L’autonomie de l’e-tron, optimisée grâce à son aérodynamique

Le prototype de l’Audi e-tron, ultra aérodynamique: des caméras remplacent les rétroviseurs extérieurs, et les pneus offrent moins de résistance au vent.

Plus une voiture électrique est aérodynamique, plus elle va loin: avec un coefficient de traînée de 0,28, le prototype de l’Audi e-tron atteint l’un des meilleurs scores du segment SUV. Une valeur qui joue un rôle décisif dans l’autonomie quotidienne de plus de 400 kilomètres en cycle WLTP. Les rétroviseurs extérieurs virtuels sont l’un des points remarquables du concept aérodynamique du modèle premium 100% électrique.

Le saviez-vous? Le C x indique la prise au vent d’un objet: plus la valeur est petite, plus cet objet est aérodynamique. Le C x du prototype de l’Audi e-tron est de 0,28. En revanche, les voitures de course, comme par exemple dans la Formule 1, ont un C x étonnamment élevé: car les ingénieurs travaillent à ce que le C x se rapproche au maximum de 1,2. Cette «mauvaise» aérodynamique «colle» la voiture à l’asphalte au service d’une meilleure transmission des forces à la piste. Même un vélo de course (sans/avec coureur) est plus aérodynamique: son C x est d’env. 0,4.

Le scénario: test d’endurance en soufflerie

Face au rotor silencieux de quelque 5 mètres de diamètre, le prototype Audi e-tron regarde l’œil du cyclone. Sur la plateforme de test aéro-acoustique du Windkanal-Zentrum d’Ingolstadt, le tunnel aérodynamique le plus silencieux du monde automobile, les ingénieurs Audi optimisent la traînée et le bruit en conditions extrêmes, deux points cruciaux dans l’efficience et le confort d’un véhicule. Avec une puissance de 2,6 mégawatts, la turbine est capable de simuler des vitesses allant jusqu’à 300 km/h. Le prototype Audi e-tron a subi ici plus de 1 000 heures de tests. Le résultat: un coefficient de traînée de 0,28. Les clients profiteront directement de ce chiffre record, puisque la traînée intervient de manière décisive dans l’autonomie élevée, dépassant les 400 kilomètres en cycle WLTP. Un centième du coefficient de traînée représente à peu près 5 kilomètres de conduite en conditions normales.

La traînée: élément essentiel des longs trajets

Sur long trajets, le prototype Audi e-tron est comme un poisson dans l’eau, la traînée étant l’élément de résistance le plus important, bien plus que la résistance de roulement ou l’inertie. L’énergie que doit déployer la voiture pour combattre cette résistance est perdue, et c’est pourquoi une aérodynamique performante est si importante. En circulation urbaine, toutefois, d’autres facteurs entrent en jeu. Là, une voiture électrique a la faculté de récupérer une bonne partie de l’énergie utilisée lors des freinages, ce qui réduit l’importance de sa masse.

Pour atteindre un coefficient de traînée de 0,28, les ingénieurs Audi ont développé un vaste éventail de mesures aérodynamiques sur toutes les zones de la carrosserie. Certaines de ces solutions techniques sont à première vue évidentes, tandis que d’autres remplissent leur rôle à l’abri des regards. Grâce à elles, le coefficient de traînée du prototype Audi e-tron est presque inférieur de 0,07 à celui d’un véhicule comparable à motorisation conventionnelle. Avec un profil d’utilisation typique, cela permet d’augmenter l’autonomie de quelque 35 km par charge de batterie, selon le cycle WLTP.

Solutions intelligentes: rétroviseurs extérieurs virtuels et soubassements texturés

Les rétroviseurs extérieurs virtuels proposés en option feront figure de première mondiale sur la version produite en grande série du prototype Audi e-tron. Ceux-ci sont bien plus étroits que des rétroviseurs classiques, ils réduisent la largeur du véhicule de 15 centimètres et, grâce à leur nouvelle forme, minimisent non seulement la traînée, mais aussi les bruits aérodynamiques, pourtant déjà très faibles. Chacun des deux supports plats intègre une petite caméra, dont l’image est transmise sur des écrans OLED, positionnés dans la zone de transition entre le combiné d’instruments et la portière. Les rétroviseurs extérieurs virtuels peuvent être adaptés à différentes conditions de conduite, ce qui peut donc potentiellement améliorer la sécurité. Trois vues sont proposées sur l’écran du système MMI: l’une pour la conduite sur autoroute, une autre pour les virages et une dernière pour les manœuvres de parking.

Un autre élément important est représenté par les suspensions pneumatiques adaptatives à amortissement réglable qui seront livrées en série: à des vitesses supérieures à 120 km/h, celles-ci peuvent abaisser l’assiette du véhicule jusqu’à 26 millimètres de moins que sa position normale, réduisant du coup la traînée aérodynamique. Le soubassement du SUV 100% électrique est entièrement caréné, les parties avant et arrière étant intégralement couvertes de panneaux. Sous l’habitacle, une plaque d’aluminium protège les batteries haute tension contre les dégâts éventuels, comme par exemple les projections de pierres ou les trottoirs. Ses points de fixation prennent la forme de renfoncements semi-sphériques, comme ceux de la surface d’une balle de golf, qui permettent de faire circuler l’air bien mieux qu’une surface entièrement plane.

La prise d’air contrôlée (SKE) – composée de deux volets à commande électrique situés derrière la calandre Singleframe – aide également à réduire la traînée. Quand ces volets sont fermés, l’air parcourt cette zone virtuellement sans tourbillonner. Dès l’instant que les composants mécaniques ont besoin d’être refroidis, ou que le condenseur de la climatisation a besoin de ventilation, le volet supérieur s’ouvre en premier, et le second s’ouvre ensuite. Lorsque les freins hydrauliques sont soumis à de fortes charges, la prise d’air contrôlée s’ouvre là aussi, et libère deux conduits qui guident l’air frais vers les passages de roues avant, à destination des freins.

Les prises d’air latérales de la face avant du prototype Audi e-tron comprennent deux conduits supplémentaires, clairement visibles depuis l’extérieur, orientés vers les passages de roues. Ceux-ci guident le flux d’air de manière à ce qu’il s’écoule le long des roues de 19’’ à l’aérodynamique optimisée, livrées en série. Leur design est plus lisse que des roues conventionnelles, et les pneus de dimensions 255/55 qu’elles chaussent se distinguent par leur ultra faible résistance au roulement. Même les flancs des pneus ajoutent au design aérodynamique, puisque leur lettrage est creusé et non en relief.

Qu’a représenté pour vous et votre équipe le défi consistant à développer l’aérodynamique de la première voiture électrique Audi?

Un défi de taille, vous pouvez l’imaginer. Car l’Audi e-tron est le premier modèle de série 100% électrique de notre marque. C’est pourquoi dans notre cahier des charges nous nous sommes fixé l’objectif de développer le meilleur modèle Audi de tous les temps en termes d’aérodynamique dans sa catégorie. Pour y parvenir, nous avons dû mettre tout le savoir-faire de notre équipe dans la balance et aménager ici et là des équipes de nuit.

Qu’est-ce qui est pour vous l’élément essentiel de l’aérodynamique de l’Audi e-tron?

Pour moi, c’est sans aucun doute le rétroviseur extérieur virtuel. Et pas seulement parce qu’il permet d’optimiser sensiblement l’aérodynamique, mais aussi par son caractère symbolique. Car il représente le développement d’une nouvelle génération de véhicules – basé sur des approches tout à fait nouvelles.

Moni Islam est responsable du développement Aérodynamique/Aéroacoustique chez Audi AG

Qu’est-ce qui est différent dans le développement de l’aérodynamique d’un modèle électrique par rapport à un véhicule à moteur à explosion? Est-ce que la philosophie de base est différente?

C’est une tâche encore plus exigeante. Car une bonne aérodynamique, et donc une traînée plus faible, sont encore plus importantes sur une voiture électrique. De manière générale, la voiture électrique dispose de nettement moins d’énergie que la voiture à moteur à explosion. Il faut donc optimiser son efficacité dans tous les domaines. Notamment au niveau de la traînée dans les trajets à vitesse constante comme par exemple sur l’autoroute. Ce qui est le cas de ce SUV électrique adapté aux longs trajets que nous proposons à nos clients.

Aujourd’hui, les aérodynamiciens ont donc plus d’influence sur le développement en général?

Oui, sans aucun doute. Cela s’explique par le rôle déterminant joué par l’aérodynamique dans l’autonomie des voitures électriques. Car au final, l’énergie déployée pour s’opposer à la résistance de l’air n’est pas récupérée – contrairement à celle utilisée pour accélérer le véhicule.

Dans quels domaines le véhicule électrique offre-t-il plus de marge de manœuvre dans la conception ou le développement que le véhicule conventionnel?

Grâce à leur grande batterie, les véhicules électriques ont un soubassement caréné et très lisse. Un rêve pour tout aérodynamicien et un grand avantage pour nous dans le développement. Nous pourrions nous en contenter, mais nous n’avons pas cédé à la tentation. Bien au contraire: nous avons tout donné pour que la forme de la carrosserie offre un minimum de résistance au vent. Elle présente d’ailleurs une nouveauté: l’Audi e-tron est ainsi le premier modèle de série qui admet l’air par la calandre et l’évacue par le soubassement. Une solution qui n’existait pas encore à ce jour sur un véhicule à moteur à explosion.

Les rétroviseurs extérieurs virtuels sont un point caractéristique du nouveau SUV Audi e-tron. Honnêtement, qui en a eu l’idée? Votre équipe ou vos collègues du bureau d’études?

Depuis de nombreuses années, le souhait de tout aérodynamicien a été de pouvoir se passer tôt ou tard des rétroviseurs extérieurs. Dans le cas de l’Audi e-tron, le rétroviseur extérieur virtuel a été mis en œuvre assez tôt. Savoir qui a eu l’idée finale, je ne m’en souviens plus. Mais là n’est pas l’important. L’essentiel est que ce détail d’équipement nous fait gagner 5 points au niveau du Cx et environ 2,5 kilomètres d’autonomie en plus.

Grâce à des mesures aérodynamiques intelligentes, l’Audi e-tron affiche un Cx de pointe. Quel avantage en tire le client?

Sur les voitures électriques, le coefficient de traînée Cx jour un rôle important dans la détermination de l’autonomie. Un facteur décisif pour nos clients. L’Audi e-tron affiche un Cx inférieur de 70 points à celui d’un SUV conventionnel de taille similaire – soit un gain d’autonomie d’environ 35 kilomètres.

Quand avez-vous entamé le développement de l’aérodynamique de l’Audi e-tron avec votre équipe?

Il y a déjà longtemps – cela remonte à 2013. Lors du premier concept, nous étions assis autour d’une table, avons analysé les premiers projets avec les designers et testé les premiers modèles en soufflerie.

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