09 agosto 2012

Audi R18 e-tron quattro, tutti i segreti

La prima grande esperienza Audi nello sport motoristico risale al 1981, con la nascita della trazione integrale permanente quattro. Con le nuove Audi R18 e-tron quattro e ...( 4 video/Scheda Tecnica)

Intro

La prima grande esperienza Audi nello sport motoristico risale al 1981, con la nascita della trazione integrale permanente quattro. Dopo numerose vittorie nel campionato mondiale e il divieto da parte della FIA di utilizzare la trazione integrale sui circuiti nella stagione 1998, fa ritorno in pista un modello a quattro ruote motrici, progettato a Ingolstadt e Neckarsulm: la Audi R18 e-tron quattro. Clicca il bottone in alto e scarica la scheda tecnica

 

Riproponendo la trazione integrale sulle auto sportive LMP1, Audi compie un altro passo fondamentale nella sua più che trentennale storia di sport motoristico. La Casa dei quattro anelli sarà infatti la prima a portare in gara a Le Mans un motore con tecnologia ibrida Diesel. “Sviluppare la tecnologia ibrida per Le Mans è stato tanto ambizioso e difficile quanto è stato l’inizio del nostro progetto Diesel, negli anni passati”, ha commentato il Responsabile Audi Motorsport Wolfgang Ullrich. “I primi risultati dei test sono molto incoraggianti e siamo davvero impazienti di vedere che prestazioni saprà offrire questa nuova propulsione in combinazione con la nostra tecnologia di costruzione leggera”.

 

Alla base di questo progetto c'è l’incontro tra tecnologie all'avanguardia volte alla salvaguardia dell'ambiente e un regolamento più aperto nei confronti dei prototipi per Le Mans. Dal 1999, la 24 Ore di Le Mans rappresenta un laboratorio unico nel suo genere per sperimentare nuove tecnologie, fondamentali per i modelli di serie. Dopo aver siglato la prima vittoria di un motore sovralimentato e dotato di iniezione diretta (TFSI – 2001) e il primo storico trionfo di un motore Turbodiesel (TDI - 2006), il Marchio dei quattro anelli porterà al debutto nella più importante gara di durata al mondo un modello ibrido. Il regolamento non solo è aperto all'impiego di sistemi di trazione alternativa e al recupero dell'energia, ma consente anche per la prima volta l'impiego della trazione integrale in un prototipo per Le Mans.

Le due nuove tecnologie si uniscono così in una nuova formula di trazione, la e-tron quattro, che Audi intende applicare direttamente alla futura produzione di serie: già adesso si sperimentano le prime vetture di prova con trazione integrale elettrica e-tron quattro. La Audi R18 e-tron quattro consente di recuperare, e quindi di riutilizzare, l'energia cinetica generata in fase di frenata sull'asse anteriore, accumulandola sotto forma di energia elettrica in una batteria a volano, cui poi attingerà in fase di accelerazione. L'intero processo coinvolge esclusivamente l'asse anteriore, mentre il motore V6 TDI, da oltre 375 kW (510 CV), continua a trasmettere potenza alle ruote posteriori. I due sistemi si completano a vicenda nella trazione e-tron quattro, che rappresenta una vera e propria rivoluzione nella trazione integrale, proprio come è successo con l’avvento della trazione integrale permanente Audi quattro, dal 1980 su strada e dal 1981 anche negli sport motoristici.

Un po' di storia...

La trazione e-tron quattro,  rappresenta una vera e propria rivoluzione nella trazione integrale, proprio come è successo con  l’avvento della trazione integrale permanente Audi quattro, dal 1980 su strada e dal 1981 anche negli sport motoristici.

All'epoca Audi fu la prima Casa a presentare la trazione integrale permanente riscuotendo enorme successo, inizialmente sulle vetture ad alte prestazioni e successivamente su quasi tutti i modelli, vincendo più di un titolo mondiale di rally. La trazione integrale è stata impiegata con successo anche in pista: basti ricordare le corse di TRANS-AM e IMSA-GTO in America, il DTM e i campionati Turismo, nei quali i modelli quattro hanno vinto numerose gare e titoli. Audi ha così portato a un vero e proprio cambiamento di tendenza.

Prendendo come punto di partenza il principio di trasmissione del moto alle quattro ruote, un tempo riservato solo ai fuoristrada, e introducendo una serie di innovazioni tecniche, Audi ha sviluppato un sistema altamente efficiente adatto anche a vetture normali e ad auto sportive. La concorrenza è stata quindi costretta a tenere il passo, seppur talvolta con anni di ritardo. Lo stesso si può dire per lo sport motoristico: da quando è iniziata l'era quattro, la trazione integrale è diventata una caratteristica imprescindibile nel rally. Già trent'anni fa la trazione integrale quattro si distingueva infatti per l’ingombro particolarmente ridotto e l'alto rendimento.

 

La tecnica

La e-tron quattro rappresenta oggi la nuova generazione della trazione integrale, e lo sport motoristico continua a esserne il primo banco di prova. Il debutto su circuito della nuova Audi R18 e-tron quattro si è svolto il 5 maggio, alla 6 Ore di Spa-Francorchamps, in Belgio. Per la 24 Ore di Le Mans, in programma il 16 e 17 giugno, l'Audi Sport Team Joest farà scendere in pista due vetture dotate dell'innovativo sistema di trazione.

Contemporaneamente, in occasione dell'80ª edizione della classica di durata francese più famosa al mondo, la squadra Audi schiererà due Audi R18 ultra a trazione classica, identiche per struttura alla R18 e-tron quattro, ma senza sistema ibrido. “Come i nostri colleghi che si occupano di auto di serie, continuiamo a credere nel grande potenziale delle motorizzazioni convenzionali” commenta il Responsabile Audi Motorsport Wolfgang Ullrich. “Ecco perché siamo felici che l’ACO e la FIA abbiano accolto le nostre richiese in modo da poter schierare quattro vetture in questa storica edizione della corsa”.

Anche per il nuovo Campionato FIA World Endurance Championship (WEC) di quest'anno Audi correrà su due binari paralleli, utilizzando entrambe le tecnologie. Le due versioni della R18 hanno in comune la struttura ultra leggera, l'unica in grado di poter sostenere l'aggiunta di componenti ibridi. La Audi R18 e-tron quattro è la prima auto da corsa Audi in cui l'accelerazione non si deve esclusivamente a un motore a combustione.

Grazie alla propulsione ibrida parzialmente elettrica e-tron quattro, il prototipo rappresenta un'assoluta novità tra le auto sportive LMP1. Una rivoluzione durata 18 mesi per passare dai primi progetti ai test e iniziata nel febbraio 2010, con l'avvio del progetto e-tron quattro per lo sport motoristico. “Questo è un ciclo relativamente corto per una tecnologia che non è mai stata testata nel motorsport e che ancora non esiste nella produzione di serie” sottolinea Martin Mühlmeier, Capo dell’Engineering di Audi Sport. Il primo grande ostacolo nello sviluppo del progetto è stato quello di definire l'idea. Così come è successo spesso in passato, anche per questa tecnologia Audi ha voluto giocare un ruolo guida. Per il modello R18 e-tron quattro Audi ha sviluppato  un sistema ibrido specifico, completo di tutti i collegamenti in rete, comandi, software, algoritmi e interfacce. Come per altri settori, Audi Sport collabora con costruttori esterni anche per la produzione di componenti del sistema ibrido.

Per la costruzione della batteria Audi ha potuto contare sulla collaborazione di Williams WHP, mentre per l'unità motore-alternatore (MGU) la Casa automobilistica si è avvalsa della partnership con Bosch, optando per un sistema di accumulo dell'energia con batteria a volano, visto e considerato che le esigenze di Le Mans sono un po' diverse da quelle di tutti i giorni. “L'alto rendimento è fondamentale nel recupero dell'energia”, afferma Christopher Reinke, Technical Project Leader LMP. “In fase di frenata la batteria deve essere in grado di assorbire molta energia nell'arco di pochi secondi.” Sull'asse anteriore il sistema è rappresentato da due alberi di trasmissione, dall'unità motore-alternatore con riduttore epicicloidale, da una batteria elettrica a volano situata accanto al conducente, da un dispositivo di controllo dell'isolamento per l'alto voltaggio e dal sistema di comando. Il processo di recupero dell'energia è abbastanza semplice, mentre l'applicazione tecnica è estremamente complessa. Il recupero dell'energia avviene in fase di frenata, quando le ruote azionano la MGU. Spetta all'organizzazione dell'evento definire le zone di frenata consentite. L'unità motore-alternatore accelera elettricamente un volano in fibra di carbonio funzionante sotto vuoto spinto

 

. Una volta percorsa la curva e al momento di accelerare nuovamente, il sistema trasmette energia all'asse anteriore. Il regolamento consente di trasmettere 500 kJ di energia alle ruote anteriori, tra due fasi di frenata. Un riduttore epicicloidale adatta il rapporto di trasmissione in base all'accelerazione e alla frenata. I due assi della e-tron quattro, azionati indipendentemente uno dall'altro, vengono sincronizzati esclusivamente tramite strategie di controllo elettroniche, completamente automatiche senza intervento alcuno da parte del conducente.

Sono due i parametri che regolano l'intera procedura di ricarica (recupero di energia): la decelerazione della vettura, quindi la frenata stessa e il livello di carica della batteria. Il processo di rilascio di energia (boost) dipende dalla velocità prescritta dal regolamento, di almeno 120 km/h, ma anche dalla strategia di gara scelta, dal movimento del pedale del gas e dall'accelerazione del veicolo.

Il compromesso ideale...

Secondo Wolfgang Appel, Responsabile per lo Sviluppo dei Veicoli in Audi Sport: “La sfida principale è stata quella di trovare il compromesso ideale; dovevamo riuscire a tarare perfettamente il peso, le prestazioni, il concetto di ibrido, le norme del regolamento e il packaging, ovvero la distribuzione di tutti i componenti nell'intera vettura. E senza creare svantaggi nella vettura tradizionale, visto che entrambi le vetture presentano la stessa identica struttura, a prescindere dal sistema ibrido”. Esternamente la R18 e-tron quattro si differenzia dalla R18 ultra, a trazione posteriore, esclusivamente per una spia di avvertimento e per l'adesivo imposto dal regolamento.

L'asse anteriore e il radiatore sono coperti dalla carrozzeria. Solo un pannello di comando situato sotto la normale plancia rivela la presenza, nell'abitacolo, della trazione e-tron quattro. È da febbraio 2010 che Audi Sport lavora al progetto e-tron quattro. I componenti sono stati testati per la prima volta nel 2010, a bordo di un'auto sportiva stradale, la R8. Da ottobre 2011 i test hanno riguardato invece la R18 e-tron quattro su circuito di gara.

L' Audi R18 ultra...

Quest'anno Audi gareggerà alla 24 Ore di Le Mans e nel nuovo Campionato Mondiale Endurance (WEC) della FIA con un modello “doppio”, ossia l’evoluzione della Audi R18, con e senza motore ibrido. Le due vetture sono fondamentalmente identiche, ecco perché le spese logistiche aggiuntive per Audi Sport e il team di gara risultano contenute. Quando nel 2011 Audi Sport iniziò a progettare la R18 TDI per Le Mans gli ingegneri avevano già in mente un sistema di trazione elettrica, senza dimenticare il fatto che i nuovi gruppi propulsori, più piccoli, avrebbero subito un ulteriore taglio dal regolamento, dopo la prima stagione.

Nel progetto “R18” la Audi Sport ha puntato sin dall'inizio su un 3.7 V6 TDI, dalla struttura innovativa e dotato di turbocompressore singolo. Ed è proprio questo che fa la differenza: il motore è molto compatto e contribuisce a compensare il peso in più rappresentato dal sistema ibrido. Grazie al principio di efficienza generale e nonostante le ultime restrizioni dell'Automobile Club de l’Ouest (ACO), la Audi Sport può contare ancora su 375 kW (510 CV) di potenza e oltre 850 Nm di coppia massima del propulsore.

Al primo colpo d'occhio la R18 ultra non sembra molto diversa dalla R18 TDI che l'anno scorso ha trionfato a Le Mans. Tuttavia gli ingegneri della Audi Sport, sotto la guida del Direttore Tecnico Martin Mühlmeier, hanno fatto un ottimo lavoro, senza tralasciare un solo elemento della vettura. Il risultato è un prototipo di LMP1 assolutamente nuovo, dotato di una monoscocca modificata, in fibra di carbonio, che colpisce proprio per la tipologia di struttura. “Per compensare il peso ha giocato un ruolo chiave la struttura leggera dell'intera vettura”, afferma Christopher Reinke, Responsabile del progetto tecnico LMP di Audi Sport. “Per questo abbiamo continuato sulla strada della struttura ultraleggera, senza dimenticare, naturalmente, l'aspetto della sicurezza e dell'affidabilità.

E ciò vale sia per la monoscocca, sia per motore, cambio e tutti gli altri componenti”. Il motore V6 TDI è stato completamente rielaborato in quasi tutti i componenti e adeguato alle nuove regole che puntavano a una riduzione della potenza di circa il 7%, utilizzando una flangia all’aspirazione più piccola (45,8 invece che 47,4 mm di diametro) e riducendo la pressione di sovralimentazione massima da 3,0 a 2,8 bar. È stato ridotto anche il volume del serbatoio: da 65 a 60 litri, o addirittura 58 per l'ibrido Diesel. “Dovevamo compensare tutti questi fattori rielaborando il processo di combustione e ottimizzando la ricarica e devo dire che il risultato ci soddisfa pienamente”, afferma Ulrich Baretzky, Responsabile dello sviluppo motori in Audi Sport.

“Inoltre siamo riusciti a ridurre enormemente il peso, tanto che attualmente il nostro 3.7 V6 TDI è più leggero del 3.6 V8 TFSI di dieci anni fa, e con prestazioni del motore pressoché identiche, ma una coppia decisamente superiore e consumi sensibilmente inferiori. Non c'è che dire: un notevole passo avanti, soprattutto se si pensa che i motori Diesel vengono spesso considerati pesanti a causa della necessaria robustezza dei singoli componenti sottoposti a elevate sollecitazioni.”

Trasmissione innovativa

Una vera e propria innovazione riguarda l'ambito della trasmissione: per la R18 è stato sviluppato un nuovo cambio con struttura in fibra di carbonio CFK, una novità assoluta nelle gare sulla lunga distanza. Ma le novità riguardano anche il telaio, ovvero l'utilizzo di materiali innovativi e di processi di produzione che mirano a ridurre il peso delle vetture.

Completamente nuovo è lo sterzo elettromeccanico che offre al pilota precisione ancora maggiore. L'aerodinamica, migliorata notevolmente già nel 2011, è stata adeguata al nuovo regolamento che prescrive delle aperture sopra i passaruota. È stata ridotta ulteriormente anche la resistenza aerodinamica, nonostante i componenti ibridi del capitolato richiedessero una maggiore dissipazione del calore. La visuale è stata migliorata grazie a un'ottimizzazione dei dettagli per quanto riguarda la pulizia cristalli e il campo luminoso dei fari in tecnologia LED.

La trazione ibrida ha comportato un frontale leggermente più lungo che però ha anche effetti positivi sull'equilibrio generale della vettura gemella a trazione posteriore; quest'ultima rende onore alla denominazione “R18 ultra”, essendo il prototipo più leggero in assoluto mai costruito da Audi Sport per Le Mans. In virtù del diverso frontale, gli ingegneri hanno potuto posizionare un carico maggiore in modo mirato, anche se entrambe le vetture, alla fine, presentano lo stesso peso complessivo, ovvero quello prescritto dal regolamento per le auto LMP1, di 900 kg. “La nuova R18 ultra è una vera e propria evoluzione della campionessa di Le Mans dell'anno scorso”, è questo il bilancio del Responsabile Audi Motorsport Wolfgang Ullrich. “I nostri piloti hanno avuto fin da subito un'impressione molto positiva. Senza l'ottimizzazione del peso della R18 ultra non saremmo stati in grado di realizzare la 8 R18 e-tron quattro; un'auto che, a prescindere dal sistema ibrido, presenta la stessa identica struttura”.

Da quest’anno Audi Sport ha cambiato anche il modo di battezzare i propri prototipi e progetti: tutte le auto sportive chiuse di classe LMP1 future avranno infatti la denominazione “R18”. In questo modo Audi Sport continuerà la serie, senza cambiare il nome di una vettura in base all’evoluzione.

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