Michael Wein, responsable de Sistemas de Control de Tracción Integral en Audi, ha explicado en una entrevista a la revista Engine Powertrain, el funcionamiento del sistema de tracción integral eléctrica de la marca de los cuatro aros. El motor eléctrico que propulsa el eje trasero se encarga de impulsar el vehículo la mayoría del tiempo, y, cuando es necesario, el sistema de control de motores se encarga de poner en marcha el delantero para ofrecer la tracción a las cuatro ruedas. En las versiones 'S' del Audi e-tron, los sistemas añadidos como la vectorización del par o el control de par selectivo en las ruedas traseras añaden un plus de rendimiento y eficiencia al tren motriz.
Desde la década de los años 80, Audi ha ido evolucionando su tecnología quattro, que ofrece tracción permanente a las cuatro ruedas en sus vehículos de serie. La electrificación de la industria está marcando un antes y un después en esta tecnología que, inevitablemente, ha tenido que reinventarse. La marca ya ha expresado su intención de continuar ofreciendo tracción total, como lo demuestran los primeros modelos de la familia e-tron.
El sistema de tracción total quattro de Audi
Según Wein, la tecnología quattro eléctrica "es la unión perfecta entre rendimiento y alta eficiencia". Combina la potencia y la eficiencia de un eje motriz eléctrico con el rendimiento dinámico de un sistema de tracción total. En los dos modelos de la marca que actualmente se comercializan, el Audi e-tron y el Audi e-tron Sportback, en buenas condiciones de tracción, son las ruedas traseras las que impulsan el automóvil, arrastrando las ruedas delanteras y su correspondiente motor. Gracias a que se trata de motores asíncronos o de inducción, no se producen pérdidas inherentes a este efecto, es decir, el consumo energético es muy bajo.
Cuando hay una demanda alta de potencia, en milisegundos, el eje delantero se activa y aporta potencia al conjunto, de manera que es prácticamente imperceptible para el conductor y sus acompañantes. Este efecto se produce en escenarios en los que se requiere una alta transferencia de par o en el caso de que se reduzca el coeficiente de fricción debido a la existencia de humedad, barro o nieve.
Tren motriz eléctrico del Audi e-tron 55 quattro.
Un poco más allá: las variantes 'S'
Wein explica que, en el caso de las variantes 'S" del e-tron y el e-tron Sportback, Audi permite una distribución de par variable, gracias a su topología de propulsión, con un motor en el eje delantero y dos motores eléctricos instalados en una carcasa solidaria con el eje trasero. Gracias a un sofisticado software de control y regulación, el sistema quattro eléctrico, resuelve la ecuación que se genera entre el máximo rendimiento dinámico y el mínimo consumo energético.
Además, el sistema permite integrar funciones extra. Entre ellas se encuentran la vectorización de par eléctrico en el eje trasero, el control de par selectivo por rueda mediante un diferencial mecánico simulado en el sistema de frenado y la recuperación energética gracias al sistema de regeneración de energía que en este caso funciona como un repartidor de frenada. Además, cada conductor puede ajustar el sistema a sus preferencias personales mediante programas individuales seleccionables.
En el casos de las variantes 'S', la tracción total eléctrica se activa en las situaciones en las que el agarre se degrada, en carreteras con bajos coeficientes de fricción o en condiciones de conducción muy dinámicas, cuando el conductor exige una alta potencia de tracción. También se activa cuando se requiere la máxima recuperación de energía, en una frenada brusca, o en fases de alta desaceleración.
El sistema de regeneración de energía
Cuando se alcanza una desaceleración de 0,3g, los motores eléctricos actúan como generadores, convirtiendo la energía cinética del automóvil en energía eléctrica, recargando la batería. Esta situación se aplica a más del 90% de las maniobras de frenado que se producen en las situaciones de conducción cotidianas. Solo cuando se aplica una presión más fuerte en el pedal, el sistema activa, adicionalmente, los frenos mecánicos hidráulicos. Cuando se pisa el pedal de freno a una velocidad de 100 km/h, el e-tron S es capaz de generar hasta 270 kW de potencia, una cantidad asombrosamente elevada, si la comparamos con los 250 kW de la serie de carreras eléctricas de Fórmula E.
Si el conductor exige toda la potencia mientras acelera, la potencia total que es capaz de generar el sistema poniendo en marcha todos los motores es de 370 kW (496 CV) y un par de 973 Nm. Ya sea en fase de aceleración o en fase de recuperación, los modelos de control interconectados siempre seleccionan la mejor distribución de par.
Ventajas del sistema quattro eléctrico
En los modelos e-tron convencionales, cada uno de los ejes está accionado por un motor eléctrico. En las versiones e-tron S se utiliza un motor en el eje delantero y dos en el eje trasero que permite vectorizar el par. Esto significa que el par que se envía a cada una de las ruedas traseras es diferente, elevando la 'agilidad' de la conducción.
Esta configuración ofrece una ventaja clave. Al no existir una conexión mecánica entre los dos motores eléctricos del eje trasero, es posible simular un bloqueo de diferencial mecánico controlado únicamente por software. En consecuencia, gracias a este control de conducción inteligente, es posible implementar en el eje trasero una distribución de par activa y completamente variable que controle el coche frente a las fuerzas transversales.
También existen ventajas cuando se reduce el coeficiente de fricción, en superficies mojadas, nevadas o heladas. Los sensores permiten medir el coeficiente de rozamiento diferencial entre las ruedas motrices, asignando la cantidad de par necesaria a cada una y mejorando así la tracción general.
El software
El software es la herramienta que permite la interconexión inteligente entre los motores. La unidad de control de accionamiento (DCU) distribuye el par entre todos los motores eléctricos optimizando la eficiencia y el rendimiento. La unidad de control integrada de la plataforma electrónica del chasis (ECP) utiliza las señales recogidas por los sensores. Estas les permiten monitorizar en tiempo real el escenario en el que se mueve el coche y calcular la distribución ideal del par longitudinal (entre ejes) y transversal (entre ruedas).
El sistema de control de tracción (TCR) actúa a intervalos de un milisegundo. El software controla la vectorización del par eléctrico y el control del par selectivo de las ruedas mediante la intervención de frenado en el eje delantero. Cuando se alcanza el límite dinámico en una curva, el e-tron S aplica el freno y desacelera ligeramente la rueda delantera interior. En el caso del e-tron, el frenado se realiza sobre las ruedas interiores delantera y trasera. El efecto es similar al que hace un diferencial mecánico situado en el eje, que distribuye más par al exterior, haciendo el paso por curva mucho más ágil.
Sistema electrónico de control del par del sistema quattro eléctrico de Audi.
Adaptación para cada conductor
Los conductores pueden adaptar el sistema quattro eléctrico a su gusto a través de dos controladores. El sistema Audi Drive Select, es de serie para los modelos e-tron. Ofrece siete perfiles: confort, automático, dinámico, eficiencia, individual, allroad y offroad. Modifica, entre otras cosas, la tracción total eléctrica, la suspensión y otros sistemas se pueden adaptar a las condiciones de la carretera y a las preferencias personales. El sistema de control electrónico de estabilidad (ESC) ofrece cuatro programas: Normal, Sport, Offroad y Off. En zonas complejas, optimiza la estabilidad, la tracción y el control de los frenos, y activa el sistema de control de descenso de pendientes estándar.
Además, los conductores pueden seleccionar entre tres niveles de recuperación de la energía de la desaceleración. En el nivel 0 se desplaza por inercia y en el nivel 1, desacelera ligeramente. En el nivel 2, que tiene un rango de desaceleración de hasta 0,13g es en el que se da la mayor recuperación de energía y provoca una fuerte sensación de retención al retirar el pie del acelerador.