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Um modelo elétrico de alta performance
Uma das grandes estrelas da Audi no Salão Internacional de Frankfurt, na Alemanha, é o e-tron, um veículo esportivo de alta performance com sistema de propulsão totalmente elétrico. Quatro motores, dois no eixo dianteiro e dois no traseiro, dão impulsos às rodas, transformando o protótipo em um verdadeiro quattro®. Com 313 hp de potência e 4.500 Nm de torque, o esportivo de dois lugares acelera de 0 a 100 km/h em apenas 4,8 segundos. A bateria de íons de lítio oferece energia de 42,4 KW/h e permite autonomia de 248 km.
O design deixa claro que o Audi e-tron é da categoria dos esportivos. A bateria colocada atrás da cabine de passageiros garante ótimo centro de gravidade e uma perfeita distribuição de carga entre os eixos. O modelo é capaz de distribuir entre as rodas a potência de seus quatro motores elétricos de acordo com a necessidade. O chamado torque vetorizado proporciona dinâmica fascinante e inigualável agilidade e precisão nas curvas.
A Audi também utiliza tecnologias revolucionárias, como uma bomba de calor para esquentar de forma eficiente o habitáculo. O sistema de propulsão, a potência eletrônica e a bateria são controladas por um inovador sistema de gestão térmica que constitui um componente decisivo para alcançar a magnífica autonomia do veículo, sem abrir mão do elevado conforto interior. A conexão eletrônica do carro com o exterior, chamada comunicação Car-to-X, abre novas dimensões de eficiência, segurança e conforto.
Conceito
Os sistemas de motorização elétrica nos carros ainda são pouco usados. Os primeiros veículos deste tipo datam de antes de 1900, mas, apesar disto, em 2009 nenhum grande fabricante produz em série um automóvel movido exclusivamente a bateria. Na Alemanha, a frota de elétricos é de menos de 1.500 unidades, correspondente a 0,035% do total.
Os veículos elétricos oferecem uma série de vantagens: reduzem a dependência ao petróleo; não produzem diretamente emissão de gases; a eficiência de um motor elétrico supera claramente a de um motor a combustão e dá menos gastos ao bolso do consumidor.
Mas até que os veículos elétricos estejam suficientemente maduros para produção em larga escala, há pontos a resolver. O grande desafio é a integração do sistema de acúmulo de energia: em função da autonomia e potência, a bateria pode ser pesada e ocupar muito espaço.
Para compensar estas desvantagens, a Audi partiu para um novo caminho: um pacote específico para o veículo, com a construção leve e ajuste de todos os componentes ao sistema de propulsão elétrica.
Audi e-tron: o enfoque integral
O desenvolvimento mais importante alcançado na questão das baterias são as células de ions de lítio. Muitos especialistas trabalharam em todo mundo para aperfeiçoar o sistema para a sua utilização em veículos. Os principais objetivos são a redução do peso e incremento na capacidade e na sua potência. A Audi optou por esta tecnologia, tanto para um veículo de série híbrido, uma futura versão do Audi Q5, por exemplo, como para o protótipo e-tron.
A redução da resistência ao rodar e conseqüente ampliação da autonomia têm importância fundamental nos veículos elétricos. Por esta razão, a construção de baixo peso foi priorizada no carro-conceito, combinada à maior resistência e rigidez. A localização da bateria diante do eixo traseiro permite uma distribuição ótima da carga entre os eixos, sem influenciar negativamente o design global do amplo habitáculo.
A tecnologia de bateria ultramoderna proporciona autonomia viável com a utilização no dia-a-dia. O sistema de bateria incorpora refrigeração por água para garantir maior vida útil e rendimento. Um sistema de gestão de energia, que atua de acordo com as necessidades, se encarrega de controlar todas as funções do motor e de itens de conforto.
O inovador sistema de gerenciamento térmico, que incorpora componentes de refrigeração e aquecimento, cuida das necessidades de resfriamento da bateria e do sistema de propulsão, e também oferece climatização agradável ao interior do veículo. Os itens de segurança são compatíveis aos dos melhores carros produzidos em série atualmente.
O protótipo e-tron vem com a tecnologia de comunicação Car-to-X, desenvolvida pela Audi para incrementar a eficiência do veículo. Por exemplo, os dados de intervalos de mudanças nos semáforos e o fluxo do tráfego, transmitidos pela infra-estrutura e por outros veículos, são utilizados para calcular uma estratégia de condução otimizada.
Design e pacote específico
A carroceria do modelo tem um aspecto quase monolítico, e a parte traseira fechada transmite uma impressão poderosa e musculosa. Na dianteira, a grade trapeizodal é adornada nos dois lados por grandes entradas de ar.
Os faróis adaptativos com LEDs – tecnologia usada pela Audi de maneira pioneira em larga escala - oferecem conjunto ótico que impressiona. O sistema de iluminação reage de forma flexível e se adapta a várias situações, reconhecendo condições climáticas e modificando a iluminação se faz chuva ou sol, por exemplo.
Outro destaque é uma câmara que, em parceria com um computador, detecta o tráfico que circula em sentido contrário, identifica placas e mede a visibilidade, por exemplo, em caso de neblina. Se veículos em sentido oposto se aproximam, o farol passa de alto para baixo. O sistema de iluminação em curvas analisa os dados e ilumina a estrada antes que o condutor entre na curva.
O Audi e-tron não incorpora faróis anti-neblina que requerem energia adicional. No lugar deles, alterna de maneira inteligente a iluminação entre farol alto e baixo e ilumina uma área mais larga, reduzindo claramente o ofuscamento.
O desenho dos faróis também merece atenção. Em função da velocidade do esportivo e do tráfego ao redor, os LEDs mudam de aspecto e alteram com eles a aparência frontal do esportivo. Um novo elemento de design específico do protótipo são as entradas de ar na grade dianteira e próximas das rodas traseiras.
Em circunstâncias normais, elas ficam fechadas e se abrem por meio de válvulas quando há necessidade de maior refrigeração, medida que contribui para obtenção de máxima performance. O coeficiente de arrasto, já reduzido, fica ainda melhor com as válvulas fechadas.
Com aspecto compacto e curva baixa do teto, o modelo de longe é facilmente identificado. As laterais apresentam também uma silhueta conhecida e destacam ainda mais as grandes rodas de aro 19. Com 1,90 metro de largura, 4,26 metros de comprimento e 1,23 metros de altura, o carro tem proporções de um super esportivo. A distância entre - eixos de 2,60 metros deixa bastante espaço para os ocupantes do carro.
Como em um esportivo com motor central, a cabine do e-tron está generosamente deslocada para o eixo dianteiro, o que deixa diante do eixo traseiro espaço suficiente para o módulo da bateria, que pesa cerca de 470 quilos.
Os motores elétricos equipados com sistema de refrigeração próprio estão situados atrás. Os propulsores elétricos frontais localizam-se no eixo dianteiro e sua refrigeração está disposta diante deles. Esta configuração especial – e a distribuição de peso total de 42% na dianteira e 58% na traseira – garante equilíbrio perfeito.
Para tornar a carroceria leve, os engenheiros da Audi utilizaram a tecnologia Audi Space Frame (ASF), elaborada com construção híbrida. Todas as peças de montagem (portas, tampas, painéis laterais e teto) foram fabricadas com material sintético reforçado com fibras.
A combinação de alumínio e material composto de fibra de carbono garantem a máxima rigidez com peso reduzido. O modelo tem apenas 1.600 kg.
Interior e sistema de controle
As referências visuais e funcionais do e-tron determinam o design do interior do veículo. O minimalismo da arquitetura, controle e fluxo de informação é repassado na leveza e impressão global de ordem.
O console central e o túnel são limpos, ponto que os desenhistas não tiveram de levar em conta caixa de câmbio, mecanismo de troca de marchas, nem o túnel do eixo-cardã. O seletor de marchas, que permite ao condutor escolher os modos à frente, ré ou neutro, emerge do túnel quando o veículo é ligado.
O cockpit do e-tron é voltado para o motorista, uma característica típica da Audi. No lugar do clássico painel de instrumento, o protótipo incorpora um display central com funções MMI, que é controlado por meio de uma superfície tátil situada no volante (MMI touch), elemento inspirado nos smartphones mais modernos. Enquanto um velocímetro analógico informa à direita a velocidade, à esquerda o condutor recebe informação sobre a potência gerada.
O display central mostra a autonomia e apresenta os dados importantes do sistema Infotainment e de navegação. Pequenos componentes foram eliminados e a unidade de comando do ar-condicionado está à direita do volante, com sistema de controle deslizante e tátil, como de um smartphone também.
Os assentos anatômicos inspirados em carros de corrida combinam conforto e contenção lateral. O interior tem duas cores contrastantes: branco e conhaque. A elegância dos materiais utilizados enfatiza a sofisticação e esportividade.
Sistema de propulsão e de energia
Quatro motores elétricos com potência total de 313 hp proporcionam ao Audi e-tron performance de alto rendimento e esportiva. O protótipo acelera de 0 a 100 km/h em 4,8 segundos e de 60 a 120 km/h em 4,1 segundos.
A velocidade máxima está limitada a 200 km/h, dado que, quanto maior a velocidade, maior a demanda energética dos motores elétricos. A autonomia é de aproximadamente 248 km em uso misto.
Este excelente valor é possível graças ao enfoque integrado do veículo, à técnica especialmente adaptada ao sistema de propulsão elétrica, todo ele combinado com a mais moderna tecnologia em materiais de bateria.
O bloco de baterias oferece fornecimento energético total ao redor de 53 KW/h, e a parte utilizável está limitada a 42,4 KW/h, para incrementar a vida útil do sistema.
A recarga é feita através de um cabo que pode ser ligado na rede elétrica doméstica (230 volts/16 amperes). O plugue se encontra debaixo de uma tampa na parte traseira do modelo. Com a bateria descarregada, o tempo de recarga oscila entre seis e oito horas. Se utilizada corrente de alta tensão (400 volts/63 amperes), o período se reduz para somente 2,5 horas.
Para incrementar o nível de conforto durante a recarga, os engenheiros da Audi estão trabalhando uma solução sem cabos (wireless). A estação de carga por indução, que pode ser colocada na garagem de casa ou nos edifícios, é ativada automaticamente ao conectar o veículo em uma base, técnica usada atualmente, de maneira parecida, para recarga das escovas de dente elétricas.
A bateria não se alimenta unicamente no modo estacionário, mas também durante o rodar. Esta forma de recuperação e realimentação da energia está disponível hoje em muitos modelos de série de Audi. Ao desacelerar, o alternador transforma a energia cinética em elétrica, que alimenta os sistemas elétricos.
O Audi e-tron, que utiliza para frear quatro discos cerâmicos, dá um passo decisivo em direção ao futuro. Um sistema de freios eletromecânico permite aproveitar o potencial de recuperação dos motores elétricos.
No eixo dianteiro há pinças hidráulicas, e no traseiro foram instaladas duas modernas pinças flutuantes acionadas eletricamente, não através de elementos mecânicos ou hidráulicos, mas por cabo (brake by wire).
Devido ao desacoplamento do pedal de freio, os motores elétricos do e-tron podem transformar toda a energia de desaceleração em corrente elétrica e, desta forma, recuperá-la. O sistema de freios eletromecânico não se ativa até que se produzam desacelerações mais intensas. O condutor não se dá conta destes processos de regulação; só percebe uma resposta previsível e constante do pedal, como no caso de um freio hidráulico.
Inovação: a bomba de calor
A bomba de calor, um elemento novo dentro da indústria automobilística, permite incrementar a eficiência e a autonomia. Diferentemente de um motor a combustão, o sistema de propulsão elétrica não produz calor residual suficiente para aquecer de forma eficaz o interior do carro. Outros veículos elétricos incorporam aquecimentos adicionais elétricos que provocam consumo energético comparativamente elevado.
A bomba de calor da Audi, conhecida por sua aplicação em edifícios, é um sistema combinado de potência e calor altamente eficiente que permite aquecer com um mínimo de fornecimento energético.
O sistema eficiente também é utilizado para refrigeração do habitáculo, além de manter a temperatura da bateria de alta voltagem, que assim como a potência eletrônica e os motores elétricos, tem de manter uma temperatura de serviço ideal para alcançar o nível ótimo de potência e autonomia.
Na hora da recarga, com o veículo conectado, os controles de gestão térmica se encarregam do ajuste: se faz frio, o sistema de propulsão se pré-aquece; se faz calor, se refrigera.
Este pré-condicionamento pode se estender ao interior do veículo para que os passageiros possam encontrar mais conforto ao entrar no carro.
Dinâmica de condução
A distribuição regular da força motriz está claramente desenhada para favorecer o eixo traseiro de acordo com a distribuição de peso do e-tron. Como acontece em um esportivo com motor central, cerca de 70% da força vão para a parte traseira e 30% para a dianteira. Quando um dos eixos patina, esta proporção pode mudar graças aos quatro motores elétricos controlados de forma centralizada. O automóvel elétrico da Audi integra com eles todas as vantagens da tecnologia quattro®.
Os quatro motores, que para favorecer a tração estão situados atrás das rodas, permitem também controlar de forma inteligente a dinâmica transversal do modelo. Similar ao que o diferencial esportivo faz nos veículos quattro® de série, o torque vetorizado produz aceleração seletiva de algumas rodas, incrementando ainda mais o dinamismo e segurança ao dirigir.
O chassi tem no eixo dianteiro braços triangulares duplos e no traseiro braços trapezoidais em alumínio, uma geometria consagrada nos modelos esportivos pela agilidade e precisão. Apesar do ajuste rígido das molas e amortecedores, estes oferecem alto grau de conforto.
A direção de pinhão e cremalheira de ajuste direto transmite uma resposta extraordinariamente diferenciada. A direção assistida funciona de forma eletromecânica e em função da velocidade. O e-tron requer energia somente para manobrar, mas não quando avança em linha reta.
O modelo é equipado com rodas de 19 polegadas com novo desenho de lâminas e pneus 235/35 na dianteira e 295/30 na traseira.
Comunicação Car-to-X
Os engenheiros eletrônicos da Audi também ficaram atentos à segurança e ao tráfego. O carro-conceito incorpora um sistema de processamento de informações que analisa e faz intercâmbio de comunicação com o tráfego. Esta evolução é possível graças aos rápidos avanços nos processadores, nos softwares e na tecnologia de comunicação. .
A palavra-chave "Car-to-x” refere-se à troca direta de informação entre os veículos e o fluxo de tráfego. A letra "x" é uma variável livre que pode referir-se tão facilmente a outros veículos como às infra-estruturas fixas, tais como semáforos. Em contraste com sistemas atuais, o Car-to-x não requer um provedor de serviço central para processar de forma rápida e eficaz as informações. Os próprios participantes executam estas tarefas, interconectando-se de forma espontânea em rede com outros usuários.A futura rede Car-to-x precisa de algum tempo para virar realidade. Mas vale lembrar que quase todos os fabricantes de automóveis na Europa, Japão e Estados Unidos decidiram desenvolver um padrão comum para hardware e software. Uma vez que todos os carros novos são equipados com esta tecnologia, em pouco tempo nos grandes centros haverá uma rede funcional de transmissores móveis, que podem ser usados para abrir muitas novas aplicações práticas.
Abaixo estão apenas quatro exemplos que mostram as possibilidades oferecidas pelo Car-to-x:
Exemplo 1 – Eficiência e autonomia. Um automóvel inteligente, equipado com esta tecnologia, sabe de antemão as acelerações e desacelerações que terá de realizar, combinando para isto os dados de navegação com as informações sobre o fluxo do tráfego. O computador central pode evitar manobras que consomem energia de forma desnecessária ou encarregar-se da recuperação da bateria, realizando intervenções nos freios de forma seletiva.
Exemplo 2 – Segurança. Um veículo rodou para fora de uma estrada escorregadia em uma curva cega e não consegue prosseguir. Ao mesmo tempo, outros veículos estão se aproximando rapidamente. O carro avariado usa o Car-to-x para enviar um sinal de alerta de informação da localização exata do local perigoso. Um aviso correspondente aparece em seguida no monitor do sistema de navegação dos carros que estão se aproximando.
Exemplo 3 – Fluxo de tráfego. Muitos carros estão passando por uma via principal regulada por semáforos. Os veículos aceleram e logo têm de frear quando o sinal fica vermelho. A tecnologia Car-to-x permite que os veículos se interconectem e recebam informações do sistema controlador de semáforos. Os motoristas podem então fazer um uso mais criterioso do pedal do acelerador, porque eles sabem o que esperar pela frente. O mesmo se aplica para aos engarrafamentos iminentes: carros à frente dão informações que resultam em ajustes de velocidade que permitem descongestionar o fluxo de tráfego.
Exemplo 4 – Conveniência: O motorista se dirige a um shopping sem vagas de estacionamento. Com o Car-to-x, o sistema móvel se conecta com o sistema de registro de vagas do destino. Quando há indicação de uma vaga disponível, o sistema de navegação pode registrar sua localização e também reservar o local.
A mobilidade como conceito integrado e o apoio do governo alemão
A Audi trabalha arduamente para o futuro da mobilidade. A empresa estabeleceu um centro de estudos para o desenvolvimento de um conceito integrado de unidades elétricas em automóveis. Como parte deste esforço, o projeto e-performance será lançado no dia 01 de outubro, com apoio direto e financiamento em parte pelo Ministério Alemão de Educação e Pesquisa. Institutos e empresas da indústria e da ciência também estarão participando do projeto, que tem duração de três anos. A Audi investe cerca de dois bilhões de euros por ano em projetos de desenvolvimento. Embora o foco principal seja o maior avanço do motor de combustão e tecnologias relacionadas, uma segunda prioridade é a eletromobilidade. E o e-tron é um poderoso aliado neste desenvolvimento.
A montadora criou um centro de estudos da eletromobilidade, que irá em breve começar a trabalhar em um projeto patrocinado pelo governo federal alemão, que terá também o nome de e-performance. O centro está estabelecido nas dependências da Audi Electronics Venture GmbH (AEV), filial da montadora voltada para novas tecnologias eletrônicas e que trabalha em cooperação estreita com universidades, institutos de pesquisa e novas empresas.
A Audi tem também recrutou parceiros de renome da comunidade científica para este projeto: a RWTH Aachen, as universidades Técnica de Munique, Dresden e Ilmenau, Leibniz Universidade de Hanover e a Sociedade Fraunhofer. A AEV e a engrenharia da Bosch também participam. O projeto deve beneficiar todos os parceiros.
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