Na potrzeby następnej generacji modeli elektrycznych Audi, firma opracowała na nowo silniki elektryczne, elektronikę napędu, skrzynię biegów, a także akumulator wysokonapięciowy i wszystkie powiązane komponenty, dostosowując je dokładnie do wymagań pojazdów elektrycznych.
Co odróżnia silnik elektryczny dla PPE od dotychczasowych elektrycznych układów napędowych?
Wszystkie komponenty układu napędowego dla PPE zostały zaprojektowane tak, aby były jeszcze bardziej kompaktowe i wyróżniały się wyższą wydajnością niż układy napędowe stosowane do tej pory. Łącznie rozwiązania zastosowane w nowych silnikach elektrycznych dla PPE umożliwiają zwiększenie zasięgu o 40 kilometrów w porównaniu z Audi e-tron pierwszej generacji. W obszarze produkcji znacznie wzrósł stopień automatyzacji i pionowy zakres produkcji. Nowe silniki elektryczne dla PPE wymagają o około 30 proc. mniej przestrzeni montażowej niż silniki poprzednich modeli elektrycznych. Ich waga została zmniejszona o około 20 proc.
PSM (silnik synchroniczny z magnesami stałymi) na tylnej osi Audi Q6 e-tron ma długość 200 milimetrów. ASM (silnik asynchroniczny) na przedniej osi ma długość 100 milimetrów. Gdy nie jest używany, może się swobodnie obracać bez znaczących strat oporu.
Nowe uzwojenie typu wsuwkowego i system bezpośredniego chłodzenia olejem w stojanie silnika elektrycznego znacznie przyczyniają się do zwiększenia wydajności układu napędowego. Na przykład współczynnik wypełnienia wzrósł do 60 proc. w porównaniu do 45 proc. w przypadku konwencjonalnych uzwojeń, które były używane wcześniej.
Elektryczna pompa oleju w przekładni również przyczynia się do zwiększenia wydajności. Dzięki chłodzeniu olejem wirnika, Audi było również w stanie w dużej mierze zrezygnować z użycia ciężkich pierwiastków ziem rzadkich, jednocześnie zwiększając gęstość mocy o 20 proc.
Co Audi zmieniło w elektronice napędu i przekładni dla PPE?
Elektronika napędu (falownik) steruje silnikiem elektrycznym, a także przekształca prąd stały z akumulatora w prąd przemienny. Dane do dokładnego sterowania falownikiem są dostarczane przez komputer domeny HCP1 (high-performance computing platform 1), który jest odpowiedzialny za układ napędowy i zawieszenie. W mocniejszej wersji falownika chłodzonego wodą zainstalowano półprzewodniki z węglika krzemu. Ze względu na ich wydajność, która jest o 60 proc. wyższa, wyróżniają się one szczególnie przy częściowym obciążeniu i są bardziej niezawodne. W rezultacie znacząco przyczyniają się do zwiększenia sprawności i wydajności silników elektrycznych PPE. Przewaga zasięgu w porównaniu z półprzewodnikami krzemowymi wynosi około 20 kilometrów. Ze względu na 800-woltową architekturę, do okablowania akumulatora i silnika elektrycznego można również użyć cieńszych przewodów. Zmniejsza to przestrzeń instalacyjną, masę i zużycie surowców. Ponieważ system nagrzewa się mniej ze względu na mniejsze straty ciepła, układ chłodzenia jest również mniejszy i bardziej wydajny. Przekładnia działa z suchą miską olejową i elektryczną pompą oleju. Dysze bezpośrednio spryskują koła zębate. Taka konstrukcja minimalizuje straty tarcia, a także zmniejsza przestrzeń montażową.
Jakie rozwiązania techniczne poprawią wydajność ładowania w PPE?
800-woltowa architektura, która jest niezbędna do ładowania z mocą do 270 kW, jest jednym z kluczowych czynników zapewniających wysoką wydajność ładowania. Chemia ogniw została zoptymalizowana pod kątem tak wysokiej wartości. Audi osiągnęło optymalną równowagę między gęstością energii a wydajnością ładowania. Ogniwa opracowane we współpracy z dostawcą oferują wysoką gęstość energii, znacznie zmniejszoną zawartość kobaltu i niższą rezystancję, co zapewnia najlepszą możliwą wydajność ładowania.
Jeśli kierowca jedzie do stacji ładowania HPC uwzględnionej w planowaniu trasy, predykcyjny system zarządzania temperaturą przygotuje proces ładowania prądem stałym i schłodzi lub podgrzeje akumulator, aby mógł ładować się szybciej, skracając w ten sposób czas ładowania. W przypadku bardziej stromego wzniesienia system zarządzania temperaturą dostosuje akumulator wysokiego napięcia poprzez odpowiednie chłodzenie, aby zapobiec większemu obciążeniu termicznemu. Jeśli kierowca wybrał w menu wyboru napędu tryb wydajności, układ chłodzenia akumulatora jest aktywowany później, a rzeczywisty zasięg może zostać zwiększony w zależności od sposobu jazdy. W trybie dynamicznym celem jest optymalna wydajność.
Jeśli jednak aktualna sytuacja na drodze nie pozwala na dynamiczną jazdę, system zarządzania temperaturą zareaguje na to i zminimalizuje zużycie energii na chłodzenie akumulatora.
Kolejną nową funkcją w systemie zarządzania temperaturą PPE jest chłodzenie końcowe i ciągłe. Funkcja ta monitoruje temperaturę akumulatora przez cały okres eksploatacji, aby utrzymać akumulator w optymalnym zakresie temperatur, nawet gdy pojazd jest nieruchomy – na przykład przy bardzo wysokich temperaturach zewnętrznych. Przepływ płynu chłodzącego został zoptymalizowany poprzez zastosowanie zasady U-flow pod modułami akumulatorów. Prowadzi to do jednorodności wysokiej temperatury wewnątrz akumulatora – monitorowanej przez 48 czujników – i ostatecznie do wysokiej wydajności dostarczania i pochłaniania energii.
Jak szybko ładuje się akumulator wysokiego napięcia (HV) dla PPE?
Przy stanie naładowania (SoC) wynoszącym około dziesięciu procent, pojazdy z serii Audi Q6 e-tron potrzebują zaledwie dziesięciu minut na stacji szybkiego ładowania z maksymalną mocą ładowania 270 kW przy ładowaniu prądem stałym, aby wygenerować zasięg do 255 kilometrów (158 mil) w idealnych warunkach. Naładowanie akumulatora wysokiego napięcia z poziomu SoC wynoszącego 10 proc. do 80 proc. zajmuje 21 minut. Jednostka sterująca komunikacją, zwana Smart Actuator Charging Interface Device (SACID), działa jako interfejs łączący gniazdo ładowania ze stacją ładującą i przesyła przychodzące znormalizowane informacje do komputera domeny HCP5.
Jakie inne innowacje wdrożyło Audi w zakresie zarządzania temperaturą pojazdu?
System zarządzania temperaturą w pojeździe został zaprojektowany na nowo. Aby zrekompensować zwiększoną wydajność układu napędowego i wynikającą z tego redukcję strat ciepła, pompa ciepła na bazie wody i glikolu została uzupełniona powietrzną. Oznacza to, że oprócz ciepła odpadowego z chłodziwa silnika elektrycznego, elektroniki napędu i akumulatora, powietrze otoczenia może być również wykorzystywane jako źródło ogrzewania wnętrza. Wymiana temperatury odbywa się teraz bezpośrednio przez wężownicę grzewczą. Ponadto opracowano 800-woltowy powietrzny podgrzewacz PTC, który również bezpośrednio wspomaga regulację temperatury wnętrza w jednostce klimatyzacyjnej w przypadku zwiększonego zapotrzebowania na ogrzewanie. Pozwala to uniknąć strat ciepła związanych z wodnymi obiegami grzewczymi.
Jak rekuperacja do odzyskiwania energii i wykorzystanie hamulców ciernych współpracują ze sobą w Q6 e-tron?
Z reguły dzięki PPE około 95 procent całego codziennego procesu hamowania można pokryć za pomocą rekuperacji, tj. hamowania odzyskowego za pośrednictwem silników elektrycznych. Wykorzystanie hamulców ciernych w procesie hamowania następuje odpowiednio później lub rzadziej. W PPE funkcja rekuperacji nie jest już obsługiwana przez układ sterowania hamulcami, ale raczej przez HCP1, jeden z pięciu wysokowydajnych komputerów w pojeździe, który odpowiada za układ napędowy i zawieszenie w PPE. W rezultacie zwiększa się wpływ układu napędowego na układ hamulcowy.
Przejście od hamowania rekuperacyjnego za pomocą elektrycznych układów napędowych do hamowania mechanicznego za pomocą hydraulicznie uruchamianych hamulców tarczowych nie jest już odczuwalne dla kierowcy. Połączenie hamulców zapewnia dobrze kontrolowane wyczucie pedału z wyraźnie określonym, stałym punktem nacisku. Inteligentny układ hamulcowy (IBS) znany z poprzednich modeli e-tron przeszedł znaczny dalszy rozwój w PPE. Na przykład, po raz pierwszy możliwe jest łączenie hamulców dla poszczególnych osi. W razie potrzeby rekuperacja pozostaje na tylnej osi, podczas gdy ciśnienie hydrauliczne jest generowane na przedniej osi. Jak zwykle w Audi, dostępna jest opcja dwustopniowej rekuperacji wybiegiem, wybierana za pomocą łopatek na kierownicy. Możliwy jest również tryb Coasting. W tym przypadku elektryczny SUV toczy się swobodnie po zdjęciu nogi z pedału przyspieszenia, bez dodatkowego oporu. Inną opcją w serii Audi Q6 e-tron jest tryb jazdy „B”, który jest bardzo zbliżony do tego, co potocznie nazywa się „jazdą z użyciem jednego pedału”.
Jakie korzyści oferuje klientom architektura E³ 1.2?
Dzięki nowej architekturze elektronicznej E³ 1.2 klienci Audi doświadczają zalet cyfryzacji pojazdów bardziej bezpośrednio niż kiedykolwiek wcześniej. E³ umożliwia dalsze zwiększanie liczby, rozmiaru i rozdzielczości ekranów w pojazdach. Została również zaprojektowana do bezprzewodowych aktualizacji (over the air) i dodawania nowych możliwości, na przykład poprzez oferowanie funkcji na żądanie (Functions on Demand). W serii Q6 e-tron Audi wprowadza zupełnie nową, ustandaryzowaną platformę informacyjno-rozrywkową opartą na systemie Android Automotive. Liczne funkcje pojazdu można kontrolować za pomocą cyfrowego asystenta Audi, samouczącego się asystenta głosowego. Cyfrowy asystent jest głęboko zintegrowany z pojazdem i jest wizualizowany za pomocą awatara na desce rozdzielczej (Audi Assistant Dashboard) oraz po raz pierwszy na wyświetlaczu head-up z rozszerzoną rzeczywistością. Dzięki sklepowi z aplikacjami innych firm, użytkownicy mogą również korzystać ze swoich ulubionych aplikacji z cyfrowego ekosystemu bezpośrednio na wyświetlaczu pojazdu.
Sklep daje klientom dostęp do szerokiej gamy aplikacji, które można zainstalować bezpośrednio w MMI bez konieczności korzystania ze smartfona. Początkowo dostępne będą aplikacje z następujących kategorii: Muzyka, Wideo, Gry, Nawigacja, Parkowanie i ładowanie, Produktywność, Pogoda i Wiadomości. Na przykład kategoria Muzyka obejmuje aplikacje takie jak Amazon Music i Spotify. Sklep będzie stale rozbudowywany w przyszłości. Można go wybrać za pomocą osobnego kafelka w MMI. Dodatkowe aplikacje zostaną następnie płynnie zintegrowane z MMI i będą dostępne do bezpiecznego i niezawodnego użytku podczas podróży. Portfolio oferowanych aplikacji jest specyficzne dla każdego rynku. Oczywiście znany interfejs Audi dla smartfonów do integracji Apple CarPlay i Android Auto jest również dostępny w serii Q6 e-tron.
Jakie są zalety nowej architektury elektronicznej Audi?
Skalowalna i przyszłościowa architektura elektroniczna pozwala Audi oferować różne modele pojazdów i ich odmiany w oparciu o znormalizowaną bazę elektroniczną. Takie podejście zmniejsza złożoność zarówno w zakresie rozwoju, jak i produkcji oraz tworzy dodatkowe korzyści skali. Ponadto nowa architektura elektroniczna stanowi podstawę dla przyszłych innowacji. Bezpieczeństwo (security by design) i możliwości aktualizacji są zakotwiczone w architekturze od samego początku.
Przeniesienie funkcji z poziomu czujników i siłowników na poziom komputera, tj. coraz większe rozdzielenie sprzętu i oprogramowania, umożliwi również bezpieczne zarządzanie rosnącą złożonością w nadchodzących latach.
Jakie innowacje w zakresie sprzętu wprowadza E³ 1.2?
Prace rozwojowe koncentrowały się na wysokowydajnej i bezpiecznej sieci komputerów domenowych, jednostek sterujących, czujników i siłowników. Pięć wysokowydajnych komputerów, znanych jako wysokowydajna platforma obliczeniowa Audi, w skrócie "HCP", tworzy centralny układ E³ 1.2. Wszystkie funkcje pojazdu są przypisane do różnych HCP zgodnie z domeną. Audi łączy poszczególne systemy pojazdu za pomocą znanych protokołów motoryzacyjnych i Gigabit Ethernet.
Gdzie jeszcze Audi Q6 e-tron wywoła poruszenie w przyszłości?
Po światowej premierze w zakładzie produkcyjnym w Ingolstadt w marcu i europejskiej premierze w House of Progress podczas Milan Design Week w kwietniu, Audi Q6 e-tron będzie wkrótce prezentowane na innych wydarzeniach. Od 15 do 17 maja, Audi zaprezentuje nowy model na Greentech Festival w Berlinie, jednym z największych forów zrównoważonego rozwoju w Europie. Od 22 do 25 maja miłośnicy technologii będą mogli zobaczyć Audi Q6 e-tron na Vivatech w Paryżu, wiodących europejskich targach technologicznych.
