»Pri vsakodnevni vožnji električnih avtomobilov je aerodinamični upor glavni dejavnik voznega upora. Tudi pri vožnji Audija e-tron Sportback v skladu s standardnim ciklom, opredeljenem v svetovnem harmoniziranem testnem postopku za lahka vozila (World Harmonized Light-Duty Vehicles Test Procedure, WLTP) je vozni upor odgovoren za nekaj več kot 40 odstotkov porabe. To primerjajte z dejavnikom pospeševanja teže vozila, ki predstavlja nekaj manj kot 20 odstotkov porabe v tem ciklu. V avtomobilu, kot je Audi e-tron Sportback, ki se ponaša z zelo dobrim koeficientom zračnega upora (vrednost Cd), je aerodinamični upor glavni dejavnik upora pri vožnji s hitrostjo približno 80 kilometrov na uro. Pri potovanju po regionalni cesti s hitrostjo 100 kilometrov na uro aerodinamični upor predstavlja več kot 60 odstotkov celotnega voznega upora. Pri vožnji na avtocesti s konstantno hitrostjo 140 kilometrov na uro se aerodinamični upor približno podvoji in porabo poveča za nekaj več kot 60 odstotkov. Z znižanjem hitrosti iz 140 na 120 kilometrov na uro voznik pri vožnji na dolge razdalje pridobi dobrih 60 kilometrov samo zaradi zmanjšanega aerodinamičnega upora. Električna vozila lahko v praksi zaradi baterij s sabo vozijo manj energije kot običajna vozila z rezervoarjem za gorivo. Zato je varčnost z električno energijo še posebej pomembna, inženirje pa spodbuja k temu, da vsa Audijeva vozila e-tron oblikujemo čim bolj aerodinamično.
Pri aerodinamiki avtomobilov gre za to, kako se pretok zraka upočasni in meša, ko naleti na oviro. Trik je doseči, da se zrak popolnoma prilagodi obliki vozila in se usmeri okoli ali pa skozi vozilo (rdeče=hiter tok, modro=počasen tok).
Dr. Moni Islam v Audiju dela od leta 2001. Po različnih položajih v podjetju je v letu 2012 prevzel odgovornost za razvoj aerodinamike/aeroakustike.
Iz vzorca zračnega toka na zadnjem delu vozila se lahko razbere, kako se da zmanjšati koeficient upora.
Preusmerjeni tok od zgoraj in spodaj se združi na zadnjem delu avtomobila v brazdi, kot imenujemo ta pojav. Ta naj bo čim bolj kompaktna in gladka.
»Ne smemo pa pozabiti, da imajo električna vozila pri oblikovanju učinkovite aerodinamike izrazite prednosti. Zaradi baterije in odsotnosti izpušnega sistema smo na primer lahko ustvarili zaprto in zelo gladko podvozje od sprednjega dela do zadka vozila. S kolegi, ki delajo na razvoju podvozja, smo si ves čas izmenjevali rešitve, da smo dosegli, da so vsi glavni deli osi ostali skriti pod podnimi ploščami. Vse – vključno s tunelom, rezervoarjem za gorivo in izpušnim sistemom –, kar povzroča zračno vrtinčasto sled okoli avtomobilov z motorji z notranjim zgorevanjem, pri električnih vozilih ne obstaja v enaki obliki. Za aerodinamiko je to izjemen plus. Še več, električni motor je veliko bolj učinkovit kot motor z notranjim zgorevanjem. Ne samo, da sprošča manj toplote v okolje, ampak potrebuje tudi precej manj hlajenja. Zato lahko razvijemo koncepte toplotnega upravljanja, ki koristijo aerodinamiki. Primer so aktivne vstopne reže na enodelnem okvirju mreže hladilnika naših modelov e-tron. Elektronski sistem rež na vsakem od obeh odprtin za zrak se lahko samodejno odpre ali zapre, odvisno od stopnje hlajenja, ki ga zahteva vozilo. Aerodinamični inženirji radi govorimo, da morajo reže ostati zaprte, tako da tok zraka ne gre skozi avto in ne povzroča izgub. Namesto tega naj gre zračni tok nad in pod vozilom. Toda nadzorni sistem se mora odzivati tudi na druge potrebe, na primer, ko želijo potniki prilagoditi klimatsko napravo. Takrat se lopute odprejo. Kljub temu naše visoko inteligentno upravljanje s toploto zagotavlja, da so reže večji del voznega cikla zaprte in s tem znižajo vrednost Cd.«
»Pogosto razmišljamo o koeficientu upora kot o dejavniku, ki odloča o obliki aerodinamike. Seveda pri razvoju modelov vedno lovimo boljšo vrednost koeficienta zračnega upora za svoja vozila. Naš e-tron ima s svojimi navideznimi zunanjimi ogledali Cd vrednost 0,27, kar je ena najboljših na trgu za segment SUV. Številni trenutno dostopni športni terenci imajo te vrednosti višje. Zato smo še posebej ponosni, da smo na polnokrvnem terencu dosegli tako izjemno vrednost. Audi e-tron Sportback pa ima še boljši koeficient zračnega upora, le 0,25, po zaslugi poenostavljene osnovne silhuete.
Ali torej obstaja omejitev, do kje lahko zmanjšamo vrednost Cd? Po mojem mnenju oblikovanje serijskega avtomobila, ki je hkrati praktično vozilo za vsak dan in privlačen za kupce, s koeficientom zračnega upora pod 0,20 v bližnji prihodnosti ne bo mogoče. Avtomobilsko inženirstvo na koncu vendarle omejujejo zakoni fizike. V naravi je veliko navdihujočih primerov optimalnega pretoka tokov. Ni presenetljivo, da so milijoni let evolucije vodili do čudovito oblikovanih teles za gibanje po zraku ali vodi z najmanjšim uporom. V študijah primerov iz narave najdemo pingvine z vrednostjo Cd 0,07, zaradi posebnih površinskih učinkov in dinamičnih sprememb oblike telesa med gibanjem pa so včasih še nižje. Pri razvoju vozil v praksi lahko te naravne pojave izkoristimo v omejenem obsegu. Navsezadnje avtomobil deluje drugače kot pingvin. Čeprav aerodinamični inženirji sanjajo o vozilu, ki je v osnovi oblikovano kot morski pes, je resničnost taka, da pri našem delu oblika sledi funkciji, to pomeni, da je vse v optimizaciji. In ne pozabimo: funkcije določajo potrebe naših strank. Če želi kupec čim bolje izkoristiti prostor v prtljažniku, ne moremo kar naprej spuščati strehe in omejevati zadka, tudi če to izboljša aerodinamiko.«
»Eden ciljev aerodinamičnih inženirjev je, da najdemo inovativne tehnične detajle, ki dajejo oblikovalcem več kreativnih možnosti. To je najlažje, če sodelujemo pri reševanju določenih težav. Pri razvoju aerodinamičnih detajlov vozila delamo od sprednjega proti zadnjemu delu vozila. Konec koncev, če naredimo napako s pretokom zraka spredaj, ga zadaj običajno ne moremo več popraviti.«
»Zrak prihaja na sprednji del vozila, potem se premika zgoraj, spodaj in ob straneh proti zadnjemu delu. Zagotoviti, da tok teče čim bolj gladko ob straneh, je umetnost zase. Kratki previsi, s katerimi naši oblikovalci naredijo električna vozila tako privlačna, so za aerodinamične inženirje res velik izziv. Pustijo nam zelo malo prostora za preusmerjanje zraka ob straneh, potem ko spredaj zadane z veliko hitrostjo. Zato delamo z zračnimi zavesami ob boku sprednjega dela avtomobila. Te odprtine za zrak so kot lopatice, ki v bistvu lovijo zrak spredaj, ga hitro preusmerijo navznoter in držijo blizu telesa vozila, preden ga usmerijo proti loku koles. Brez zračnih zaves bi vozilo imelo širšo površino za zrak, kar bi povečalo koeficient upora.«
»Morda se sliši trivialno, vendar lahko s kanalom odvajanja vode na A-stebričku zgladimo površino in močno optimiziramo pretok s sprednje strani vzdolž loka A-stebrička. Brez tega bi ob udarcu pretoka zraka na zunanje ogledalo prihajalo do precejšnjih aerodinamičnih izgub. To je pravi aerodinamični izziv. Konvencionalno zunanje ogledalo drastično spremeni tok in vpliva na pretok zraka še daleč za vozilom. Zato sem zelo zadovoljen, da pri naših modelih e-tron kot dodatno opremo ponujamo virtualna zunanja ogledala. Cikel WLTP kaže, da njihov vpliv na koeficient zračnega upora izboljša doseg za približno 2,5 kilometra v primerjavi z običajnimi zunanjimi ogledali. To izboljšanje je še bolj izrazito na podeželskih cestah in avtocestah.«
»Naši oblikovalci prehod od strani na zadnji del vozila radi lepo zakrožijo. Vendar je to v aerodinamičnem smislu pravi izziv, ker zračni tok v resnici ne ve, kje bi se moral ločiti. Krivulja vedno povzroči večjo nestabilnost. Včasih se zračni tok loči na enem mestu, včasih na drugem, kar ima za posledico slabo aerodinamiko. Seveda pa ne moremo oblikovati Audija z ostrim zadkom. Namesto tega v zadnje luči vgradimo robove, ki so potrebni za zagotovitev gladkega pretoka zraka - sledijo enakim obrisom kot notranja grafika luči. To ohranja harmoničen videz zunanjosti in preprečuje neprijetno lomljenje svetlobe. Ti ločilni robovi na zadnjih lučeh so odličen primer, kako sodelujemo z oblikovalci za optimizacijo inovacij na modelu v vetrovniku.«
»Oblikovalcem vedno rečem, naj prednji del vozila naredijo zaobljen, zadnji pa oglat. Žal običajno počnejo obratno, je pa za aerodinamične inženirje zadnji del najpomembnejši. Za vozilom se tvori območje nizkega tlaka. Ta negativni tlak sesa avto nazaj in tako ustvarja odpor. Naša naloga je, da je območje podtlaka na zadnjem delu vozila čim manjše in kompaktnejše. Zato poskušamo vse funkcije zadaj oblikovati tako, da bodo čim ožje in manjše: majhna razdalja med zadnjimi kolesi, majhna vdolbina platišč, vitek prtljažni prostor. Z zadnjimi ali strešnimi spojlerji preusmerimo zračni tok tako, da se po prehodu nad in pod njim srečata za vozilom simetrično in na isti višini. Celo en spojler z razmeroma majhnim krilcem lahko resnično pozitivno vpliva na koeficient upora. Popravi smer pretoka navzdol in ohranja meje brazde zračnega toka čim bolj vzporedne, da se povežejo čim bližje zadnjemu delu vozila, kolikor jih lahko dosežemo. Komponente namestimo v bližini difuzorja, da opravljajo enako funkcijo na spodnjem delu. Pri Audijevem e-tronu celo uporabljamo majhen spojler na rezervnem kolesu pod avtomobilom, da zagotovimo, da se zrak odbije na točno tisto točko za vozilom, kjer se spusti zračni tok s strehe.«
»V novem modelu Audijevega e-trona, ki je bil predstavljen leta 2021, je na primer na spoju med okvirjem stranske plošče in zadnjimi vrati tesnilo. Že samo to tesnilo izboljša koeficient upora za pet tisočin. Morda mislite, da bi bila brez tega tesnila le majhna vrzel. Toda tlačna razmerja med bočnim in zadnjim delom avtomobila so tako ekstremna, da zrak potegne v spoj in takoj povzroči izgube. Uporaba tega tesnila pa izboljša koeficient zračnega upora za pet tisočin. V ciklu WLTP to pomeni približno tri kilometre dosega. Kot vidite, se tudi z najmanjšimi detajli naredi napredek.«
Opcijska virtualna zunanja ogledala pri Audi e-tronu so zelo aerodinamična. Cikel WLTP kaže, da njihov vpliv na koeficient zračnega upora doseg poveča za približno 2,5 kilometra v primerjavi z običajnimi zunanjimi ogledali.
Aerodinamični inženirji so uporabili različne vizualizacijske metode za analizo moči vrtinčenja v zračnem toku.
