Audi představuje vrchol své expozice na IAA 2009: Audi e-tron Concept, výkonný sportovní vůz s čistě elektrickým pohonem. Čtyři elektromotory – po dvou na přední a zadní nápravě – pohánějí kola, díky čemuž je tento koncept skutečným quattro. S výkonem 230 kW (313 hp) a točivým momentem 4 500 Nm (3 319,03 lb-ft) zrychluje dvoumístný vůz z 0 na 100 km/h (0–62,14 mph) za 4,8 sekundy a z 60 na 120 km/h (37,28–74,56 mph) za 4,1 sekundy. Lithium-iontová baterie poskytuje skutečně využitelnou kapacitu 42,4 kWh, což umožňuje dojezd přibližně 248 kilometrů.
Výkonnostní parametry nejsou jediným důkazem důsledné a komplexní strategie. Design jasně ukazuje, že Audi e-tron Concept patří do nejvyšší ligy sportovních vozů, přičemž celkové řešení zohledňuje specifika elektrického auta. Baterie je umístěna přímo za kabinou pro optimální těžiště a rozložení hmotnosti mezi nápravy.
Audi e-tron Concept dokáže podle potřeby volně rozdělovat silný točivý moment svých čtyř elektromotorů na jednotlivá kola. Takzvané vektorování točivého momentu umožňuje strhující dynamiku a nevídanou úroveň obratnosti a přesnosti v zatáčkách.
Audi zvolilo u mnoha technických modulů nový, v některých případech revoluční přístup. K vytápění interiéru využívá tepelný čerpadlo, které je velmi efektivní. Pohonné ústrojí, výkonová elektronika a baterie jsou řízeny inovativním systémem řízení teplot, který je klíčový pro dosažení dojezdu bez kompromisů v komfortu kabiny. Propojení elektroniky vozu s okolím, známé jako car-to-x komunikace, otevírá nové možnosti optimalizace efektivity, bezpečnosti a pohodlí.
Elektrické pohony jsou stále spíše výjimkou. První vozy tohoto typu vyjely na silnice kolem roku 1900, přesto v roce 2009 žádný velkosériový výrobce nemá v nabídce vůz poháněný výhradně bateriemi. V Německu je registrováno méně než 1 500 elektromobilů, což představuje pouhých 0,035 % všech registrovaných vozidel.
Přesto elektrická mobilita nabízí řadu výhod. Elektrická auta snižují závislost dopravy a ekonomiky na ropě. Nevypouštějí žádné přímé emise, čímž ulevují místnímu životnímu prostředí. Elektrické pohony jsou také výrazně účinnější než spalovací motory, což šetří peněženky zákazníků. Další předností je sportovní charakter a radost z jízdy – veškerý točivý moment je k dispozici okamžitě po sešlápnutí plynu, což umožňuje dechberoucí zrychlení.
Před sériovou výrobou elektrických aut je však ještě mnoho práce. Největší výzvou je integrace akumulátoru. Přijatelný dojezd a výkon vyžadují těžkou a objemnou trakční baterii. Audi proto zvolilo nový přístup – komplexní řešení s konkrétním uspořádáním vozu, systematickým konceptem lehké konstrukce a optimální konfigurací všech komponent elektrického pohonu.
Audi e-tron Concept – komplexní přístup
Nejdůležitějším vývojem v oblasti baterií pro elektrické pohony jsou lithium-iontové články. Mnoho odborníků po celém světě pracuje na jejich dalším zdokonalení pro automobilové použití, přičemž hlavními cíli jsou snížení hmotnosti a zvýšení kapacity i výkonu. Audi se rozhodlo pro tuto technologii jak u hybridních sériových vozů, například připravovaného Q5 hybrid, tak u testovací platformy e-tron.
Požadavky na koncept však jdou daleko za samotnou baterii a nahrazení spalovacího motoru elektrickým pohonem. Vývojáři Audi se už v rané fázi rozhodli navrhnout prakticky každý komponent a technologii podle nových požadavků elektrické mobility. Vzájemná souhra všech prvků zásadně ovlivňuje efektivitu, dojezd a praktičnost.
Audi se proto zaměřilo na celý vůz, což se odráží v komplexních požadavcích.
Už na první pohled je jasné, že jde o vůz nejvyšší třídy. Audi e-tron Concept má široký, mohutný postoj na silnici. Karoserie působí téměř monoliticky; uzavřený zadní díl je robustní a svalnatý. Trapezová maska Singleframe dominuje přední části a je lemována dvěma velkými nasávacími otvory. Horní část masky přechází do plochých pásů adaptivních modulů matrix světlometů s čirými skly. Pro všechny světelné jednotky je použita vysoce účinná LED technologie – Audi jako světový průkopník v této oblasti si na to dává záležet.
Světlomety jsou jádrem plně automatického světelného asistenta, který pružně reaguje na různé situace. Nová technologie rozpoznává povětrnostní podmínky a přizpůsobuje osvětlení dešti nebo mlze. Srdcem systému je kamera spolupracující s rychlým počítačem, která detekuje protijedoucí vozidla, rozpoznává jízdní pruhy a měří viditelnost, například za mlhy.
Při protijedoucím provozu se například vypínají dálkové světla v příslušné části osvětlení. Systém osvětlení zatáček využívá data z navigace a osvětluje zatáčky ještě před tím, než do nich řidič zabočí. Audi e-tron Concept nemá klasické mlhové světlomety, které by spotřebovávaly další energii. Místo toho inteligentně upravuje potkávací světla tak, aby rozšířila osvětlené pole a výrazně snížila oslňování vlastním světlem.
Variabilita světlometů se odráží i v jejich designu. LED prvky mění vzhled a tím i charakter přední části vozu podle rychlosti a okolních podmínek. Inovativní světelná technologie dává designérům Audi téměř stejnou volnost jako tvar karoserie.
Novým designovým prvkem exkluzivním pro Audi e-tron Concept jsou nasávací otvory v masce Singleframe a před zadními koly. Za normálních okolností jsou uzavřené a otevírají se pomocí klapek pouze při potřebě dodatečného chlazení. Maximální efektivita je také důvodem tohoto řešení. Koncept má pozoruhodně nízký součinitel odporu vzduchu, který se ještě zlepšuje při zavřených klapkách.
Karoserie je kompaktní. Plynulá linie přední části a nízká zakřivená střecha okamžitě prozrazují, že jde o dvoumístné Audi. Kontury boků jsou známé. Zaoblení dynamické linie nad prahovou lištou a ramenní linií spojuje předek, boky a zadek, dodává dveřím plastický vzhled a přechod k bočnímu nasávání a výrazně zdůrazňuje typické kulaté podběhy kol s velkými 19palcovými pneumatikami.
Šířka 1,90 metru (74,80 in), délka pouhých 4,26 metru (167,72 in) a výška 1,23 metru (48,43 in) – to jsou proporce superauta. Rozvor 2,60 metru (102,36 in) poskytuje dostatek prostoru mezi nápravami pro posádku i techniku. Stejně jako u středem uloženého sportovního vozu je kabina Audi e-tron Concept posunuta výrazně vpřed k přední nápravě, což uvolňuje prostor před zadní nápravou pro přibližně 470 kilogramů (1 036,17 lb) vážící bateriový blok, invertor a výkonovou elektroniku.
Dva elektromotory s vlastním chlazením jsou umístěny za zadní nápravou. Přední elektromotory jsou na přední nápravě, jejich chlazení je umístěno před nimi. Toto speciální uspořádání s rozložením hmotnosti 42:58 zajišťuje perfektní vyvážení, které přispívá k jízdní dynamice Audi e-tron Concept.
Systematická lehká konstrukce je u elektrických vozů ještě důležitější pro efektivitu a dojezd než u konvenčních automobilů. Vývojáři Audi čerpali z klíčové kompetence firmy. Konstrukce karoserie vychází z technologie Audi Space Frame (ASF) a byla realizována jako hybridní konstrukce. Všechny přídavné díly – dveře, kryty, bočnice a střecha – jsou z plastu vyztuženého vlákny.
Kombinace hliníku a karbonového kompozitu zaručuje maximální tuhost při nízké hmotnosti. Audi tuto technologii brzy použije v podobné formě i u sériových vozů. Přes složité uspořádání pohonu se čtyřmi elektromotory a vysoce kapacitní baterií váží Audi e-tron Concept jen kolem 1 600 kilogramů (3 527,40 lb).
Interiér je charakteristický optickými i funkčními odkazy na nový pohonný koncept. Spojuje osvědčené geny Audi s novými formálními prvky. Typické pro designový jazyk Audi je redukce architektury, ovládacích prvků a toku informací na nezbytné minimum ve prospěch viditelné lehké konstrukce a čistého celkového dojmu.
Palubní deska působí, jako by plavala, a její křivka přechází do dveřních panelů. Díky absenci převodovky, řadicí páky a kardanu využili designéři příležitost vytvořit mimořádně úzký a lehký středový tunel a středovou konzolu. Zapuštěný volič jízdních režimů, kterým řidič volí mezi jízdou vpřed, zpětným chodem a neutrál, se při startu vozu vysune z tunelu.
Kokpit Audi e-tron Concept je rovněž orientován na řidiče – další typický znak Audi. Místo klasických budíků je koncept prvním Audi vybaveným velkým sklápěcím centrálním displejem s integrovanými funkcemi MMI. Ten je po stranách doplněn dvěma kruhovými ukazateli.
MMI se ovládá pomocí scrollpadu s dotykovou plochou na volantu („MMI touch“) – prvku inspirovaného moderními smartphony.
Analogový rychloměr napravo ukazuje rychlost, levý ukazatel informuje řidiče o odebíraném výkonu. Centrální displej zobrazuje dojezd v informační liště a prezentuje všechny klíčové údaje z infotainmentu a navigace. Zároveň poskytuje řidiči relevantní data z komunikace vozu s okolím. Přístroje tak spojují analogový a digitální svět v jeden celek.
Typickým znakem konceptu Audi e-tron Concept je téměř úplné odstranění tlačítek a drobných ovládacích prvků, jako je zapalování. Ovládání klimatizace je umístěno napravo nad volantem. Displej ukazuje teplotu a ventilaci. Opět inspirováno smartphonem, systém se ovládá dotykovým posuvným ovladačem.
Závodní lehká sedadla kombinují vynikající boční vedení s komfortem. Kontrastní barvy – sněhobílá a koňaková – oddělují jednotlivé zóny interiéru. Barvy a kvalitní materiály spojují eleganci se sportovností.
Čtyři asynchronní elektromotory s celkovým výkonem 230 kW (313 hp) dávají Audi e-tron Concept výkon vysoce výkonného sportovního vozu. Koncept dokáže zrychlit z 0 na 100 km/h (0–62,14 mph) za 4,8 sekundy a z 60 na 120 km/h (37,28–74,56 mph) za 4,1 sekundy. Točivý moment je podle jízdní situace a stavu vozovky selektivně přenášen na kola, což zajišťuje vynikající trakci a ovladatelnost.
Maximální rychlost je omezena na 200 km/h (124,27 mph), protože množství energie potřebné pro elektrické motory roste nepřiměřeně s rychlostí. Dojezd podle kombinovaného cyklu NECD je přibližně 248 kilometrů (154 mil). Tento dobrý výsledek umožňuje integrovaný koncept: technologie speciálně přizpůsobená elektrickému pohonu v kombinaci s nejmodernější bateriovou technologií. Bateriový blok má celkovou kapacitu přibližně 53 kilowatthodin, přičemž využitelná část je z důvodu životnosti omezena na 42,4 kWh. Audi používá pro chlazení baterií kapalný chladicí systém.
Energetická jednotka se nabíjí ze zásuvky běžné domácí sítě (230 voltů, 16 ampérů) přes kabel a zástrčku. Zásuvka je ukrytá za krytem vzadu na voze. Při úplném vybití baterie trvá nabíjení 6 až 8 hodin. Vyšší napětí (400 voltů, 63 ampérů) zkracuje dobu nabíjení na zhruba 2,5 hodiny. Audi pracuje na bezdrátovém řešení, které by mělo nabíjení ještě více usnadnit. Induktivní nabíjecí stanice, kterou lze umístit do domácí garáže nebo speciálních parkovacích domů, se automaticky aktivuje po zaparkování vozu. Tato technologie se dnes používá v podobné podobě například k nabíjení elektrických zubních kartáčků.
Baterie se nenabíjí pouze při stání, ale i za jízdy. Klíčovým pojmem je rekuperace. Tento způsob zpětného získávání energie a jejího vracení do baterie je dnes dostupný již u řady sériových modelů Audi. Při brzdění alternátor přeměňuje kinetickou energii na elektrickou, kterou následně dodává do palubního elektrického systému.
Audi e-tron Concept, který zpomalují čtyři lehké keramické brzdové kotouče, dělá další velký krok do budoucnosti. Elektronický brzdový systém umožňuje využít rekuperační potenciál elektrických motorů. Na přední nápravě je hydraulická brzda s pevným třmenem, zatímco na zadní nápravě jsou dva nově vyvinuté elektricky ovládané plovoucí třmeny. Tyto plovoucí třmeny nejsou ovládány žádnými mechanickými nebo hydraulickými přenosovými prvky, ale pomocí kabelů („brake by wire“). Tím se navíc eliminují třecí ztráty způsobené nepatrným skluzem, když brzdy nejsou aktivní.
Toto oddělení brzdového pedálu umožňuje elektrickým motorům Audi e-tron Concept přeměnit veškerou brzdnou energii na elektřinu a zpětně ji využít. Elektromechanický brzdový systém se aktivuje pouze při požadavku na silnější zpomalení. Tyto zásahy jsou pro řidiče nepostřehnutelné, který vnímá pouze předvídatelný a stálý odpor pedálu, jako u hydraulické brzdy.
Premiéra v automobilovém světě: Tepelné čerpadlo
Tepelné čerpadlo – použité zde vůbec poprvé v automobilu – slouží rovněž ke zvýšení účinnosti a dojezdu. Na rozdíl od spalovacího motoru nemusí elektrický pohon za všech provozních podmínek produkovat dostatek odpadního tepla pro efektivní vytápění interiéru. Jiné elektromobily jsou vybaveny elektrickými přídavnými topidly, která spotřebovávají relativně velké množství energie. Tepelné čerpadlo používané Audi – běžně využívané v budovách – je vysoce účinný stroj, který mechanickou prací dodává teplo s minimální spotřebou energie.
Vysoce efektivní klimatizační systém slouží k chlazení interiéru. Spolupracuje s termálním managementem, který zároveň reguluje teplotu vysokonapěťové baterie. Baterie, výkonová elektronika a elektrické motory musí být udržovány na svých ideálních provozních teplotách, aby bylo dosaženo optimálního výkonu a dojezdu.
Jakmile je vůz připojen k nabíjecí stanici, systém termálního managementu a další související systémy vozidlo odpovídajícím způsobem připraví.
Pohon se při nízkých teplotách ohřívá a při vysokých chladí. Toto předpříprava může být podle potřeby rozšířena i na interiér, takže cestující nastoupí do kabiny, která je pro jejich pohodlí vytopená nebo vychlazená.
Normální rozdělení hnací síly je zřetelně nakloněno k zadní nápravě v souladu s rozložením hmotnosti Audi e-tron Concept. Podobně jako u středomotorového sportovního vozu jde přibližně 70 procent výkonu na zadní a 30 procent na přední nápravu. Pokud některá náprava ztratí trakci, lze tento poměr měnit pomocí čtyř centrálně řízených elektrických motorů. Elektrický vůz Audi tak využívá všechny výhody technologie quattro.
Čtyři samostatné motory, které jsou pro lepší trakci umístěny za koly jako nábojové pohony, umožňují také inteligentní řízení příčných dynamických vlastností Audi e-tron Concept. Podobně jako sportovní diferenciál u klasických vozů quattro, vektorování točivého momentu – cílené zrychlování jednotlivých kol – činí Audi e-tron Concept ještě dynamičtějším a zároveň zvyšuje bezpečnost jízdy. Nedotáčivost a přetáčivost lze korigovat nejen cíleným brzděním, ale i přesným zvýšením výkonu trvajícím jen několik milisekund. Koncept zůstává i při velkém příčném zrychlení extrémně neutrální a projíždí zatáčky jako po kolejích.
Podvozek má na přední nápravě trojúhelníkové dvojité lichoběžníky a na zadní nápravě lichoběžníkové ramena z kovaných hliníkových dílů – geometrie, která se v motorsportu osvědčila jako optimální předpoklad pro vysokou obratnost, bezkompromisní přesnost a přesně definované samořízení. Pro pružiny a tlumiče byla zvolena tužší charakteristika, přesto je však podvozek velmi komfortní.
Přímé řízení s ozubeným hřebenem poskytuje jemně odstupňovanou zpětnou vazbu. Jeho elektromechanický posilovač se mění podle rychlosti, takže Audi e-tron Concept spotřebovává energii pouze při zatáčení, nikoli při jízdě rovně.
Podle svého postavení je koncept Audi obutý do 19palcových kol s novým designem lopatek. Přední pneumatiky mají rozměr 235/35, zadní 295/30, což zajišťuje potřebnou přilnavost.
Vývojáři elektroniky v Audi se nesoustředili jen na co nejvyšší efektivitu a radost z jízdy Audi e-tron Concept, ale také kladli velký důraz na bezpečnost a řízení dopravy. Technický koncept zahrnuje prototyp informačního systému. Budoucí generace těchto systémů otevřou novou éru v síťování silniční dopravy, zejména v regionech a zemích s vysokou hustotou provozu. Tento pokrok umožňují rychlé pokroky ve výpočetní technice, softwaru a komunikačních technologiích.
Módní výraz „car-to-x komunikace“ označuje přímou výměnu informací v plynoucím provozu a v jeho okolí. Písmeno „x“ je proměnná, která může označovat stejně tak jiné vozy jako i pevnou infrastrukturu, například semafory. Na rozdíl od dnešních telematických systémů car-to-x komunikace již nevyžaduje centrálního poskytovatele služeb, který by rychle a efektivně shromažďoval a zpracovával informace. Účastníci si tyto úkoly plní sami spontánním propojením mezi sebou.
Budoucí car-to-x síť si ještě chvíli počká, než se stane realitou na silnicích. Tento problém je však překonatelný, protože téměř každý výrobce automobilů v Evropě, USA a Japonsku se rozhodl vyvinout společný standard pro hardware i software. Jakmile budou všechny nové vozy touto technologií vybaveny, bude funkční síť automobilových vysílačů brzy k dispozici, alespoň ve velkých aglomeracích.
Tyto vysílače umožní řadu nových praktických aplikací. Níže jsou uvedeny čtyři příklady, které ukazují možnosti car-to-x komunikace.
Příklad 1 – Efektivita a dojezd: Mnoho vnějších faktorů ovlivňuje spotřebu energie a tím i dojezd každého vozu. Inteligentní vůz vybavený car-to-x technologií zná dopředu nezbytné brzdné nebo zrychlovací manévry, protože kombinuje navigační data s informacemi o dopravním proudu. Centrální počítač může zabránit zbytečným energeticky náročným zásahům řidiče nebo využít cílené brzdění k rekuperaci energie do baterie.
Příklad 2 – Bezpečnost: Na kluzké vozovce v neviditelné zatáčce se vůz dostal do smyku a nemůže se vlastní silou dostat zpět na trať. Současně se rychle blíží další vozidla. Uvízlý vůz pomocí car-to-x vysílá varovný signál s přesnou polohou nebezpečného místa. Odpovídající varování se pak zobrazí na navigačních displejích přibližujících se vozidel.
Příklad 3 – Plynulost provozu: Mnoho vozů jede mezi semafory na hlavní silnici. Neustále zrychlují, aby pak museli znovu brzdit při změně světel na červenou. Car-to-x technologie jim umožňuje vytvořit síť mezi sebou a přijímat informace od řídícího systému semaforů. Řidiči tak mohou lépe dávkovat plyn, protože vědí, co je čeká. Totéž platí pro blížící se dopravní zácpy: vozy vpředu poskytují informace, které vedou k úpravám rychlostních limitů a tím k rozprostření provozu.
Příklad 4 – Pohodlí: Řidič zadal do navigace jako cíl nákupní centrum s chronickým nedostatkem parkovacích míst. Díky car-to-x se mobilní systém propojí se systémem evidence parkovacích míst v cíli. Jakmile systém v parkovacím domě oznámí volné vhodné místo, navigace jeho polohu zaznamená a místo rovněž rezervuje.
