Audi duo 1 de 1989 – La première voiture hybride d’Audi sur base de 100 Avant quattro

Le 8 décembre 1989 à Munich, Audi a présenté pour la première fois à quelques journalistes sa première voiture hybride : l’Audi duo sur base d’une Audi 100 Avant quattro C3. Un second modèle sous forme de taxi pour la ville de Francfort a également été présenté un peu plus tard : l’Audi duo taxi prototype. La présentation au grand public a eu lieu au salon automobile de Genève 1990 avec un châssis apparent et une version avec toit solaire permettant de recharger en partie la batterie durant 10 h à 1,5 kWh afin de parcourir 6 km. C’est de cette voiture qu’est apparue la technologie des toits ouvrants solaires.

Au lieu d’utiliser l’arbre de transmission pour les quatre roues motrices, un moteur électrique de 12.6 ch (9.3 kW) pesant 60 kg a été directement monté sur l’axe arrière. Le moteur 2.3 l à 5 cylindres de 136 ch (100 kW) entraine les roues avant tandis que le moteur électrique s’occupe des roues arrières. Un ensemble batterie nickel-cadmium a été utilisée pour alimenter le moteur électrique. Pour changer de mode de motorisation, la voiture doit être arrêtée puis le conducteur doit switcher manuellement.

Audi duo : l’alternative dans le domaine de la circulation individuelle
L’augmentation importante de la circulation exige des solutions entièrement nouvelles en matière de construction de véhicules automobiles en fonction notamment des problèmes posés par les grandes concentrations urbaines. Le nombre des zones à circulation réglementée est en augmentation constante ainsi que celui des zones résidentielles où la vitesse est limitée à 30 km/h. De plus, dans les grandes villes, les quartiers commerciaux sont souvent implantés dans des zones piétonnières et certaines municipalités ont même pris la décision de bannir toute circulation automobile du centre des villes.

La complexité des mesures prises par les communes pour limiter de manière encore plus stricte la circulation automobile dans les agglomérations urbaines ainsi que dans les quartiers où l’environnement doit être peu bruyant, fait ressortir les limites même de ces mesures : il n’est pas possible de renoncer complètement à la voiture. D’une part, les gens qui habitent dans ces quartiers à circulation réglementée dépendent bien souvent eux-mêmes des voitures particulières et bien entendu, il faut d’autre part assurer l’approvisionnement des villes et la desserte des entreprises.

La raison pour laquelle les exigences tout à fait légitimes des citoyens confrontés à des nuisances dues au bruit ou aux gaz d’échappement et suscitées par la circulation individuelle, exigences qui visent à ce que des mesures encore plus strictes soient prises afin de neutraliser ces nuisances, n’ont pu être satisfaites jusque dans les années 1990, réside tout simplement dans l’absence d’alternatives sérieuses.

Fin 1989, Audi propose, avec son nouveau concept de véhicule, une alternative dans le domaine de la circulation individuelle. Ainsi, lors du salon automobile de Genève en 1990, Audi a présenté pour la première fois son étude : l’Audi duo, un concept qui satisfait aussi bien les exigences éventuellement renforcées des législations à venir en matière de circulation à l’intérieur des villes que les exigences actuelles en matière de voitures individuelles.

Ce concept (avant-gardiste pour son époque) de l’Audi duo a fait l’objet de perfectionnements permanents et ses performances ont été sensiblement améliorées.

Un développement débuté dans les années 1970
Le développement d’un concept de véhicule alternatif a débuté au milieu des années 1970 suite à la crise pétrolière de 1973/1974. Le véhicule électrique était une alternative envisagée afin de ne plus dépendre du pétrole. Un premier concept de véhicule électrique est apparu en 1976 via une Audi 100 électrique expérimentale (photo ci-dessus). Cependant, les limites techniques de l’époque, au niveau des technologies des batteries (densité d’énergie, puissance, durée de vie et autonomie), n’ont pas pu faire avancer ce type de véhicule. Cependant, une alternative a germé, existant déjà en 1900 via la Lohner-Porsche conçue par Ferdinand Porsche : la propulsion hybride. L’ambitieux constructeur bavarois a ainsi lancé un chantier afin de développer un véhicule hybride après la seconde crise pétrolière en 1979/1980.

Audi duo : une solution nouvelle qui regroupe deux systèmes en un seul
Une solution qui fait appel à une nouvelle idée présentée par Audi : celle qui consiste à installer sur chaque véhicule deux moteurs indépendants l’un de l’autre et chargés d’entraîner chacun un essieu, l’essieu avant étant mû par un moteur à combustion, l’essieu arrière par un moteur électrique spécialement installé à cet effet. Une disposition des moteurs qui permet d’obtenir un système de transmission intégrale peu onéreux et d’une rentabilité particulièrement élevée.

Sur la version améliorée du concept Audi duo, le conducteur retrouve les mêmes réserves de sécurité et les mêmes performances remarquables en matière de stabilité de transmission que celles qui lui sont offertes par un système à quatre roues motrices classique.

L’Audi duo de première génération, équipée d’un moteur à combustion, reste donc toujours une quattro.

Ceci est rendu possible grâce à l’adjonction d’un autre moteur électrique synchrone à excitation constante et à refroidissement par eau, qui fait désormais partie intégrante de l’unité de transmission à quatre roues motrices.

Ce système duo n’exige aucune modification importante ou onéreuse au niveau de la carrosserie.

Du point de vue technique, toutes les motorisations – moteurs essence, moteurs diesel, moteurs à combustion optimisés – sont possibles.

Le pack batterie est installé dans ce qui était jusqu’à présent la cuvette destinée à la roue de secours sous le coffre. La roue de secours n’a pas disparu pour autant : on retrouve maintenant un roue à encombrement réduit dans un compartiment latéral disposé à gauche dans le coffre.

L’encombrement et le poids supplémentaires dus à l’installation du moteur électrique et de ses accumulateurs n’ont aucune incidence sur les possibilités de chargement du véhicule tant au niveau de l’espace que du poids.

La dimension des ressorts et des amortisseurs ainsi que le système de freinage ont été adaptés aux sollicitations plus importantes de l’essieu arrière occasionnées par les batteries.

Les pneus en 195/65 R15 sont eux-aussi de conception nouvelle et présentent une résistance au roulement de 30% inférieure à celle obtenue sur des pneus classiques.

L’Audi duo a été conçue en vue d’une fabrication en série ultérieure. Par rapport à un véhicule équipé seulement d’un moteur à combustion, les investissements en travail supplémentaires ont pu être maintenus dans des limites acceptables du fait que le moteur électrique sera monté sur des véhicules de série.

La formule « deux systèmes en un » – un concept orienté vers l’avenir
Le concept novateur présenté par Audi propose une réponse définitive à des questions qui sont posées fréquemment : à savoir, comment rouler dans les zones à circulation réglementée ou en cas de pollution une circulation individuelle des habitants des agglomérations urbaines qui ne soit la source d’aucune nuisance due au bruit ou aux gaz d’échappement et comment assurer l’approvisionnement de la population des villes et la desserte des entreprises.

Le concept Audi duo peut contribuer à réduire les problèmes de circulation dans le centre des villes. La solution « Deux systèmes en un » permet d’assurer des tâches de transport qui ne pourraient être effectuées autrement que par deux véhicules à propulsion différente. Ainsi le concept Audi duo n’implique aucune augmentation du parc automobile ou de l’encombrement.

Audi duo : les batteries
Les batteries constituent les éléments essentiels de tous les véhicules entièrement ou en partie électriques. Elles jouent un rôle prépondérant non seulement en ce qui concerne les performances et le rayon d’action, mais aussi en ce qui concerne la surface utile, la charge utile et le prix d’un véhicule.

Les critères décisifs dans le choix de la batterie sont la densité de flux d’énergie, la puissance volumique et le coût.

Les accumulateurs disposant d’une puissance volumique élevée, comme l’accumulateur nickel-cadmium, sont coûteux. Les modèles rentables, comme les accumulateurs plomb-acide ou plomb-gel, ne disposent ni d’une puissance volumique ni d’une densité de flux d’énergie élevées. Quant à l’accumulateur sodium-soufre, il possède une densité de flux d’énergie élevée, mais sa puissance volumique est relativement faible. Leur coût n’est avantageux qu’à partir de la production en série d’un nombre élevé de pièces. Il convient donc de choisir l’accumulateur en fonction du mode d’utilisation du véhicule.

A tension et volume égaux, c’est l’accumulateur sodium-soufre qui offre la plus grande autonomie avec 80 km pour une quantité d’énergie en réserve de 20,2 kWh.

Pour l’Audi duo, ces trois types différents d’accumulateurs vont être testés.

Le conducteur est informé en permanence de l’état de charge de l’accumulateur, de sorte qu’il peut le recharger à temps si nécessaire. Selon le chargeur utilisé, la technique de chargement et le type d’accumulateur, le chargement dure d’une à huit heures.

L’Audi duo utilise également l’énergie de freinage pendant le trajet pour recharger l’ensemble batterie. En mode propulsion électrique ou combustion, dès que le conducteur lève le pied de l’accélérateur pour déclencher une décélération ou un processus de freinage, le moteur électrique fonctionne en générateur. L’énergie cinétique du véhicule en marche actionne, par l’intermédiaire des roues et du système de transmission, le générateur qui produit alors de l’électricité. Le régulateur distribue alors cette énergie à l’accumulateur, en fonction de son état de charge et de sa température. En principe, il est même possible de recharger la batterie pendant que le véhicule fonctionne sur le moteur à combustion.

La mise en fonctionnement du moteur électrique en tant que générateur permet de produire de l’énergie pendant le trajet, le régulateur la distribue à l’accumulateur selon les besoins. Du fait de l’influence du rendement, cette possibilité de chargement de l’accumulateur est moins avantageuse, sur les plans économique et écologique, que l’utilisation d’un chargeur branché sur secteur. Par conséquent, il est recommandé de n’utiliser cette solution, que les clients demandent souvent, qu’en l’absence d’autres possibilités déchargement.

Conduire une Audi duo
L’utilisation, dans un même véhicule, d’un moteur à combustion et d’un moteur électrique permet de combiner les avantages de la propulsion traditionnelle et ceux de la propulsion électrique.

– L’utilisation du moteur à combustion permet de conserver un rayon d’action important.
– L’utilisation de la propulsion électrique permet d’utiliser la voiture en tous lieux sans émission d’agents toxiques et presque sans bruit.

La formule « deux systèmes en un » (duo) d’Audi offre donc une très grande flexibilité et s’adapte aux différentes exigences.

L’Audi duo est bsée sur une Audi 100 Avant quattro équipée du moteur quatre cylindres de 2,0 litres développant 115 ch (85 kW) et d’un moteur synchrone en courant triphasé à excitation constante et à refroidissement par eau développant 28,6 ch (21 kW). Les performances du moteur électrique ne représentent qu’environ 25% de celles du moteur à essence mais permettent à l’Audi, qui pèse environ 1 800 kg, d’atteindre des vitesses acceptables. Avec son changement de rotation, comparable à une boîte deux vitesses, le moteur électrique produit un couple-moteur de 360 Nm en première et de 220 Nm en deuxième. A une vitesse de 25 km/h, le changement s’effectue automatiquement. Si la vitesse tombe à moins de 20 km/h, le conducteur peut rétrograder au moyen du kick-down de la pédale d’accélérateur.

Par ailleurs, la voiture à propulsion électrique se conduit comme une automatique : le conducteur se sert de l’accélérateur, mais il ne change pas les vitesses.

Le changement du mode de propulsion peut s’effectuer aussi bien à l’arrêt qu’en marche. Pour passer en mode de propulsion électrique à l’arrêt, il suffit de mettre le contact sans appuyer sur l’accélérateur et au point mort, puis d’activer la commande « E » : le moteur électrique est prêt à fonctionner. Pour stopper le mode de propulsion électrique à l’arrêt, par exemple en stationnement, il suffit de couper le contact.

Le changement de mode de propulsion en marche s’effectue tout aussi simplement. Si le véhicule se trouve en mode de propulsion électrique, il faut lâcher l’accélérateur et activer la commande  » E » : le moteur à combustion se met en marche. Il suffit alors d’embrayer et de passer une vitesse pour pouvoir continuer sa route via le moteur à combustion.

Si le conducteur s’approche alors d’une zone sans émissions et désire repasser en mode de propulsion électrique, il lui suffit pour cela de lever le pied de l’accélérateur, de passer le point mort et d’activer la commande « E ».

Du fait qu’en mode de propulsion électrique, le système hydraulique est activé par un second petit moteur électrique, aucune différence n’apparaît en ce qui concerne l’utilisation et la manipulation de la voiture : la direction assistée et le système ABS fonctionnent normalement. De même, le chauffage à eau à système mixte continue également à assurer une température agréable.

En mode de propulsion électrique, la dépression nécessaire au freinage assisté est produite par une pompe supplémentaire électrique.

En mode de propulsion électrique, la vitesse maximale de l’Audi duo est de 65 km/h. Elle atteint 50 km/h en 12 secondes. Dans des zones à circulation réglementée et avec une batterie sodium-soufre, son rayon d’action est de 80 km.

Les moteurs à combustion conservent certains avantages
En dépit les efforts entrepris dans le monde entier, il est encore impossible de supprimer les traditionnels moteurs essence ou diesel à une grande échelle. Ces véhicules se sont imposés en raison des avantages suivants:

• Performances élevées,
• Grand rayon d’action,
• Importance du volume utile et charge utile adéquate.

Ces avantages sont surtout dus à l’énergie qu’ils utilisent : diesel ou essence. A l’époque, il n’existait pour les voitures aucune autre énergie occupant un espace aussi réduit tout en permettant d’atteindre des performances élevées et un grand rayon d’action. Avec 80 litres de carburant dans son réservoir, un véhicule moderne de 85 kW (115 ch) fonctionnant en mode de propulsion à combustion peut effectuer un trajet d’environ 800 km. De plus, un bon rapport poids/unité de puissance, permet d’atteindre une vitesse maximale d’environ 190 km/h et une accélération 0-100 km/h en 11 secondes.

Lorsqu’il est question d’alternative aux véhicules équipés d’un moteur à combustion, on évoque toujours la voiture entièrement électrique, car elle présente deux grands avantages: elle ne rejette pas de gaz d’échappement et fait peu de bruit.

Cependant, ces avantages s’accompagnent de nombreux inconvénients explicités par les calculs suivants:

La quantité d’énergie de 80 litres de carburant est d’environ 800 kWh. Compte tenu du rendement des moteurs à combustion, qui est d’environ 25 , 200 kWh environ sont directement disponibles pour la propulsion.

La densité de flux d’énergie des accumulateurs modernes hautement performants à base de sodium-soufre est d’environ 90 Wh/kg, soit 120 Wh/l. Pour stocker une quantité d’énergie de 200 kWh sous forme d’électricité, il faudrait un accumulateur d’un poids d’environ quatre tonnes, c’est-à-dire d’une capacité de 2 500 litres.

Ainsi, des voitures électriques offrant des performances comparables à celles des véhicules équipés d’un moteur à combustion seraient non seulement très coûteuses et très lourdes, mais également très grosses et pratiquement impossibles à conduire.

Comme il n’existe pas de moteur pour l’automobile dont le fonctionnement soit aussi économique et simple que celui des moteurs à allumage par étincelle ou diesel, les techniciens de l’industrie automobile recherchent des solutions permettant de supprimer les inconvénients de ces moteurs – émission de gaz d’échappement et de bruit – tout en conservant leurs importants avantages.

C’est la raison pour laquelle l’Audi duo est équipée de deux moteurs totalement différents qui présentent leurs avantages spécifiques en fonction de l’utilisation souhaitée et peuvent être utilisés en conséquence.

Le premier modèle d’une lignée de concepts hybrides
L’Audi duo 1 est le premier concept de véhicule hybride développé par Audi. Déjà à son époque, cette voiture fabriquée à quelques exemplaires prototypes (entre 3 et 5) avait une sacrée longueur d’avance à son époque. Deux autres générations de modèles Audi duo suivront par la suite…

Photos : 4Legend.com / Audi