Mercedes-AMG, la tecnica dei veicoli ibridi E Performance

Mercedes-AMG ha svelato nuovi dettagli della sua strategia legata ai propulsori per i veicoli ibridi Performance e per i modelli con trazione elettrica. Il lavoro di sviluppo è stato portato avanti anche grazie alla stretta collaborazione con il mondo della Formula 1 grazie a Mercedes-AMG High Performance Powertrains (HPP) e al team team di F1 Mercedes-AMG Petronas. Tra i frutti di questa collaborazione, anche modelli particolarmente innovativi come l’hypercar Project ONE che porta sulla strada la tecnologia di propulsione ibrida della Formula 1.

LA STRATEGIA

La strategia poggia su due pilastri. Il primo riguarda l’offerta di veicoli ibridi Perfomance attraverso un concept di propulsione “E Performance“. Il secondo è costituito dai modelli AMG con trazione elettrica che poggiano sulla nuova piattaforma EVA che è già utilizzata, per esempio, sulla nuova EQS. Il tutto, offrendo sempre il massimo piacere di guida che da sempre contraddistingue le vetture AMG. Philipp Schiemer, Presidente del Consiglio di amministrazione di Mercedes-AMG, commenta:

Con la nostra nuova strategia di sistemi di propulsione, proiettiamo il nostro tipico DNA in un futuro elettrificato. I nostri veicoli ibridi Performance, completamente sviluppati ad Affalterbach, arriveranno perfino a superare la dinamica di marcia dei nostri attuali modelli, dimostrandosi così assolutamente all’altezza della nostra nuova etichetta tecnologica E PERFORMANCE. Anche con i derivati puramente elettrici sulla base dei modelli Mercedes-EQ, come Mercedes-AMG, proseguiremo con l’elettrificazione della nostra gamma. Così facendo, ci rivolgeremo a nuovi target che potranno vedere Mercedes-AMG come il marchio Luxury Performance del XXI Secolo.

L’idea di AMG è quella di sviluppare un propulsore elettrificato Plug-in in grado di esaltare la Driving Performance tipica del marchio, offrendo sempre la massima efficienza. Infatti, grazie al motore elettrico supplementare è stato possibile anche ridurre consumi ed emissioni. L’elettrificazione, grazie alla potenza aggiuntiva dell’unità elettrica, permette di mantenere o di superare, in futuro, l’attuale livello di prestazioni dei modelli AMG anche utilizzando motori a combustione interna di cilindrata inferiore.

Nello specifico, il concept del motore AMG abbina il motore endotermico a 8 o a 4 cilindri ad un’unità elettrica alimentata da una batteria sviluppata ad Affalterbach. La trazione è integrale AMG Performance 4MATIC+ con ripartizione della coppia totalmente variabile. Il propulsore elettrico in grado di erogare sino a 150 kW con 320 Nm di coppia, è collocato sull’asse posteriore e dispone di un cambio a due rapporti ad innesto elettrico oltre ad un differenziale autobloccante a gestione elettronica. L’accumulatore è alloggiato sopra l’asse posteriore. Si tratta di un’architettura che porta diversi vantaggi soprattutto sulle vetture sportive e i modelli Perfomance.

Il concept AMG assicura inoltre un rendimento molto elevato durante il recupero di energia. Il cambio a due velocità automatizzato sull’asse posteriore, permette di ottimizzare la guida, enfatizzando lo spunto o l’efficienza. Un attuatore elettrico inserisce la seconda marcia al più tardi a circa 140 km/h.

I sistemi ibridi V8 di 4 litri AMG Performance potranno disporre di oltre 600 kW di potenza con più di 1.000 Nm di coppia. A seconda del veicolo sarà possibile ottenere un’accelerazione da 0 a 100 km/h in meno di 3 secondi. Affinché i prodotti futuri possano tenere conto dei mutamenti delle esigenze del mercato e della clientela, per il momento non è ancora stata stabilita una configurazione definitiva della motorizzazione e delle prestazioni.

BATTERIE

Lo sviluppo della batteria destinata ai modelli ibridi Perfomance è iniziato nel 2016, partendo dalle esperienze fatte in Formula 1. L’accumulatore è stato progettato per soddisfare alcuni requisiti: potenza elevata frequentemente disponibile, peso contenuto e un recupero rapido di energia. Per ottimizzarne il funzionamento, dispone di un sistema per la gestione termica estremamente avanzato: il raffreddamento diretto delle celle della batteria.

Nella batteria AMG da 400 V, le 560 celle sono raffreddate singolarmente. Infatti, sono costantemente circondate da un fluido di raffreddamento basato su un liquido non conduttore di elettricità.

Per il raffreddamento diretto, gli specialisti AMG hanno dovuto sviluppare nuovi moduli di raffreddamento con uno spessore di pochi millimetri. Con l’ausilio di una pompa elettrica ad alte prestazioni sviluppata internamente, circa 14 litri di liquido di raffreddamento circolano dall’alto verso il basso in tutta la batteria, passando accanto a ogni cella e attraversando anche uno scambiatore di calore applicato direttamente sulla batteria. Quest’ultimo convoglia il calore in uno dei due circuiti a bassa temperatura (BT) del veicolo e da qui verso il radiatore BT sul frontale della vettura, che infine cede il calore all’aria ambiente. Il sistema è quindi configurato in modo tale da garantire una diffusione uniforme del calore nella batteria.

In questo modo, l’accumulatore rimane sempre in una fascia di temperatura uniforme e ottimale di 45 gradi a prescindere dal suo utilizzo. Un risultato che secondo AMG non è possibile ottenere utilizzando i tradizionali sistemi di climatizzazione delle batterie. Sul banco di prova, i prototipi della batteria hanno già superato senza problemi innumerevoli test chilometrici. AMG ha fornito un po’ di numeri.

Mercedes-AMG partirà con la variante denominata internamente HPB80 da 6,1 kWh di capacità, 70 kW di potenza continuativa e 150 kW di potenza di picco per dieci secondi. L’accumulatore pesa 89 chilogrammi e raggiunge quindi una densità di potenza di 1,7 kW/kg. Considerata la scalabilità della batteria, AMG ipotizza anche ulteriori stadi di sviluppo (maggiore capacità). A tale scopo è in corso un’attenta valutazione delle esigenze per ciascun segmento.

Il recupero dell’energia è selezionabile su 4 livelli premendo il tasto destro sul volante AMG. Si va dal Livello 0 quando il veicolo si comporta come se fosse dotato di un normale motore endotermico, sino al Livello 3 che permette una guida “one pedal" con un recupero di energia che arriva sino a 90 kW.

MODALITÀ DI GUIDA

I modelli Plug-in potranno disporre delle modalità di guida “Electric", “Comfort", “Sport", “Sport+", “RACE" e “Individual". Sarà quindi possibile puntare sull’efficienza di marcia o sulle prestazioni. I programmi di marcia consentono di regolare parametri importanti come il tempo di risposta del motore e del cambio, lo sterzo e l’ammortizzazione. I programmi si selezionano con la levetta nella consolle centrale o con i tasti al volante AMG e vengono visualizzati nella strumentazione oppure sul display multimediale.

In genere, la vettura ibrida Performance parte silenziosamente (“Silent Mode") nella modalità “Comfort" con l’inserimento del motore elettrico. La trazione ibrida offre ulteriori vantaggi anche per la regolazione della dinamica di marcia. Invece di un’azione frenante dell’ESP, il motore elettrico può regolare la trazione non appena viene segnalato l’eccessivo slittamento di una ruota.

In questo modo l’ESP non deve necessariamente intervenire, oppure lo fa solo in un secondo tempo. Il vantaggio: il motore a combustione interna può quindi funzionare con una coppia più elevata, con un conseguente miglioramento non solo dell’agilità, ma anche dell’efficienza. Inoltre la potenza altrimenti “dissipata” in frenata si può sfruttare per la ricarica della batteria.

Nelle vetture ibride AMG Performance è integrata anche la regolazione della dinamica di marcia AMG DYNAMICS, che influisce sulle strategie di regolazione dell’ESP, della trazione integrale e del differenziale autobloccante a gestione elettronica.

MOTORI 4 CILINDRI

Oltre allo sviluppo dei motori ibridi Performance a 8 cilindri, si sta lavorando sulle vetture ibride Performance AMG abbinate al motore turbo a quattro cilindri AMG. Si tratta del 2 litri M 139 che sarà rivisto e ulteriormente potenziato. La principale innovazione è tuttavia il turbocompressore a gas di scarico elettrico, realizzato per la prima volta su un veicolo di serie. Questa tecnologia deriva direttamente dalla Formula 1, dove viene definita come MGU-H (Motor Generator Unit Heat). Tale soluzione è presente pure sulla hypercar Mercedes-AMG Project ONE. Ecco come funziona.

Direttamente sull’albero del turbocompressore a gas di scarico (albero turbina) tra la girante della turbina sul lato di scarico e la girante del compressore sul lato di aspirazione dell’aria esterna è integrato un sottile motore elettrico dello spessore di circa quattro centimetri. Quest’ultimo, comandato elettronicamente, aziona direttamente l’albero del turbocompressore a gas di scarico e pertanto fa accelerare la girante del compressore prima che il flusso dei gas di scarico subentri nella funzione di azionamento. L’elettrificazione del turbocompressore a gas di scarico migliora il tempo di risposta direttamente a partire dal numero di giri al minimo e in misura notevole per tutta la gamma di regime. Di conseguenza il motore a combustione interna reagisce in modo ancora più diretto ai comandi del pedale dell’acceleratore, rendendo la sensazione di guida nel complesso molto più dinamica e agile.

Il turbocompressore a gas di scarico è alimentato dalla rete di bordo da 400 V e raggiunge regimi anche di 156.000 giri/min. Nella versione ibrida Performance a quattro cilindri è possibile abbinare il motore turbo AMG da 2,0 litri con più di 330 kW di potenza (con turbocompressore a gas di scarico elettrico) a un motore elettrico con una potenza massima di 150 kW. I valori complessivi di potenza e di coppia permettono ai futuri modelli AMG di ottenere prestazioni ancora superiori a quelli di attuali vetture paragonabili con motore V8 senza trazione ibrida. Si parla di oltre 480 kW complessivi. Saranno disponibili all’interno delle nuove Classe C AMG.

Le versioni ibride Performance a quattro e otto cilindri saranno dotate anche di un alternatore-starter azionato a cinghia (RSG) che riunisce l’alternatore e il motorino di avviamento in un unico componente ed eroga 10 kW. Lo scopo è avviare il motore a combustione interna e garantire l’alimentazione di base di elementi come climatizzatore o luci di marcia, ad esempio quando la vettura è ferma al semaforo e il livello di carica della batteria ad alto voltaggio non è più sufficiente per supportare la rete di bordo a basso voltaggio. Mercedes-AMG sta sviluppando anche vetture Performance con trazione esclusivamente elettrica che dovrebbero iniziare ad arrivare sul mercato entro quest’anno.

I prototipi mostrano prestazioni complessive al livello dei modelli Mercedes-AMG Performance più potenti con l’attuale biturbo V8 da 4,0-litri. Lo scatto da 0 a 100 km/h, a seconda della potenza e del veicolo, richiede un tempo inferiore a 4 secondi. La velocità massima raggiunge i 250 km/h.