达喀尔拉力赛的“物种进化”——奥迪RS Q e-tron

达喀尔拉力赛的“物种进化”——奥迪RS Q e-tron

一年一度的达喀尔拉力赛是全球最艰苦的拉力赛之一,车队、车手、赛车都在比赛中不断挑战极限。2022年,奥迪携电驱动赛车RS Q e-tron首次参赛,并且真正能够与传统燃油动力赛车一争高下,这不仅创造了电驱动赛车的又一个历史,更让达喀尔拉力赛迈入了一个新的纪元。

家喻户晓的达喀尔拉力赛,每年比赛期间都会受到全球5亿人以上的热切关注。当我们在电视机前看到赛车飞沙走壁而拍手称快时,殊不知车队和车手却是在全力以赴挣扎在精神和身体极限的边缘。真正懂达喀尔赛事的人才知道,比赛中的一较高下只是表象,“生存”才是其真正的游戏规则和意义所在。

每年6月左右,数百万头角马从坦桑尼亚的塞伦盖蒂保护区北上,终点是肯尼亚的马赛马拉国家公园,跋涉3000多公里寻找食物,上演地球上最壮观的动物大迁徙场面。当到达终点之后两三个月,由于气候的变化,角马远征大军将再次不辞辛苦的追寻青草返回塞伦盖蒂。但是,在迁徙途中,整个队伍不断面临狮子、豺狗、鳄鱼等天敌的威胁,在这数以百万计的迁徙队伍中,只有30%身强体壮的幸运者能够回到出发地,将优秀的基因延续下去。

而达喀尔拉力赛正是以动物的迁徙为理念之源,表达了人类对大自然生存法则的敬畏。严酷的环境、艰难的路线、匮乏的物资,就像是角马迁徙途中的豺狼虎豹,随时威胁着车手,考验着赛车和团队。在这个比赛中,只有拥有实力、运气,并深谙“生存法则”的人,才能受到胜利女神的眷顾。

本次达喀尔拉力赛,奥迪史无前例地采用了电驱动系统搭配高效能量转换器的RS Q e-tron赛车,从研发到参赛,只用了短短12个月。全新的团队、全新的赛车,奥迪出征达喀尔拉力赛就像人类首次登月一样充满未知。每日行驶赛段长达数百公里、松软的沙地造成巨大的行驶阻力、外部高温,以及赛规要求车重最低两吨起…… 就算以赛车运动的标准来看,达喀尔拉力赛也堪称苛刻。即便如此,奥迪的3辆RS Q e-tron赛车不仅全部完赛,达成了既定的目标,更取得了4个赛段冠军并14次登上领奖台,成绩斐然!奥迪的“运动基因”到底强大到什么程度,让它在首次“迁徙”中就能顽强生存下来呢?


创新、智能的供电系统


由于达喀尔拉力赛在沙漠中举行,赛车没有充电机会,现有电池技术无法实现满足达喀尔拉力赛要求的纯电动越野车。因此,奥迪选择了创新的充电方式:奥迪RS Q e-tron配置了用于德国房车大师赛(DTM)的高效TFSI发动机。能量转换器作为发动机的一部分,能够在车辆行驶途中为高压电池充电,充电功率高达220 kW。由于该内燃机主要运行范围为4,500至6,000 rpm这一高效率区间, 其燃耗将远低于200g/kWh。

同时,为满足电池容量、性能、操控及安全机制要求,奥迪RS Q e-tron采用久经验证的电池科技,其高压电池容量为52 kWh,可满足拉力赛各阶段最大的电量需求。含冷却介质的高压电池重量约为370 kg。项目工程师及电子技术员通过算法编程保证电池荷电状态(SoC),即剩余电量根据电量需求处于一定范围内。既定距离内,能量提取与电池充电之间始终保持平衡。


高效的能量回收系统


奥迪RS Q e-tron采用电动驱动系统,前轴和后轴均配备了奥迪运动为Formula E 2021赛季研发的奥迪e-tron FE07赛车同款电动发电机模组 (MGU),系统综合功率达到了288 kW。为实现最高能效,奥迪在沙漠中同样坚守勒芒耐力赛和电动方程式锦标赛中实践的原则:制动能量回收。

由液压制动功能及电力再生制动组成的复杂的智能制动系统(IBS), 控制前后轴的电机单元(MGU)将车轮转动的动能转化为电能,目的是实现最大程度地回收能量。得益于此种针对性设计,奥迪RS Q e-tron所用能量比对手更少,而能量回收效率又更高。比赛对能量转换器的油箱容积进行了限定,这也侧面证明了奥迪拉力赛车的高能效。


复杂的冷却系统


无论燃油赛车还是电动赛车,散热系统都是赛车正常运行的重要保障。在高温的沙漠中比赛,散热系统的设计更是难上加难。为保证拥有复杂技术且高负荷运转的系统完美工作,奥迪专门开发了精心设计的冷却系统。奥迪在复杂冷却技术方面经验丰富,搭载混动驱动系统的奥迪R18 e-tron quattro斩获三届勒芒24小时耐力赛冠军,加之奥迪在Formula E赛场上的丰富经验,极大地推动这一冷却系统的诞生。

然而,此次征战的目标截然不同:出征勒芒24小时耐力赛赛车的首要任务是尽可能地提高空气动力学效率,而征战沙漠的原型车关注的则是实现最佳散热。因此,奥迪RS Q e-tron赛车拥有多个冷却回路,包括:高压电池(HVB)低温回路、发电机模组(MGU)低温回路、转向助力与千斤顶回路、空调冷却回路、冷却剂和增压空气的双高温回路,专为最大负荷设计,以确保赛车始终保持适宜的温度。

高压电池使用了一种名为Novec的绝缘冷却剂,其低温回路散热器位于前车盖下方;三个MGU模组通过低温回路实现互联,通过车辆前端左侧散热器散热。对工程师而言,低温回路是极为特殊的挑战,由于温差小,40度的沙漠空气只能使60度的冷却剂略微冷却。

奥迪RS Q e-tron 的能量转换器设有带散热器的流体回路,TFSI发动机回路通过热交换器与该系统实现热连接。废气涡轮增压需要另一个冷却系统:压缩后的进气通过中冷器流入发动机。液体冷却器和增压空气冷却器并排位于后轴上方。车顶整流罩分隔两个散热器之间的气流。在困难赛段,如以低速穿过沙丘时,这种气流可能不足,出于这个原因,位于车尾的两个散热器后面都装有风扇,必要时可以排出热气。


极致的安全防护


越野赛车的风险在于对复杂的安全策略的考虑,从高压系统电气安全到事故中的最佳驾乘保护,奥迪的赛车开发团队实现了诸多突破。

奥迪 RS Q e-tron的保护及承重的基础架构是由金属材料制成的管式结构。奥迪选择了来自于航天工业的合金结构钢,既符合赛事规定的几何形状,也能达到所需的静态压力测试标准。此外,在结构内的驾驶舱由碳纤维壳体构成,该设计源自DTM和勒芒赛车。空间中使用了复合材料制成的面板,更好地保护驾驶者。这些部件由碳纤维复合材料 (CFRP) 和凯夫拉(Kevlar)等复合材料制成,在车身特定位置,加上抗撕裂的柴隆(Zylon)纤维材料,防止车身被锋利和尖锐物体刺穿。同样,这些材料可以保护驾乘人员免受高压电系统影响。

车辆底部的保护极其复杂,电驱动高压系统需要多重保护以实现高水平的安全保障。封装层位于车辆中央,其中包括碳纤维复合材料(CFRP)结构,辅以部分柴隆(Zylon)纤维材料加以增强。在越野运动中,车底是承受极限压力的总成部件,包括高达一米的颠簸、路面飞溅的石头、陡峭的斜坡大角。车辆最底层由一块铝板组成,实现抗硬物磨损。底板上方的泡沫能够吸收冲击力,并将冲击力分散到上方的夹层结构。

碳纤维夹层结构主要执行两个任务:第一是吸收从铝板上通过泡沫传递的表面载荷;第二是当超过表面载荷时,通过压碎泡沫来耗散能量。对压力进行控制能够有效保护上方高压电池和能量转换器油箱。若结构被过度损坏,在拉力赛露营地的夜间服务站可轻松更换总成。

RS Q e-tron是奥迪史上最精密复杂的赛车,也是奥迪赛车技术的集大成者。为了面对严苛的比赛环境,奥迪将DTM、Formula E、勒芒和越野拉力赛场上多年积累的技术和经验都运用在了这辆达喀尔赛车上。凭借在汽车运动赛场多年的积淀、完善的后勤保障团队以及豪华的车手阵容,奥迪的3辆赛车穿越24000公里茫茫沙漠全部完赛,并且斩获4个赛段冠军,累计14次登上领奖台,成绩优异。车手Mattias Ekström与其领航员Emil Bergkvist在吉达以第九名完赛,成为此次达喀尔拉力赛中表现最出色的奥迪车手。

没有亲历过达喀尔拉力赛的人,很难体会到它的艰难程度。从赛事开办以来,更是有众多追梦的勇士命陨赛场,凡是参加过比赛的人,都经历了灵魂的洗礼。前F1世界冠军阿隆索在第一次参赛时被问到是否能够冲击冠军,他表示这简直是异想天开,可见这场“迁徙”难于上青天。同样,作为车手强大后盾的车队,肩负了更大的责任,任何疏忽都可能导致不可挽回的结果。因此,我们可以想象奥迪为第一次参赛付出了多少努力,顶住了多少压力。奥迪在赛前曾谦虚的表示,能够完赛就是最大的胜利。而实际上,奥迪在本次比赛中取得的成绩并不是一份惊喜,而是在艰苦卓绝的付出后应得的回报。

在首次亮相竞技之后,奥迪作为领先的汽车品牌并没有满足现状,而是制定了夺取下一个达喀尔拉力赛全面胜利的宏伟目标。回到德国后,车队将进一步评估奥迪RS Q e-tron赛车,并将在各类赛事中反复磨练,持续优化。随着电动出行时代的到来,奥迪也迎来了越野拉力赛的新纪元。