e-tron jazdí na 19-palcových kolesách z ľahkej zliatiny s inovatívnym lamelovým dizajnom, pneumatiky formátu 235/35 R 19 vpredu a 295/30 R 19 vzadu zabezpečujú optimálny kontakt s cestou.

Komunikácia Car-to-X

Vývojoví špecialisti Audi pre oblasť elektroniky vybavili štúdiu e-tron nielen systémami pre maximálnu účinnosť a pôžitok z jazdy ale aj pre bezpečnosť a riadenie premávky. Technická štúdia je vybavená prototypom systému spracúvajúceho informácie. Tento systém budúcej generácie založí novú epochu pre zosieťovanie cestnej premávky, špeciálne v regiónoch a štátoch s veľkou hustotou dopravy. Výrazný pokrok bolo možné dosiahnuť vďaka rapídnemu vývoju počítačovej techniky, softvéru a komunikačnej techniky.

Výraz Komunikácia Car-to-X znamená priamu výmenu informácií v plynúcej premávke. Písmeno X je voľná premenná a označuje ostatné vozidlá rovnako ako pevnú infraštruktúru, napríklad semafory. Na rozdiel od dnešných systémov telematiky Komunikácia Car-to-X nepotrebuje nijakého centrálneho providera na rýchly a efektívny zber a spracovanie informácií. Tieto funkcie preberajú sami účastníci premávky, ktorí sa spontánne navzájom spájajú do siete.

Budúca komunikačná sieť Car-to-X si v realite cestnej premávky vyžaduje určitý časový predstih. No táto prekážka sa dá prekonať, pretože už dávno sa prakticky všetci automobiloví výrobcovia v Európe, USA a Japonsku rozhodli vyvinúť spoločný štandard pre hardvér a softvér. Keď budú všetky nové vozidlá vybavené touto technológiou, bude aspoň vo veľkých aglomeráciách po krátkom čase k dispozícii funkčná sieť automobilových vysielačov.