STORY: E-TECH 4X4 300 KM – WYZWANIA „SUPERHYBRYDY” KLASY PREMIUM SPOD ZNAKU E-TECH

Jesteśmy na Paris Air Show 18 czerwca 2023 roku, gdzie odbywa się pierwsza prezentacja nowego Renault Rafale E Tech 200 KM dla prasy. Luca de Meo, dyrektor generalny Grupy Renault, opisuje nowy flagowy model marki następującymi słowami:

Rafale jest próbą spełnienia długoletniego marzenia Renault. Chcieliśmy udowodnić, że jesteśmy marką, która jest w stanie wznieść się na wyżyny i wejść w najwyższe segmenty rynku.

Luca de Meo

Ta enigmatyczna zapowiedź miała się skonkretyzować w listopadzie 2024 roku nową wersją Rafale o wysokich osiągach, nazwaną E Tech 4x4 300 KM.

Renault Rafale stworzono z oczywistym zamysłem: model jest ucieleśnieniem ambicji Luki de Meo, by produkty Renault pozycjonować w wyższych segmentach rynku z uwagi na ich technologiczną doskonałość. Na potwierdzenie tej doskonałości Luca de Meo powołuje się na psychologiczną moc liczb i wskazuje pułap do osiągnięcia: 300 koni mechanicznych. Moc przyszłego silnika zaprojektowanego specjalnie do ekskluzywnej wersji Renault Rafale o wysokich osiągach.

Chcę, żeby wersja Rafale o wysokich osiągach była superhybrydą, żebyśmy nie zadowalali się półśrodkami, żeby to było arcydzieło inżynierii.

Luca de Meo

Dla inżynierów było oczywiste, że w wersji o wysokich osiągach Rafale powinno być wyposażone w napęd spod znaku E TECH, najnowocześniejszy pod względem technicznym i technologicznym. Nicolas Fremau, Alexandre Herrero, Corentin Kerouredan, Octavie Okamba-Diogo i Romain Saulnier, z których każde jest ekspertem w swojej dziedzinie, wspólnie podjęli się tego wyzwania.

Wyzwanie nr 1: sterowanie rozdziałem energii i układem przeniesienia napędu 4x4

Konstruktorzy silników z Technocentre nigdy nie robią niczego na pół gwizdka, ale ich prace nad „superhybrydą” o mocy 300 KM miały solidny punkt wyjścia: napęd E Tech 200 KM. Jakie modyfikacje należało wprowadzić? Nicolas Fremau, ekspert w dziedzinie hybrydowych układów napędowych odpowiedzialny za powstanie technologii E Tech, rozpoczyna od ustalenia stanu wyjściowego: Trzycylindrowy silnik spalinowy o pojemności 1,2 l, który stanowi element układu napędowego E Tech 200 KM, wykazuje szczytową efektywność sięgającą 43%. Aby dodać jeszcze 100 KM, jedynym rozwiązaniem było połączenie go z nową, większą turbosprężarką i rozszerzenie układu napędowego o dodatkowy silnik elektryczny. Aby zasilić ten silnik i uzyskać zasięg w trybie 100% elektrycznym wystarczający do zaspokojenia codziennych potrzeb, należało zastosować większy akumulator trakcyjny i przekształcić układ napędowy w hybrydę plug in.

Dzięki modułowej konstrukcji platforma CMF CD najnowszej generacji, zastosowana w Renault Rafale, umożliwia montaż silnika elektrycznego z tyłu samochodu oraz dodanie akumulatora trakcyjnego o pojemności 22 kWh pod podłogą. Taka konfiguracja zapewnia optymalne rozłożenie masy. Umiejscowienie silnika elektrycznego z tyłu „superhybrydy” ma dwie główne zalety: zapewnia przeniesienie momentu obrotowego na tylną oś, a tym samym napęd na cztery koła i umożliwia zachowanie konstrukcji E Tech 200 KM pod maską z przodu. To rozwiązanie techniczne jest bardzo cenione przez klientów w segmencie SUV ów wysokiej klasy. W ten sposób została ustalona specyfikacja techniczna nowej wersji. Przyszły model Renault Rafale 300 KM miał być hybrydą plug in z napędem na cztery koła.

Po wybraniu odpowiednich podzespołów mechanicznych należy zapewnić ich niezawodną współpracę. To dziedzina, w której specjalizują się zespoły odpowiedzialne za osiągi i kalibrację. Przy dopracowywaniu silnika mierzyliśmy się z dwiema trudnościami. Z jednej strony wyzwaniem były ograniczenia momentu obrotowego między przednim a tylnym zawieszeniem, z drugiej – konieczność uzyskania skutecznego przeniesienia napędu 4x4 przy braku połączenia mechanicznego między przednim a tylnym silnikiem – wyjaśnia na wstępie Alexandro Herrero.

Jak widzieliśmy w odcinku 3, poświęconym zarządzaniu energią w systemie E Tech, za inteligentne zarządzanie energią odpowiadają moduły elektroniczne. Aby odpowiednio skonfigurować oprogramowanie sterownika silnika, ustaliliśmy bardzo złożone reguły zarządzania energią z uwzględnieniem trzech kryteriów: prędkości, momentu obrotowego, poziomu naładowania akumulatora. Każdy parametr musiał zapewniać płynną dynamikę jazdy w każdych warunkach – dodaje.

Alexandre Herrero i Corentin Kerouredan w maksymalnym stopniu wykorzystali niesamowitą wszechstronność, jaką oferuje oprogramowanie sterujące silnikami i układem przeniesienia napędu. Dzięki temu każde z kół napędowych jest stale gotowe do pracy w celu zoptymalizowania właściwości jezdnych samochodu, a rozkład momentu obrotowego może się błyskawicznie zmieniać od 100% na przednie koła (napęd przedni) do 100% na tylne koła (napęd tylny) w zależności od parametrów wybranych przez kierowcę, od stylu jazdy i od warunków na drodze (zasadniczo napęd przedni jest preferowany do 70 km/h, a napęd tylny powyżej tej prędkości).

Możliwość mechanicznego odłączenia jednego z silników w dowolnym momencie (tryb hybrydowy lub w pełni elektryczny) zapewnia stałą optymalizację zużycia paliwa i energii. Oprogramowanie oblicza zapotrzebowanie samochodu na moc i energię w zależności od wielu zmiennych, takich jak poziom naładowania akumulatora, parametry jazdy (szybkość i przyspieszenie), drogi (nachylenie, prędkość), jak również masa samochodu (całkowita masa pojazdu z przyczepą wynosi 4 tony). Magia systemu E Tech polega na stałym znajdowaniu kompromisu pomiędzy osiągami napędu przedniego i napędu na cztery koła z jednej strony a maksymalną wydajnością obu źródeł energii z drugiej. Dzięki temu silnik spalinowy pracuje cały czas w okolicach punktu najwyższej wydajności. A to wszystko w sposób całkowicie nieodczuwalny dla kierowcy! Udało nam się uzyskać doskonały napęd połączony z wysoką wydajnością – cieszy się Corentin Kerouredan.

Wyzwanie nr 2: stworzenie jedynego w swoim rodzaju napędu hybrydowego plug in

Przekształcenie układu napędowego „full hybrid” w „plug in hybrid”, czyli z możliwością ładowania akumulatora, nie polega wyłącznie na dodaniu gniazda. Akumulator trakcyjny wchodzący w skład układu napędowego E Tech 4x4 300 KM jest nie tylko dziesięciokrotnie pojemniejszy od akumulatora E Tech 200 KM (22 kWh zamiast 2 kWh), lecz także zasadniczo różni się składem chemicznym. Skład i konstrukcja akumulatora są wypadkową wielu kryteriów, w szczególności zasięgu, zapotrzebowania na moc i częstotliwości ładowania i rozładowywania.

Aby zapewnić stale dostępną moc 300 KM, stworzyliśmy akumulator niklowo-manganowo-kobaltowy (NMC) o pojemności 22 kWh sprofilowany pod kątem mocy. Wraz z kolegami odpowiedzialnymi za układ napędowy musieliśmy pójść na pewne kompromisy, aby pogodzić osiągi z przewidywalnością zachowania na drodze, dużym zasięgiem i wysoką niezawodnością – wyjaśnia Octavie Okamba-Diogo, odpowiedzialna za syntezę prac związanych akumulatorami.

Idealna temperatura pracy akumulatora trakcyjnego wynosi 25°C. Z uwagi na rozmiar akumulatora, wynikający ze zwiększonego zapotrzebowania na moc, wyzwaniem stała się regulacja temperatury ogniw. Aby uzyskać skuteczne, szybkie i niejednorodne ogrzewanie akumulatora, konieczne okazało się zaprojektowanie aluminiowej maty grzewczej. Mata ogrzewa akumulator z prędkością 2°C na minutę z wykorzystaniem zjawiska oporu elektrycznego. Gdyby nie ta innowacja, ogrzewanie się akumulatora byłoby dziesięciokrotnie wolniejsze, co znacznie ograniczałoby jego osiągi – dodaje Octavie Okamba-Diogo.

Wyzwanie nr 3: parametryzacja skomplikowanych układów mechanicznych i oprogramowania

Ze względu na liczbę technologii z możliwością parametryzacji w Renault Rafale E Tech 4x4 300 KM w wersji Atelier Alpine (4 silniki, 4 koła napędowe, 4 koła skrętne, hamowanie rekuperacyjne i automatycznie sterowane zawieszenie) wyzwaniem dla Romaina Saulniera i zespołu inżynierów było uproszczenie obsługi samochodu, tak aby kierowca mógł oddać się przyjemności jazdy. Kierowca ma do dyspozycji trzy menu, przy pomocy których może spersonalizować swoje doznania za kierownicą: „Multi Sense”, „E Save” i absolutną nowość – „Agility Control”.

Na ekranie systemu multimedialnego doznania z jazdy można spersonalizować przy pomocy czterech trybów Multi Sense: Eco, Comfort, Sport i Snow. Ustawienia obejmujące cztery różne parametry: opór kierownicy, szybkość reakcji silnika i zwrotność układu jezdnego oferują różnorodne wrażenia zarówno w trakcie bardziej dynamicznej jazdy w trybie „Sport”, jak i podczas pokonywania dróg o niskiej przyczepności ze skuteczniejszym przeniesieniem siły napędowej w trybie „Snow”.

Przycisk EV Mode umieszczony na środkowym podłokietniku umożliwia wybór jednego z trzech trybów jazdy: Hybrydowego (domyślnie), elektrycznego (wymuszenie jazdy w trybie w 100% elektrycznym z mocą do 160 KM i maksymalną prędkością do 135 km/h) i E Save (utrzymywanie poziomu naładowania akumulatora na poziomie powyżej 25% dzięki wykorzystaniu silnika spalinowego jako generatora).

Menu „Dynamic Chassis” na ekranie systemu multimedialnego, dostępne wyłącznie w wersji Atelier Alpine, umożliwia kierowcy zmianę parametrów systemu 4Control Advanced, algorytmu amortyzacji i ESP w trzech trybach: Komfortowym (idealny do codziennych dojazdów, zwłaszcza w mieście), Dynamicznym (kompromis między zwrotnością a poziomem tłumienia drgań), Sportowym (utrzymanie toru jazdy i zapewnienie dużej przyjemności z jazdy).

Dzięki tym trzem trybom, łatwym do wybrania i w pełni zoptymalizowanym przez inżynierów Alpine Cars, kierowca ma pewność, że prowadzi Rafale E Tech 4x4 300 KM Atelier Alpine w najlepszej konfiguracji – wyjaśnia Romain Saulnier, odpowiedzialny za prace związane z parametrami użytkowymi.

Renault Rafale E Tech 4x4 300 KM oferuje wszystko, co najlepsze w silnikach elektrycznych i hybrydowych plug in. W codziennym użytkowaniu może funkcjonować na życzenie użytkownika jako samochód z napędem w 100% elektrycznym o zasięgu do 105 km (w cyklu WLTP dla pojazdów elektrycznych). Taki zasięg zachęca do systematycznego ładowania samochodu z gniazdka. W dłuższych trasach zużycie paliwa należy do najniższych na rynku (0,5 l/100 km z akumulatorem naładowanym do 100% pojemności i 5,8 l/100 km z rozładowanym akumulatorem w wersji esprit Alpine, dane według WLTP), co umożliwia przejechanie nawet do tysiąca kilometrów na jednym baku. Dynamika jazdy w trybie Sport okazuje się wybitnie efektywna, z przyspieszeniem od 80 do 120 km/h w 4 sekundy, co stanowi najlepszy poziom w segmencie SUV ów, w tym klasy premium.

Silnik E Tech 4x4 300 KM kryjący się pod maską Renault Rafale spełnił zatem oczekiwania i wyniósł na nowy poziom doskonałość techniczną systemu E Tech pod względem dynamiki, sportowego charakteru i efektywności.

Przy tworzeniu układu napędowego E Tech 4x4 300 KM naszym celem był Księżyc, a dotarliśmy na Marsa – podsumował Nicolas Fremau.