TECNO: 4E PERFORMANCE DE SCHAEFFLER
Dotado de un motor eléctrico por rueda, el 4ePerformance de Schaeffler es capaz de reescribir las normas en lo referente a agilidad y estabilidad.
El SCHAEFFLER 4EPErformancE es el resultado de montar cuatro motores eléctricos de la segunda temporada de la Fórmula-E sobre el chasis de un Audi RS 3 del Touring Car Racing Championship o TCR. A priori, podría parecer un mero ejercicio publicitario de un gran fabricante de componentes como Schaeffler, que ha fijado su objetivo a medio plazo en el negocio de la movilidad eléctrica y está interesado en promover la imagen de su marca. Y en cierto modo, es exactamente eso: desde el punto de vista práctico, el 4ePerformance no cuenta con prácticamente nada que se pueda trasladar a la fabricación en serie. Es un chasis de competición atiborrado con un montón de componentes procedentes… de otra competición. Un experimento casi científico, muy alejado del mundo real. Y, aunque oficialmente también pretende “demostrar cómo se puede acercar la tecnología de la Fórmula-E a la calle”, cualquier espectador cruel podría calificarlo de juguete caro.
Entonces… ¿qué puede justificar el haber viajado hasta el remoto Driving Center Baden, en Baden-Baden, al suroerste de Alemania, para disfrutar de un copilotaje de apenas tres vueltas – en unas condiciones climatológicas, por cierto, pésimas– con Daniel Abt –piloto del equipo Audi de Fórmula-E– y charlar con los creadores del coche? Precisamente, la ciencia. Puede que el 4ePerformance esté alejado de la producción en serie… pero es el ejemplo perfecto de cómo serán, en el futuro, los coches eléctricos dotados de una dinámica sobresaliente.
La clave del 4ePerformance es que cuenta con un motor eléctrico por rueda. Eso se traduce en que Schaeffler puede controlar exactamente la cantidad de par que se aplica en cada neumático. Y eso significa que dispone del control vectorial de par más sofisticado posible, algo que nadie ha ofrecido hasta ahora… a excepción del ‘breve’ Mercedes-AMG SLS Electric Drive de 2013. Gracias a su vectorización de par, el 4ePerformance puede imitar la dinámica de un coche convencional, e ir más allá ofreciendo prestaciones imposibles para un coche equipado con un sistema de tracción convencional, incluso si se trata de un Audi dotado de Sport Differential, un Ford Focus RS con el sistema Twinster o el desaparecido Mitsubishi Lancer Evo con el legendario Super-Handling AWD.
CÓMO ES EL COCHE
Para comprender cómo funciona el 4ePerformance, contamos con la ayuda de Gregor Gruber, responsable de proyectos especiales de competición en Schaeffler. Pero antes de aventurarnos a descubrir cómo piensa el coche, conviene dedicar unas líneas a entender mejor su construcción.
Obviamente, el 4ePerformance es un coche eléctrico. Cuenta con una batería de 734 voltios de tensión, construida con celdas cilíndricas
Sony y refrigerada por agua. La batería está distribuida en dos módulos. El principal aloja dos tercios de las celdas y está montado tras los asientos delanteros. El secundario se encuentra bajo el capó delantero. Las celdas pesan unos 360 kilos, y el peso total de la batería es de 600 kilos; una cifra elevada a la que Schaeffler no ha prestado mucha atención: con la batería del 4ePerformance, las prioridades eran la rapidez de construcción, una entrega de potencia elevada y una construcción robusta y segura. La capacidad es de 64 kWh, y el reparto de las celdas en dos módulos consigue una distribución de masas del 50% sobre cada eje.
Cada rueda está accionada por un motor procedente de uno de los cuatro coches que compitieron en la segunda temporada –2015/2016– del equipo Schaeffler-ABT de Fórmula-E. Cada motor se acciona a la rueda a través de un tren de dos engranajes de dientes rectos, lo cual garantiza una sonoridad incom- parable e intimidante. Para reducir el peso, cada pareja de motores comparte un sistema de lubricación central. Se trata de una disposición mecánica que podría llegar a la serie.
Empujando al tiempo, los cuatro motores pueden entregar hasta 880 kW de potencia – o 1.180 CV– y producir hasta 150 kW de potencia en regeneración –frenando las ruedas–. La electrónica de control o inversor está integrada en cada uno de los motores, y utiliza transistores MOSFET de carburo de silicio, que funcionan a mayor frecuencia y resultan más rápidos, eficientes y ligeros que los convencionales basados en silicio; se trata de otra tecnología que se emplea actualmente en la competición y que es de esperar que llegue tarde o temprano a los eléctricos de serie.
Cada uno de estos motores puede pasar de entregar el máximo par de tracción a ofrecer la máxima retención en 1,5 milisegundos. Como curiosidad, al estar montados en posición transversal y enfrentados, los motores de un lado giran en sentido opuesto a los del otro. Tanto los motores como los inversores los fabrica una filial de Schaeffler: Compact Dynamics.
El cerebro del sistema es un ordenador totalmente programable que fabrica y vende Schaeffler Engineering a multitud de fabricantes para la construcción de prototipos. Tiene el tamaño de una consola de videojuegos grande, y cuesta alrededor de 30.000 euros.
Los sensores principales son dos acelerómetros, los de giro de las ruedas –similares a los del ABS–, el de giro del volante y los de extensión y compresión de la suspensión –a partir de cuya información se deduce la carga sobre cada neumático en cada instante–. Además, hay un sensor ‘estrella’: un Correvit óptico montado en la zona de los pies del pasajero delantero. Este sensor analiza el movimiento del suelo bajo el coche mediante imágenes y proporciona una indicación exacta – con una precisión de milí-
metros– sobre hacia dónde y a qué velocidad se está desplazando el coche en cada momento.
HORA DE HACER MAGIA
El principal objeto del 4ePerformance es desarrollar estrategias de vectorización de par mediante software. Es decir, aplicar un par de giro individual a cada neumático para conseguir inducir aceleraciones sobre el centro de gravedad del vehículo de forma que la aceleración, frenada y trayectoria del coche, indicada por el Correvit óptico, coincida con la demandada por el piloto a través de los pedales y el volante, incluso si alguno o varios neumáticos ha superado su umbral de máxima adherencia lateral o longitudinal.
En la práctica, el efecto es un cambio en el paradigma del pilotaje. En un coche de competición ‘convencional’, el piloto tiene que gestionar el par que llega a las ruedas y las transferencias de masa resultado de las maniobras de aceleración, frenada y giro para mantener los cuatro neumáticos, de la forma más eficaz posible, cerca de su límite de adherencia. El 4ePerformance funciona de manera diferente. A través de los mandos, el piloto realiza solicitudes de trayectoria… y el cerebro del coche decide cuál es mejor forma de satisfacerlas. Salvo por el detalle de que aún existe una conexión mecánica entre volante y ruedas, el 4ePerformance es un coche Drive By Wire, y funciona como un avión comercial de Airbus, en el que los mandos sirven para que el piloto formule deseos que el avión se encarga de satisfacer de la forma más segura y efectiva… dentro de los límites que impone la física.
¿Cómo piensa el coche? Tal y como reconoce Gregor, es un poco difícil de explicar. “La idea básica es que, primero, el vehículo capta información de todos sus sensores y la envía al procesador central, que está ejecutando una simulación del movimiento del coche sin ninguna clase de intervención vectorial. En paralelo, el cerebro central ejecuta también una simulación de un automóvil que tiene cualidades que el coche real, sin control vectorial, no puede tener, pero que serían necesarias para cumplir los requisitos de trayectoria que indica el piloto a través de los mandos. Entonces, un programa decide qué par hay que aplicar a las ruedas para modificar el comportamiento real del vehículo hasta hacerlo coincidir con el coche ideal, capaz de seguir la trayectoria dictada por el piloto.
Por ejemplo, para abordar una curva de forma agresiva, el sistema puede decidir que es necesario modificar la batalla virtual del coche – distancia entre ejes virtual– para incrementar la tasa de guiñada–ritmo al que gira el coche–,
y entonces un segundo programa decide que, a la vista de la carga vertical sobre cada rueda y las condiciones de adherencia, la mejor manera de provocar ese cambio es incrementar el par en la rueda trasera exterior al giro… o cualquier otra clase de intervención individual sobre el par que afecta a los neumáticos. Como resultado, el 4ePerformance aúna las máximas prestaciones físicamente posibles con una conducción totalmente intuitiva.
Imaginemos que comenzamos a tomar una curva, suavemente… ¿cómo piensa el 4ePerformance? “El coche ve un giro de volante y lo interpreta como una solicitud de guiñada por parte del conductor. Entonces, comprueba la información de los sensores y compara lo que está ocurriendo con los deseos del piloto. Si todo está OK no hace nada, pero en cuanto detecta una discrepancia entre la tasa de guiñada solicitada y la real, calcula el par o fuerza de guiñada necesario y decide en qué ruedas hay que poner o quitar par para satisfacer esa petición. Por ejemplo, si el piloto está frenando y hay mucha carga sobre el eje delantero, puede decidir conseguirlo a través de las ruedas delanteras, acelerando una y frenando la otra. Como este proceso se repite cada milisegundo, las decisiones se toman de forma imperceptible para el piloto.
NOS SUBIMOS CON DANIEL ABT
Sinceramente, la prueba dinámica ha supuesto una serie de decepciones sucesivas. La primera es que un día neblinoso y húmedo impida emplear neumáticos slicks: el 4ePerformance está calzado con unos Continental SportContact2 de calle, y eso se traduce en que la potencia de los motores excede unas ‘chopocientasmil’ veces la motricidad de las gomas. La segunda es que, al contrario de lo que estaba previsto, Schaeffler no nos vaya a dejar pilotar el coche. Eso es razonable dadas las condiciones y lo sinuoso del circuito, pero tiene una doble vertiente negativa. Primero, ir de pasajero es mucho menos divertido. Y segundo, en manos de un piloto tan bueno como Daniel, el sistema de vectorización de par apenas va a tener opciones de lucirse.
El 4ePerformace arranca con una contundencia inesperada para la clase de neumáticos que calza, pero alejada de la aceleración que prometen los 1.180 CV. Llegamos a la primera curva, una doble a derechas, tras atravesar un intimidante banco de niebla. Daniel frena con fuerza y afronta la curva con un giro rápido de volante, acelerando a fondo. El 4ePerformance la traza sin aspavientos, ni atisbo de subviraje o sobreviraje. Tal y como estaba previsto, el programa de optimización de guiñada proporciona un comportamiento prístino.
La siguiente dificultad es una chicane derecha-izquierda-derecha. Daniel aprovecha para demostrar qué tal se comporta el sistema con transferencias bruscas de masa, jugando a tratar de descolocar el coche a la entrada de la curva. Aquí, el 4ePerformance parece un poco menos estable, aunque ejecuta las correcciones tan deprisa como el propio Daniel… y créeme, las suyas son instantáneas. Las siguientes tres vueltas son idénticas. No muy impresionantes para la clase de vehículo que se trata, aunque espectaculares a tenor de lo malas de las condiciones.
Daniel Abt, piloto del equipo Audi Sport de Fórmula-E. Gregor, tratando de explicar cómo piensa el 4ePerformance.
¿LLEGARÁ A LA SERIE?
Desde luego… aunque no a corto plazo. Según el Dr. Jochen Schröder, director del negocio de movilidad eléctrica de Schaeffler, existen varias fuerzas que van a desencadenar que en el futuro se apueste por esta tecnología y arquitectura. La primera, es que la tendencia para incrementar la eficiencia de los motores eléctricos es apostar por propulsores más pequeños y eficientes, girando a mayores regímenes y controlados por electrónicas más compactas y ligeras. Por ejemplo, en esta temporada de Fórmula-E ya se está flirteando con motores de menos de 25 kilos, capaces de girar a casi 25.000 rpm y entregar 335 CV. Y todo, en aras de la eficiencia.
Si esta tendencia continúa y se traslada a la serie –y los coches eléctricos necesitan desesperadamente, para aumentar sus autonomías, apurar cada oportunidad de reducir su consumo y su peso– podríamos pasar de los actuales esquemas de transmisión paralelos y concéntricos a una propulsión con un motor por rueda. Y llegados a este punto, aplicar la máxima vectorización de par posible resultaría trivial. ¿Cuándo cree Schröder que podríamos disfrutar de utilitarios eléctricos ungidos de la mágica habilidad para cambiar de dirección de los mejores Mitsubishi EVO o del 4ePerformance? Aproximadamente dentro de entre 8 y 10 años, aunque los primeros modelos en exprimir la tecnología aparecerán mucho antes… a precios mucho más prohibitivos.
SE CONTROLA COMO UN AVIÓN COMERCIAL DE AIRBUS