Volkswagen XL1 Concept
Budoucnost mobility patří k nejzajímavějším tématům naší doby. Klíčová otázka zní: O kolik by se dalo snížit spotřebu energie u aut, kdyby se šlo na maximum s efektivitou? Na tuto otázku nyní existuje odpověď – Volkswagen ji přináší v podobě nového Volkswagen XL1 Concept. Kombinovaná spotřeba paliva: 0,9 l/100 km. Žádné jiné hybridní auto poháněné kombinací elektromotoru a spalovacího motoru není úspornější. Prototyp má světovou premiéru na autosalonu v Kataru 2011 (26.–29. ledna 2011).
Konceptuálně představuje Volkswagen XL1 třetí evoluční stupeň strategie Volkswagen 1-litr auta. Na přelomu tisíciletí formuloval prof. Dr. Ferdinand Piëch, dnes předseda dozorčí rady Volkswagen AG, vizionářský cíl: uvést na trh sériový vůz, který bude praktický pro každodenní použití a bude mít spotřebu 1,0 litru na 100 km. Nový XL1 ukazuje, že tento cíl je nyní na dosah.
Volkswagen XL1 dosahuje emisí CO2 pouhých 24 g/km díky kombinaci lehké konstrukce (monokok a přídavné díly z uhlíkových vláken), velmi nízkého aerodynamického odporu (Cd 0,186) a plug-in hybridního systému – tvořeného dvouválcovým motorem TDI (35 kW/48 PS), elektromotorem (20 kW/27 PS), sedmistupňovou dvouspojkovou převodovkou (DSG) a lithium-iontovou baterií. Výsledek: spotřeba paliva 0,9 l/100 km a emise CO2 jen 24 g/km. Jako plug-in hybrid může XL1 jet čistě na elektřinu až 35 kilometrů, tedy bez emisí přímo na místě provozu. Baterii lze nabíjet z běžné domácí zásuvky. Samozřejmostí je také rekuperace energie při brzdění, kdy elektromotor funguje jako generátor a co nejvíce energie ukládá zpět do baterie.
Přes vysokou efektivitu se podařilo navrhnout karoserii s větší praktičností pro každodenní použití – místo tandemového uspořádání sedadel, jaké měly první 1-litr auto z roku 2002 a L1 z roku 2009, nabízí XL1 vedle sebe umístěná sedadla. Pro snadnější nastupování a vystupování slouží křídlové dveře. Další pokrok přinesla výroba dílů karoserie z uhlíkových vláken (CFRP), technologie známá z formule 1. Volkswagen navíc výrazně snížil výrobní náklady – důležitý krok pro případnou omezenou sériovou výrobu XL1. Společně s dodavateli vyvinul a patentoval nový systém výroby CFRP v procesu aRTM (advanced Resin Transfer Moulding).
Volkswagen XL1 Concept ukazuje cestu k extrémně úsporným vozidlům a čistým technologiím. Zároveň dokazuje, že taková auta mohou být i zábavná. Jízda s XL1 je skutečně dynamická – ne díky výkonu, ale díky čisté efektivitě. Dva příklady:
Při plném výkonu hybridního systému zrychlí prototyp Volkswagen z 0 na 100 km/h za pouhých 11,9 sekundy; maximální rychlost je elektronicky omezena na 160 km/h. Ale samotná čísla nevystihují vše: XL1 váží jen 795 kg, takže pohonný systém má lehkou práci s rozjezdem. Když je potřeba plný výkon, elektromotor, který z klidu dodává točivý moment 100 Nm, funguje jako podpora pro TDI motor (120 Nm). Společně pak TDI a elektromotor dosahují maximálního točivého momentu 140 Nm v režimu boost.
S novým XL1 Volkswagen realizuje plug-in hybridní koncept, který využívá úspornou technologii common rail turbodieselu (TDI) a dvouspojkové převodovky (DSG). TDI dosahuje maximální výkon 35 kW/48 PS z pouhých 0,8 litru objemu. Celý hybridní modul je umístěn nad poháněnou zadní nápravou. Samotný hybridní modul s elektromotorem a spojkou je mezi TDI a sedmistupňovou DSG; modul je integrován do pouzdra převodovky místo běžného setrvačníku. Integrovaná lithium-iontová baterie zásobuje elektromotor energií. Vysokonapěťový tok energie mezi baterií a elektromotorem řídí výkonová elektronika pracující na 220 V. Elektrický systém vozu je napájen 12 V přes DC/DC měnič.
Spolupráce elektromotoru a TDI: Elektromotor podporuje TDI při zrychlení (boost), ale také může XL1 pohánět samostatně až na vzdálenost 35 km. V tomto režimu je TDI odpojen od pohonu rozpojením spojky a vypnutý. Spojka na straně převodovky zůstává zavřená, takže DSG je plně spojena s elektromotorem. Řidič může zvolit čistě elektrický režim, pokud je baterie dostatečně nabitá. Po stisknutí tlačítka elektrického režimu na přístrojové desce jede auto výhradně na elektřinu. Nastartování TDI je velmi plynulé: při tzv. „pulzním startu“ elektromotor rychle roztočí rotor a spojí se se spojkou motoru, čímž TDI zrychlí na potřebné otáčky a nastartuje. Celý proces probíhá bez škubnutí, takže řidič téměř nezaznamená start motoru.
Při brzdění funguje elektromotor jako generátor, který využívá brzdnou energii k dobíjení baterie (rekuperace). V určitých provozních podmínkách lze rozdělení zátěže mezi TDI a elektromotorem upravit tak, aby turbodiesel pracoval v nejefektivnějším režimu. Převodové stupně sedmistupňové automatické DSG jsou vždy voleny s cílem minimalizovat spotřebu energie. Řídicí jednotka motoru reguluje veškerý tok energie a řízení pohonu podle aktuálního požadavku řidiče. Mezi parametry pro optimální režim patří poloha plynového pedálu, zatížení motoru, stav zásob energie a poměr kinetické a elektrické energie.
Dvouválcový TDI využívá technologii sériové výroby: 0,8litrový TDI (35 kW/48 PS) vychází z 1,6litrového TDI, který pohání například Golf a Passat. Oba motory mají stejný rozteč válců (88 mm), vrtání (79,5 mm) a zdvih (80,5 mm). Navíc sdílejí klíčové konstrukční prvky pro snížení emisí, například speciální pístní prohlubně pro vícenásobné vstřikování a individuální orientaci vstřikovacích trysek. Výborné a hladké chování common rail motorů bylo přeneseno i do dvouválce. Navíc je motor vybaven vyvažovacím hřídelem, poháněným klikovou hřídelí stejnou rychlostí, který optimalizuje hladký chod.
Hliníkový klikový prostor TDI je navržen pro vysokou tuhost a přesnost, což snižuje třecí ztráty. Pro snížení emisí se používá recirkulace výfukových plynů, oxidační katalyzátor a dieselový filtr pevných částic. Takto vybavený 0,8 TDI již splňuje limity emisní normy Euro-6.
Úsporný je i chladicí systém vozu. Řízení motoru aktivuje externě poháněné elektrické vodní čerpadlo jen podle potřeby. Součástí je automaticky řízený přívod vzduchu vpředu vozu, který snižuje odpor chladicího systému. Tato strategie termálního managementu přispívá ke snížení spotřeby paliva. Druhé elektrické vodní čerpadlo, rovněž aktivované jen podle potřeby, cirkuluje chladicí kapalinu v samostatném okruhu s nižší teplotou pro chlazení startér-generátoru a výkonové elektroniky.
Vývojový tým dosáhl mimořádných výsledků v návrhu karoserie z CFRP – jak v oblasti lehké konstrukce, tak aerodynamiky. Pro srovnání: Golf má velmi dobrý aerodynamický odpor pro kompaktní třídu – Cd 0,312 a čelní plochu 2,22 m2, což dává součin Cd.A 0,693 m2, což je v dané třídě referenční hodnota. Volkswagen XL1 překonává tento výkon s Cd 0,186 a čelní plochou 1,50 m2. Součin těchto hodnot je 0,277 m2, tedy 2,5krát méně než u Golfu.
Design pro novou éru: VW XL1 měří 3 888 mm na délku, 1 665 mm na šířku a pouhých 1 156 mm na výšku. To jsou extrémní rozměry. Polo má podobnou délku (3 970 mm) a šířku (1 682 mm), ale je výrazně vyšší (1 462 mm). Výška XL1 je přibližně stejná jako u Lamborghini Gallardo Spyder (1 184 mm). Snadno si tak představíte, jak spektakulárně by takový Volkswagen na silnici působil – dlouhý a široký jako Polo, ale s nízkým profilem jako Lamborghini.
Křídlové dveře nového Volkswagen XL1 připomínají luxusní sportovní vůz. Jsou zavěšeny ve dvou bodech: nízko na A-sloupcích a těsně nad čelním sklem v rámu střechy, takže se neotevírají jen směrem nahoru, ale i mírně dopředu. Dveře zasahují hluboko do střechy a při otevření uvolňují výjimečně velký prostor pro nastupování a vystupování.
Nový XL1 vizuálně navazuje na designové linie L1 z roku 2009, ale díky větší šířce působí dynamičtěji. Celý tvar karoserie byl bez kompromisů podřízen aerodynamice. Vpředu má XL1 největší šířku, směrem dozadu se zužuje. Pohled shora připomíná tvar delfína, zejména vzadu, kde linie optimálně kopírují proudění vzduchu a snižují aerodynamický odpor.
Boční profil střechy tvoří oblouk od A-sloupku k zadní části. Zadní kola jsou plně zakrytá, aby se zabránilo turbulencím; proudění vzduchu optimalizují malé spoilery před a za koly. Zrcátka na dveřích chybí; místo nich jsou na křídlových dveřích malé kamery, které plní funkci digitálních vnějších zrcátek a přenášejí obraz okolí za vozem na dva displeje uvnitř.
Přední část Volkswagen XL1 Concept už nemá typickou mřížku chladiče, ale stále odráží současný „designový DNA“ Volkswagen s převahou horizontálních linií. Konkrétně černý příčný pruh (v místě, kde mřížka není) spolu s energeticky úspornými dvojitými LED světlomety tvoří souvislou linku. Skutečný přívod vzduchu pro chlazení TDI motoru, baterie a interiéru je umístěn v dolní části předku a má elektricky ovládané lamely. Úzké směrovky jsou rovněž v LED technologii a tvoří tvar „L“, který vertikálně sleduje obrys podběhu a horizontálně linku pod světlomety. Výsledkem je předek, který – ač zcela přepracovaný a extrémních rozměrů – je díky čistým liniím okamžitě rozpoznatelný jako Volkswagen.
Lehká konstrukce: systematičtější než kdy dřív. Velké části karoserie nového XL1 jsou vyrobeny z uhlíkových vláken vyztuženého polymeru (CFRP) – materiálu, který je stejně lehký jako pevný. Konkrétně monokok s mírně posunutými sedadly řidiče a spolujezdce a všechny vnější díly karoserie jsou z CFRP. Vrstvy uhlíkových vláken, orientované podle směrů působících sil, jsou formovány do dílů pomocí epoxidové pryskyřice v procesu aRTM. Tato kombinace materiálů vytváří extrémně odolný a zároveň lehký kompozit. Dlouhou dobu se považovalo za nemožné vyrábět karoserii z CFRP, jako má nový Volkswagen XL1 Concept, v průmyslovém měřítku. Přesto Volkswagen už v roce 2009, v rámci vývojového projektu XL1, našel nákladově efektivní způsob hromadné výroby dílů z CFRP ve větším objemu. Tento proces byl nyní dále zdokonalen.
CFRP je ideální materiál pro karoserii nového XL1 právě díky své nízké hmotnosti. XL1 Concept váží pouhých 795 kg. Z toho 227 kg připadá na celé pohonné ústrojí, 153 kg na podvozek, 80 kg na výbavu (včetně dvou skořepinových sedadel) a 105 kg na elektrický systém. Zbývá 230 kg, což je přesně hmotnost karoserie – vyrobené převážně z CFRP – včetně křídlových dveří, předního skla v tenkostěnné technologii známé z motorsportu a vysoce bezpečného monokoku. Celkem 21,3 procenta nového Volkswagenu XL1, tedy 169 kg, tvoří CFRP. Navíc Volkswagen používá lehké kovy na 22,5 procenta všech dílů (179 kg). Pouze 23,2 procenta (184 kg) nového XL1 je z oceli a železných materiálů. Zbytek hmotnosti připadá na různé polymery (například polykarbonátová boční okna), kovy, přírodní vlákna, technologické materiály a elektroniku.
Lehká konstrukce: bezpečnější než kdy dřív. Nový XL1 není jen lehký, ale také velmi bezpečný. Jak už bylo zmíněno, částečně je to zásluhou použití CFRP jako materiálu. Volkswagen má v duchu formule 1 vysoce pevný monokok. Na rozdíl od formule 1 je však tato bezpečnostní kapsle nahoře uzavřená – pro větší ochranu. V závislosti na typu nárazu může být síla nárazu vedena přes sloupky A a B, podélníky a prahy, které veškerou energii nárazu absorbují. Další boční výztuhy a příčníky vpředu i vzadu doplňují pasivní bezpečnost vozu.
Podvozek s ESP využívá špičkové materiály
Podvozek je vybaven stabilizátory příčně vpředu i vzadu a vyniká lehkou konstrukcí s maximální bezpečností. Vepředu je použito dvojité lichoběžníkové zavěšení, zatímco vzadu semi-trailing link systém. Přední i zadní zavěšení jsou velmi kompaktní a nabízejí vysoký komfort jízdy. Komponenty podvozku jsou v klíčových místech připevněny přímo k CFRP monokoku.
Hmotnost podvozku byla snížena použitím hliníkových dílů (včetně částí zavěšení, brzdových třmenů, tlumičů, pouzdra řízení), CFRP (stabilizátory), keramiky (brzdové kotouče), hořčíku (kola) a plastů (tělo volantu). Nízké tření ložisek kol a hnacích hřídelí, stejně jako zcela nová generace optimalizovaných pneumatik s nízkým valivým odporem od MICHELINu (vpředu: 115/80 R 15; vzadu: 145/55 R 16), přispívají k nízké spotřebě energie Volkswagenu XL1 Concept. Bezpečnost zajišťuje protiblokovací systém (ABS) a elektronický stabilizační program (ESP). Protože udržitelnost bez maximální bezpečnosti by nebyl skutečný pokrok. Nový VW XL1 ukazuje, jak lze tyto dva parametry dokonale sladit.
