(video) Următoarea generație de hibridizare la Audi. Cum funcționează tehnologia MHEV plus
Noile familii de modele A5 și Q5 construite pe platforma premium PPC pentru modelele cu motoare cu ardere internă, sunt primele modele lansate de Audi cu motoare cu ardere internă și cu noua tehnologie MHEV plus. Astfel, se reduce consumul, asigurându-se o experiență de condus mai fluidă și mai confortabilă.
„În conformitate cu nevoile clienților noștri, cu noua noastră tehnologie MHEV plus, ducem și mai departe electrificarea automobilelor noastre cu motor cu ardere internă construite pe baza platformei premium PPC pentru modelele cu motor cu ardere internă. Astfel, ne vom consolida portofoliul compus din modele electrice, modele hibride plug-in și modele cu motoare eficiente cu ardere internă.”
Geoffrey Bouquot, membru al Consiliului de Administrație Audi, responsabil pentru divizia AUDI AG pentru Dezvoltare Tehnică
Structura MHEV plus
Sistemul MHEV plus permite mai multe funcții atractive, de exemplu: condusul parțial electric, funcția boost electrică și o creștere semnificativă a eficienței și confortului. Sistemul e compus din trei elemente principale:
- Noul generator cu design compact pentru propulsie PTG (powertrain generator) cu sistem electronic integrat și motor electric sincron cu magneți permanenți PSM;
- O baterie de 48 de volți;
- Motorul BAS (belt alternator starter) cu rol de demaror și de alternator;
- Componentele sistemului de 48 V sunt răcite cu lichid, pentru a atinge condiții optime de funcționare.
Arhitectura sistemului MHEV plus poate fi integrată în diferite modele de automobile cu tracțiune față sau quattro, construite pe baza platformei PPC (Premium Platform Combustion). Răcirea cu lichid a sistemului electronic este adaptată situației curente, iar motorul electric permite operarea componentelor în condiții optime de funcționare, astfel încât să fie satisfăcute cerințele de putere și de cuplu impuse de orice variantă de operare posibilă.
Cu noua tehnologie MHEV plus, sistemul electric de propulsie poate asigura condusul pur electric sau, ca alternativă, sistemul electric de propulsie poate susține motorul cu ardere internă. Astfel, sistemul crește puterea și agilitatea automobilului, reducând în același timp consumul de combustibil și emisiile de CO₂.
De exemplu, la noul A5 cu motor 2.0 TDI (consum combustibil mixt în l/100 km: 5.7–4.8; emisii mixte de CO₂ în g/km: 150–125) se pot reduce emisiile cu până la 10 g/km și consumul cu până la 0.38 l/100 km. La motorul V6 3.0 TFSI (consum combustibil mixt în l/100 km: 8.0–7.4; emisii mixte de CO₂ în g/km: 182–169) sunt posibile economii de până la 17 g/km și respectiv 0.74 l/100 km.
Generatorul grupului motopropulsor ca un modul de acționare puternic suplimentar
Un alt avantaj major este că sistemul MHEV plus îmbunătățește puterea și confortul condusului. La noul sistem MHEV plus, generatorul PTG este un modul compact dar puternic de antrenare electrică a mașinii. Această componentă reprezintă, de asemenea, cea mai mare diferență față de tehnologia MHEV oferită anterior de Audi, care funcționa exclusiv pe baza unui motor cu rol de demaror și de alternator.
Generatorul PTG este instalat direct pe arborele de ieșire al transmisiei, într-o unitate compactă cu sistem electronic integrat și poate contribui la propulsie cu o putere electrică de până la 18 kW (24 CP). Modulul permite un cuplu maxim de 230 Nm la ieșirea transmisiei, cuplu ce este disponibil pentru antrenarea automobilului deja din momentul în care porniți. Transmisia compactă a generatorului PTG funcționează la raportul 3,6:1. Sistemul MHEV plus utilizează generatorul PTG până la maximum 140 km/h, pentru eficiență maximă. La viteze mai mari, PTG se decuplează de la trenul de rulare prin intermediul unui cuplaj cu craboți.
PTG cântărește în jur de 21 kg și permite un maximum de 5550 rotații pe minut pe arborele de ieșire. În funcție de modelul de automobil și de sistemul de propulsie, aceasta corespunde unei viteze de 130 până la 140 km/h.
Cu modificări minime ale pieselor și componentelor limitrofe, a fost creat spațiul necesar pentru a integra un motor electric la ieșirea transmisiei, în spațiul dat de tunelul central al automobilului. Poziționarea direct după cutia de viteze oferă mai multe avantaje: puterea de propulsie de 18 kW sau puterea de până la 25 kW din frânarea regenerativă furnizată de generatorul PTG este disponibilă direct la punte, fără alte pierderi. Datorită acestei configurații, PTG poate fi utilizat atât la automobilele cu tracțiune față, cât și la cele cu tracțiune integrală, fără modificări și în sistem modular.
Pentru ca sistemul să asigure un nivel foarte ridicat de confort, oferă un control precis al cuplului, al curentului și al vitezei de rotație a motorului electric. Intervalul de temperatură pentru funcționare se încadrează între -40 și +75 grade Celsius. Motorul electric este integrat într-o cămașă de răcire cu lichid. Aceasta răcește, de asemenea, sistemul electronic compact integrat în circuitul de răcire comun, ce este montat direct pe motorul electric, pentru a economisi spațiu. Modulele de înaltă putere sunt dispuse în jurul radiatorului, în cadrul sistemului electronic. Condensatoarele circuitului intermediar sunt astfel integrate în radiator, economisind cât mai mult spațiu și optimizând și condițiile termice.
Dezvoltare axată pe cerințele clienților
Audi a dezvoltat tehnologia MHEV plus în baza cerințelor anticipate din partea clienților. Sistemele de propulsie tradiționale disponibile cu prima generație de sisteme start-stop sau mild-hybrid se bazau pe diferite soluții de eficientizare, precum oprirea motorului atunci când vehiculul staționează, coasting, rularea liberă cu motorul oprit și sistemul de recuperare a energiei la 12 sau 48 volți.
Principalele avantaje ale gradului crescut de electrificare datorită noii tehnologii includ confortul suplimentar dat de operarea sistemului start-stop, mersul fără emisii, recuperarea energiei, mersul parțial electric, de exemplu la parcare, precum și puterea crescută datorită suportului acordat de motorul electric motorului cu ardere internă.
Astfel, automobilul se poate deplasa în modul pur electric, motorul cu ardere internă putând rămâne mai mult timp oprit, de exemplu la condusul la viteze reduse în oraș sau când traficul avansează încet în afara localităților, sau când mașina se apropie de următorul oraș. De asemenea, răspunsul mașinii este mult optimizat și mult mai spontan la demaraj, deoarece generatorul PTG furnizează un cuplu de până la 230 Nm, inclusiv la viteze reduse. Acest lucru are ca rezultat o reacție considerabil mai bună, ceea ce se traduce printr-un plus considerabil de agilitate, mai ales pe primii metri de demaraj.
La viteze cuprinse între 0 și maximum 140 km/h, generatorul PTG poate susține motorul cu ardere internă. Acest lucru înseamnă că MHEV plus oferă o putere electrică suplimentară de până la 18 kW, permițând motorului cu combustie să funcționeze cât mai eficient posibil. În acest interval de viteze, PTG poate recupera până la 25 kW de energie prin frânare regenerativă, până aproape de momentul în care vehiculul se oprește.
Sistemul integrat de control al frânelor, ce permite și frânarea în paralel (brake blending), asigură frânarea fără aplicarea de presiune și frânarea regenerativă optimă, de regulă fără a utiliza frânele de fricțiune. Iar datorită compresorului electric al sistemului de aer condiționat, MHEV plus permite, de asemenea, funcționarea continuă a sistemului de aer condiționat chiar și atunci când motorul cu combustie este oprit, de pildă atunci când așteptați la semafor.
BAS, baterie litiu-ion și iBRS: o combinație ideală
În calitate de componentă a tehnologiei MHEV plus, demarorul-alternator (BAS) are rolul de a porni motorul pe benzină și de a alimenta bateria cu energie electrică. Cureaua prezintă avantaje acustice față de un demaror cu pinion și asigură o viteză de pornire mai mare pentru motorul cu ardere internă. Acest lucru are ca rezultat un consum mai bun și un confort mai mare la pornire. De asemenea, BAS poate recupera energia motorului chiar și atunci când este oprit și setează cilindrii în poziția optimă pentru repornire.
Bateria litiu-ion se bazează pe chimia litiu-fier-fosfat și are o capacitate de stocare de 37 Ah, ceea ce înseamnă aproape 1.7 kWh (brut). Capacitatea maximă de descărcare este de 24 kW. Pentru a asigura disponibilitatea, puterea și cuplul necesare, bateria este integrată într-un circuit de răcire cu lichid de temperatură redusă, care asigură condiții optime în intervalul dintre 25-60 grade Celsius. Este pentru prima dată când Audi utilizează o baterie LFP într-un sistem mild-hybrid.
Sistemul integrat de control al frânării (iBRS) joacă un rol important în recuperarea energiei. La modelele cu tehnologie MHEV plus, iBRS asigură o frânare fără presiune și realizează decelerația necesară prin frânare regenerativă, fără a utiliza frâna mecanică a roților. Frânele mecanice sunt acționate numai atunci când pedala de frână este apăsată mai puternic. Acest lucru nu are niciun efect asupra senzației de frânare.
Strategie operațională sofisticată MHEV plus
Într-un sistem hibrid, regula de bază este că o baterie încărcată la 50-60% funcționează cel mai eficient, deoarece poate furniza curenți mari motorului electric și poate stoca curenți de încărcare mari în timpul recuperării energiei. Sistemul hibrid nu se concentrează pe autonomia electrică, ci pe descărcarea și reîncărcarea bateriei în cicluri rapide. Acest lucru permite recuperarea unei cantități cât mai mari de energie și reutilizarea rapidă și eficientă pentru deplasare.
Cu tehnologia MHEV plus, un software de control evaluează starea de funcționare a vehiculului pentru interacțiunea optimă dintre motorul cu combustie, PTG și BAS. Valorile caracteristice pentru utilizarea optimă a celor două motoare electrice și nivelurile dorite de cuplu pentru propulsie sau recuperarea energiei sunt stocate în acest scop. Starea de încărcare a bateriei este, de asemenea, luată în considerare. Scopul este funcționarea stabilă – iar sistemul de control obține rezultate diferite în funcție de situație. Acest lucru se datorează faptului că strategia de funcționare a acționărilor electrice suplimentare este optimizată pentru fiecare motor cu combustie în parte. Rezultatul este cel mai mic consum posibil, fără a compromite dinamica de conducere.
Strategia de funcționare ia în considerare modul de transmisie selectat și modularea pedalei de accelerație. De exemplu, în modul de conducere D, întreaga putere electrică suplimentară de maximum 18 kW este aplicată de generatorul grupului motopropulsor numai începând de la aproximativ 80% din valoarea pedalei de accelerație sau kickdown. În modul de conducere S, puterea suplimentară de 18 kW este deja disponibilă la valori mai mici ale pedalei de accelerație.
În D, PTG poate fi decuplat începând de la 85 km/h pentru a preveni pierderile electrice în motorul electric al PTG atunci când se conduce la o viteză constantă cu motorul cu ardere internă pe autostrăzi și drumuri din afara limitelor orașului. În S, însă, PTG rămâne cuplat până la turația maximă admisă a motorului de 5550 rpm pentru a permite o reacție spontană în orice moment.
În ceea ce privește modurile de conducere D și S, strategia de funcționare diferă în special în ceea ce privește SoC (starea de încărcare) țintă a bateriei de 48 V. În modul D, un SoC mediu de 50-55% oferă echilibrul optim pentru a avea suficientă energie disponibilă pentru susținerea electrică a motorului cu combustie până la conducerea parțial electrică. Acest SoC este, de asemenea, suficient pentru a stoca volumele mari de energie recuperată care provin din fazele de frânare ușoare și mai lungi la semafoare sau la intrarea în orașe. În S, un SoC țintă mai mare, de aproximativ 70 %, asigură o cantitate mai mare de energie disponibilă pentru susținerea electrică a motorului cu combustie pentru un condus mai sportiv. După cum v-ați aștepta, condusul sportiv implică faze de frânare mai scurte și mai intense, ceea ce înseamnă că există mai puțină energie de recuperat.
Utilizarea generatorului de propulsie oferă, de asemenea, avantaje în ceea ce privește dinamica condusului, deoarece cuplul suplimentar și imediat disponibil înseamnă că vehiculul poate reacționa mai spontan la schimbările de sarcină și poate accelera mai agil la ieșirea din viraje. Tipul de schimbare a sarcinii este, de asemenea, modulat diferit în modurile D și S, pentru a permite o manevrabilitate mai confortabilă în modul D și o manevrabilitate mai receptivă și mai dinamică în modul S.
Modelele cu MHEV plus pot funcționa, de asemenea, exclusiv electric, de exemplu atunci când vehiculul se apropie de un oraș, și își pot menține apoi viteza cu ajutorul PTG. Dacă puterea solicitată de șofer sau de Adaptive Cruise Control (ACC) depășește o anumită valoare, motorul cu combustie pornește și preia propulsia. Pragul de pornire depinde de SoC curentă a bateriei de 48 V și de viteza vehiculului. Dacă SoC curent este sub SoC țintă, motorul cu combustie pornește mai devreme.
Pe de o parte, acest lucru are rolul de a evita consumul de energie suplimentară pentru conducerea electrică și, astfel, de a reduce și mai mult SoC. Pe de altă parte, motorul cu combustie poate crește din nou SoC, în funcție de necesități, prin intermediul creșterii puterii în combinație cu BAS și PTG – cu alte cuvinte, reîncărcarea bateriei. Acest lucru nu se aplică manevrelor acționate electric, mersului lent în trafic sau parcării, care pot fi menținute la o stare de încărcare semnificativ mai scăzută. Dacă SoC curent este peste SoC țintă, motorul cu combustie pornește mai târziu – când există o cerere de putere ușor mai mare. În acest fel, bateria de 48 V se descarcă spre SoC țintă, astfel încât să poată absorbi suficientă energie în timpul fazelor viitoare de recuperare a energiei. Pe măsură ce viteza vehiculului crește, pragul de solicitare a puterii de la motorul cu combustie este redus. În termeni simpli, aceasta înseamnă că, cu cât viteza este mai mare, cu atât motorul cu combustie alimentează mai mult autovehiculul.
În combinație cu ceea ce se află în rezervor, câștigurile de eficiență ale sistemului de propulsie îmbunătățesc considerabil autonomia totală a vehiculului. Acest lucru face ca vehiculele echipate cu tehnologia MHEV plus să fie mult mai potrivite pentru călătoriile pe distanțe lungi și face aceste călătorii mult mai confortabile. MHEV plus nu va fi oferită pe piața din SUA din cauza nevoilor diferite ale clienților.
Cmentariile sunt închise