Tecnica Audi, tutti i prossimi appuntamenti con l’elettrificazione

11 dicembre 2015
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    Mild-hybrid ad alta efficienza sul mercato entro il 2017, rete di bordo portata a 48 Volt, compressore ad azionamento elettrico, sistemi elettrificati persino per l’assetto. Tutti i prossimi passi della Casa tedesca....

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    In circa dieci anni Audi doterà tutti i nuovi modelli (a eccezione della gamma e-tron basata sull’alto voltaggio) dei nuovi sistemi di ibridizzazione mild-hybrid. Nel 2016 verrà introdotta la rete di bordo parziale a 48 Volt in un nuovo modello, che sarà dotato anche di compressore ad azionamento elettrico e della stabilizzazione antirollio attiva elettromeccanica. Il maggiore livello di tensione servirà soprattutto al dinamismo ed al piacere di guida. L’alternatore lavorerà ancora su base 12 Volt, un convertitore DC/DC collegherà la rete a 12 Volt alla rete di bordo parziale a 48 Volt.

    Il successivo passo arriverà nel 2017, quando verrà introdotto il sistema mild-hybrid su base 48 Volt. La rete a 12 Volt adesso è accoppiata tramite un potente convertitore DC/DC alla rete a 48 Volt, che viene promossa al rango di rete di bordo principale e viene alimentata da un alternatore-starter a cinghia da 48 Volt. La batteria al litio necessaria ha circa le dimensioni di una grande batteria al piombo. Per la gestione termica è sufficiente un raffreddamento ad aria. Quasi contemporaneamente seguirà il sistema mild-hybrid su base 12 Volt.

    Nel medio periodo Audi convertirà i gruppi ausiliari, come pompe e compressori per motore, cambio e climatizzatore, al funzionamento su base 48 Volt. Oggi questi gruppi vengono azionati da energia idraulica o dal motore a combustione; venendo azionati con energia elettrica, potranno essere gestiti meglio in funzione delle esigenze e potranno essere più leggeri e compatti. Lo stesso vale per le grandi utenze quali il riscaldamento del lunotto o gli impianti audio. Le piccole utenze, come le centraline di comando o i gruppi ottici, al contrario, resteranno su una rete a 12 Volt anche nel lungo periodo.

     

    Mild-hybrid per le versioni di accesso
    Anche con la rete di bordo a 12 Volt è possibile realizzare un’efficiente  mild-hybrid. I componenti più importanti di questo sistema sono una batteria agli ioni di litio con capacità di 11 Ah e un alternatore-starter a cinghia, che serve anche come motorino di avviamento. L'alternatore-starter a cinghia rende possibili nuove funzioni. La fase start/stop può iniziare a circa 15 km/h di velocità residua. Se il guidatore rilascia il pedale dell’acceleratore a velocità elevata, la vettura avanza per inerzia (veleggia) per un breve periodo con il motore disattivato. La potenza di recupero dell’energia è rilevante e raggiunge un valore massimo di 5 kW; inoltre l'alternatore può supportare il motore a combustione con una potenza fino a 1 kW. In questo modo il motore TDI o TFSI può funzionare molto vicino al suo punto di carico ideale. Conseguentemente l'alternatore-starter a cinghia su base 12 Volt offre il potenziale per un abbassamento dei consumi che può raggiungere 0,4 l/100 km.

    Rete da 48 volt
    Audi è pronta a produrre in serie la nuova rete di bordo parziale a 48 Volt. La batteria agli ioni di litio mette a disposizione una capacità di corrente di 10 Ah, l'alternatore-starter azionato a cinghia eroga 12 kW, il risparmio di carburate può in questo caso raggiungere 0,7 l/100 km. Con 48 Volt possono essere realizzate le medesime funzioni dei sistemi mild-hybrid a 12 Volt, tuttavia con maggiori prestazioni: la fase di veleggiamento con motore a combustione spento, per esempio, può durare fino a 30 secondi.

    Al di là dell’ibridizzazione, la rete a 48 Volt offre numerosi ulteriori vantaggi. La sua elevata tensione ammette sezioni dei cavi molto più piccole, grazie alle quali è possibile ridurre sia il peso del cablaggio che la dissipazione di potenza. Ma è possibile soprattutto mettere a disposizione una potenza quattro volte superiore rispetto alle reti a 12 Volt e ciò rende possibili tecnologie completamente nuove per la propulsione e l’assetto.

    COMPRESSORE

    Tra le novità in arrivo vi è anche il compressore ad azionamento elettrico (EAV), che Audi ha già presentato in diversi prototipi tecnici. L’EAV è collocato in un by-pass nel tratto d’aspirazione, dietro l’intercooler, e viene attivato da una farfalla. È collegato in serie dietro il turbocompressore a gas di scarico e supporta quest’ultimo quando il gas di scarico non mette a disposizione una quantità di energia sufficiente allo sviluppo istantaneo della coppia.

     


    Anziché una girante della turbina, il compressore ad azionamento elettrico integra un piccolo motore elettrico che, in circa 250 millesimi di secondo, accelera la girante con una potenza circa 7 kW fino al raggiungimento di numeri di giri estremamente elevati. Il motore sviluppa sempre la sua forza senza ritardi percepibili, che si tratti di spunti da vettura ferma o accelerazioni a bassi regimi. L’EAV consente di evitare numerosi scali di marcia e mantiene quindi basso il livello di regime. I guidatori sportivi apprezzeranno la potenza disponibile per le manovre di sorpasso e l’erogazione immediata della potenza all’uscita delle curve.

    L’EAV è idoneo a molte gamme di modelli Audi, in egual misura per gruppi diesel e benzina. Nei modelli  TDI verrà introdotto a breve nella produzione di serie. In questo caso, come pure per i propulsori TFSI, Audi impiegherà l’EAV con motori a 6 e 8 cilindri.

    ASSETTO

    Anche per l’assetto il nuovo impianto di tensione rende possibili interessanti tecnologie. A breve Audi porterà la prima di queste nella produzione di serie: la stabilizzazione antirollio attiva elettromeccanica (eAWS). Qui un compatto motore elettrico con rotismo planetario a tre stadi separa l’una dall’altra le due metà della barra stabilizzatrice.

    Nella guida rilassata, le due parti sono disaccoppiate e ciò consente un più elevato comfort di rotolamento. Se la marcia diviene più sportiva, i tubi vengono collegati insieme e ruotati l’uno contro l’altro. Con una potenza di picco di 1,5 kW ciascuno, i motori elettrici applicano a regolazione continua una coppia massima di 1.200 Nm. Il risultato è un handling rigido e sportivo: in curva la vettura tende meno al rollio, la tendenza al sottosterzo si riduce ulteriormente e aumenta l’accelerazione trasversale. Le barre stabilizzatrici anteriore e posteriore possono essere regolate indipendentemente l’una dall’altra. Ove richiesto la centralina può pertanto realizzare un handling ancora più sportivo.

    Un ulteriore punto di forza del sistema è il recupero dell’energia. Se le ruote di un asse su fondo sconnesso molleggiano con forze differenti, eccitano la barra stabilizzatrice; il motore di quell’asse lavora quindi come alternatore e trasforma l’impulso in energia elettrica. Grazie a questo effetto l’eAWS deve assorbire una potenza minore. In caso di marcia costante su terreno molto accidentato, il fabbisogno può pressoché annullarsi.

    Il sistema basato sulla rete a 48 Volt di Audi offre grandi vantaggi rispetto alle barre stabilizzatrici convenzionali a comando idraulico. È in grado di esercitare una forza maggiore, lavora in modo più rapido ed efficiente ed è attivo già alle basse velocità. Poiché non impiega olio, l’eAWS è inoltre esente da manutenzione ed è quindi ecologico.

     

     

     

    eROT: gli ammortizzatori elettromeccanici a recupero di energia
    Un secondo progetto a 48 Volt, con il quale Audi riesce a recuperare energia dall’assetto, è già in fase di sviluppo. Il progetto reca la denominazione eROT: si tratta di un ammortizzatore elettromeccanico a rotazione che sostituisce l’odierno ammortizzatore idraulico. Considerando il principio di base, l’eROT è affine all’eAWS: un robusto braccio di leva assorbe le forze che agiscono sui supporti ruota quando viene adottato uno stile di guida sportivo o su fondo sconnesso. Tramite un ingranaggio, le forze vengono trasmesse ad un motore elettrico che le trasforma in corrente. La potenza recuperabile sulle strade tedesche è in media di 150 watt – dai 3 watt sulle autostrade con asfalto in ottime condizioni fino ai 613 watt sulle strade provinciali in cattive condizioni. Ciò corrisponde ad un risparmio di CO2 pari a 3 g/km nell’esercizio di marcia dei Clienti.

    Il sistema eROT reagisce velocemente e con minore inerzia. Serve al recupero dell’energia e funge da sistema di ammortizzatori attivo e regolabile. Risolve la dipendenza reciproca di fase di estensione e fase di compressione che limita l’efficacia degli odierni ammortizzatori idraulici. Con eROT Audi può configurare la fase di compressione in modo morbido e confortevole, senza dover rinunciare allo smorzamento desiderato nella fase di estensione. Un ulteriore vantaggio è rappresentato dalla posizione orizzontale del sistema: l’assenza di ammortizzatori verticali rende utilizzabile uno spazio di montaggio nuovo.

     

     

    DUE CONCEPT TECNICHE

    Nuovi elementi sulla carrozzeria, un poderoso spoiler posteriore e una potenza di 600 CV (441 kW), questa è la nuova Audi TT clubsport turbo definito da Audi un "prototipo tecnico", svelato al Wörthersee 2015, combina per la prima volta un potente motore TFSI con un biturbo elettrico. Ispirata all'Audi 90 IMSA GTO da corsa che tanti successi ha riscosso verso la fine degli anni '80, la Audi TT clubsport turbo si avvale di un motore 2.5 TFSI potenziato. I 2.480 cm3 di cilindrata permettono a questo cinque cilindri di erogare una potenza di 600 CV (441 kW) e una coppia di 650 Nm, di cui più di 600 Nm sono disponibili tra i 3.000 e i 7.000 giri/min.



    La showcar Audi TT clubsport turbo, il cui peso a vuoto è di appena 1.396 chilogrammi, impiega solo 3,6 secondi per accelerare da 0 a 100 km/h e può raggiungere i 310 km/h, ma è nei primi metri che sfoggia il suo principale punto di forza: infatti, grazie al compressore ad azionamento elettrico (EAV), nei primi 2,5 secondi percorre 6 metri in più rispetto alle vetture paragonabili che non dispongono di questa tecnologia.

    Girando subito e con regolarità al regime massimo, il compressore ad azionamento elettrico incrementa la coppia anche di 130 Nm, generando così una maggiore pressione di sovralimentazione anche ai regimi inferiori, quando l'energia di azionamento dei gas di scarico non è sufficiente per un turbocompressore convenzionale. Ciò permette di progettare il turbocompressore tradizionale per pressioni di sovralimentazione più elevate che aumentano la potenza del motore. In qualsiasi situazione, premendo l'acceleratore è subito disponibile tutta la potenza del 2.5 TFSI.

     

    La rete di bordo a 48 Volt
    Il compressore ad azionamento elettrico viene alimentato dalla rete di bordo parziale a 48 Volt, un'altra importante tecnologia del futuro Audi. Una compatta batteria agli ioni di litio nel bagagliaio accumula l'energia recuperata in fase di rilascio, mentre un convertitore DC/DC crea il collegamento con la rete di bordo a 12 Volt.La trasmissione della forza è affidata a un cambio manuale a sei rapporti e alla trazione integrale permanente quattro, la cui frizione a lamelle è collocata nel retrotreno per migliorare la ripartizione del peso.

    A seconda del fabbisogno è possibile regolare l'assetto della carrozzeria e la fase di estensione e compressione degli ammortizzatori. Una funzione di sollevamento elettrica protegge il sistema dai danni causati dai cordoli dei marciapiedi. Il controllo elettronico della stabilità ESC e la gestione selettiva della coppia sulle singole ruote completano le proprietà dinamiche dell'assetto.I cerchi 9,5 J x 20 montati su pneumatici di serie 275/30 sfoggiano un design a sei razze doppie bicolore (torniti a specchio e nero opaco). Tutte e quattro le ruote sono dotate di dischi freno carboceramici, particolarmente leggeri e resistenti (dischi anteriori 370 mm di diametro).

     

    RS 5 TDI COMPETITION
    La RS 5 TDI competition concept si basa su un prototipo tecnico presentato da Audi nell'estate 2014 per il 25° anniversario del motore TDI. Questa sportiva TDI ampiamente rielaborata, in grado di erogare 435 CV (320 kW) di potenza e 800 Nm di coppia, accelera da 0 a 100 km/h in 4,0 secondi e impiega meno di 16 secondi per raggiungere i 200 km/h.La principale innovazione è rappresentata dal compressore ad azionamento elettrico (EAV) che va ad affiancare i due turbocompressori tradizionali a gas di scarico. Un piccolo motore elettrico da 7 kW porta la girante della turbina fino a 72.000 giri/min in meno di 250 millesimi di secondo, generando così la pressione di sovralimentazione in tempi brevissimi.

    Per far ruotare la girante della turbina a una velocità paragonabile, i turbocompressori a gas di scarico tradizionali hanno bisogno di un tempo da due a tre volte superiore. La tecnologia EAV mette a disposizione della RS 5 TDI competition concept un'elevata pressione di sovralimentazione in tempi rapidi e in ogni situazione di marcia; l'ideale, quando si desidera una prontezza di risposta incredibilmente sportiva.

    Il sistema EAV è alimentato da una rete di bordo parziale a 48 Volt, una componente essenziale nell'ambito della strategia della diffusione dell’elettrificazione di Audi, poiché permette il rapido trasferimento di grandi quantità di energia elettrica ed è quindi adatta per l'alimentazione dell'EAV. La Audi RS 5 TDI competition concept pesa 241 chilogrammi in meno rispetto al modello da cui deriva. La vettura è resa più leggera grazie a misure volte alla riduzione del peso: il cofano motore è in plastica rinforzata con fibra di carbonio (CFK), le porte sono in alluminio, l'impianto di scarico è per la maggior parte in titanio. Nell'abitacolo sono montati sedili sportivi in CFK, mentre il divano posteriore è sostituito da una soluzione con materiali leggeri. Inoltre i finestrini sono in vetro sottile e materiale sintetico.

     

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