Tecnica: uno sguardo al futuro Audi

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Quale aspetto contraddistingue oggi Audi? Certamente il carattere sportivo, la buona qualità degli interni e un design piuttosto accattivante. Ma in futuro? Sviluppatori e progettisti sono impegnati su molti fronti, lavorando a nuove idee e approcci costruttivi, spesso consapevolmente in modo non convenzionale.

Per la realizzazione di alcuni progetti si avvalgono anche della collaborazione di partner strategici così da ricavarne un quadro generale ancora più ampio, perché le vere innovazioni sono frutto di autentica libertà di pensiero. In cantiere vi sono sette nuovi progetti Audi.

Alcuni ancora in fase di sviluppo preliminare, altri a un passo dalla produzione. Ma tutti accomunati dal coraggio dei loro ideatori nel percorrere nuove strade. La costruzione ultra-leggera è uno dei pilastri portanti di Audi, un terreno fertile per nuove idee, sia che si tratti della carrozzeria sia di altri componenti, come il telaio. Lo stesso vale anche per un tema cui solo recentemente è stato dato ampio spazio: Audi connect, la mobilità in rete. Gli straordinariamente rapidi progressi compiuti nel campo dell'elettronica consentono di dotare le vetture di un'intelligenza sempre maggiore, che si traduce in un evidente aumento del comfort per conducente e passeggeri.

La tecnologia e-tron, la mobilità elettrica secondo Audi, offre invece ampio spazio alle idee innovative. Il Marchio mostra la massima competenza anche nel settore dell'illuminotecnica. In tutti i propri progetti e realizzazioni, Audi persegue un unico e chiaro obiettivo: consolidare ulteriormente il carattere sportivo del Marchio, conciliandolo con le esigenze di una mobilità individuale ecocompatibile.

Wireless charging....

Il sistema di ausilio al parcheggio....

OLED, "Organic Light Emitting Diode"

Plastica rinforzata con fibra di carbonio (CFK)

I grandi eventi partono spesso in sordina. Al primo impatto i prototipi che sono stati presentati da Benjamin Bender non hanno niente di spettacolare: sottili strisce in alluminio, rivestite, sul lato posteriore, di uno strato in plastica rinforzata con fibra di carbonio (CFK).

Di fatto, però, il progetto originario portato avanti dal laureando Bender presso il Leichtbauzentrum di Audi (ALZ) a Neckarsulm nasconde in sé un potenziale che guarda al futuro. Quando le nuove strutture ibride in metallo e CFK diventeranno di serie rappresenteranno un ulteriore passo in avanti per la struttura ultra leggera Audi.

Grazie ai diversi modelli di carrozzeria in alluminio, il Marchio ha assunto ormai da anni un ruolo guida nel settore della struttura leggera. Nei modelli Audi A8, Audi R8 e Audi TT la struttura ASF (Audi Space Frame) è in grado di ridurre il peso della carrozzeria fino al 40% rispetto a una normale struttura in acciaio. Adesso Audi fa un ulteriore passo avanti con il Multimaterial Space Frame che unisce i componenti in alluminio, acciaio e plastica rinforzata con fibra di carbonio.

Gli ingegneri Audi dimostrano di saperla lunga nell'utilizzo di tutti questi materiali: senza concentrarsi su un unico materiale, essi hanno fatto proprio il motto "Il materiale giusto al posto giusto, per la funzione giusta".Le nuove carrozzerie combinano i vantaggi dei diversi materiali, risultando molto più leggere delle normali strutture in metallo.

Il progetto di Benjamin Bender migliora ulteriormente il concetto di struttura composita, trasformando i singoli componenti in ibridi. Rinforzando appositamente con CFK un componente metallico della carrozzeria (che si tratti di un montante centrale o di una minigonna) se ne migliorano caratteristiche quali la solidità o il comportamento di deformazione in caso di scontro. Allo stesso tempo se ne riduce il peso perché il metallo relativamente pesante, per esempio l'acciaio o l'alluminio, viene sostituito in parte dal CFK molto più leggero.

Nel centro ALZ di Neckarsulm, dove lavorano circa 180 specialisti intenti a sviluppare le carrozzerie Audi del futuro, il progettista Bender cerca di rispondere a un'ampia rosa di domande, per esempio: Come vanno combinati il metallo e il CFK nei singoli componenti al fine di ottenere le caratteristiche migliori? In quali punti i rinforzi raggiungono il risultato migliore? E che cosa rivelano gli esperimenti pratici che studiano il comportamento dei componenti in caso di scontro o di corrosione?

Di grande importanza per Bender è anche il modo di unire i due materiali. Solitamente ciò avviene tramite rivetti, viti o colle tecniche. Il nuovo progetto supera il problema in maniera intelligente, utilizzando come materiale collante la resina sintetica, necessaria anche per la produzione di un componente in puro CFK. Attualmente Bender sta analizzando il processo di assemblaggio per capire se sia possibile realizzarlo con il processo RTM (Resin Transfer Moulding), una procedura adatta per componenti di maggiori dimensioni e che rappresenta una tecnologia di punta al centro ALZ.

"Se tutto procede come previsto ci occorreranno ancora un paio di anni per completare il progetto", afferma Benjamin Bender "e poi ci vorrà ancora un po' di tempo prima che diventi di serie." Per Audi non è una novità: le grandi conquiste a volte hanno bisogno di un po' più di tempo, anche nel settore delle strutture ultra leggere.

Molle elicoidali in FRP....

Particolarmente interessante è la struttura ultra-leggera del telaio, poiché consente una riduzione delle masse non sospese, aumentando così il comfort offerto, in particolar modo la maneggevolezza. Il progetto elaborato da Joachim Schmitt si muove su questo campo della tecnica. Si concentra infatti su un componente sottoposto ad elevate sollecitazioni, ma invisibile, per il quale da tempo sembra non ci sia più nulla di migliorabile: le molle elicoidali. Obiettivo: la sostituzione dei componenti in acciaio con molle in plastica rinforzata in fibra di vetro (FRP).

La molla in plastica rinforzata in fibra di vetro, che Schmitt ha sviluppato in collaborazione con la ditta SOGEFI, titolare del brevetto, si differenzia nettamente dalle tradizionali molle in acciaio. È di un colore verde chiaro, il suo filo è più spesso e il diametro totale, in rapporto al numero di spire inferiore, è maggiore. Ma soprattutto è molto più leggera. "La molla in acciaio impiegata attualmente sull'asse anteriore della Audi A4 pesa 2,66 kg", ha dichiarato l'ingegnere. "La molla in plastica rinforzata in fibra di vetro pesa invece appena 1,53 kg, quindi il 40% in meno, ma ugualmente dotata di ottime caratteristiche."

Un'elica in plastica rinforzata in fibra di vetro è perfettamente adatta ad assorbire le sollecitazioni di torsione, se posizionata al punto giusto. Cuore delle molle sono lunghe fibre di vetro attorcigliate, impregnate di resina epossidica. Attorno a questa "anima", di pochi millimetri di diametro, un motorino avvolge altre fibre, che formano alternativamente un angolo maggiore e minore di 45°, in direzione longitudinale; le posizioni di trazione e compressione sono tra di loro in un rapporto reciproco. Le sollecitazioni di torsione nella sezione trasversale del componente vengono trasformate nella fibra in sollecitazioni di trazione e compressione.

Successivamente, il filo ancora molle e bagnato, viene posto su un nucleo metallico a base di leghe fusibili a basse temperature, che rappresenta la forma negativa della futura molla. In un forno, il materiale in FRP indurisce a una temperatura superiore a 100° C, mentre la forma si fonde. Seguendo questo procedimento, nascono i prototipi. In futuro, il processo diventerà più efficiente e veloce: dopo una prima fase di serie pilota, seguirà poi una produzione di serie con 1.000.000 di pezzi all'anno,.

Il debutto delle nuove molle in FRP è previsto per il 2012, sulla Audi R8 e-tron a trazione elettrica, e nel 2013 dovrebbe seguire il graduale impiego sulle vetture di classe media e superiore. Attualmente si stanno effettuando prove di resistenza su strada e test di collaudo su speciali banchi di prova simulando le sollecitazioni cui sono sottoposte le molle su una percorrenza pari a circa 300.000 km.

 "All'inizio molti colleghi si sono dimostrati scettici nei confronti del progetto – ha affermato Joachim Schmitt – nonostante il materiale impiegato si sia rilevato fin da subito un'ottima scelta. Non si corrode, anche in caso di colpi di pietrisco, ed è praticamente immune ai prodotti chimici quali ad esempio i detergenti per cerchi. La produzione di molle in FRP consente un risparmio energetico rispetto a quella delle molle in acciaio e sull'attuale Audi A4 per esempio, permette un risparmio di circa 4 kg: un grande passo avanti."

Già oggi Schmitt e i suoi colleghi possono adattare in modo preciso le molle in FRP alle esigenze degli ingegneri che si occupano della progettazione del telaio: alla vettura, al carico sull'asse e al comfort e alla maneggevolezza desiderati; per farlo è sufficiente adattare lunghezza, diametro e numero di spire del filo. Secondo l'ingegnere, in pochi anni la plastica rinforzata in fibra di vetro, grazie al perfezionamento dei processi di produzione, risulterà ancora più resistente; a quel punto si otterrà una riduzione dell'ingombro rispetto alle dimensioni delle attuali molle in acciaio.

Resta soltanto il colore verde chiaro, ma gli ingegneri Audi hanno brillantemente vinto anche questa sfida. "Se alle molle in FRP si aggiunge una percentuale di grafite, assumeranno un colore nero", ha dichiarato Joachim Schmitt. "E per i nostri Clienti sportivi stiamo già lavorando ai colori rosso e blu."

Tecnologia touchpad...

Il simulatore di guida del Centro di Ricerca & Sviluppo Audi di Ingolstadt non è una semplice postazione, bensì un'auto pressoché completa, una Audi A8 cui manca solo l'estremità anteriore con il motore. Sopra il tetto svettano quattro grossi proiettori che trasmettono le immagini su una parete arcuata che circonda la berlina in un quadrante di 240°. Due ulteriori proiettori inviano le immagini su uno schermo posto dietro il veicolo, creando così una visuale di 360°.

Ad esempio, viene simulata una superstrada a quattro corsie con traffico scorrevole. "Chi esegue la simulazione al volante deve seguire un'auto che lo precede", spiega Kristin Dettmer, Responsabile del touchpad nel settore Sviluppo di Sistemi di Comando. “Verrà chiesto al pilota di eseguire alcuni comandi, ad esempio, selezionare un numero telefonico, inserire nel navigatore una nuova destinazione oppure riprodurre un brano scelto dall'elenco supporti".

Operazioni semplici, ma che richiedono una certa concentrazione a ogni passaggio. Il conducente indossa occhiali con integrate due piccole telecamere: una filma l'ambiente circostante, l'altra la pupilla. Quando successivamente i progettisti Audi valutano la registrazione tramite uno speciale software, possono vedere in dettaglio se e per quanto tempo la persona che ha eseguito la simulazione ha guardato sul monitor MMI o sul pannello di comando nei diversi passaggi.

I comandi rivestono un ruolo importante in Audi. Con l'introduzione, avvenuta dieci anni fa, del sistema MMI sulla Audi A8, la Casa automobilistica ha superato la concorrenza. Nel 2010 ha fatto seguito, sempre sulla Audi A8, un'altra grande invenzione: il touchpad, ovvero l'MMI touch, che ora è disponibile anche nella nuova Audi A3 nella versione con i tasti e le manopole dell'MMI. Ma c'è ancora molto lavoro da fare: le numerose nuove funzioni azionabili, disponibili soprattutto nell'Infotainment, richiedono sistemi di comando sempre più intelligenti.

La progettazione di queste componenti, nella logica Audi si riassume in una massima perentoria: i comandi devono essere così semplici da rendere la guida non stressante, bensì rilassante. Un principio, questo, riscontrabile anche nel progetto di Kristin Dettmer, che prevede l'evoluzione del touchpad per il comando multi touch con più dita.

I touchpad, presenti oggi in molti modelli Audi prevedono il comando single touch, ideale soprattutto per scrivere lettere e numeri con un dito solo. Le nuove generazioni Audi, invece, puntano alla tecnologia multi touch. Se il conducente è in grado di utilizzare più dita avrà a disposizione tante nuove opportunità. Se guardiamo al livello di sviluppo attuale del sistema, egli può, ad esempio, muovere velocemente la mappa di navigazione con due dita, mentre, con tre dita, può scrollare rapidamente lunghi elenchi di supporti. Il touchpad ha una superficie di dodici centimetri per otto, sufficientemente grande, secondo il parere della maggior parte degli utenti.

"I nuovi comandi prevedono anche l'elaborazione sullo schermo della logica di menu e della grafica", ci spiega Kristin Dettmer. "Finora entrambe erano impostate sui tasti e manopole dell'MMI e sul loro movimento rotatorio. Adesso passano prepotentemente in primo piano gli elementi orizzontali e verticali, pur senza rinunciare al dispositivo di regolazione classico che rimarrà comunque lo strumento ideale per alcune funzioni".

La progettazione, che va avanti da tre anni, ha visto confluire i risultati di diversi esperimenti, in particolare, quelli del simulatore di guida, con il tavolo digitale "Surface" e quelli su strada di una Audi A7 Sportback in marcia. Come interagiscono i soggetti del test con i nuovi comandi multi touch?

"L'iPad e l'iPhone hanno introdotto il concetto multitouch presso il pubblico", afferma Kristin Dettmer, "ma naturalmente esistono differenze anche tra i soggetti del test. Per esempio, le persone più anziane sono un po' titubanti di fronte a un comando che utilizza più dita, ecco perché abbiamo in mente un sistema che possa essere azionato anche con un dito solo. Molte persone che eseguono la simulazione iniziano di fatto così, poi, scoprono il livello successivo quasi per gioco. Anche questo è il "divertimento nell'utilizzo" che intendiamo trasmettere."

Nella progettazione di nuovi sistemi di comando Audi si muove in più direzioni. Uno dei punti chiave è rappresentato da un nuovo tipo di tecnologia touchpad che trasmette alle dita un segnale di risposta tattile, oppure da un comando vocale ottimizzato o ancora da un innovativo comando a gesti per gli head-up display. Anche in questo caso i progettisti con a capo Bernhard Senner stanno lavorando a una soluzione particolarmente all'avanguardia, già esistente sotto forma di modello, nella quale conducente e passeggero hanno a disposizione un head-up display a testa che mostra le guide turistiche digitali, le notizie e le immagini delle video telefonate. Per tutte le persone presenti nel veicolo è accessibile una terza proiezione centrale che trasmette l'immagine sul parabrezza.

Il conducente riceve le informazioni che più gli interessano, visualizzate sotto forma di simboli, fermo immagine e semplici animazioni, alcuni dei quali, per esempio le frecce di navigazione, sono visibili grazie a una nuova tecnica a contatto analogico, ovvero sembrano proiettati direttamente nell'ambiente reale. Il passeggero, invece, può utilizzare tutte le funzioni video nel suo campo visivo. L'immagine viene generata nella nuova tecnologia DLP (Digital Light Processing) che ne aumenta la luminosità e il contrasto.

Bernhard Senner ci spiega con un esempio il principio che sta alla base della nuova tecnica: "Quando il passeggero trova una destinazione interessante sulla propria guida turistica digitale, per esempio un ristorante, gli basta scorrere semplicemente il dito sullo schermo per trascinarla nel campo centrale, ove verrà visualizzata come fermo immagine. Quando poi il conducente rileva la destinazione sul proprio head-up display, facendo scorrere ancora una volta il dito sullo schermo, essa verrà inserita nella rotta di navigazione." Una piccola telecamera riconosce i movimenti e inoltra al sistema i segnali corrispondenti.

Sospensioni predittive....

"Quando oggi un'automobile percorre una strada accidentata, si comporta come uno sciatore che attraversa una pista a cunette nella nebbia", afferma Andreas Schindler, specializzato nella progettazione telai presso Audi. "Entrambi non sanno cosa li aspetta e possono reagire soltanto seguendo il proprio istinto. Stiamo lavorando per cambiare questa situazione".

Da molti anni ormai Audi ha iniziato a dare spazio a sistemi di protezione preventiva sulle proprie vetture. I sistemi di assistenza basati su radar o telecamera, come l'adaptive cruise control (regolatore di velocità intelligente) e l'Audi active lane assist (assistente per il mantenimento della corsia di marcia) supportano il conducente e regalano un maggiore comfort di marcia. Le tecnologie che verranno implementate nei prossimi anni continueranno a contribuire a questo sviluppo, per esempio l'assistente agli ingorghi, il sistema di assistenza agli incroci ed il telaio dinamico.

Già lo scorso anno, Audi ha presentato un'innovazione nel settore del telaio, che aumenterà ancora di più il comfort per i passeggeri: l’eliminazione delle forza laterali. Una videocamera riconosce le curve che il conducente deve affrontare; un meccanismo attivo nel telaio, a basso consumo energetico, inclina la carrozzeria in modo che i passeggeri percepiscano soltanto forze centrifughe minime. Il principio di funzionamento del telaio dinamico è simile, con la differenza che non si bilanciano le forze trasversali, bensì quelle verticali.

La sfida più grande che attende i progettisti Audi è la ricerca di sensori adatti, in grado di vedere in un raggio di 20 metri, anche in condizioni avverse, come una corsia di marcia bagnata, ghiacciata o di notte. Questi sensori richiedono immagini di altissima risoluzione per misurare al millimetro gli ostacoli, e poter quindi distinguere buche nel manto stradale da giunti autostradali e buste di plastica.

Un algoritmo nella centralina del sistema analizza le informazioni sulle asperità stradali e i movimenti propri della vettura, facendoli confluire nella regolazione del telaio. Le simulazioni hanno finora dimostrato l'affidabilità del sistema. Al momento lo sviluppo del concetto si sta concentrando prevalentemente su sensori ad alta risoluzione.

Gli ingegneri Audi si avvalgono, nello sviluppo della sensoristica, della vasta esperienza acquisita lavorando ai sistemi di assistenza di nuova generazione. In questo settore sono state infatti collaudate tecnologie diverse, dal cosiddetto sensore PMD ai sensori radar e allo scanner laser. Le fotocamere stereoscopiche lasciano intravedere un grande potenziale anche nel caso del telaio dinamico. Quale tecnologia alla fine vincerà, è ancora tutto da stabilire. Una cosa è però certa: come per tutti i progetti di sviluppo, Audi elaborerà una soluzione senza compromessi.