Audi R8 e-tron Concept
Audi R8 e-tron dokazuje, jak emocionální a dynamická může být elektrická mobilita. Jeho dva elektromotory, napájené energií z velké baterie o kapacitě 48,6 kWh, vyvíjejí výkon 280 kW (380 k) a točivý moment 820 Nm (604,80 lb-ft). Urychlují tento vysokovýkonný sportovní vůz z 0 na 100 km/h (62,14 mph) za 4,2 sekundy a na omezenou maximální rychlost 200 km/h (124,27 mph). Nabití baterie vystačí na dojezd 215 kilometrů (133,59 mil). Prostřednictvím R8 e-tron získalo Audi rozsáhlé odborné znalosti, které budou přínosem pro jeho elektrizované sériové modely.
Audi R8 e-tron váží 1 780 kilogramů (3 924,23 lb). Konstrukce jeho karoserie, včetně bočních sekcí, váží pouhých 199 kilogramů (438,72 lb), o 23 kilogramů (50,71 lb) méně než karoserie kupé R8, které již samo o sobě nastavuje laťku velmi vysoko svým principem hliníkového prostoru (Audi Space Frame). Zde Audi představuje nový stupeň vývoje své technologie ultra lehké konstrukce — Multimaterial Space Frame, v němž velké díly z uhlíkových vláken (CFRP) doplňují hliníkový rám.
Komponenty CFRP tvoří 23 procent a kovové části 75 procent hmotnosti karoserie; ostatní materiály tvoří zbývající část. Přední struktura R8 e-tron je klasickým hliníkovým designem. Dominantním materiálem v prostoru pro cestující je CFRP, přičemž záď využívá kombinaci obou materiálů. Nosná vložka zavazadlového prostoru z CFRP zahrnuje vlnité nárazové konstrukce, díky nimž může zadní modul absorbovat pětkrát více energie než hliníková mřížkovaná konstrukce. Pro sloupky B a zadní přepážku nová vrstvená koncepce snižuje hmotnost o 11,5 kilogramů (25,35 lb).
Každý jednotlivý díl vnějšího oplechování, které je tvořeno téměř výhradně z CFRP, je přesně přizpůsoben svému umístění a účelu. V určitých zónách přední kapoty je například sedm vrstev rohoží z uhlíkových vláken na sobě. Pro vnitřní skořepiny zadních bočních sekcí naopak postačí dvě vrstvy zahrnující netkané materiály.
Lithium-iontová baterie je rovněž odrazem vývojových odborných znalostí Audi — byla navržena a vyrobena interně. Přišroubovaná ke konstrukci ve 40 místech funguje jako nosný prvek, který více než zdvojnásobuje tuhost Multimaterial Space Frame. Baterie zahrnuje 530 prizmatických plochých článků. T-tvarovaná baterie je 235 centimetrů (92,52 palce) dlouhá, 135 centimetrů (53,15 palce) široká a včetně řídicí jednotky 71 centimetrů (27,95 palce) vysoká. Kolem tunelu jsou dvě podlahy s moduly článků nad sebou; na zadním konci jsou čtyři podlahy.
12 milimetrů (0,47 palce) silné desky z vysokopevnostních hliníkových slitin oddělují podlahy a zároveň tvoří nosnou strukturu baterie. Chladicí kapalina cirkuluje úzkými kanálky vyfrézovanými v těchto deskách s celkovou délkou několika set metrů. Hydraulický rozvaděč udržuje přesně vypočítané, rovnoměrné proudění sloužící všem článkům stejně.
Systém správy baterie je umístěn společně s vysokonapěťovými spínači a výkonovými pojistkami v elektrickém boxu, který je umístěn na trakční baterii. Hlavními úkoly systému správy baterie je monitorovat bezpečnost bateriového systému a v případě potřeby přijmout vhodná opatření pro prevenci nebezpečí. Rovněž určuje stav nabití a výkon vysokonapěťové baterie a předává údaje řídicím jednotkám elektromotorů. K tomu přistupuje systém správy baterie například do vnitřní sítě článkové elektroniky baterie, aby měřil napětí a teploty článků. Pokud hladina nabití baterie klesne k prahové hodnotě 15 procent SOC (stav nabití), řídicí jednotka odpovídajícím způsobem snižuje množství elektrického výkonu, který lze z baterie odebírat. Dále je trvale monitorováno fungování a bezpečnost vysokonapěťového elektrického systému; v případě nehody je baterie deaktivována.
Pro nabíjení baterie jsou k dispozici dvě možnosti: plné nabití střídavým proudem 230 V z domácí sítě trvá přibližně dvanáct hodin. Nabíjení stejnosměrným proudem zkracuje potřebnou dobu na méně než jednu hodinu v závislosti na připojeném výkonu. Řidič může vzdáleně ovládat a monitorovat pomocí chytrého telefonu širokou řadu funkcí a informací, včetně stavu nabití, vytápění interiéru a zobrazení dojezdu. Jedná se o přizpůsobenou službu Audi connect, která se v velmi podobné podobě používá také v modelech jako A3 Sportback e-tron.
Baterie je rovněž dobíjena za jízdy prostřednictvím rekuperace energie při zpomalování. Řidič volí stupeň rekuperace energie ve třech stupních (plus volnoběžný režim) pomocí pádel na volantu. Rychlost rekuperace je zvláště vysoká při brzdění, protože přibližně do 0,3 g elektromotory normálně zpracovávají zpomalení samy. Nad touto hodnotí pak postupně zasahuje přední brzdový systém a elektromotory mohou rekuperovat až při 0,45 g. Nově vyvinutá elektrická trakční regulace pro jednotlivá kola (eASR) zajišťuje při brzdění výbornou stabilitu a při akceleraci přesvědčivou trakci.
Dva elektromotory na zadní nápravě Audi R8 e-tron umožňují elektrické vektorizaci točivého momentu — cílené brzdění a akceleraci jednotlivých kol pro rozložení točivého momentu na vyžádání při rychlém průjezdu zatáčkami. Díky samostatné aktivaci elektromotorů a jejich spontánnímu chování je tato funkce vysoce variabilní a rychlá; v teorii může vysokovýkonný sportovní vůz brzdit jedno kolo, zatímco druhé pohání vysokým točivým momentem.
S celkovým výkonem 280 kW a točivým momentem 820 Nm (604,80 lb-ft) dostupnými prakticky od nuly dávají elektromotory Audi R8 e-tron působivý výkon. Katapultují jej z 0 na 100 km/h (62,14 mph) za 4,2 sekundy a maximální rychlost je omezena na 200 km/h (124,27 mph). V testovacím cyklu na zkušební stolici vystačí jedno nabití baterie na více než 215 kilometrů (133,59 mil) jízdy.
Elektromotory dosahují účinnosti přes 95 procent v širokém rozsahu; bez omezení by se mohly točit až na 12 500 ot./min, což by jim umožnilo dosáhnout rychlosti přes 250 km/h (155,34 mph). Navržené jako permanentně buzené synchronní stroje dosahují vysoké hustoty výkonu a točivého momentu a mohou také efektivně pracovat při malém množství elektrického proudu. Teplota statoru je regulována vodním pláštěm a vzduch je navíc chlazen prouděním vzduchu. Jednostupňová planetová soukolí jsou zapojena do chladicího okruhu.
Každý elektromotor je napájen samostatnou výkonovou elektronikou, která je rovněž teplotně řízena. Pulzní měniče, které přeměňují stejnosměrné napětí baterie na střídavé napětí, přepisují měřítko pro kompaktní a lehký design. Řídicí koncepce pohonné soustavy má zabudovanou redundanci a splňuje nejvyšší možné bezpečnostní standardy — řídicí jednotky výkonové elektroniky spolu navzájem komunikují a komunikují s řídicími jednotkami pohonu.
Také podvozek Audi R8 e-tron přináší nová řešení. Vinuté pružiny jsou vyrobeny ze skleněných vláken (GFRP) a váží pouze 1,2 a 1,3 kilogramu (2,65 a 2,87 lb), tedy přibližně o 40 procent méně než ocelové pružiny. Náboje zadních kol jsou z kovaného titanu, čímž se ušetří 0,6 kilogramu (1,32 lb) hmotnosti. Pro přední stabilizátor tvoří trubku navinuté vrstvy CFRP a ramena jsou hliníková — komponenta váží pouhých 2,5 kilogramu (5,51 lb), úspora 35 procent.
Audi R8 e-tron je obuto pneumatikami o rozměrech 225/35 a 275/35 s optimalizovaným valivým odporem. Přibližně od 50 km/h (31,07 mph) zavírají nastavitelné klapky otvory v 19palcových kolech centrifugální silou; při nízkých rychlostech se opět otevírají. Aktivní aerodynamická kola snižují hodnotu cD přibližně o 0,02.
Kotoučové brzdy na zadní nápravě jsou elektromechanické šroubové brzdy. Elektricky řízené a ovládané kuličkové šroubové pohony („by wire") přitlačují destičky ke kotoučům bleskurychle. Na předních kolech je hydraulický brzdový systém, přičemž potřebný podtlak generují dvě vakuová čerpadla. Zde jsou kotouče vyrobeny z keramiky z uhlíkových vláken.
S rozložením hmotnosti 42:58 je R8 e-tron vybaven těmi správnými základy pro sportovní jízdní vlastnosti. Baterie je umístěna mezi nápravami v nízko instalované poloze, která snižuje těžiště vozidla. Závodní jezdec Markus Winkelhock stanovil s R8 e-tron na Severní smyčce Nürburgringu dva nové rekordy pro vozidla s elektrickým pohonem v sériové výrobě. Na nejrychlejší jedno kolo zaznamenal čas 8:09,099 minuty a na dvě po sobě jdoucí kola 16:56,966 minuty. Pro jedno kolo jel na sportovních pneumatikách schválených pro maximální rychlost 250 km/h (155,34 mph) a pro dvojité kolo použil standardní pneumatiky s omezením rychlosti 200 km/h (124,27 mph).
Audi R8 e-tron vypadá podobně jako Audi R8 s benzínovým motorem, ale tyto dvě karosářské verze mají společných pouze devět dílů. Koeficient odporu vzduchu elektricky poháněného vysokovýkonného sportovního vozu je cD = 0,27. Absence spalovacího motoru, převodovky a výfukového systému umožňuje hladký spodní kryt. Na jeho zádi dlouhý, poměrně strmě skloněný difuzér odklání vzduch způsobem, který je v souladu s prouděním vzduchu kolem zádi. Spoilerová hrana je mírně výše než na R8 a nejsou žádný spoiler.
Elektricky poháněný vysokovýkonný sportovní vůz nemá olejový chladič a nepotřebuje ani nasávání vzduchu. Jeho boční vzduchové vstupy vpředu i bočnice jsou uzavřeny. Chladicí vzduch je přiváděn pouze spodní částí masky chladiče Singleframe. Je zapotřebí pro tepelné hospodářství. Proudí přední strukturou v kanálu a znovu vychází otvorem v přední kapotě.
Ve formě tepelného čerpadla s více zdroji realizovalo Audi pro R8 e-tron vysoce výkonné tepelné hospodářství, které bude přínosem pro budoucí sériové modely. Vysoce komplexní systém udržuje všechny důležité komponenty pohonné soustavy — baterii, elektromotory, převodovky a výkonovou elektroniku — na ideální teplotní úrovni. Odvedené teplo se využívá k regulaci klimatu interiéru. Efektivní využití elektrické energie zvyšuje dojezd až o 20 procent.
Tepelné čerpadlo je založeno na principu klasického chladivového okruhu. Jako nové součásti zahrnuje chladiče (prvky, které zprostředkovávají výměnu tepla mezi dvěma kapalinami), přední kondenzátor/výparník, elektricky ovládané expanzní ventily a přídavný ohřívač vzduchu v klimatizační jednotce.
Tepelný koordinátor vyvinutý Audi řídí součinnost subsystémů; v závislosti na situaci volí nejlepší ze 43 variant. Tepelné čerpadlo v R8 e-tron, které rovněž funguje nezávisle, ohřívá interiér rychleji než konvenční topný nebo klimatizační systém. Při elektrickém výkonu 1 kW dokáže poskytnout až 3 kW topného výkonu.
Když systém pracuje jako vzduchové tepelné čerpadlo, čerpá teplo z okolního vzduchu. Teplo je přenášeno do chladivového okruhu předním kondenzátorem, který v tomto případě funguje jako výparník. Při nízkých venkovních teplotách tepelné čerpadlo využívá odpadní teplo z elektromotorů a vysokonapěťové baterie přes speciální výparníky — chladiče — které současně ochlazují agregáty. Ohřívač vzduchu obvykle ohřívá interiér přenosem tepelné energie uložené v chladivu do přiváděného čerstvého vzduchu. Elektrický PTC přídavný ohřívač zasahuje pouze tehdy, je-li požadována maximální rychlost ohřevu.
Interiér Audi R8 e-tron se vyznačuje elegantními povrchy CFRP, jemnou kůží a Alcantarou. Sportovní závodní sedadla mají šasi z CFRP; každé z nich váží pouhých 17,6 kilogramu (38,80 lb). V přístrojovém clusteru LED pásy indikují teplotu chladicí kapaliny a stav nabití baterie. Velký ukazatel výkonu prezentuje úroveň výkonu a rekuperace energie na stupnici od 0 do 100 procent. Systém informací pro řidiče má 7palcový barevný monitor; spolu s monitorem MMI zobrazuje všechny důležité skutečnosti o elektrické jízdě. Patří sem spotřeba energie (v kWh na 100 km), zvolená úroveň rekuperace energie, množství rekuperované energie a animovaná grafika toku energie. Dojezd je navíc graficky zobrazen v mapovém zobrazení navigačního systému.
Digitální vnitřní zpětné zrcátko je další inovací Audi R8 e-tron. Vysoce rozlišovací displej s úhlopříčkou 6,8 palce v technologii AMOLED (aktivní matice organických světelně emitujících diod) nahrazuje vnitřní zpětné zrcátko. Malá, velmi výkonná kamera snímá obraz v širokém zorném úhlu a s vysokou citlivostí. Řídicí jednotka zajišťuje, že obraz zobrazený na displeji má vždy vysoký kontrast a jas. Displej AMOLED, pouhých 7 milimetrů (0,28 palce) silný, nabízí desetinásobný kontrast a o 30 procent lepší energetickou účinnost ve srovnání s LCD monitorem.
Audi vybavilo R8 e-tron syntetickým elektrickým zvukem, který je slyšitelný přibližně do 60 km/h (37,28 mph). Malý počítač generuje frekvence z dat dodávaných řídicí jednotkou pohonu a robustní reproduktorový systém na spodním krytu podvozku ho směruje k vozovce.
