Audi a dévoilé la troisème génération de l’Audi duo au salon international automobile de Berlin mi-septembre 1996. Cette nouvelle voiture hybride à traction avant – basée sur l’Audi A4 Avant B5 – intègre deux systèmes d’entraînement : le célèbre et robuste moteur 1.9 TDI de 90 ch (66 kW), qui peut également être alimenté en Ester de méthyle (huile végétale), et un moteur électrique synchrone triphasé refroidi à eau de 29 ch (21 kW).
Le concept hybride avancé de l’Audi duo offre une mobilité de pointe en matière d’environnement – en combinant la puissance du moteur quatre cylindres turbo-diesel à injection directe avec zéro émission et presque aucun bruit en ville grâce à l’utilisation d’un moteur électrique.
Depuis que le premier véhicule hybride Audi duo qui a été présenté au public en 1989, intégrant deux systèmes d’entraînement entièrement indépendants, le concept a été affiné à de nombreux stades de développement pour le préparer à son lancement sur le marché. À l’automne 1997, l’Audi duo devait devenir la première voiture hybride à entrer en production en grande série avec un prix d’environ 60 000 DM. Seuls 90 exemplaires ont été construits, s’expliquant par son prix élevé mais surtout par un manque d’intérêt des clients à cette époque. Comme l’Audi A2, l’A4 duo était trop en avance sur son époque.
Deux en un – le concept hybride de l’Audi duo
Le choix délibéré d’Audi de deux systèmes d’entrainement séparés et indépendants dans la même voiture offre aux conducteurs une mobilité illimitée. Les performances et la gamme de voitures alimentées uniquement par l’électricité ne sont pas toujours adéquates. Les moteurs à combustion interne, quant à eux, génèrent des émissions et du bruit. Seule la combinaison des deux types de système dans une seule voiture permet d’exploiter les avantages des deux – répondant simultanément aux attentes de l’automobiliste et aux besoins de l’environnement.
Les roues avant de l’Audi duo sont entraînées par le célèbre moteur 1.9 TDI de 90 ch (66 kW). Un moteur électrique de 29 ch (21 kW) est en outre monté sur bride directement sur la boîte de vitesses manuelle à cinq rapports. Ce moteur entraîne également les roues avant, tranchant avec les deux premiers concepts Audi duo qui sont des quattro.
Le moteur synchrone triphasé à refroidissement par eau est un tout nouveau développement de haute technologie, spécialement conçu pour l’Audi duo 3. Le concept et les premiers modèles de laboratoire ont été conçus en collaboration avec l’Université de Leoben. La poursuite du développement jusqu’à l’état de préparation en série et la production réelle ont été effectuées par Siemens. Le puissant moteur électrique ne fait que la moitié de la taille de son précurseur, et pesant seulement 22 kilogrammes, c’est moins de la moitié du poids.
Pour ce poids, la puissance nominale de 29 ch (21 kW) était exceptionnelle pour l’époque. Le bloc d’alimentation compact génère 10 000 tours par minute, que la boîte de vitesses multiplie par deux, et que le couple du moteur augmente du même facteur. L’arbre est directement couplé à la boîte de vitesses à cinq rapports via une transmission auxiliaire. Le moteur n’est pas soumis à l’usure et ne nécessite aucun entretien.
Un élément clé de l’entraînement électrique, bridé sur le différentiel de l’Audi duo, est la machine synchrone excitée à aimants permanents refroidie par eau – d’une longueur de 280 mm, pas plus grande qu’un alternateur. Il développe un couple de 20 Newton mètres et tourne à un maximum de 10 000 tours par minute. En cas de surcharge, l’unité peut même développer jusqu’à 48 ch (35 kW) à court terme.
La batterie de traction installée dans le logement de roue de secours repensé dispose d’un système de régulation qui contrôle tous les processus de charge et de décharge, surveille l’état de la batterie et affiche sa capacité disponible. La batterie au plomb de 320 kg se compose de 22 modules dont la capacité totale d’énergie stockée est d’environ 10 kilowattheures (kWh). La batterie peut être rechargée selon les besoins en branchant le chargeur de série sur n’importe quelle prise domestique. Cela peut idéalement être effectué la nuit, à des tarifs moins élevés pour la consommation d’électricité. Cependant, la batterie est également rechargée durant la conduite – lorsque le moteur TDI est en marche et que les freins du véhicule sont actionnés. Le moteur électrique fonctionne comme un générateur dans les deux cas.
En ce qui concerne la technologie d’entraînement, un arbre intermédiaire intégré dans le carter de boîte de vitesses – c’est-à-dire une boîte de vitesses en amont avec un rapport d’engrenage fixe – ajuste la vitesse du moteur électrique à bride aux exigences du groupe motopropulseur, de sorte que les cinq engrenages peuvent également être utilisés en fonctionnement électrique.
L’Audi duo possède un embrayage à sec à une seule plaque avec une gestion hydraulique automatique. Elle n’a donc pas de pédale d’embrayage – le rapport requis est mécaniquement sélectionné à l’aide du levier de vitesses manuel; l’intention du conducteur de changer de vitesse est reconnue par un système de capteurs dans le levier de vitesses qui transmet un signal à l’hydraulique, qui assure automatiquement l’engagement et le relâchement optimaux de l’embrayage.
L’Audi duo permet trois modes de fonctionnement, chacun pouvant être sélectionné à l’aide du commutateur approprié situé à côté du levier de frein à main. Le conducteur peut choisir soit un fonctionnement hybride – selon lequel, en fonction de la vitesse et de la charge, la voiture est entraînée alternativement par le moteur à combustion interne et par le moteur électrique – ou bien par l’un ou l’autre des deux indépendamment. Les commandes électroniques sélectionnent automatiquement le fonctionnement hybride au démarrage de la voiture.
Conduite de l’Audi duo – Rapide sur route, silencieuse et sans émissions dans les villes
Avec l’Audi duo, le constructeur automobile d’Ingolstadt amorce une tendance dans le domaine des technologies automobiles respectueuses de l’environnement qui ne manquera pas de gagner en importance dans les années à venir : l’hybridation (notamment légère) est très présente sur la gamme actuelle. Audi était déjà en mesure de proposer au milieu des années 1990 un concept hybride écologiquement viable. Le concept pionnier du duo met fin au débat constant sur la façon dont le transport privé peut être utilisé dans les zones sans voiture ou lors des alertes à la pollution pour maintenir les livraisons aux entreprises commerciales et au grand public sans émissions d’échappement et sans bruit.
Le système «deux en un» permet le transport uniquement possible au moyen de deux véhicules avec différents types de système d’entraînement. Avec l’Audi duo, les flottes de véhicules n’ont pas besoin d’être agrandies et l’encombrement reste le même.
75% de tous les trajets par route sont inférieurs à 50 kilomètres. Cet aspect rend le principe duo encore plus intéressant pour tous les propriétaires de voitures qui souhaitent éviter complètement les émissions et réduire le bruit au minimum absolu lors de la conduite dans les centres-villes et les agglomérations, mais en même temps ne souhaitent pas ou ne peuvent pas se permettre de sacrifier une mobilité illimitée sur de plus grandes distances.
À cette époque, il n’y avait pas de système de batterie produit en série capable de fournir la quantité d’énergie qui peut être stockée similaire à un réservoir de carburant conventionnel.
Étant donné que la configuration de l’Audi duo peut être commutée de l’électricité au diesel à tout moment, un système de batterie coûteux n’est pas nécessaire. La batterie au plomb de l’Audi duo est conçue pour offrir une autonomie quotidienne d’environ 50 kilomètres dans des conditions urbaines.
Le concept hybride respectueux de l’environnement d’Audi est imbattable en termes de parcours pouvant être couverts. Sur un seul réservoir, le concept d’Audi peut parcourir 600 kilomètres propulsés par son moteur à combustion interne TDI, plus 50 kilomètres supplémentaires propulsés par le moteur électrique. La voiture a une vitesse de pointe de 170 km/h et passe de 0 à 100 km/h en 16 secondes. En mode électrique, l’Audi duo a une vitesse de pointe de 80 km/h et peut accélérer de 0 à 50 km/h en 9,5 secondes.
Le moteur diesel peut également fonctionné avec de l’Ester de méthyle d’huile végétale conformément à la norme DIN V 51606 – comme c’est le cas avec tous les modèles Audi A4 B5 et A6 C4 TDI fabriqués depuis septembre 1995, et bien connus pour leur consommation de carburant.
Dans les embouteillages, aux feux de circulation et dans toutes les autres situations où le véhicule est à l’arrêt, le moteur électrique a un avantage substantiel sur la combustion interne du moteur. Il ne consomme de l’énergie que lorsque la voiture est réellement conduite, le stop & start n’existant pas à l’époque.
Sur la base des conditions routières et de circulation réelles, il a été calculé que les coûts de carburant pour la conduite en centre-ville à l’énergie électrique s’élèvaient à 2,86 DM pour 100 kilomètres, la consommation de diesel dans les mêmes conditions coûtant 8,40 DM pour 100 kilomètres. Les performances du moteur électrique étant parfaitement adaptées aux déplacements en centre-ville, il est logique de conduire l’Audi duo exclusivement en «mode électrique» dans les villes.
L’Audi duo ne nécessite aucun réglage particulier de la part du conducteur. Dans les trois modes de conduite, la boîte à cinq vitesses est actionnée à l’aide du levier de vitesses conventionnel. Dès que le système de capteurs a enregistré l’intention du conducteur de changer de rapport, l’embrayage est relâché et le conducteur est libre de changer de vitesse manuellement. L’embrayage est alors à nouveau engagé. Le conducteur accélère et change simplement de vitesse comme dans n’importe quelle voiture conventionnelle.
L’interrupteur de sélection du mode de conduite donne au conducteur le choix entre trois modes de fonctionnement : entraînement électrique ou diesel exclusivement, ou fonctionnement hybride. En mode hybride, qui est le réglage de base, la voiture est entraînée par le moteur électrique. Tant que le conducteur ne dépasse pas un certain niveau de pression sur la pédale d’accélérateur, l’Audi duo reste en mode électrique. Si le conducteur accélère rapidement, par exemple pour dépasser, le moteur diesel se déclenche automatiquement à un point prédéterminé.
Le moteur électrique est alors coupé. La transition ne dure que quelques secondes et se déroule parfaitement en douceur. Si le conducteur lève le pied de l’accélérateur, après avoir dépassé par exemple, la voiture reprend automatiquement le fonctionnement électrique à un point donné, et le moteur diesel est désactivé. Un voyant d’affichage sur le tableau de bord indique le point de commutation le plus efficace. Si un système moteur tombe en panne pour une raison quelconque, l’autre reste pleinement opérationnel.
Il est techniquement possible de générer les besoins en électricité à l’aide de cellules solaires. À Ingolstadt, Audi avait développé une centrale photovoltaïque pour l’alimentation en électricité de l’Audi duo. Elle se composait de 21 modules en silicium polycristallin d’une surface totale de 10 m² (un toit de garage normal a une surface de 15 m²). La puissance maximale de l’installation dans des conditions normales était de 1,05 kW.
Les estimations indiquent qu’environ 850 kWh d’énergie électrique pouvaient être injectés dans le réseau public de la région d’Ingolstadt chaque année.
L’énergie générée par les cellules solaires de l’usine pilote d’Ingolstadt était donc suffisante pour permettre à l’Audi duo de parcourir 4 000 kilomètres par an en milieu urbain.
Une A4 Avant typique – Aucun compromis avec l’Audi duo
L’Audi duo est une véritable Audi. Les conducteurs de cet exemple de technologie d’ingénierie environnementale ne doivent faire aucun compromis. L’Audi duo est de la même qualité premium que tous les modèles Audi et offre les normes de confort renommées typiques d’Audi, ainsi que les caractéristiques de conduite d’Audi et les normes élevées de sécurité.
La base de la troisième génération du duo est l’Audi A4 Avant (génération B5). La construction de la carrosserie à Ingolstadt tient compte des exigences dimensionnelles du duo, telles que l’espace pour la batterie et les différents équipements électroniques.
L’Audi A4 Avant est rapidement devenue un modèle le plus vendu, le break de qualité détenant un tiers des ventes parmi les modèles A4. Cela est dû en partie à son attrait visuel dynamique, mais aussi à ses caractéristiques techniques et à sa polyvalence. Le dossier du siège arrière peut être rabattu rapidement et facilement pour augmenter la capacité des bagages. Il en va de même bien sûr pour le duo. Compte tenu du poids supplémentaire de la batterie, l’essieu arrière a été repensé pour supporter la charge, le châssis a été modifié et la charge admissible fixée à 350 kilogrammes. Naturellement, l’Audi duo est également équipée de la suspension avant à quatre bras novatrice, qui réduit les effets du système d’entraînement sur la direction.
Étant donné que le système hydraulique est alimenté par un petit moteur électrique supplémentaire dans les modes d’entraînement diesel et électrique, il n’y a aucune différence de fonctionnement ou de manipulation. La direction assistée, le servofrein et l’ABS fonctionnent tous normalement. Un chauffage à carburant assure une chaleur intérieure suffisante lorsque la voiture est alimentée par le moteur électrique.
En termes de sécurité des passagers, l’Audi A4 Avant était l’une des meilleures voitures de sa catégorie. Elle est équipée de série de deuxairbags frontaux, ainsi que de prétensionneurs de ceinture pour les sièges avant, d’une protection contre les chocs latéraux dans les portes et de quatre appuie-tête. L’Audi duo a les mêmes caractéristiques de sécurité et répond aux mêmes normes de sécurité. En cas de collision frontale, la batterie reste bien en place. L’acide de batterie est maintenu dans une matrice en fibre de verre afin d’éviter les déversements en cas d’accident.
Les caractéristiques standard de l’Audi duo incluent également une carrosserie entièrement galvanisée, des freins ABS avec blocage de différentiel électronique (EDL), une colonne de direction réglable, des rétroviseurs extérieurs à réglage électrique, des vitres avant électriques, des anneaux de fixation de bagages, un cache bagages et un dispositif d’immobilisation électronique.
Différents concepts de batterie – Aucune alternative à la batterie au plomb
La batterie est l’élément central du système d’entraînement électrique. Ses propriétés spécifiques déterminent l’autonomie et les performances du véhicule, ainsi que le poids total du véhicule, la consommation d’énergie, l’aptitude au recyclage et, enfin, le prix auquel une voiture électrique peut être mise sur le marché.
En choisissant une batterie appropriée pour l’Audi duo, les ingénieurs d’Audi ont comparé en détail les systèmes de batterie disponibles à cette époque, en évaluant leurs performances respectives en termes d’énergie et de densité de sortie, de température de fonctionnement, d’efficacité du cycle de décharge / recharge, durée de vie de la batterie, prix et disponibilité.
La décision conséquente d’Audi a été de choisir la batterie au plomb comme source d’alimentation électrique pour la voiture hybride. Aujourd’hui, la technologie des batteries a fortement évolué et ce choix n’est plus le bon.
La batterie au plomb
En comparaison avec d’autres systèmes de batteries, les batteries au plomb se caractérisent par leur poids plus important, leur puissance de sortie et leur densité d’énergie plus faibles. Les avantages incluent leur faible besoin d’entretien, une température de fonctionnement favorable, une bonne efficacité de cycle de décharge / recharge et en particulier leur prix bas inégalé, une disponibilité immédiate en tant que produits fabriqués en série et une recyclabilité sans problème. La batterie de traction utilisée dans l’Audi duo est une batterie dite à batterie de plomb / fibre de verre. Contrairement aux batteries de démarrage conventionnelles, l’acide contenu dans la batterie de traction est maintenu dans une matrice en fibre de verre. En cas d’accident, cela empêche l’acide de fuir.
Systèmes au nickel
Les systèmes nickel-cadmium ou nickel-hydrure métallique ont une puissance de sortie et une densité d’énergie plus élevées que les batteries au plomb. Pour des raisons écologiques, cependant, Audi a rejeté l’utilisation du cadmium.
La batterie nickel-hydrure métallique aurait été une alternative viable pour l’Audi duo. Cependant, elle n’était pas encore disponible en tant que produit fabriqué en série pour des voitures. Un autre inconvénient étaitson prix élevé – deux ou trois fois celui d’une batterie conventionnelle.
Systèmes au sodium
La batterie au chlorure de sodium et de nickel nécessite une température de fonctionnement élevée comprise entre +260°C et +370°C. Il va de soi que la gestion thermique de ce type de batterie doit être extrêmement sophistiquée. En raison des pertes thermiques substantielles (jusqu’à 20%), la batterie doit être chauffée en permanence, même lorsqu’elle ne charge pas réellement 0r en se déchargeant, sinon le matériau de l’électrode se solidifiera, rendant la batterie inutilisable. La nécessité de chauffer la batterie altère le bilan énergétique d’une voiture hybride. La batterie au chlorure de sodium et de nickel est beaucoup plus adaptée aux voitures exclusivement alimentées par l’électricité et n’est plus utilisée par Audi pour des applications dans les voitures hybrides. Il en va de même pour la batterie sodium-soufre.
Systèmes Zinc-brome
La batterie au zinc-brome a une densité d’énergie plus élevée qu’une batterie au plomb. Cependant, il ne convient pas pour une utilisation dans les voitures hybrides en raison de sa faible densité de sortie. Un autre inconvénient est sa haute résistance interne. Cela provoque une baisse rapide de sa puissance lorsque la batterie n’est plus complètement chargée. L’efficacité du cycle de décharge / recharge de seulement 50 à 70% – le maximum pouvant être atteint à cette époque – donne à ce système un bilan énergétique total relativement faible. Ce type de batterie n’était pas encore fabriqué en série.
Systèmes au lithium
La batterie lithium-ion, également connue sous le nom de «batterie swing», était encore à un stade précoce de développement, mais elle était déjà considérée comme l’une des nouvelles innovations les plus prometteuses. Comparé aux batteries au plomb, ce système promet à la fois de meilleures performances sur route et une distance de déplacement presque quadruplée. Selon les estimations, le prix d’une batterie pivotante fabriquée en série était environ le double de celui d’un accumulateur conventionnel. La batterie au lithium n’était disponible que pour les prototypes de voitures.
Trois générations d’Audi duo
Le constructeur aux quatre anneaux a acquis de nombreuses années d’expérience avec de nombreux concepts Audi Duo et a utilisé cette expertise dans le développement continu du concept. Jusqu’à dix Audi duo ont été mises en service, conduites et testées par des utilisateurs finaux sélectionnés afin d’acquérir une expérience quotidienne de la voiture «en action» dans un but de perfectionnement. Avec la troisième génération, le concept duo est prêt pour la production en série mais ce fut un échec commercial.
La 1ère génération, 1989
Fin 1989, Audi présente pour la première fois sa voiture hybride au public : l’Audi duo 1 – une Audi 100 Avant quattro C3. Au lieu de l’arbre de transmission pour les quatre roues motrices, un moteur électrique à courant continu de 12,6 ch (9,3 kW) pesant 60 kg était directement monté sur bride sur l’essieu arrière. Le moteur à cinq cylindres de 2,3 litres et 136 ch (100 kW) propulsait l’essieu avant, le moteur électrique l’essieu arrière. Une batterie nickel-cadmium a été utilisée pour alimenter le moteur électrique. Pour passer d’un mode de fonctionnement à l’autre, la voiture devait être arrêtée et commutée à la main.
La 2ème génération, 1991
L’Audi duo de deuxième génération a été lancé en 1991 dans la nouvelle Audi 100 Avant quattro C4 : l’Audi duo 2. Il s’agissait d’un moteur à allumage commandé à quatre cylindres de 2,0 litres développant 115 ch (85 kW) et d’une transmission intégrale permanente via le différentiel autobloquant Torsen. Alternativement, l’Audi duo de seconde génération peut passer en mode de propulsion électrique. Ceci a été rendu possible via un moteur synchrone triphasé à courant alternatif de 28,6 ch (21 kW) refroidi par eau pesant 46 kg et directement monté sur bride sur l’essieu arrière. La source d’énergie du moteur électrique était une batterie au plomb.
La 3ème génération, 1996
L’Audi duo 3 a fait le saut dans la catégorie B – sous la forme de l’Audi A4 Avant B5. Dans sa troisième génération, l’Audi duo ne dispose que de la traction avant, les roues avant étant entraînées à la fois par le moteur 1.9 TDI de 90 ch (66 kW) et le moteur électrique de 29 h (21 kW), ne pèsant que 22 kilogrammes. Les révolutions du moteur électrique sont converties par la boîte de vitesses manuelle. Le moteur électrique, directement monté sur bride sur la boîte de vitesses manuelle, est alimenté par une batterie au plomb. En mode hybride, le passage de la propulsion électrique à la propulsion diesel est automatique.
Une 4ème génération beaucoup plus tard
Après ces trois concepts d’Audi duo, Audi a continué à travailler sur le sujet. Il faudra attendre 2005 pour voir une 4ème génération d’Audi hybride beaucoup plus aboutie via l’Audi Q7 hybrid concept.
Photos : 4Legend.com / Audi
