Флагман Audi, появляющийся из тумана, способен поразить неподготовленного зрителя. Этот автомобиль может некоторое время двигаться почти бесшумно, несмотря на то, что он не является ни гибридом, ни электромобилем.
Вопрос, который стоит задать: «Как он ведет себя на дороге?» Если вы встретите знакомого, недавно купившего Audi, вряд ли первым делом спросите его: «А как, экономичный?» Тем не менее, на техническом семинаре Audi, прошедшем в конце сентября, основное внимание уделялось именно экономичности. Инженеры при этом подчеркивали, что будущие модели будут более эффективными, не теряя при этом своей динамичности. Для этого будет внедрено множество новшеств. Мы смогли протестировать некоторые из них на маршруте, который проходил через Унтерфёринг и Изманинг, а также по загородным шоссе недалеко от Мюнхена.
Во время тестирования мы смогли оценить работу трех технологий. Одна из них была установлена на «единичке», вторая — на белом седане А6, а третья — на паре черных автомобилей: пятидверной А7 (на фото) и четырехдверной А8, обе оснащенные одинаковыми силовыми установками.
На первый взгляд, это обычная «шестёрка». Под капотом скрывается экспериментальный двигатель, модифицированный из трехлитрового турбодизеля. «Табун» из 313 «лошадок» внушает уважение, но главная особенность этого 3.0 V6 TDI проявляется не на максимальных скоростях, где важна мощность, а при старте с места. Речь идет о технологии electric biturbo, которая обеспечивает высокий крутящий момент сразу после нажатия на педаль акселератора, а не после того, как турбокомпрессор раскрутится от выхлопных газов.
Схема работы системы electric biturbo. Не трудно догадаться, что за принудительное дыхание в первые секунды разгона отвечает турбина, приводимая в действие мощным электромотором. Насколько мощным? Это остается секретом. Электрокомпрессор установлен последовательно с обычным турбонаддувом, причем после него и радиатора промежуточного охлаждения воздуха.
При резком нажатии на акселератор, когда выхлопных газов еще недостаточно и основной (классический) нагнетатель работает неэффективно, электродвигатель за доли секунды разгоняет рабочее колесо дополнительного компрессора до высоких оборотов. Эта крыльчатка эффективно сжимает воздух, что позволяет добавить больше топлива в цилиндры. Как только основной турбонаддув начинает действовать, перепускной клапан открывается и направляет поток в обход электрического агрегата, который отключается.
В большинстве случаев сжатие воздуха выполняет обычный турбонаддув, и только при необходимости резкого ускорения перепускной клапан временно закрывает поток, заставляя воздух проходить через электрический компрессор.
Наша экспериментальная «шестёрка» была оснащена кнопкой, позволяющей включать и выключать электротурбину по желанию. «Займем карман для автобусов, пропустим трафик, теперь на дорогу, остановимся, и… газ в пол», — инструктировал меня немецкий штурман. Да, «р-р-р» из-под капота звучит впечатляюще. Протестировав разгон с технологией electric biturbo и без нее, я заметил разницу. Когда электрокомпрессор активен, нажатие на газ заставляет двигатель моментально реагировать, и в кресло вжимает ощутимо. Без этой помощи ДВС раскручивается менее охотно.
Однако, к моему большому сожалению, разница между этими двумя режимами оказалась не такой значительной, как хотелось бы. Заядлые гонщики, которые тщательно отслеживают доли секунды на разгоне, оценят электронаддув. «Электротурбированная» А6 на четверти мили обгонит такую же «шестёрку» с обычным турбодизелем V6 на целый корпус, а то и два. Но большинство обычных водителей, если их заранее не предупредить, в повседневной езде вряд ли заметят разницу.
Как видно из графика, электрокомпрессор быстро наращивает обороты (верхний график), но затем плавно снижает их до нуля. Крутящий момент на валу ДВС (нижний график) интенсивно увеличивается и остается более или менее постоянным, пока обычный турбонагнетатель не подхватит эстафету у электрического. Красной линией показано поведение двигателя с активной электротурбиной, черной — при работе только обычного турбонаддува. Справа: электрическая турбина вместе с мотором по размеру не намного больше обычного турбонаддува.
Стоит ли тогда внедрять эту технологию? Однозначного ответа нет. Инженеры, работавшие над системой, утверждают, что решение о применении электрического наддува на серийных автомобилях еще не принято. О сроках говорить тем более рано. Они проявляют осторожность. Похоже, в Ингольштадте хотят дождаться результатов тестов и оценить рыночную ситуацию.
Кстати, над подобными устройствами работают и другие компании. Это печально, ведь перспектива выглядит заманчиво. Система не так сложна и дорога, как, например, гибридный привод. Она увеличивает отзывчивость ДВС без увеличения выбросов. Энергия, потребляемая за несколько секунд работы электрического нагнетателя, позже компенсируется в процессе рекуперации во время замедления или выбега автомобиля.
Внешний вид модели А6 с электротурбокомпрессором ничем не отличается от обычной турбодизельной версии. Даже на слух отличить их будет сложно.
Таким образом, выбросы CO2 у автомобиля с electric biturbo не должны превышать таковые у обычного легкового автомобиля с аналогичной мощностью. Интересный момент: одна классическая газовая турбина в этом двигателе потребляет меньше энергии от выхлопных газов, чем две последовательные турбины. Это означает более быстрое прогревание каталитического нейтрализатора после начала движения и меньшую токсичность отработанных газов.
Кстати, эксперименты компании с различными турбинами отражают стратегию, которую Audi называет райтсайзингом. Rightsizing, упрощенно говоря, — это правильный выбор соотношения между объемом двигателя и степенью наддува, позволяющий достичь желаемой мощности. Инженеры из Ингольштадта противопоставляют этот подход даунсайзингу, который сейчас популярен в индустрии, то есть стремлению создать ДВС меньшего объема с большим наддувом.
Эта стратегия уже привела к появлению однолитровых моторов в D-классе. Audi подчеркивает, что гораздо выгоднее искать оптимальный баланс между размером двигателя и производительностью турбины. А для дальнейшего снижения выбросов и расхода топлива необходимо, как ни странно, совершенствовать системы газораспределения, подачи топлива, процесс сгорания, контроль за температурой компонентов ДВС и так далее.
Двигатель 1.8 TFSI Audi считает одним из ключевых для себя. Он встречается во многих моделях бренда, вобрав в себя все последние достижения компании, и его как оптимальный по размеру «универсальный» агрегат инженеры будут продолжать совершенствовать.
Компания также приводит интересные данные. Современный бензиновый мотор 1.8 TFSI позволяет седану А4 на «механике» выбрасывать в среднем 134 грамма углекислоты на километр. Двенадцать лет назад аналогичная модель с подобным турбомотором выбрасывала 197 г/км, а через восемь лет этот показатель должен сократиться до 100 граммов на километр. Будут ли немцы использовать стандартные меры по оптимизации ДВС? Скорее всего, к ним добавятся оригинальные решения.
Таким образом, значительное сокращение выбросов и расхода топлива — задача для второй протестированной нами новации. Она называется iHEV, что расшифровывается как intelligent Hybrid Electric Vehicle. К сожалению, это название может ввести в заблуждение. Автомобиль, оснащенный iHEV, в нашем понимании не является гибридом: он приводится в движение только ДВС. Тем не менее, связь с гибридами здесь присутствует.
При скорости чуть выше сорока, обороты двигателя равны нулю. Вы тоже можете добиться такого эффекта на обычной машине, поставив коробку на нейтраль и выключив зажигание. Однако делать это небезопасно — не забывайте про усилители руля и тормозов. Есть и другие системы, которым нужен работающий двигатель, например, кондиционер. Здесь же все продумано: седан А8 может «планировать» без опасений.
Комплекс iHEV полностью отключает ДВС и отсоединяет его от трансмиссии, как только водитель убирает ногу с педали газа. Это похоже на систему start/stop, но работает на скорости. В этом режиме вспомогательные устройства питаются от специального электромотора под капотом. Его питает 48-вольтовая литиевая батарея, расположенная под полом багажника. Как только водитель снова нажимает на газ, мощный стартер-генератор быстро запускает ДВС, и автомобиль готов к ускорению.
Рестарт двигателя также происходит, если водитель нажимает на тормоза. Это сделано не случайно, конструкторы тщательно рассчитали баланс потребления и расхода электричества. В обеих ситуациях, будь то ускорение или замедление автомобиля, 48-вольтовый мотор-генератор восполняет запас энергии в литиевом аккумуляторе для следующего цикла «планирования». В этот момент также происходит подзарядка обычной свинцово-кислотной батареи.
После перезапуска ДВС происходит рекуперация — мотор-генератор восполняет потери энергии в обеих батареях.
Во время тестов хэтчбека A7 Sportback с мотором 3.0 TFSI и коробкой S tronic испытатели из числа обычных потребителей несколько раз проходили 61-километровый загородный маршрут. С включенной системой iHEV 28% этого пути удалось проехать с заглушенным мотором, а экономия топлива составила 5% по сравнению с показателями той же машины на том же маршруте в обычном режиме.
Сложный рельеф загородной дороги, особенно с перепадами высот, создает идеальные условия для функционирования системы iHEV, уверены разработчики. Вспоминаются старые экоралли, проводившиеся в СССР, где участники, стремясь к экономии, разгонялись на пологих спусках, а затем, выключив двигатель внутреннего сгорания, проходили низины и использовали инерцию для подъема. С iHEV подобные маневры становятся не только простыми, но и безопасными.
Дополнительная экономия в 12% была достигнута благодаря внедрению второй экспериментальной системы, названной predictive efficiency assistant (PEA). В сочетании с iHEV, система PEA позволила тестируемой «семёрке» проехать 43% загородного маршрута без работающего ДВС. Конечно, это не было одним непрерывным отрезком, а состояло из множества коротких участков по 200–300 метров.
«Предсказывающий ассистент» анализирует данные всех доступных датчиков автомобиля: от положения педали акселератора до сигналов активного круиз-контроля и информации навигационной системы. Он предсказывает, как лучше всего преодолевать следующие километры пути. Например, приближаясь к повороту, водитель может не заметить, что за ним ждет длинный пологий спуск или вход в населенный пункт. Однако PEA знает об этом и заранее предлагает сбросить газ, выводя соответствующую пиктограмму на приборной панели. Аналогично, система может подсказать, когда стоит немного прибавить газ для набора инерции. Интересно, что средняя скорость при этом не сильно страдает: на том же 61-километровом маршруте пятидверная A7 с отключенными «экспериментами» показала среднюю скорость 61 км/ч, а с активированными iHEV и PEA — 59 км/ч.
Тестируемая «восьмёрка» была оборудована дополнительным дисплеем, отображающим перераспределение энергии в системе iHEV. Пока двигатель работал, он старался зарядить буферный аккумулятор, чтобы при первой возможности перейти в режим свободного хода, когда батарея передает свою энергию второстепенным системам автомобиля.
Мой опыт вождения A8 с iHEV вызвал смешанные чувства. Относительно тяжелый и обтекаемый автомобиль при выключенном двигателе замедляется очень медленно, что позволяет «планировать» движение на сотни метров без значительного торможения. Тишина в салоне удивляет, ведь под капотом находится не электрический привод. Запуск ДВС на скорости 50–80 км/ч происходит плавно, и заметной задержки при переходе от равномерного движения к ускорению не ощущается.
Тем не менее, в этой ситуации есть и свои недостатки. На малых скоростях или при остановках на светофоре двигатель запускается с ощутимой задержкой и тряской. Многие владельцы автомобилей с системами start/stop предпочитают их отключать. Возможно, настоящая гибридная система вызовет меньше раздражения, чем полумеры?
Третий участник теста — A1 e-tron Dual-Mode Hybrid. Это не тот старый A1 e-tron с последовательной гибридной схемой и роторным ДВС-генератором под полом багажника. В новой версии гибридной «единички» немцы использовали оригинальный трехцилиндровый двигатель объемом 1,5 литра, переделанный из четырехцилиндрового турбомотора 2.0 TFSI. Двигатель поддерживают два электромотора. Все три агрегата соединены между собой с помощью сцепления и простых пар шестерен, что позволяет им работать как по отдельности, так и совместно. В зависимости от ситуации A1 e-tron Dual-Mode Hybrid может функционировать как чистый электромобиль, так и в режимах последовательного или параллельного гибрида.
На схеме узла Dual-Mode Hybrid слева изображен основной тяговый электромотор EM2, справа — сцепление ДВС, соединенное с дополнительным электромотором EM1 (который также выполняет функции стартера и генератора). Внизу в центре расположена главная передача.
Мощность ДВС составляет 130 «лошадок» (пиковый крутящий момент — 200 Н•м), электромотора EM2 — 116 л.с. (момент — 250 Н•м), а EM1 — 68 л.с. (момент — 210 Н•м). Однако их суммарная мощность, когда все три агрегата работают на колеса, составляет 177 «лошадей», что меньше арифметической суммы из-за ограничений производительности тяговой батареи. Тем не менее, эти три мотора способны разогнать автомобиль до 100 км/ч менее чем за девять секунд. Особая прелесть этого автомобиля заключается в том, что большую часть обычного пути вы будете проезжать на чистой электротяге, что создает ощущение заглядывания в будущее.
Во время медленного выезда из переулка на улицу я ожидал, когда A1 e-tron запустит ДВС. Старт проходил в тишине, на одних батареях. Однако, чтобы дождаться запуска бензинового агрегата, нужно не просто набирать скорость, а делать это активно. Если резко нажать на педаль акселератора, запуск ДВС происходит быстро, и вскоре нужно сбрасывать газ. На узких улочках небольшого немецкого городка разогнаться не получится, и правила нужно соблюдать, но «единичка» под полным газом ускоряется весьма резво. Ослабляя нажатие на педаль, ДВС мгновенно отключается, и я снова еду на электротяге.
Создается впечатление, что, установив под капот ДВС, спаренный с двумя электромоторами, немцы пошли по пути японцев с их Приусом. Однако схема трансмиссии, объединяющая усилия всех трех агрегатов, у Audi уникальна. Здесь нет планетарных передач, кроме понижающего ряда для главного электромотора, и обычных сменных передач — от ДВС к колесам идет простой фиксированный набор шестерен.
Инженеры Audi утверждают, что до 55 км/ч новый «е-трон» движется только на тяге мотора EM2. При необходимости ДВС может запускаться в отсоединенном от трансмиссии режиме, когда мотор EM1 выполняет роль генератора, пополняя энергией бортовую сеть и батарею. На скоростях выше городских ДВС может подключаться к колесам, но даже до 130 км/ч возможно чисто электрическое движение. На более высоких скоростях основную тягу обеспечивает «турботройка» TFSI, а мотор EM2 выполняет вспомогательную роль. Иногда к этой парочке подключается и EM1.
Батарея нового «е-трона» имеет емкость 17,4 кВт•ч, что позволяет проехать 90 км в чисто электрическом режиме. Для сравнения, большинство серийных гибридов сегодня могут проехать на одной электротяге всего 3–5 км.
Хотя выбор того или иного сочетания двигателей осуществляется электроникой, ее предпочтения можно корректировать, переключая режимы между экономичным и спортивным стилем. Также можно запретить запуск ДВС, передвигаясь на электротяге до тех пор, пока не разрядится тяговый аккумулятор. Это произойдет позже, чем у современных серийных гибридов, что приводит к интересному эффекту.
Немцы протестировали двухрежимную «единичку» в смешанном цикле с полностью заряженной от сети батареей и с полностью разряженной. Объединив результаты, они получили усредненный расход топлива в один литр на сто километров! При этом выброс CO2 составил 23 г/км. К сожалению, серийное будущее этой модели пока под вопросом, и менеджеры компании отказались называть сроки внедрения двухрежимного гибрида.
Как и любой достойный гибрид, A1 e-tron Dual-Mode демонстрирует перераспределение энергии между батареей, моторами и ДВС в различных режимах движения.
Тем временем у инженеров из Ингольштадта есть еще более продвинутые решения для гибридов. Например, существует проект системы e-tron quattro, в которой спереди будет установлена комбинация ДВС и электромотора, а на задней оси — один электромотор. Также интересны проекты батарейных суперкаров.
Об Audi R8 e-tron мы уже не раз упоминали. Недавно этот автомобиль установил «электрический» рекорд на Нордшляйфе среди «гражданских» машин. В конце текущего года батарейная версия R8 поступит в ограниченное производство. К 2020 году немцы планируют ввести модели с шильдиком e-tron во все сегменты своей линейки. Под «е-тронами» компания подразумевает как чисто электрические модели, так и гибриды, но только те, которые способны проехать десятки километров на одной электротяге и заряжаться от сети.
На задней оси купе R8 e-tron установлены два электромотора (на фото) с общей мощностью 381 л.с. и моментом 820 Н•м. Разгон с места до 100 км/ч занимает у автомобиля 4,6 секунды.
Двухдверный R8 e-tron уже знаком публике. Красная машина, представленная на недавнем семинаре, безусловно привлекала внимание. Однако настоящую фантазию инженеры развернули, создавая другой, очень похожий автомобиль: неприметную белую модель в кузове R8. Это купе Audi F12 из проекта перспективных исследований под названием e performance.
Выполненный по модульному принципу полноприводный монстр F12 имеет алюминиевый кузов, но из-за массивных аккумуляторов весит 1650 кг. Тем не менее, разгон до ста километров в час занимает у него менее семи секунд. Максимальная скорость ограничена электроникой — 180 км/ч, а запас хода составляет 200 километров.
Модель F12 можно считать пионером концепции, согласно которой будущие электромобили компании инженеры смогут «собирать» из различных типов батарейных и тяговых модулей. Это позволит создать передний, задний или полный привод на выбор, а также различные возможности по динамике и запасу хода. В F12 каждое из задних колес через одноступенчатую трансмиссию соединено со своим асинхронным электромотором мощностью 50 киловатт. Переднюю ось приводит единственный синхронный электромотор также на 50 киловатт (в сумме 150 кВт), который соединен с колесами через набор шестерен и оригинальный механически блокирующийся дифференциал.
Создатели F12 подчеркивают, что стремились создать не просто спортивный автомобиль, а эффективный спортивный автомобиль, который бережно расходует имеющуюся на борту энергию.
На низких скоростях в купе функционирует исключительно синхронный двигатель, который обеспечивает высокий коэффициент полезного действия. При ускорении и на больших скоростях активируются асинхронные электродвигатели, расположенные на задней оси. Электроника может индивидуально регулировать уровень тяги всех трёх моторов, что, с одной стороны, способствует энергетической эффективности, а с другой — улучшает спортивные характеристики на трассе. В частности, различная тяга на задних колёсах помогает удерживать автомобиль в поворотах на высокой скорости.
Из заднего бампера F12 выдвигается лоток с зарядным кабелем.
Аккумуляторы этого автомобиля также вызывают большой интерес. В первую очередь, они состоят из двух блоков с общей ёмкостью 38,9 кВт•ч. Их вес составляет 400 кг, и они оборудованы системой жидкостного охлаждения. Кроме того, батареи могут переключаться между двумя уровнями напряжения — 148 и 222 вольта. Более того, бортовой преобразователь постоянного тока способен забирать эти вольты от двух батарей, смешивать их и преобразовывать в другое напряжение для бортовой сети в диапазоне 200–440 вольт. Это позволяет достигать максимальной эффективности при низкой нагрузке и максимальной производительности электромоторов при высокой нагрузке.
Система смешанной реальности позволяет увидеть передний модуль с мотором и электроникой под закрытым капотом автомобиля. На нижних изображениях представлены передний электромотор и сопутствующие устройства. Под капотом также видны элементы системы охлаждения моторов.
Ещё одно новшество заключается в том, что цилиндрические литиево-ионные ячейки были собраны немцами по 26 штук в небольшие трапециевидные блоки, которые затем формируют батарейные модули. Идея такого решения довольно неожиданная. В случае аварии ряды призм, расположенных в шахматном порядке острыми концами друг к другу, сжимаются вдоль направления удара. Трапеции одного ряда раздвигают соседние, проникая между ними. Вся батарея словно пружинит. Благодаря такой гибкости достигается высокая устойчивость аккумуляторного блока при боковом ударе о столб, что является наиболее проблемным для автомобиля. При этом корпуса ячеек сами по себе тонкие и лёгкие.
Электромобиль F12 был разработан с помощью гранта от федерального министерства образования и исследований, в проекте участвовали несколько компаний и институтов. Для Audi это не только возможность исследовать новые горизонты для дальнейшего развития своих моделей, но и отличный способ наладить связи с множеством фирм, которые будут заниматься производством компонентов для электромобилей будущего.
Легко предположить, что некоторые решения, протестированные на F12, в будущем появятся на батарейных автомобилях или гибридах с четырьмя кольцами на «носу». Однако и сам спорткар F12 также будет доступен на рынке, но не раньше чем через восемь лет. Внешний вид автомобиля изменится, но это всё равно будет очень эффективное полноприводное купе с отличными ездовыми характеристиками.
На центральной консоли F12 предусмотрено место для планшета iPad. С его помощью водитель может настраивать различные функции автомобиля, причём планшет можно взять с собой и «конфигурировать машину» удалённо. Здесь можно изменять режимы рекуперации и другие параметры работы силовой установки. Также доступен выбор из нескольких синтетических звуков (система e-Sound), которые будут сопровождать поездки на этом купе. Поскольку моторы работают бесшумно, недостаток рычания и жужжания F12 компенсируется через динамики, установленные в нескольких точках спереди, сзади и под полом автомобиля.
Audi не ограничивается лишь экологическими аспектами. В США и Германии компания запустила проекты по производству синтетического метана, спирта и дизельного топлива. В рамках экологической инициативы Audi планирует расширить ассортимент гибридов и осторожно выводить на рынок электромобили. Однако истинный мотив, по моему мнению, заключается в том, что «если всё делать разумно, можно удовлетворить требования экологов, не теряя удовольствия от вождения». Да, иногда это будет означать бесшумное вождение с «внезапно» отключившимся ДВС или поездку под футуристическое жужжание синтезатора звука. Согласны ли поклонники марки с такой небольшой уступкой «зелёным», остаётся вопросом.
За кадром
Мюнхен порадовал ухоженными старыми зданиями в центре, зелеными насаждениями, фонтанами и гармонией с человеком. В центральной части города почти нет высоких зданий, большинство из них имеют 5–7 этажей. Улицы не слишком узкие и не слишком широкие, в основном — золотая середина. Ещё одно наблюдение: в городе много велосипедистов. Почти везде проложены велодорожки, на которые автомобилисты не выезжают. Кроме того, здесь много Смартов различных моделей, которые встречаются как припаркованные, так и проезжающие мимо.
Десяти минут на автомобиле — это не так много времени, чтобы полностью понять характер той или иной новинки. Однако этого достаточно, чтобы отметить внимательность и аккуратность местных водителей. Воспоминания о Москве вызывают грусть.
