Audi a dévoilé au salon automobile de Francfort – IAA 2009 – l’Audi e-tron concept, une voiture de sport haute performance purement électrique annonçant le design de la seconde génération de l’Audi R8 V10. Quatre moteurs – deux sur chacun des essieux – pourvoient à l’entraînement des roues, faisant de cette étude une quattro à part entière. Avec ses 313 ch (230 kW) et son couple de 4 500 Nm, cette biplace passe de 0 à 100 km/h en 4,8 secondes, les reprises de 60 à 120 km/h étant de 4,1 secondes. La batterie lithium-ion fournit un contenu énergétique réellement exploitable de 42,4 kilowatts, ceci permettant une autonomie d’environ 248 kilomètres.
Les performances de conduite ne sont pas le seul résultat probant de la stratégie résolue et globale. Le design déjà atteste de l’appartenance de l’e-tron à la première ligue des voitures de sport et l’équipement tient compte des spécificités du véhicule électrique : la batterie se trouve directement derrière la cellule de l’habitacle, ceci pourvoyant à une solution optimale pour la répartition des charges entre les essieux et le centre de gravité.
L’Audi e-tron concept est en mesure de répartir entre les roues et selon les besoins les couples puissants de ses quatre moteurs électriques. La vectorisation du couple moteur (torque vectoring) permet un dynamisme fascinant et une dose insoupçonnée d’agilité et de précision dans les virages.
Au travers de nombreux modules techniques, Audi se lance sur de nouvelles voies, en partie révolutionnaires pour l’époque. Une pompe à chaleur sert à échauffer et chauffer efficacement l’espace intérieur. Le moteur, l’équipement électronique de puissance et la batterie sont commandés par une gestion thermique innovante, un composant déterminant pour obtenir l’autonomie voulue sans faire de concessions au niveau de confort élevé de l’habitacle. La mise en réseau de l’équipement électronique du véhicule avec son environnement – ou communication Car-to-X – ouvre de nouvelles dimensions pour optimiser l’efficacité, la sécurité et le confort.
Le concept
Les moteurs électriques restent encore nettement cantonnés à un rôle marginal. En effet, bien que les premiers véhicules de ce type aient déjà circulé avant et autour de 1900 sur les routes, aucun constructeur de grands volumes ne proposait en 2009 une voiture fonctionnant exclusivement sur batterie dans sa gamme. En Allemagne à cette période, moins de 1 500 véhicules électriques étaient immatriculés, soit 0,035 %.
Pourtant, la conduite électrique offre potentiellement de nombreux avantages. Grâce aux voitures électriques, les transports et l’économie nationale sont moins dépendants du pétrole ; ces véhicules produisent par ailleurs moins d’émissions de gaz d’échappement et polluent donc moins l’environnement au niveau local. Et comme le rendement d’un moteur électrique dépasse nettement celui d’un moteur à combustion, cela soulage en définitive le portemonnaie du client. Parmi les autres points forts, il faut citer la sportivité et le plaisir de conduite. Le couple maximal est pratiquement disponible dès le départ, permettant ainsi une accélération qui déclenche l’enthousiasme.
Mais il y a encore un grand nombre de points à résoudre avant que les véhicules électriques ne pouvaient atteindre la maturité de grande série. Le plus grand défi étant dans ce contexte l’intégration de l’accumulateur d’énergie. En effet, la batterie de traction qui doit assurer l’autonomie et le rendement voulus accuse un poids élevé et requiert un encombrement de montage important. Pour compenser ces inconvénients, Audi empruntait une nouvelle voie, celle d’une approche globale avec un équipement de véhicule spécifique, un concept de construction résolument légère et un dimensionnement optimal de tous les composants du moteur électrique.
L’Audi e-tron, résultat d’une approche globale
Le développement le plus important pour les batteries destinées aux moteurs électriques était celui des cellules lithium-ion. Dans le monde entier, un grand nombre de spécialistes travaillaient sur leur perfectionnement en vue de leur mise en œuvre dans les voitures ; les objectifs prioritaires étant de réduire le poids et d’augmenter la capacité et la puissance.
Audi a lui aussi opté pour cette technologie, tant pour son utilisation sur un véhicule hybride de série – comme la future version du Q5 – que sur son support expérimental e-tron.
Mais le cahier des charges de l’étude ne se limite pas – loin s’en faut – à la technologie des accumulateurs et au remplacement du moteur à combustion par un moteur électrique. En effet, dès la phase de conception, les concepteurs Audi ont décidé de dimensionner pratiquement tous les composants et technologies en fonction des exigences tout à fait nouvelles de la mobilité électrique, l’interaction de tous les éléments influant de manière décisive sur les facteurs efficacité, autonomie et viabilité en pratique.
C’est la raison pour laquelle l’équipe Audi a porté son attention sur l’ensemble du véhicule. Ceci se traduisant par un vaste cahier des charges.
– La réduction de la résistance au roulement et l’augmentation de l’autonomie qui lui est liée jouent un rôle essentiel sur les véhicules électriques. C’est la raison pour laquelle la toute première priorité de l’étude e-tron revient à la légèreté de la construction. Ici, la carrosserie associe un poids faible à une résistance et une rigidité des plus élevées. Un concept aérodynamique intelligent intégrant des éléments actifs pourvoit à une consommation faible.
– L’équipement garantit une intégration sûre du moteur électrique et de la batterie. Le positionnement de la batterie en amont de l’essieu arrière pourvoit à une répartition optimale des charges entre les essieux sans compromettre la compacité du design d’ensemble et la générosité de l’habitacle.
– Une technologie de batterie ultramoderne permet une autonomie compatible aux besoins en pratique. Le système de batterie est refroidi par eau dans une optique de puissance et de durabilité optimales.
– Une gestion énergétique en fonction des besoins commande toutes les fonctions liées au châssis, au confort et autres consommateurs auxiliaires.
– Avec ses composants de refroidissement et de chauffage en parfaite adéquation, la gestion thermique innovante prend en compte les besoins en refroidissement de la batterie et du moteur tout comme le confort de climatisation de l’habitacle.
– Dynamisme et confort de conduite satisfont aux attentes de la clientèle du segment des voitures de sport de chez Audi.
– La sécurité du véhicule se situe au niveau des meilleurs véhicules de série actuels.
– Les informations pour le conducteur ne laissent rien dans l’ombre et se comprennent intuitivement.
– L’étude e-tron met à profit les technologies de communication Car-to-X développées par Audi sur des véhicules à motorisation conventionnelle aux fins d’une efficacité encore accrue. On citera par exemple les informations sur les feux ou sur le degré de fluidité de la circulation – transmises par l’infrastructure et par les autres véhicules – afin de calculer une stratégie de conduite optimale. Audi a déjà passé en revue une telle solution sous forme de modèle dans son projet ‘travolution’ à Ingolstadt.
Design et équipement
Il suffit d’un regard pour jauger d’emblée du calibre présenté ici : large et costaud, voilà comment l’Audi e-tron apparaît sur la route. La carrosserie du véhicule donne une impression presque monolithique, la poupe fermée affichant des airs costauds-musclés. Le trapèze de la calandre Singleframe marque l’avant, flanqué de grandes prises d’air. C’est au niveau de leur partie supérieure que se terminent les rubans plats des modules optiques « adaptive matrix-beam » coiffés de verre clair. Tous les blocs optiques ont été conçus avec la technologie hautement efficace à LED, une affaire d’honneur pour Audi, pionnier mondial dans ce domaine.
Les phares constituent le cœur d’un système d’éclairage assisté entièrement automatique réagissant en souplesse en fonction de la situation. Cette nouvelle technologie identifie les conditions climatiques environnantes, adaptant l’éclairage à la pluie ou au brouillard.
Au cœur de l’éclairage assisté opère une caméra qui, couplée à un ordinateur rapide, peut détecter la circulation venant en sens inverse, repérer les voies de circulation et mesurer la distance de visibilité, notamment par temps de brouillard.
En cas de véhicules venant en sens inverse par exemple, les feux de route sont occultés de manière ciblée dans la zone concernée. L’éclairage en virage évalue les données transmises par l’unité de navigation et éclaire les virages avant que le conducteur ne les amorce. L’Audi e-tron n’a plus de phares anti-brouillard conventionnels qui consomment un surcroît de puissance, mais peut faire varier les feux de croisement de manière intelligente : le phare diffuse sa lumière plus en largeur, réduisant ainsi nettement le phénomène d’auto-éblouissement.
Mais la variabilité des phares se montre aussi dans le design : en effet, selon la vitesse et la situation données, les éléments à LED changent d’apparence, modifiant ainsi le look caractéristique de l’avant du véhicule. Pour les designers Audi, cette technologie d’éclairage innovante offre de nombreuses opportunités de design, tout comme la forme de la carrosserie elle-même.
Les prises d’air situées dans la calandre Singleframe, les parties latérales de l’avant et avant les passages des roues arrière constituent un nouvel élément de design spécifique à l’e-tron. Fermées à fleur de la carrosserie au départ, elles s’ouvrent par le biais de volets dès que les besoins en air de refroidissement augmentent. Cette mesure vise elle aussi à maximiser l’efficacité. Cette étude brille dès le départ avec un coefficient Cx faible qui s’améliore encore à la fermeture des volets.
Le corps du véhicule joue la compacité, l’avant et le galbe plat du toit portant la griffe dynamique typiquement Audi permettant d’identifier immédiatement la paternité de cette biplace. La partie latérale affiche des contours familiers : le cintrage de la ligne dynamique au-dessus du seuil de porte et la ligne d’épaulement relient élégamment l’avant, les côtés et l’arrière, donnant du relief aux portes et à la transition vers la prise d’air latérale, accentuant intensivement les passages de roues ronds typiquement Audi et les grandes jantes 19 pouces.
1,90 mètres de large pour juste 4,26 mètres de long et 1,23 mètres de hauteur : voilà les mensurations d’une supercar. Quant à l’empattement de 2,60 mètres, il offre suffisamment de place entre les essieux, tant pour la technique que pour les passagers. Comme sur une voiture de sport à moteur central, l’habitacle de l’e-tron a été décalé vers l’essieu avant, de manière à laisser suffisamment de place en amont de l’essieu arrière pour les 470 kilogrammes de l’unité de batterie, le redresseur et l’équipement de l’électronique de puissance.
Les deux moteurs électriques dotés de leur propre refroidissement sont placés sur l’essieu arrière. Les moteurs électriques avant sont disposés au niveau de l’essieu avant, leur refroidissement se trouvant devant eux. Cet équipement spécifique, avec une répartition des charges de 42:58 assure un parfait équilibre, la dynamique de conduite de l’e-tron en étant la bénéficiaire.
Une construction résolument allégée est une condition décisive pour l’efficacité et l’autonomie, sur les véhicules électriques encore plus que sur les voitures à entraînement conventionnel. Pour l’e-tron, les concepteurs Audi ont pu recourir à une compétence-clé de l’entreprise, à savoir : basée sur la technologie Audi Space Frame (ASF), la structure de la carrosserie a été réalisée en construction hybride. Toutes les pièces rapportées (portes, volets, parois latérales et toit) sont en matière plastique renforcée de fibres.
La combinaison de l’aluminium et de matériaux composites aux fibres de carbone garantit une rigidité des plus élevées moyennant un poids faible. Prochainement, Audi les utilisera aussi sous une forme similaire pour la production de série. Malgré la conception complexe de l’entraînement avec ses quatre moteurs électriques et son système de batterie puissant, l’Audi e-tron ne pèse au total que 1 600 kilogrammes environ.
Intérieur et concept d’utilisation
Le design de l’habitacle est marqué par des renvois visuels et fonctionnels au nouveau concept d’entraînement, ceux-ci jouant le rôle de liaison avancée entre les gènes éprouvés d’Audi et les nouvelles approches formelles. Autre caractéristique typique du langage formel de la marque : l’architecture, la commande et les flux d’informations sont réduits à l’essentiel au profit d’une construction allégée apparente et d’une impression d’ordre de l’ensemble.
Le support du tableau de bord qui donne l’impression de flotter en l’air voit son galbe se poursuivre latéralement dans les revêtements des portes. Les designers ont profité de l’occasion pour réaliser le tunnel central et la console centrale de manière mince et légère, sans devoir faire aucune concession à la transmission, au sélecteur de vitesses ni au tunnel de l’arbre à Cardan. Le levier sélecteur intégré à fleur et permettant au conducteur de choisir entre les gammes de vitesses marche avant / marche arrière / point neutre sort du tunnel au démarrage du véhicule.
Le poste de conduite de l’e-tron est lui aussi orienté vers le conducteur, un autre détail typique de la marque aux anneaux. À la place du classique combiné d’instruments, l’étude est dotée pour la première fois chez Audi d’un afficheur central rabattable intégrant des fonctions MMI, celui-ci étant flanqué de deux instruments ronds.
L’interface MMI s’utilise via un champ déroulant à contact sensitif au niveau du volant (« MMI touch »), un élément inspiré des smartphones modernes.
Tandis qu’un indicateur de vitesse analogique fournit à droite des informations sur la vitesse, le conducteur peut lire à gauche la puissance demandée. L’afficheur central indique l’autonomie sur la ligne d’état, présentant toutes les informations importantes transmises par les systèmes d’infotainment et de navigation. Il fournit par ailleurs au conducteur toutes les données importantes affectant la communication de sa voiture avec l’environnement. Les instruments regroupent les univers analogique et numérique en une seule entité.
Autre détail caractéristique du concept de l’Audi e-tron : l’absence presque entière des interrupteurs et petits composants tels que la serrure de contact. L’unité de commande de la climatisation se trouve à droite du volant, avec l’afficheur fournissant des informations sur la température et la ventilation. Ce système se commande lui aussi comme un smartphone au moyen d’un réglage par curseur à contact sensitif.
Les sièges baquet à construction allégée inspirés du sport automobile associent confort et excellent maintien latéral. Deux coloris contrastants (lilial et cognac) structurent les différentes zones de l’habitacle. Tout comme les matériaux de grande qualité mis en œuvre, ils conjuguent avec bonheur l’élégance et la sportivité.
Motorisation et alimentation électrique
Quatre moteurs électriques asynchrones d’une puissance totale de 313 ch (230 kW) dotent l’Audi e-tron des perormances d’une voiture de sport haute performance. Le concept car passe de 0 à 100 km/h en 4,8 secondes, se jouant des reprises de 60 à 120 km/h en 4,1 secondes. Le couple étant transmis de manière sélective aux roues en fonction de la situation de conduite et des conditions de route, il en résulte de brillantes propriétés de traction et de manœuvrabilité.
La vitesse maximale est limitée à 200 km/h étant donné que les besoins en énergie des moteurs électriques augmentent de manière disproportionnée avec la vitesse. En cycle mixte européen NEDC, l’autonomie est d’environ 248 kilomètres. Ce bon résultat pour l’époque est dû à l’approche intégrée du concept, à savoir une technique spécialement conçue pour un moteur électrique associée à une technologie de batterie des plus modernes. Ce bloc délivre un contenu énergétique total de près de 53 kilowattheures, mais Audi en a limité la part exploitable à 42,4 kWh au profit de la longévité. Pour ses batteries, Audi opte pour le refroidissement par liquide.
L’accumulateur d’énergie se recharge avec un câble que l’on branche sur le courant domestique (230 volts/16 ampères), la prise correspondante se trouvant sous un couvercle à l’arrière. Quand la batterie est déchargée, le chargement prend 6 à 8 heures, mais peut se réduire à 2,5 heures environ en cas de branchement sur courant fort (400 volts, 63 ampères). Pour accroître encore le confort de chargement, les ingénieurs Audi travaillent à une solution sans câble. Cette station de chargement inductive qui pourra être mise en place dans le garage du conducteur ou dans des parkings spéciaux s’activera automatiquement dès que le véhicule y aura été connecté. Une technique de ce type est déjà mise en œuvre sous une forme similaire à l’heure actuelle pour le chargement des brosses à dents électriques.
Outre le mode stationnaire, la batterie se recharge aussi en cours de déplacement, le mot-clé dans ce contexte étant la récupération. Cette forme de récupération d’énergie et de réalimentation dans la batterie est déjà disponible aujourd’hui dans de nombreux modèles Audi de série. Au moment où ces véhicules ralentissent, l’alternateur transforme l’énergie cinétique en énergie électrique qu’il alimente ensuite dans le circuit de bord.
L’Audi e-tron, ralentie par le biais de quatre disques de frein en céramique léger franchit encore un pas décisif vers l’avenir : un système de freinage électromécanique permet d’exploiter le potentiel de récupération des moteurs électriques. L’essieu avant est doté d’étriers fixes hydrauliques et l’essieu arrière d’un nouveau type d’étriers à griffe à commande électrique, ceux-ci étant actionnés par un câble électrique (brake by wire) sans aucun autre élément de transmission mécanique ou hydraulique. Par ailleurs, lorsqu’aucun freinage n’est exercé, il n’y pas de pertes par friction dues à des couples de freinage résiduels.
Découplés ainsi de la pédale de frein, les moteurs électriques de l’e-tron peuvent récupérer toute l’énergie de ralentissement en la transformant en courant électrique. Le système de freinage électromécanique n’intervient que pour les ralentissements plus importants. Le conducteur ne remarque pas les interventions de régulation, il enregistre juste la réponse de la pédale, constante et prévisible comme sur un frein hydraulique. Le frein électromécanique fonctionne avec une usure moindre que sur un système hydraulique.
La pompe à chaleur : nouveauté dans le monde de l’automobile
La pompe à chaleur – une nouveauté en technique automobile en 2009 – a pour vocation d’accroître l’efficience et l’autonomie. En effet, à la différence du moteur à combustion, le moteur électrique ne produit pas assez de chaleur dissipée (selon son état de fonctionnement) pour chauffer l’habitacle de façon efficace. Les autres véhicules électriques sont pourvus de chauffages auxiliaires électriques sources d’une forte consommation d’énergie. La pompe à chaleur qu’Audi met en œuvre (et qui s’utilise déjà couramment dans le bâtiment) est une machine extrêmement efficace couplant chaleur et force et destinée à chauffer l’habitacle moyennant un apport d’énergie minimal.
Pour le refroidissement de l’habitacle, on dispose d’une climatisation très efficace. Associée à la gestion thermique, elle assure aussi la climatisation de la batterie à haut voltage. La batterie, l’équipement électronique de puissance et les moteurs électriques doivent être maintenus à leur température de service idéale afin d’atteindre un optimum de puissance et d’autonomie.
Dès que le véhicule est relié à une borne de charge, il est préconditionné en conséquence par la gestion thermique et les systèmes associés : le système d’entraînement est préchauffé par temps froid et refroidi par temps chaud. Au besoin, on peut également transposer ce préconditionnement à l’habitacle, de manière à ce que les passagers puissent prendre place dans un espace adapté à leurs désirs de confort.
La dynamique de conduite
La répartition régulière des forces motrices s’opère délibérément au profit de l’essieu arrière, conformément à la répartition du poids sur l’e-tron : comme sur une voiture de sport à moteur central, près de 70 % des forces sont dirigées vers l’arrière, contre 30 % vers l’avant. En cas de patinage de roue sur un axe, on peut faire varier cet équilibre au moyen des quatre moteurs électriques à commande centralisée, la voiture électrique sous label Audi reprenant ainsi tous les avantages de la technologie quattro.
Les quatre moteurs distincts disposés sous forme d’entraînements de roue derrière celles-ci (également dans une optique de traction puissante) permettent aussi une commande intelligente de la dynamique transversale sur l’e-tron. D’une manière similaire au différentiel sport sur les véhicules quattro de série, ils permettent la vectorisation du couple moteur, à savoir l’accélération ciblée d’une roue donnée, ceci rendant l’Audi e-tron concept encore plus dynamique tout en accroissant sa sécurité de conduite. On peut ainsi compenser le sous-virage ou le survirage par un freinage dosé, mais aussi par une poussée de puissance au millième de seconde près. Même en cas d’accélération transversale extrême, l’étude se comporte de manière exemplairement neutre, négociant les virages comme sur des rails.
Pour ce qui est du châssis, il se compose d’une double triangulation à l’avant et de bras trapézoïdaux à l’arrière, tous à composants en aluminium forgé – une géométrie qui a fait ses preuves en tant que condition optimale en sport automobile pour une agilité élevée, une précision sans compromis et un comportement auto-directionnel exactement défini. Les ressorts et amortisseurs qui viennent s’y associer sont délibérément fermes, offrant toutefois un grand confort.
La direction directe à crémaillère fournit une réponse finement différenciée. L’assistance de la direction intervient indépendamment de la vitesse et par voie électromécanique, l’e-tron devant fournir de l’énergie pour le braquage, mais pas pour les parcours en ligne droite. Comme il se doit pour un véhicule de son rang, l’étude d’Audi est campée sur des jantes 19 pouces au nouveau design à lamelles et chaussée en 235/35 R19 à l’avant, les 295/30 R19 à l’arrière assurant l’adhérence au sol requise.
Communication Car-to-X
Pour l’e-tron, les développeurs en électronique Audi ont ciblé leur travail sur un maximum d’efficacité et de plaisir de conduite, en y intégrant aussi la sécurité et la régulation du trafic routier. L’étude technique intègre le prototype d’un système de traitement des informations. Ces installations de la prochaine génération vont inaugurer une nouvelle ère de la mise en réseau du trafic routier, notamment dans les pays et les régions connaissant un intense volume de circulation. Ce progrès est désormais possible grâce au développement rapide de la puissance des ordinateurs, des logiciels et de la technologie de communication.
Par communication Car-to-X, on entend l’échange direct d’informations au sein du trafic routier lui-même et avec son environnement direct. Dans la désignation, la lettre X est une variable pouvant tout aussi bien concerner les autres véhicules que l’infrastructure fixe, comme les feux de circulation. Contrairement aux systèmes télématiques actuels, la communication Car-to-X ne requiert plus aucun prestataire de service central pour le regroupement et le traitement rapides et efficaces des informations reçues. Cette fois, ce sont les personnes participant spontanément au réseau qui se chargent de cette tâche par le biais de leur connexion.
Dans la réalité du trafic routier, le futur réseau Car-to-X requiert toutefois un certain temps de mise en route. Mais cet obstacle peut être franchi, car il y a longtemps que presque tous les constructeurs automobiles d’Europe, des États-Unis et du Japon ont décidé de développer un standard commun pour les matériels et les logiciels. Une fois que tous les véhicules neufs seront équipés de cette technologie, on disposera en peu de temps – pour le moins dans les agglomérations urbaines – d’un réseau opérationnel d’émetteurs automobiles.
Photos : 4Legend.com / Audi
