Souhra hardwaru a softwaru: Od klasického mechanického systému k plně integrované řídící jednotce

Značka Audi způsobila přesně před 40 lety revoluci v automobilovém světě. Trvalý pohon všech kol quattro, představený v roce 1980, znamenal nový přístup k podvozkové technice. Quattro je dodnes zásadním pilířem sloganu „Náskok díky technice“. Díky inteligentnímu síťovému propojení prostřednictvím elektronické podvozkové platformy ECP (Electronic Chassis Platform) mohou inovativní podvozkové systémy maximálně rozvíjet svůj potenciál. Mezi ně patří například elektromechanická stabilizace bočního náklonu eAWS, předvídavý aktivní podvozek nebo dynamické řízení všech kol DAS. Systém integrovaného řízení brzdové soustavy iBRS (integrated Brake Control System) v modelu Audi e-tron ukazuje, že se hospodárnost stala vedle komfortu a sportovnosti třetím těžištěm vývoje podvozků. Budoucí jednotka řízení jízdní dynamiky bude mít podobu technicky vyspělé řídicí jednotky, která současně ovládá až 90 komponentů.

Na cestě k integrovanému mozku jízdní dynamiky

Audi kontinuálně rozvíjí myšlenku integrace technologií podvozku a pohonu. Budoucí procesor integrovaného řízení jízdní dynamiky bude mít pod kontrolou jak podélnou a příčnou dynamiku, tak i řízení energetických toků a pohonu. Téměř současně bude pod jeho taktovkou probíhat rekuperace kinetické energie při brzdění, optimalizace tlumicí síly v řádu milisekund a precizní řízení vozidla v jízdním pruhu. Úkol pro vývojáře budoucích generací podvozků je totiž jasný. Hlavní roli bude hrát kromě ještě většího rozsahu mezi sportovním a komfortním nastavením také integrace technologií pro hospodárný provoz.

Procesor jízdní dynamiky bude centrálně ovládat téměř všechny funkce podvozku, pohonu a rekuperačního systému, které mají vliv na podélnou, příčnou a vertikální dynamiku. Svým výkonem bude výrazně překonávat současnou elektronickou podvozkovou platformu EFP. Oproti dnešním systémům pracuje cca desetkrát rychleji a ovládá až 90 komponentů systému – u aktuální platformy ECP jich je 20. Novinkou je jeho modulární využitelnost ve spojení s různými druhy pohonu. Uplatnění nalezne ve vozech se spalovacími motory nebo hybridními či elektrickými pohony, s pohonem předních nebo všech kol, případně s pohonem zadních kol u elektromobilů. Centrální jednotka pro řízení jízdní dynamiky umožní kromě funkcí „Car-to-X“ také funkce na požádání (Function-on-Demand). Její přesné datové výpočty využijí rovněž asistenční funkce.

Audi sází při vývoji podvozkových technologií na rozsáhlejší síťové propojení jednotlivých mechatronických komponentů podvozku a funkcí vozidla na základě inteligentního elektronického řízení. Elektronická podvozková platforma ECP (Electronic Chassis Platform) nalezla první uplatnění v roce 2015 v modelu Audi Q7. V současnosti propojuje v modelech Audi střední, vyšší a luxusní třídy jednotlivé komponenty podvozkových systémů. Díky tomuto inteligentnímu síťovému propojení mnoha po desetiletí zdokonalovaných podvozkových technologií, jakými jsou například trvalý pohon všech kol quattro, adaptivní vzduchové odpružení nebo dynamické řízení všech kol, prostřednictvím ECP se značce Audi daří úspěšně překlenovat propast mezi požadavky na nejvyšší úroveň jízdního komfortu a maximální jízdní dynamiku.

Síťové propojení umožňuje dosud nevídaný rozsah nastavení od komfortního až po sportovní

Skvělým příkladem mimořádného úsilí, které Audi vynakládá na technické koncipování podvozků, je elektrická stabilizace náklonu v modelech Audi SQ7 a SQ8. Tento systém dokáže maximálně rozvinout svůj potenciál právě díky inteligentnímu síťovému propojení. Boční náklon SUV vyšší třídy je při průjezdu zatáčkou a náhlých změnách směru minimální. Systém navíc umožňuje těmto modelům Audi v segmentu SUV vyšší třídy dosud nevídanou příčnou dynamiku. Pro řidiče to znamená nezapomenutelné zážitky z jízdy.

Elektronicky řízené ovládání příčného zkrutného stabilizátoru snižuje v rychle projížděných zatáčkách boční náklon. Během milisekund se plynule vytvoří na vnější straně točivý moment až 1200 N.m, který působí vzhůru proti odstředivé síle. Díky tomu lze dosáhnout v zatáčce vyšší rychlosti a výrazně se zmírní reakce vozu na dynamické změny. Při jízdě přímým směrem, například na nerovné silnici, odpojí planetová převodovka obě poloviny stabilizátoru, čímž se zvýší úroveň jízdního komfortu. Elektronická podvozková platforma v roli centrální řídicí jednotky přitom zohledňuje také informace od ostatních podvozkových technologií ve výbavě modelů SQ7 a SQ8, jakými jsou řízení všech kol, vzduchové odpružení nebo sportovní diferenciál systému quattro. Tato úzká spolupráce podvozkových systémů Audi přináší řidiči nevšední zážitky z jízdy s velmi precizní ovladatelností a vysokou úrovní agility.

Dalším výjimečným podvozkovým systémem, který výrazně zvyšuje úroveň komfortu, je aktivní podvozek v Audi A8. Jedná se o zcela aktivní systém odpružení s elektromechanickým ovládáním. Každému kolu náleží jeden elektromotor napájený hlavní elektrickou sítí s napětím 48 V. Elektronická podvozková platforma vysílá ovládací signály pro aktivní podvozek v pětimilisekundovém taktu. Řemenový převod a kompaktní harmonická převodovka zvyšují točivý moment elektromotoru na 1100 N.m a přenáší jej na ocelovou otočnou trubku. Od konce zkrutné tyče působí síla přes pákový mechanismus a spojovací tyč na zavěšení. Na přední nápravě se přenáší na tlumicí a pružicí vzpěry adaptivního vzduchového odpružení, na zadní nápravě na příčná ramena.

Tímto způsobem lze každé kolo modelu Audi A8 samostatně zdvihnout vzhůru nebo stlačit dolů, a tím aktivně přizpůsobovat polohu karoserie stavu vozovky. Aktivní podvozek tak dynamicky reguluje polohu karoserie v každé jízdní situaci. Díky této flexibilitě dosahují možnosti nastavení jízdních vlastností zcela nové šíře. Zvolí-li řidič v systému Audi drive select režim dynamic, chová se vůz sportovněji. Do zatáček vjíždí s tuhým nastavením a úhel bočního náklonu karoserie je přibližně poloviční v porovnání s normálním podvozkem. Při brzdění je náklon karoserie kolem příčné osy sotva patrný. Naproti tomu v režimu comfort vůz plavně překonává jakékoli nerovnosti, aniž by o tom cestující měli sebemenší ponětí. Aktivní podvozek tlumí pohyby karoserie průběžným přiváděním energie do karoserie, nebo jejím odváděním – v závislosti na příslušné jízdní situaci. Vůz tím řidiče a cestující do jisté míry „izoluje“ od mechanických a jízdních vlivů.

Hrozí-li boční náraz rychlostí více než 25 km/h, zvýší aktivní podvozek karoserii modelu A8 ve zlomku sekundy až o 80 milimetrů. Druhý účastník nehody tak narazí do limuzíny v místech, která jsou ještě odolnější. Deformace vnitřního prostoru a zatížení cestujících, především v oblastech hrudníku a břicha, se tím sníží až o 50 procent v porovnání s bočním nárazem bez zvýšení karoserie. I v této situaci nese odpovědnost za řízení aktivního podvozku a propojení s ostatními podvozkovými systémy, například vzduchovými pružinami, ECP. Výsledkem je nejvyšší úroveň jízdního komfortu a maximální bezpečnost.

Získává ten, kdo brzdí – systém integrovaného řízení brzdové soustavy v modelu Audi e-tron

Systém integrovaného řízení brzdové soustavy iBRS (integrated Brake Control System) v modelech Audi e-tron zřetelně ukazuje, k jak úzkému vzájemnému propojení dochází v oblasti technologií podvozku a pohonu. Hospodárnost se tak vedle komfortu a sportovnosti stává třetím významným parametrem ve vývoji podvozků.

Systém rekuperace přispívá až 30 procenty k dojezdu elektricky poháněného SUV. Systém iBRS zahrnuje jak oba elektromotory, tak i integrovanou hydraulickou brzdovou soustavu. Poprvé jsou přitom kombinovány tři různé druhy rekuperace: páčkami manuálně ovládaná rekuperace při uvolnění pedálu plynu, automatická rekuperace při uvolnění pedálu plynu s využitím předvídavého asistenta pro hospodárnou jízdu a rekuperace při brzdění s plynulými přechody mezi elektrickým a hydraulickým brzděním. Do zpomalení 0,3 g uskutečňuje Audi e-tron rekuperaci bez použití konvenčních brzd výhradně prostřednictvím elektromotorů – do tohoto režimu spadá více než 90 procent všech zpomalení v běžném provozu. Díky tomu se prakticky všechny běžné brzdné manévry energeticky využívají k nabíjení akumulátorů.

Řidič může měnit intenzitu rekuperace při uvolnění pedálu plynu ve třech stupních páčkami na volantu. V nejnižším stupni se vůz po uvolnění pedálu plynu pohybuje setrvačností bez dodatečného brzdného momentu. V nejvyšším stupni snižuje elektricky poháněné SUV rychlost jízdy velmi citelně, a řidič tak může zpomalovat a zrychlovat pouze ovládáním pedálu plynu, čímž se zcela mění zážitek z řízení vozidla. Při tomto zpomalování není nutné používat brzdový pedál. Teprve v situaci, kdy rychlost jízdy poklesne pod 10 km/h nebo v níž řidič brzdovým pedálem požaduje zpomalení větší než 0,3 g či při zcela nabitých akumulátorech a nemožnosti rekuperace, přicházejí na řadu kotoučové brzdy.

Díky novému konceptu elektrohydraulického ovládání, který Audi používá jako první výrobce na světě v sériově vyráběném automobilu s elektrickým pohonem, jsou přechody mezi zpomalováním elektrickou rekuperací pomocí elektromotorů a mechanickým brzděním hydraulicky ovládanými konvenčními kotoučovými brzdami pro řidiče neznatelné. Modulace brzdného účinku brzdovým pedálem je jasně definovaná a konstantní jako u vozidla s konvenčním spalovacím motorem a hydraulickou brzdovou soustavou. Brzdový pedál je oddělený od hydraulické soustavy, přechody mezi brzděním elektromotory a třecími brzdami jsou plynulé a pro řidiče při ovládání pedálu brzdy nepostřehnutelné.

Výše uvedené vlastnosti jsou výsledkem náročné konstrukce elektrohydraulického systému. Hydraulický píst v kompaktním brzdovém modulu vytváří dodatečný tlak, jímž zvyšuje brzdný moment rekuperačního systému. Při automatizovaném brzdění v nebezpečné situaci uběhne mezi zahájením zpomalení a dosažením maximálního brzdného tlaku mezi brzdovým obložením a brzdovými kotouči pouhých 150 milisekund. Systém integrovaného řízení elektrohydraulické brzdové soustavy rozhoduje v závislosti na jízdní situaci, zda bude Audi e-tron zpomalovat rekuperací pomocí elektromotorů, kotoučovými brzdami, nebo kombinací obou systémů – a to elektricky individuálně na každé nápravě. Elektricky poháněné SUV tímto systémem cíleně využívá svůj maximální potenciál pro rekuperaci.

Síťové propojení má i u systému integrovaného řízení brzdové soustavy zásadní roli. Systém iBRS je při své činnosti podporován sériově dodávaným asistentem pro hospodárnou jízdu, který rozpoznává provozní podmínky, dopravní situaci v okolí vozidla a průběh trasy pomocí radarových senzorů, obrazů z kamer, dat navigačního systému a informací z komunikace „Car-to-X“. Pokud by bylo smysluplné, aby dal řidič nohu z pravého pedálu, obdrží příslušný pokyn na digitálním panelu přístrojů Audi virtual cockpit. Ve spolupráci s adaptivním asistentem řízení, dodávaným na přání, dokáže asistent pro hospodárnou jízdu elektricky poháněné SUV navíc předvídavě zpomalovat a zrychlovat.

Glosář

Adaptivní vzduchové odpružení (adaptive air suspension)

Adaptive air suspension – vzduchové odpružení s elektronicky řízenými tlumiči – poskytuje vozidlu velký rozsah nastavení od vynikajícího komfortu odpružení až po sportovní ovladatelnost. V závislosti na rychlosti jízdy a přání řidiče se individuálně přizpůsobuje stavu vozovky a mění světlou výšku karoserie podle jízdního režimu a rychlosti jízdy. Vzduchové odpružení kromě toho nabízí funkci udržování stálé světlé výšky při různém zatížení.

Aktivní podvozek

Předvídavý aktivní podvozek je zcela aktivním, elektromechanicky ovládaným podvozkovým systémem. V blízkosti každého kola je umístěn kompaktní elektromotor, který je napájen prostřednictvím hlavní elektrické sítě vozu s napětím 48 V. Systém dokáže každé kolo zvlášť zdvihnout vzhůru nebo stlačit dolů, a tím přizpůsobovat jeho polohu průběhu vozovky. Aktivní podvozek tak aktivně reguluje polohu karoserie v každé jízdní situaci. Řídicí signály pro aktivní podvozek vydává v pětimilisekundovém taktu elektronická podvozková platforma ECP. Pro předvídavou detekci stavu vozovky je systém propojen s přední kamerou modelu A8. Flexibilita aktivního podvozku umožňuje dosud nevídaný rozsah nastavení provozní charakteristiky. Pohyby karoserie při akceleraci nebo brzdění i její boční náklony při průjezdech zatáčkami potlačuje aktivní podvozek na minimum, čímž se výrazně snižuje působení pohonu na řidiče a cestující. V režimu comfort+ se karoserie v rozsahu rychlostí od 80 do 130 km/h nakloní k vnitřní straně zatáčky až o tři stupně, a tím zmenší působení příčného zrychlení na řidiče a cestující. Pokud řidič zvolí v systému Audi drive select mód dynamic, zajistí aktivní podvozek výrazné zmenšení náklonu karoserie při dynamických změnách.

Audi drive select

Systém řízení jízdní dynamiky Audi drive select umožňuje řidiči prožívat jízdu s různým nastavením svého vozu Audi. Pokud zvolí některý z režimů auto, comfort, dynamic nebo efficiency, změní se charakteristika důležitých komponentů pohonu a podvozku v rozsahu od výrazně komfortní přes vysloveně dynamickou až po mimořádně hospodárnou. V režimu individual si může řidič nakonfigurovat nastavení vozu podle vlastních představ. Modely Q a allroad disponují navíc režimy allroad a offroad. Adaptivní vzduchové odpružení v nich zvýší světlou výšku pro jízdu mimo zpevněné cesty.

Komunikace „Car-to-X“

Pod tento širší pojem spadá rozmanitá komunikační technika – tedy výměna informací a dat – v oblasti automobilové a dopravní techniky. „Car-to-X“ znamená „Car-to-everything“ – tedy všeobecně přenos informací z vozidla třetím stranám, například do ostatních vozidel („Car-to-Car“, resp. „C2C“) nebo technické dopravní infrastruktury („Car-to-Infrastructure“, resp. „C2I“). Účelem komunikace „Car-to-X“ je mimo jiné upozorňovat zasílanými informacemi a daty vozidla na různá omezení (například náledí, dopravní zácpy, atd.). Může se však využívat také k sestavování podrobnějších map.

Dynamické řízení všech kol DAS (Dynamic All-wheel Steering)

Řízení všech kol kombinuje řízení zadních kol s obvyklým řízením předních kol. Zdokonalená verze tohoto systému nese u Audi označení dynamické řízení všech kol. V tomto případě se progresivní řízení předních kol s variabilním převodem a posilovačem závislým na rychlosti jízdy kombinuje s řízením zadních kol. Koordinaci řízení předních a zadních kol má na starosti elektronická podvozková platforma ECP. Díky tomu se mohou úhly natočení předních a zadních kol měnit nezávisle na sobě. Při rychlosti jízdy do 60 km/h se kola zadní nápravy natáčejí v opačném směru až o pět procent. Tím se významně zvyšuje agilita při průjezdu zatáčkou a usnadňuje ovládání vozidla v městském provozu a při manévrování. Průměr otáčení se u modelů Audi vyšší třídy zmenšuje o 1,0 až 1,1 metru. DAS při rychlosti jízdy vyšší než 60 km/h natáčí zadní kola až o dva stupně ve stejném směru, jakým se natáčejí přední kola. Tím zlepšuje směrovou stabilitu. DAS tak spojuje bezprostřední, sportovní reakce na otočení volantu s vynikající jízdní stabilitou a vysokým komfortem řízení. Audi tímto systémem řeší starý konflikt cílů, který se vyskytuje u vozidel s jednoduchým systémem řízení zadních kol. Dynamické řízení všech kol je součástí systému řízení jízdní dynamiky Audi drive select a v závislosti na jízdním režimu mění svou charakteristiku optimalizací převodů a vratných sil.

Dynamické řízení tlumičů DRC (Dynamic Ride Control)

Sportovní podvozek plus se systémem Dynamic Ride Control (DRC) je technologie mimořádně dynamického tlumení pro různé modely Audi RS. Jednoplášťové tlumiče mají variabilní charakteristiku, kterou může řidič nastavit ve třech stupních. Vždy dva tlumiče jsou diagonálně vzájemně propojeny olejovým potrubím s centrálně umístěným ventilem. Při rychlém průjezdu zatáčkou ovlivňují ventily průtok oleje v tlumiči vnějšího předního kola, a to tak, aby minimalizovaly nežádoucí náklon karoserie v příčném i podélném směru. Vůz má díky tomu ještě těsnější spojení s vozovkou a lepší ovladatelnost.

Dynamické řízení

Dynamické řízení mění svůj převod v závislosti na rychlosti jízdy, úhlu otočení volantu a zvoleném režimu systému řízení jízdní dynamiky Audi drive select. Hlavním komponentem je planetová převodovka s regulací otáček ve sloupku řízení, poháněná elektromotorem. Tzv. harmonická převodovka je kompaktní, lehká a torzně nepoddajná. Funguje precizně, bez vůle a třecích ztrát. Převodovka dokáže extrémně rychle přenášet nesmírně velké točivé momenty a dosahuje vysoké účinnosti. Při pomalé jízdě – v městském provozu nebo při manévrování – pracuje dynamické řízení s velmi strmým převodem. Mezi rejdy postačují dvě otáčky volantu. Také účinek posilovače je vysoký. Zaparkování vozidla je díky tomu mimořádně snadné. Na silnici mimo město se postupně snižuje strmost převodu a účinek posilovače. Při rychlé jízdě na dálnici zabraňuje „pomalejší“ řízení a nízký účinek posilovače neklidným reakcím vozu na pohyby volantem. Výsledkem je vynikající směrová stabilita při jízdě přímým směrem.

Elektromechanická aktivní stabilizace náklonu eAWS (electromechanical Active Roll Stabilisation)

Elektromechanická aktivní stabilizace náklonu (eAWS) umožňuje jízdu s minimálními pohyby karoserie a sportovní ovladatelností. Mezi oběma polovinami příčných zkrutných stabilizátorů na přední a zadní nápravě je uložen vždy jeden kompaktní elektromotor s třístupňovou planetovou převodovkou. Při jízdě přímým směrem zajišťuje regulace podvozku vzájemně dalekosáhle nezávislou činnost obou polovin stabilizátoru. Tím se minimalizují pohyby karoserie na nerovných silnicích, a zvyšuje se tak jízdní komfort. Naproti tomu při sportovní jízdě se pozornost zaměřuje na optimální kompenzaci bočního náklonu. Poloviny stabilizátoru pracují jako jeden celek a jsou zkrutně namáhány převodovkou elektromotoru. Boční náklon v zatáčkách se výrazně snižuje, charakteristika vozu je ještě tužší a dynamičtější.

Elektronická podvozková platforma ECP (Electronic Chassis Platform)

Elektronická podvozková platforma (ECP) je centrální řídicí jednotkou podvozku. EFP zaznamenává rychlost jízdy, světlou výšku, pohyby vozu ve všech směrech, adhezi vozovky, aktuální provozní stavy, jakými jsou nedotáčivost nebo přetáčivost, a data propojených podvozkových systémů. Z toho vypočítává optimální činnost těchto komponentů a vzájemně ji rychle a precizně přizpůsobuje. Díky centrálnímu řízení prožívá zákazník ještě vytříbenější jízdní vlastnosti – precizní chování vozu v zatáčkách, zvýšenou úroveň jízdní dynamiky a vysoký jízdní komfort.

Systém integrovaného řízení brzdové soustavy iBRS (integrated Brake Control System)

Audi e-tron je prvním sériově vyráběným automobilem s elektrickým pohonem, který používá systém integrovaného řízení elektrohydraulicky ovládané brzdové soustavy. Kotoučové brzdy se ovládají hydraulicky, brzdový posilovač pracuje elektricky a celý systém je řízen elektronicky. Řídicí jednotka rozpoznává, s jakou sílou sešlápl řidič pedál brzdy, a během milisekund vypočte požadovaný brzdný moment. Pokud nestačí brzdná síla vytvářená rekuperačním systémem, vytvoří se navíc hydraulický tlak pro konvenční třecí brzdy. Důvěrně známý odpor v pedálu brzdy generuje druhý píst prostřednictvím elastického tlakového prvku. Díky této simulaci nepociťuje řidič v brzdovém pedálu nežádoucí projevy činnosti hydraulického systému. To je patrné například při brzdění s aktivním systémem ABS. Řidiče neruší intenzivní pulzování v pedálu, způsobované opakovaným zvyšováním a snižováním tlaku. Elektrohydraulická brzdová soustava je aktivní, pokud řidič silným sešlápnutím pedálu brzdy požaduje zpomalení vyšší než 0,3 g – v ostatních případech zpomaluje Audi e-tron rekuperací oběma elektromotory. Systém řízení brzdové soustavy vytváří brzdný tlak pro kotoučové brzdy velmi precizně a přibližně dvakrát rychleji než konvenční systém. Při automatizovaném brzdění v nebezpečné situaci uběhne mezi zahájením zpomalení a dosažením maximálního brzdného tlaku mezi brzdovým obložením a brzdovými kotouči pouhých 150 milisekund.

Trvalý pohon všech kol quattro

Princip čtyř poháněných kol je nosným pilířem značky Audi – a to již 40 let. V roce 1980 na Ženevském autosalonu představené Audi quattro prezentovalo pro osobní vozy zcela nový způsob přenosu hnací síly – lehký a kompaktní pohon všech kol, který pracoval efektivně a bez vnitřního pnutí. Princip quattro byl díky tomu od začátku vhodný především pro sportovní osobní vozy a výrobu ve vysokých počtech. Značka Audi vyrobila od debutu této techniky do konce roku 2019 přibližně 10,5 milionu automobilů s pohonem quattro. Technologie Audi quattro nalézá široké uplatnění a je vždy dokonale přizpůsobena konceptu příslušného vozu. Quattro je ikona – symbol bezpečné a sportovní jízdy, technických kompetencí a bezkonkurenčního postavení, zkrátka: Náskoku díky technice.

Sportovní diferenciál

Sportovní diferenciál zvyšuje jízdní dynamiku, trakci a stabilitu. Hnací sílu aktivně rozděluje mezi zadní kola, a rozšiřuje tak možnosti trvalého pohonu všech kol quattro se samosvorným mezinápravovým diferenciálem. Kromě komponentů konvenčního diferenciálu zahrnuje sportovní diferenciál na každé straně převodovku a elektrohydraulicky ovládanou vícelamelovou spojku. Systém v závislosti na situaci mírně mění otáčky zadních kol, a tím i rozdělování točivého momentu mezi pravou a levou stranu. Řízení hydraulické jednotky pro ovládání sportovního diferenciálu probíhá v mnoha modelech Audi centrálně prostřednictvím elektronické podvozkové platformy. Software sportovního diferenciálu nepřetržitě vypočítává z hlediska jízdní dynamiky ideální rozdělování točivého momentu na zadní nápravě.