Oto jak Volkswagen zdołał zredukować zużycie paliwa w ID.Polo niemal o połowę.

Inżynierowie stojący za tym ultraeffektywnym konceptem opowiadają nam o powstaniu prototypu oraz o sposobach na zmniejszenie zużycia paliwa.

Ustanowiła trzy rekordy efektywności… i może dążyć do kolejnych. Volkswagen Mission Efficiency osiągnęła zużycie energii elektrycznej na poziomie 7,51 kWh/100 km podczas pierwszej trasy drogowej, odbytej tego lata pomiędzy Wolfsburgiem (Niemcy) a Wiedniem (Austria). Ten pojazd eksperymentalny, w dużej mierze zbudowany na elementach nowego Volkswagen ID.Polo – któremu towarzyszy w jego pierwszych komercyjnych dostępach – szczególną uwagę poświęca aerodynamice.

Poznaj także

Mission Efficiency: Volkswagen pobija rekord niezwykłego zużycia dzięki technologii ID.Polo

0,158 Cx

To pierwszy taki rekord dla pojazdu „zatwierdzonego do użytku drogowego” według Rekord-Institut für Deutschland (RID), niemieckiego konkurenta słynnego Guinness World Records. Współczynnik oporu powietrza (Cx), kluczowy dla efektywności pojazdu elektrycznego, wynosi tutaj 0,158.

Kilka wartości Cx z dzisiaj

Volkswagen Mission Efficiency (koncept): 0,158

Mercedes Vision EQXX (koncept): 0,17

Forthing Xinghai S7 (seria): 0,191

Xiaomi SU7 (seria): 0,195

Lucid Air (seria): 0,197

Mercedes EQS (seria): 0,20

Hyundai Ioniq 6 (seria): 0,21

Tesla Model 3 (seria): 0,219

Geely Galaxy TT (seria): 0,22

Volkswagen ID.Polo (seria): 0,26

Różnica jest widoczna od pierwszego spojrzenia. Przód jest zaokrąglony, powierzchnie gładkie, a profil maksymalnie przypomina kroplę wody – idealną formę w mechanice płynów (Cx: 0,045).

Ponadto zmniejszona kabina oraz obniżony dach przyczyniają się do zmniejszenia powierzchni czołowej. W tym modelu wynosi ona 2,08 m² w porównaniu z 2,33 m² u ID.Polo. Wartość SCx, uzyskiwana przez pomnożenie Cx przez powierzchnię, wynosi 0,328. Ten mały samochód miejski osiąga wartość 0,615 (co wskazuje na dokładną wartość Cx wynoszącą 0,264…).

Rozmiary Volkswagena Mission Efficiency:

Długość: 4,77 m

Szerokość: 1,74 m

Wysokość: 1,39 m

Rozstaw osi: 2,70 m

Ale poza tym widać inne subtelności, które przynoszą dodatkowe kilka setnych punktów Cx w rzeczywistych warunkach. Spójrzcie na samochód z przodu – zobaczycie trzy otwory. Przepusty otwierają się i zamykają w zależności od potrzeb chłodzenia. Sven Lange, aerodynamik i jeden z autorów projektu, wyjaśnia mi więcej: „Podczas jazdy używaliśmy głównie małych bocznych otworów. Centralny przepust został otwarty tylko po to, by zapewnić chłodzenie podczas ładowania”. Optymalizuje się więc w zależności od sytuacji.

Spójrz ponownie na samochód z przodu. Zobaczysz dwa wypukłości przed przednimi kołami, które umożliwiają odchylenie strumienia. To eleganckie rozwiązanie, ale nie tak łatwe do zastosowania w codziennym pojeździe. „Tutaj mamy tylko jeden typ opon i jeden typ felgi – wyjaśnia Sven Lange. W samochodzie takim jak ID.Polo są one różne. Tutaj mogliśmy więc dostosować kształt indywidualnie, co jest trudniejsze w produkcji seryjnej”. W tym pojazdzie eksperymentalnym pracownicy pozwolili sobie na niewielki zasięg nad ziemią z przodu, kąt ataku nieprzyjazny chodnikom lub bardzo małą odległość między oponami a kółkami.

Mówiąc o szkodliwym wpływie kół, zaznaczamy, że opony to modele Continental pochodzące od serii EcoContact 7 z katalogu, o zaokrąglonych bokach, co sprzyja lepszemu przenikaniu powietrza. Koła pełne zmniejszają również kilka „punktów”, jak to określają specjaliści od aerodynamiki (milionowe części punktu), wartości Cx. Z tyłu są one specjalnie kształtowane, aby ograniczyć ich wpływ.

A co z lusterkami? XL1 – samochód o optymalnej aerodynamice od VW z lat 2010 – był wyposażony w kamery, aby pozbyć się tych nieprzyjemnych zakłócających przepływ powietrza elementów. Sven Lange tłumaczy konieczność ich pominięcia: „Po pierwsze, chcieliśmy użyć elementów pochodzących z serii. Po drugie, kamera i tak ma wpływ na aerodynamikę, ponieważ musi być umieszczona na długich podporach z powodów homologacyjnych. To kosztuje około 5 punktów (czyli 0,005 Cx), podczas gdy tradycyjne lusterka kosztują 6 punktów (0,006 Cx). Trzeba też umieścić w środku ekrany, które zużywają energię. Poza tym tradycyjne lusterko jest o wiele wygodniejsze dla kierowcy”.

Niemniej VW zainstalowało kilka dodatków, takich jak panele słoneczne o mocy 370 watów na dachu. Teoretycznie, w zależności od warunków pogodowych, mogą zapewnić około trzydziestu kilometrów zasięgu.

Zamiast tego marka zrezygnowała z nadmiernie skomplikowanych mechanizmów, takich jak science-fictionowe silniki plazmowe. Taki urządzenie również wymaga energii, powiedział mi dobrze zorientowany w temacie ekspert… Zresztą możliwość codziennego używania samochodu w rzeczywistych warunkach była jednym z priorytetów projektantów. „To nie jest czysty pomysł inżynierski, to także samochód, który musi być praktyczny”, dodaje Sven Lange.

Nie tak daleko od wersji seryjnej

Zobaczmy to na miejscu. Pozioma, naturalna pozycja kierowcy, wąski i wypukły przedni szybę, bliskość z pasażerem… Sportowy klimat przypomina XL1, ale przestrzeń jest jednak znacznie większa. Pojawia się też wrażenie déjà vu. Naprzeciwko nas znajduje się kapacytatywny kierownica z ID.Polo. Widać też mały zestaw wskaźników pochodzący z dawnych modeli ID.3. Centralny ekran to odłączalna tabletka, którą można położyć na kolanach podczas ładowania. A dlaczego nie?

Aby usiąść na tylnych siedzeniach, trzeba skorzystać z metod (tak chwalonych na YouTube) taichi-chuan. Chociaż przestrzeń na kolana jest zaskakująco przyzwoita, wysokość nad dachem jest oczywiście ograniczona. Gruby oparcie na poziomie pleców służy bardziej estetyce niż ergonomii. To nadal tylko koncept.

Przejdźmy do bagażnika. Przestrzeń jest wąska i głęboka, ale pojemność jest więcej niż wystarczająca (481 litrów). Inżynierowie pomyśleli również o dodatkowych schowkach o pojemności około dwudziestu litrów za tylnymi kołami… Tam też jest ciasno. Jest to oczywiście konsekwencja „wąskiego” tylnego osi – skróconego o 17 cm – w celu zmniejszenia szerokości pojazdu. Chodziło o przybliżenie się do kształtu kropli wymaganego przez mechanikę płynów. „To była jedna z największych wyzwań podczas fazy projektowania”, przyznaje inżynier. Osi standardowego ID.Polo znajdowała się bowiem nieco zbyt nisko, aby uzyskać idealnie wyprofilowany podwozie wznoszące się stopniowo ku dziobowi, o którym marzono w tunelu aerodynamicznym. Sprężyny i amortyzatory zostały przesunięte.

Części ID.Polo

80 % elementów modelu Mission Efficiency pochodzi z serii i platformy MEB+ pojazdu ID.Polo. Dążenie do realizmu (a zapewne także ograniczone zasoby) skłoniło na przykład VW do ograniczenia użycia egzotycznych materiałów. Tylko część skrzydeł, drzwi lub maski została wykonana z kompozytów. Według naszych informacji samochód ważyłby w ten sposób około 1 600 kg, co stanowi dwukrotność masy modelu XL1.

To kolejny dowód na to, że opór powietrza ma większe znaczenie niż masa w bilansie energetycznym pojazdu elektrycznego, szczególnie przy wysokich prędkościach. Przykład podano dla sedana ID.7 – jeśli obniży się wartość Cx o 0,001, zasięg wzrasta o 1,2 km. Aby osiągnąć ten sam efekt poprzez zmianę masy, trzeba by usunąć 9 kg. Efekt ten jest szczególnie wyraźny przy prędkościach autostradowych; VW podaje tu wzrost efektywności o 30% przy prędkościach powyżej 80 km/h. Innymi słowy, zużycie energii jest podobne w przypadku ID.Polo jadącego z prędkością 100 km/h oraz Mission Efficiency jadącej z prędkością 140 km/h.

Cały układ napędowy pochodzi z ID.Polo. Składa się on między innymi z nowego silnika APP290 umieszczonego z przodu, tak jak w modelu miejskim. W tym przypadku jest to wersja o mocy 135 KM.

Dane techniczne:

Płytforma: MEB+ napęd przedni

Bateria: 54,9 kWh (netto)

Budowa: nikel-mangan-kobalt (NMC)

Przepustowość ładowania: 105 kW

Moc: 135 KM

0-100 km/h: 9,0 s.

Maksymalna prędkość: 160 km/h

Zastosowano również domowy konwerter częstotliwości wykorzystujący półprzewodniki z krzemu węglowego (SiC), które znajdują się również w wersji seryjnej samochodu. Te droższe „tranzystory” pozwalają na znaczne zwiększenie efektywności. Szacunki wskazują na różnicę od 5 do 10%. Do zestawu dodano akumulator z komórkami pryzmatycznymi zwany „Unified Cell”. Komórki niklu-manganu-kobaltu (NMC) oraz system zarządzania są takie same, ale istnieje różnica – pojemność wynosi tutaj 54,9 kWh w porównaniu do 52 kWh w modelu ID.Polo.

W rzeczywistości zredukowano bufor oddzielający pojemność brutto od pojemności netto. „To jedyna elastyczność, na którą się zdecydowaliśmy”, wyjaśnia Jannis Springer, jeden z kierowników działu innowacji w VW. „Dzięki temu mogliśmy mieć pewność, że dotrzemy do Wiednia z pełnym zasobem energii. Choć ostatecznie okazało się to niepotrzebne”.

Prototyp rzeczywiście dotarł nad Dunaj z 164 km zasięgu pozostałego po jedynym planowanym ładowaniu. Te trzy kilowatogodziny nie miały istotnego wpływu.

Dwa i pół roku rozwoju

VW dążył do zużycia poniżej 10 kWh/100 km. Jednak na początku prac nad projektem – rozpoczętych w grudniu 2023 roku – symulacje nie były tak dokładne. Sven Lange powiedział: „Dużo korzystaliśmy z oprogramowania CFD (Computational Fluid Dynamics), używając około 300 różnych modeli. Myślę, że spędziliśmy też od 100 do 150 godzin w tunelu aerodynamicznym”.

Jannis Springer: „W ciągu ostatnich miesięcy, w miarę jak pojazd nabierał bardziej konkretnych kształtów, mieliśmy pewność, że możemy osiągnąć postawione cele. Prawdziwa możliwość ich realizacji stała się oczywista dopiero w ostatnich tygodniach”.

Trzy rekordy zatwierdzone przez Rekord-Institut für Deutschland (RID):

Cx dla pojazdu homologowanego: 0,158

Spalanie w idealnych warunkach na torze: 6,48 kWh/100 km (klimatyzacja wyłączona, równa trasa, stała prędkość)

Spalanie na drodze dla danej kategorii: 6,89 kWh/100 km (7,51 kWh z uwzględnieniem strat podczas ładowania)

Czytaj także

Próba Volkswagen ID.Polo: uniwersalny samochód miejski… naprawdę tak uniwersalny?

Celem Misji Efektywności było również zbliżenie się, a nawet przełamanie niektórych rekordów ustanowionych w ostatnich latach. Jednym z nich było spalanie osiągnięte tego lata przez Geely Galaxy TT na dużych wysokościach w Chinach. Innym celem był koncept Vision EQXX marki Mercedes. Choć czasami ostre rywalizacje między producentami mogą doprowadzić nas na drogę efektywności…