Audi F12 « e performance » – Un prototype d’Audi R8 électrique de 2012

Audi F12 « e performance » – Un prototype d’Audi R8 électrique de 2012

Audi travaille depuis longtemps sur les aspects de la mobilité électrique. Le projet de recherche « e performance » – un groupe de réflexion interne au sein de l’entreprise allemande – a développé un système modulaire pour véhicules électriques. Cela s’est traduit par la mise au point en 2012 d’un véhicule sportif expérimental, l’Audi F12, dans le cadre d’un projet de recherche financé par le Ministère fédéral allemand de l’Éducation et de la Recherche (BMBF – Bundesministerium für Bildung und Forschung). Il s’agit du précurseur de l’Audi R8 e-tron apparue quelques mois plus tard sur les routes.

Stratégie d’électrification Audi via la technologie e-tron
Chez Audi, le terme e-tron désigne toutes les voitures capables de parcourir des distances plus longues uniquement avec de l’énergie électrique. À partir de 2019, la marque aux quatre anneaux s’est fixée pour objectif de proposer un premier modèle e-tron et décliner cette technologie dans différents segments.

Tous ces nouveaux véhicules électriques doivent atteindre un volume de ventes annuel de l’ordre de six chiffres. En 2012, il existait déjà différentes voitures d’essai intégrant la nouvelle technologie permettant de donner naissance fin 2012 au premier modèle routier : l’Audi R8 e-tron produite à 10 exemplaires.

Audi travaille depuis longtemps sur tous les aspects de la mobilité électrique – dans le but de répondre aux demandes variées des clients du monde entier. Les concepts qui en résultent offrent un maximum d’avantages sans compromis – avec des idées novatrices et des automobiles sportives, évolutives et sophistiquées qui transmettent toutes les qualités de la marque. La fascination et l’émotion définissent également le caractère d’une Audi à propulsion électrique.

La vaste stratégie d’électrification d’Audi intègre tous les concepts pertinents. L’une d’elles était la voiture de sport hautes performances à moteur électrique, la R8 e-tron, qui a été auparavant commercialisée en petite série.

Audi F12 e performance de 2012
Le véhicule de recherche F12 a été créé dans le cadre d’un projet de recherche de trois ans financé par le ministère fédéral allemand de l’Éducation et de la Recherche. Le budget du projet était de 36 millions d’euros. Les ingénieurs d’Audi, de sa filiale Audi Electronics Venture GmbH (AEV) et des scientifiques de l’ika, de l’ISEA et des instituts IEM de l’université RWTH d’Aix la Chapelle formaient l’équipe principale du projet de recherche e performance. D’autres spécialistes externes des universités techniques de Munich, de Dresde et d’Ilmenau, de l’Université Leibniz de Hanovre et des instituts IISB Fraunhofer et IESE fournissaient un soutien scientifique. Les principaux partenaires industriels impliqués dans le projet ont été Robert Bosch GmbH et Bosch Engineering GmbH.

Le projet de recherche e performance avait la liberté d’explorer des approches entièrement nouvelles. Des outils de développement avancés et un nouveau type de gestion des connaissances ont contribué à créer une atmosphère caractérisée par l’ingéniosité de l’ingénierie, par la créativité, par des discussions ouvertes et par un réseau flexible. Des caméras ont documenté chaque étape de la construction, et tous les résultats ont été rassemblés via un système de tickets sur un serveur qui était disponible à tous les participants à travers l’Allemagne.

Ce niveau élevé de transparence et de mise en réseau, basé sur le principe de «l’innovation ouverte» a permis au projet de recherche d’avoir une influence très positive sur le système d’enseignement supérieur allemand et sur l’industrie allemande. Les partenariats se sont même poursuivis après l’achèvement de l’Audi F12 – les premiers projets de suivi qui se concentraient sur des questions techniques spéciales avaient pris la suite. Des solutions individuelles, comme le boîtier en fibre de carbone pour la batterie à l’arrière, montraient de bonnes perspectives pour une utilisation future en production.

Extérieurement, le véhicule expérimental F12 ressemble à l’Audi R8 e-tron, qui est apparue fin 2012. La voiture de sport de hautes performances, l’Audi R8 de première génération, avec sa structure légère en aluminium Audi Space Frame a servi de point de départ pour les deux projets. Le véhicule de recherche, qui pèse environ 1 650 kg, délivre des performances sportives. Il accélère de 0 à 100 km/h en moins de sept secondes. Sa vitesse de pointe est limitée électroniquement à 180 km/h, et son autonomie est d’environ 200 km.

Les développeurs du projet de recherche e performance ont travaillé sur des approches entièrement nouvelles sur la technologie de propulsion de la voiture. Ils n’étaient pas concernés par la maturité de production de la voiture, mais avaient plutôt une approche large et globale de sa conception. Les principales composantes de la F12, toutes les parties spécialement fabriquées, peuvent être échangées avec un minimum d’effort pour permettre d’avoir de nombreuses nouvelles configurations. La matrice du système est évolutive – lorsque les ingénieurs font des modifications appropriées aux pièces, elles peuvent aussi être utilisées pour configurer une berline ou une voiture de ville avec un moteur électrique ou un moteur à propulsion hybride.

Deux grands blocs de batteries, logés séparément, ayant une capacité totale d’énergie de 38,9 kWh, servent de dispositifs de stockage d’énergie pour la voiture. Le bloc de batterie avant est monté longitudinalement dans le tunnel central qui a été spécialement conçu à cet effet, et le bloc arrière est monté transversalement à l’avant de l’essieu arrière. Les piles à refroidissement liquide pèsent environ 400 kg ; elles se composent d’un total de 5 200 cellules cylindriques au lithium-ion du type couramment utilisé dans l’électronique grand public.

Chaque ensemble de 26 cellules forme un module de batterie. Ces cellules sont intégrées dans une mousse structurelle coulée de haute résistance et sont protégées par des profilés en aluminium intégrés dans l’ensemble. Les modules peuvent être placés à côté des autres grâce à leurs parois inclinées en diagonale. Cela constitue la base pour la conception de la sécurité qui, selon les calculs, peut supporter un choc latéral violent. L’arrière de la batterie est installé dans un carter ultra-léger en carbone, renforcé de fibres de polymère (CFRP).

Trois moteurs électriques de différents types fonctionnent ensemble afin de propulser le véhicule expérimental. Chaque roue arrière est couplée à un moteur asynchrone via un réducteur à un étage; chaque moteur délivre 50 kW de puissance et 200 Nm de couple. Un système de contrôle intelligent distribue les forces d’entraînement basées sur la demande – cette « vectorisation de couple » rend la conduite encore plus stable et sportive. Un moteur synchrone est installé dans la partie avant de la voiture, il délivre 50 kW de puissance et 150 Nm de couple à un différentiel à verrouillage mécanique, nouvellement développé, par l’intermédiaire d’une boîte de vitesses à deux étages. Ainsi le F12 est un quattro entièrement électrique.

Trois moteurs peuvent être commandés séparément pour utiliser l’énergie la plus efficacement possible. Pendant la conduite lente, seul le moteur synchrone est actif. Il atteint un niveau d’efficacité très élevé. A des vitesses plus élevées, les moteurs asynchrones performants et optimisés entrent en jeu sur l’essieu arrière.

Une autre innovation dans le F12 est le système électrique haute tension commutable. Suite à l’idée de base qu’est l’évolutivité, les deux batteries peuvent produire des tensions de sortie différentes : 148 volts ou 222 volts. Un convertisseur de courant continu (DC / DC) de haute performance régule la tension uniforme désirée du système. Lors d’une charge partielle, la tension est d’environ 200 volts afin de maximiser l’efficacité; avec la demande croissante de puissance, elle peut être augmentée jusqu’à 440 volts.

L’équipe de développement du projet de recherche avancé e performance visait un niveau maximum d’intégration dans la conception des modules de commande. Avec cet objectif à l’esprit, ils ont utilisé des vannes similaires à celles utilisées dans la technologie du bâtiment pour la pompe à chaleur qui assure la gestion thermique du système d’entraînement et de l’intérieur. Dans de nombreux cas, la pompe à chaleur est utilisée pour chauffer les batteries, cette chaleur est stockée et est disponible pour chauffer l’intérieur lors de la prochaine séance de conduite.

Le conducteur de l’Audi F12 contrôle les fonctions de conduite de base – P, R, N et D – par des touches de commande sur le tunnel central. Un iPad monté sur la console centrale permet d’effectuer toutes les étapes de gestion, y compris le degré de récupération d’énergie et les paramètres de la synthèse sonore électronique. Lorsque le conducteur arrive à sa destination, l’iPad peut être retiré et utilisé pour configurer la voiture à distance. Un tableau de bord programmable par l’utilisateur affiche toutes les informations importantes via des images numériques virtuelles de qualité et à très haute résolution.

Photos / Vidéo : Audi

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