Aerodinamică: Lupta pentru fiecare miime de secundă

„Rezistența la aer este rezistența dominantă la conducere în operarea zilnică a unui vehicul electric de către clienți. Chiar și în ciclul standard, care este parcurs conform WLTP, cota de consum pentru Audi e-tron Sportback este puțin peste 40%. În schimb, puțin sub 20% din consumul din acest ciclu merge în accelerarea greutății vehiculului. Într-un vehicul cu un coeficient aerodinamic foarte bun, cum ar fi Audi e-tron Sportback, rezistența la aer este dominantă la rulare începând de la aproximativ 80 km/h. Pe drumurile de țară cu o viteză de 100 km/h, rezistența aerului reprezintă peste 60% din rezistența totală la condus. Dacă conduceți cu o viteză constantă de 140 km/h în loc de 100 km/h pe autostradă, rezistența aerului aproape se dublează, ceea ce duce la o creștere a consumului cu puțin peste 60%. Dacă șoferul și-ar reduce viteza de la 140 km/h la 120 km/h în această călătorie pe distanțe lungi, ar câștiga 60 de kilometri de autonomie electrică doar datorită rezistenței reduse a aerului. Vehiculele electrice pot transporta mai puțină energie în baterie decât vehiculele convenționale cu rezervor de combustibil. Prin urmare, trebuie să fim deosebit de atenți cu această energie electrică. Pentru noi, inginerii, acesta este un stimulent enorm pentru a dezvolta cea mai bună aerodinamică posibilă pentru toate vehiculele Audi e-tron."

Conceptul de vehicul electric aduce avantaje aerodinamice

„Pe de altă parte, vehiculele electrice au avantaje conceptuale clare pentru o aerodinamică eficientă, cum ar fi podeaua complet închisă și netedă de la un capăt la altul, ceea ce este posibil datorită baterie și lipsei sistemului de evacuare. Ne luptăm de mult timp cu colegii noștri în dezvoltarea șasiului pentru a ne asigura că toate părțile esențiale ale șasiului și punților rămân ascunse sub panourile de sub caroserie. Tunel, rezervor, sistem de evacuare – toate lucrurile care provoacă turbulențe într-un vehicul cu motor cu ardere internă nu mai există în vehiculele electrice. Acest lucru aduce avantaje aerodinamice enorme. În plus, un motor electric are o eficiență mult mai mare decât un motor cu ardere internă. Emite mult mai puțină căldură în mediu, trebuie răcit mult mai rar și într-o măsură mai mică. Acest lucru ne permite să dezvoltăm concepte de aer de răcire care sunt avantajoase pentru aerodinamică. La fel ca prizele de aer controlabile de pe Singleframe ale modelelor noastre Audi e-tron. Aceasta este o măsură aerodinamică foarte importantă în partea din față. Există un sistem de jaluzele la fiecare dintre aceste două prize de aer, care se deschide sau se închide automat în funcție de cerințele de aer pentru răcire ale vehiculului. Noi, aerodinamicienii, spunem: Jaluzelele ar trebui să fie întotdeauna închise, astfel încât să nu curgă curent de aer și să provoace pierderi, dar aerul ar trebui să se scufunde sub și deasupra vehiculului. Cu toate acestea, alte cerințe ale vehiculului ajung și în sistemul de control: am nevoie de aer de răcire pentru că trebuie să răcesc interiorul. Apoi clapetele se deschid. Cu toate acestea, datorită gestionării inteligente a aerului de răcire, noi, cei de la Audi, suntem capabili să închidem jaluzelele pentru o mare parte a ciclului de conducere – și astfel să reducem coeficientul de rezistență aerodinamică."

„Coeficientul de rezistență este adesea denumit calitatea unei matrițe. Desigur, ne străduim întotdeauna să îmbunătățim coeficientul de rezistență al vehiculelor noastre de la un model la altul. Audi e-tron cu oglindă exterioară virtuală are un coeficient aerodinamic de 0,27, care este una dintre cele mai bune valori de pe piață în clasa SUV. Multe dintre SUV-urile disponibile în prezent au o valoare mai proastă. De aceea, suntem deosebit de mândri că am obținut această valoare remarcabilă cu un SUV cu drepturi depline. Datorită formei sale de bază aerodinamice, Audi e-tron Sportback are chiar și un coeficient aerodinamic de doar 0,25.

Există o limită a coeficientului de rezistență? Evaluarea mea personală este că nu va fi posibil în viitorul apropiat să se pună pe șosea un vehicul de producție care să fie potrivit pentru utilizarea de zi cu zi și atractiv pentru client și să aibă un coeficient de rezistență aerodinamic mai mic de 0,20. În ingineria auto, limitele fizicii ne stabilesc în cele din urmă o barieră. Dacă te uiți la exemple din natură pentru un flux optim, vei găsi multă inspirație. Milioane de ani de evoluție arată foarte frumos cum trebuie modelat un corp pentru a se mișca prin aer sau apă cu puțină rezistență. În literatură, pinguinii sunt citați cu un coeficient de rezistență de 0,07, care uneori poate fi redus și mai mult prin efecte speciale de suprafață și ajustări dinamice ale formei. Cu toate acestea, pentru scopurile noastre în dezvoltarea vehiculelor, putem face doar o utilizare practică foarte limitată a acestor fenomene naturale. O mașină are o funcție diferită de cea a unui pinguin. Și chiar dacă noi, aerodinamicienii, visăm la un vehicul care are o formă de bază ca un rechin, principiul "forma urmează funcția" domină în viața noastră de zi cu zi ca "optimizatori de formă". Funcția este determinată de nevoile clienților noștri: dacă clientul are nevoie de o valoare utilă ridicată a spațiului de încărcare, nu putem coborî acoperișul vehiculului atât de mult cât dorim sau să îngustăm spatele, chiar dacă acest lucru ar fi avantajos pentru aerodinamică."

Eficiența aerodinamică în detaliu

„Unul dintre obiectivele noastre ca aerodinamici este să oferim designerilor libertate pentru creativitatea lor prin munca tehnică inovatoare. Acest lucru funcționează cel mai bine atunci când lucrăm mână în mână la problemele relevante. Dezvoltăm detaliile aerodinamice ale unui vehicul din față până în spate. Pentru că, dacă ceva nu merge bine în față în ceea ce privește curgerea aerului, de obicei nu mai putem salva situația în spate.

Perdele de aer

„În partea din față, aerul lovește vehiculul în mijloc, trece peste și sub vehicul și curge lateral. Aici este o artă grozavă să modelezi tranziția în lateral cât mai curat posibil. Consolele scurte, ceea ce designerii noștri fac atât de atractiv în vehiculele electrice, sunt o provocare foarte mare pentru noi, aerodinamicienii. Mai avem atât de puțin spațiu pentru a direcționa aerul, care vine din față cu viteză mare, spre lateral. De aceea lucrăm cu perdele de aer pe partea laterală. Aceste prize captează practic aerul din față și îl aspiră rapid în acest buzunar, astfel încât fluxul să rămână rapid și aproape de vehicul și să fie direcționat în mod specific în pasajul roții. Dacă aceste perdele de aer nu ar exista, vehiculul ar fi mai lat pentru aer, ceea ce ar înrăutăți coeficientul de rezistență."

Stâlp A și oglinzi exterioare

„Sună banal: dar cu banda de captare a apei de pe stâlpul A, putem proiecta curat și optimiza foarte mult tranziția aerului din față peste stâlpul A. În caz contrar, ar exista pierderi aerodinamice majore aici. Fluxul ajunge apoi la oglinda exterioară. Din punct de vedere aerodinamic, este o adevărată provocare. Cu o oglindă exterioară convențională, aerul este puternic deviat și influențează fluxul rămas din jurul său mult în spatele vehiculului. De aceea, sunt incredibil de fericit că oferim oglinzi exterioare virtuale ca opțiune pentru vehiculele noastre Audi e-tron. În ciclul WLTP, influența lor c_w corespunde unui avantaj de autonomie de aproximativ 2,5 kilometri în comparație cu oglinzile exterioare convenționale. Pe drumurile de țară sau pe autostrăzi, acest avantaj crește semnificativ."

Lumini spate

Designerii noștri Audi adoră să formeze o trenă rotundă frumoasă din lateral pînă în spatele mașinii. Aceasta este o provocare pentru aerodinamică. Pentru că aerul nu prea știe unde să se oprească. Rotund înseamnă întotdeauna instabilitate: uneori curentul de aer se rupe aici, alteori acolo, ceea ce face ca aerodinamica să fie slabă. Dar, desigur, nu putem proiecta un Audi cu spate pătrat. Așa că integrăm inteligent marginile în luminile din spate pentru o separare curată a blocajului, acestea rulează de-a lungul graficii interioare a luminilor. În acest fel, forma suprafeței exterioare rămâne armonioasă, evitând refracțiile neplăcute ale luminii. Aceste margini rupte de pe stopuri sunt un exemplu perfect modului în care optimizăm modelul împreună cu designerii din tunelul aerodinamic.

Spoiler spate și difuzor

„Întotdeauna le spun designerilor: Faceți partea din față rotundă și cea din spate pătrată. Din păcate, o fac întotdeauna invers... Pentru că pentru noi, aerodinamicienii, spatele este cel mai important lucru. În spatele vehiculului se creează o zonă de joasă presiune. Acest vid aspiră mașina înapoi și astfel creează rezistență. Sarcina noastră este de a face această zonă de presiune negativă din spate cât mai mică și compactă posibil. Așa că încercăm să facem totul îngust și mic în spate: ecartament îngust, roți cât mai înăuntru, portbagaj cât mai îngust posibil. Iar cu spoilerele spate sau de acoperiș, reglam fluxul de aer astfel încât să se întâlnească simetric la aceeași înălțime cu fluxul din jurul vehiculului, de deasupra și de sub vehicul. De aceea, chiar și un spoiler cu o buză relativ mică poate avea un efect foarte mare asupra coeficientului de rezistență, deoarece corectează direcția fluxului și aduce siajul aerului cât mai paralel posibil și cât mai aproape posibil în spatele vehiculului. Aceeași funcție pe partea inferioară a caroseriei este îndeplinită de componentele pe care le atașăm la zona difuzorului. La Audi e-tron, lucrăm chiar și cu un mic spoiler de rezervă pe partea inferioară a caroseriei, care asigură direcționarea aerului exact în spatele mașinii, unde lovește fluxul de pe acoperiș." Funcționalitatea luminii este dezvoltată în mod constant la Audi. Farurile, care proiectează simboluri pe drum pentru a-i avertiza pe ceilalți participanți la trafic cu privire la pericole, cum ar fi condițiile alunecoase sau un accident, fac parte dintr-o viziune asupra mobilității de mâine. Nu există aproape nicio limită pentru proiectarea iluminatului – doar reglementările legale definesc deocamdată cadrul permis pentru acest lucru.

Chiar și detaliile mici contează

De exemplu, un model Audi e-tron introdus în 2021 are o etanșare pe îmbinarea laterală dintre cadrul peretelui lateral și hayon. Numai acest sigiliu aduce cinci miimi în îmbunătățirea cw. Ai crede că este doar un mic spațiu fără această etanșare, dar rapoartele de presiune dintre lateral și spate sunt atât de intense încât fluxul este aspirat în îmbinare în timpul tranziției și provoacă imediat pierderi. Cu această etanșare, pe de altă parte, îmbunătățim coeficientul de rezistență cu cinci miimi. În ciclul WLTP, acest lucru are ca rezultat o autonomie cu aproximativ trei kilometri mai mare. După cum puteți vedea, chiar și micile detalii decid viitorul.