24 Ore di Le Mans 2013: Audi R18 e-tron quattro

La Audi R18 e-tron quattro, vincitrice alla 24 Ore di Le Mans del 2012, si basa su un concetto molto particolare. La trazione ibrida del prototipo LMP1 è realizzata per soddisfare i requisiti delle competizioni automobilistiche, che costituiscono il miglior banco di prova per lo sviluppo in serie.

Le gare automobilistiche sono parte del DNA Audi: da molti anni ormai, a cominciare dalla trazione integrale permanente quattro più di 30 anni fa, la Casa dei quattro anelli è solita testare nuove tecnologie nel contesto delle competizioni sportive. La 24 Ore di Le Mans, da questo punto di vista, è un terreno di prova particolarmente interessante in quanto gli stessi organizzatori dell’Automobile Club de l’Ouest (ACO) favoriscono espressamente l’introduzione di novità tecniche nel definire i regolamenti.

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Dalla sua prima partecipazione nel 1999, Audi a Le Mans ha totalizzato undici vittorie, alcune delle quali riconducibili a grandi innovazioni. Il trionfo della R8 del 2001 è stato il primo successo di un motore TFSI a benzina dotato di iniezione diretta, tecnologia che oltre a ridurre i consumi e migliorare la guidabilità, all’epoca permise di ridurre i tempi di ciascun pit stop mediamente di 1,3 secondi, grazie alla velocità in avviamento.

Nel 2006, a soli 6 anni dal lancio della primo motore TDI di serie, la Audi R10 TDI è stata la prima vettura Diesel a vincere la gara di durata francese. Il suo 5.5 V12 TDI erogava 650 CV e oltre 1.100 Nm e poteva già vantare il monoblocco realizzato in alluminio. Il continuo trasferimento di tecnologia dalle competizioni alla produzione di serie ha portato benefici a tutti i moderni motori TDI. Oggi, per esempio, il sistema di iniezione del carburante ad alta pressione raggiunge i 2.800 bar in gara e i 2.000 bar sulle auto di serie. E ancora, la turbina a geometria variabile, introdotta nella competizione nel 2009 e grazie alla quale la R15 TDI ha ottenuto il record assoluto di distanza percorsa in gara nel 2010, è una caratteristica di ogni Turbodiesel a marchio Audi.

Nel 2012 la Audi R18 e-tron quattro è stata la prima ibrida a ottenere il successo. Qualche mese fa una giuria dell’ACO l’ha eletta, insieme alla R10 TDI, tra le dieci vetture da corsa più importanti di tutti i tempi che hanno partecipato alla gara di Le Mans.

Il principio alla base della Audi R18 e-tron quattro è senza eguali nella propria categoria e il suo impiego è una novità assoluta. Nella prima fase di sviluppo gli ingegneri di Audi Sport e i loro partner hanno vagliato le soluzioni più diverse. Tra queste anche un ibrido parallelo in cui i due motori sono collegati al retrotreno. Cercando di far quadrare trazione, dinamicità, compattezza ed equilibrio dei pesi hanno infine deciso di separare i motori per asse: il motore a combustione, un 3,7 litri V6 TDI, aziona in modo permanente le ruote posteriori, il motore elettrico aziona temporaneamente le ruote anteriori.

Seguendo i nuovi regolamenti, Audi ha dovuto modificare il motore a combustione, rispetto all’anno scorso. L’air restrictor, con diametro obbligatorio di 45,1 millimetri (0,7 millimetri in meno rispetto alla scorsa stagione) limita la potenza a circa 490 CV (360 kW), mentre è stato possibile mantenere la coppia massima a circa 850 Nm.

Dal 2006 a oggi, il diametro della flangia all’aspirazione è stato ridotto del 34%, la pressione di sovralimentazione del 4,7% e la cilindrata del 33%. La potenza è così scesa da 650 CV a circa 490 CV (-24%). Ciò nonostante, a testimonianza dei progressi nel campo dell’efficienza complessiva, la potenza per litro è passata da 118 CV a 146 CV, con un incremento di circa il 24% e allo stesso tempo il consumo si è ridotto del 20% circa.

Nel nuovo 3,7 TDI, una configurazione speciale permette di avere percorsi di uscita dei gas di scarico brevi: il lato di scarico si trova nella V tra le bancate, che con il suo angolo di 120 gradi assicura un baricentro basso. Il grande turbocompressore, che ha una pressione di alimentazione limitata a 2,8 bar, coadiuva lo sviluppo spontaneo della coppia con la sua geometria variabile. La capacità del serbatoio è di 58 litri, come nel modello dell’anno precedente.

Un cambio sequenziale a sei marce, dalla struttura autoportante come il motore, invia la coppia alle ruote posteriori attraverso un differenziale autobloccante. La scatola è in materiale plastico ultraleggero rinforzato con fibre di carbonio (CFRP) con inserti in titanio. Come la monoscocca, realizzata in un unico pezzo da una matrice in CFRP con struttura a nido d’ape in alluminio, contribuisce a mantenere basso il peso dell’auto.

Il peso minimo consentito dal regolamento dell’ACO per la massa a vuoto dei prototipi della categoria LMP1 è di 915 chilogrammi. La Audi R18 e-tron quattro è più leggera e permette così maggior libertà nel posizionamento della zavorra. L’auto da corsa ibrida è molto più complessa del modello del 2011 a trazione convenzionale, ma grazie alla struttura ultraleggera non pesa di più.

Sul circuito di Le Mans, lungo 13,629 km e in cui per il 70% circa della percorrenza i motori funzionano a pieno carico, l’energia prodotta dal carburante necessaria per compiere un giro è di circa 200 megajoule. Gli organizzatori hanno riservato alle auto da corsa ibride sette zone definite in cui, frenando prima delle curve, si possono recuperare fino a 0,5 megajoule di energia (circa 0,14 kWh).

Nella R18 e-tron quattro una parte dell’energia di frenata va al gruppo motore- generatore (Motor Generator Unit, MGU), posizionato sull’avantreno. Mediante un sistema elettronico di potenza, i suoi due motori elettrici sincroni a eccitazione permanente trasformano l’energia recuperata in corrente continua. Questa aziona una batteria a volano posizionata nella parte sinistra del cockpit, anch’essa in una posizione molto vantaggiosa per il baricentro.

La corrente pone in rapida rotazione un volano in CFRP che può girare fino a quasi 45.000 giri al minuto. La rotazione avviene con un attrito estremamente basso all’interno di una camera ad alto vuoto, creato da due pompe. Il volano, che ha alloggiamento in alluminio, coniuga un’elevata densità energetica con una grande potenza di carica.

I segmenti più veloci sul circuito di Le Mans sono quelli prima delle due chicane, della curva Mulsanne, della curva Indianapolis e della prima curva Porsche; tutti fanno parte delle zone di recupero energetico. La R18 e-tron quattro li affronta frenando da una velocità iniziale anche superiore ai 300 km/h, con una decelerazione che arriva a 3-4 g in 3-4 secondi.

A velocità così alte il recupero incide poco – per lo meno sull’asciutto – sull’equilibrio dei freni: la potenza dei freni ruota idraulici, con i loro dischi in materiale plastico rinforzata con fibre di carbonio, è molto più alta rispetto all’energia che arriva alla MGU.

Quando la velocità supera i 120 km/h viene richiamata energia dall’accumulatore. Una volta trasformata in corrente continua da un sistema elettronico di potenza, l’energia arriva ai due motori elettrici dalla potenza complessiva di oltre 160 kW che insieme azionano le ruote anteriori mediante riduttori epicicloidali monostadio; la centralina generale gestisce il numero di giri e la coppia in modo che si adattino alle condizioni delle ruote posteriori. In questo modo, temporaneamente l’auto da corsa viaggia a quattro ruote motrici.

Il pilota della R18 e-tron quattro può regolare con un interruttore il recupero e il boost in più livelli che riguardano sia l’intensità, sia la reattività di freno e acceleratore. Sono diversi i fattori da considerare, tra cui la tattica e la strategia di gara, le condizioni dei freni e degli pneumatici e il grip dell’asfalto. Il Team ai box tiene costantemente sotto controllo tutti i parametri e dà al pilota un feedback dettagliato.

I componenti ibridi della Audi R18 e-tron quattro pesano, complessivamente, 70 chilogrammi. Sono dotati di un raffreddamento a liquido separato con circuito a bassa temperatura; la temperatura del volano è regolata da uno scambiatore di calore olio- acqua. Tutti i componenti ad alto voltaggio sono isolati dal resto della vettura.

La vittoria del 2012 a Le Mans sottolinea le grandi potenzialità della tecnologia ibrida Audi. I vincitori André Lotterer, Marcel Fässler e Benoît Tréluyer sono stati molto più veloci rispetto all’anno precedente: 214,468 km/h di media contro 201,266 km/h. Ciò nonostante, il consumo della R18 e-tron quattro è diminuito del 10% circa. La combinazione di potenza, velocità, efficienza e affidabilità ha pagato anche nel nuovo Campionato del mondo Endurance FIA (WEC): nell’autunno 2012 Audi ha conquistato il Titolo piloti e costruttori.

Nella stagione in corso la Audi R18 e-tron quattro presenta ulteriori miglioramenti in termini di aerodinamica, costruzione ultraleggera e sicurezza. Fari regolabili “matrix beam” in tecnologia LED illuminano il campo visivo in sterzata. Anche quest’anno è presente a bordo l’innovativo retrovisore interno digitale in tecnica AMOLED (Active Matrix Organic Light Emission Diode).

La Audi R18 e-tron quattro offre molti spunti per futuri progetti in serie: nella costruzione ultraleggera, nella strategia ibrida e nella tecnica di regolazione della potenza. Nel 2014 entrerà in vigore un regolamento completamente nuovo che avvicinerà ancora di più le competizione sportive allo sviluppo delle vetture in serie. Gli organizzatori porranno un limite alla quantità di energia massima prodotta dal carburante; per quanto riguarda la motorizzazione e i sistemi ibridi ci sarà più libertà. L’obiettivo è quello di ridurre ulteriormente i consumi del 30%.

Audi R18 e-tron quattro: dati tecnici