Híbrido VW XL1 “abusa” no design e no uso de novos materiais
Postado em: 09 / 02 / 2011
A dianteira do XL1 não apresenta mais a típica grade do radiador
Maria Edicy Moreira
A Volkswagen apresentou na exposição, Qatar Motor Show, que aconteceu entre os dias 26 e 29 de janeiro de 2011, em Doha, no Qatar, o Volkswagen XL1, um carro com design inovador que representa o terceiro estágio na evolução da estratégia da montadora para criar um carro híbrido – movido por uma combinação de motor elétrico e motor a combustão – de classe 1-litro (capaz de rodar 100 km com um litro de combustível).
Na entrada do novo milênio, o Prof. Dr. Ferdinand Piëch, atualmente diretor do conselho de supervisão da Volkswagen AG, estabeleceu a visionária meta de levar ao mercado um veículo de série feito para o uso diário que consumisse um litro de combustível a cada 100 quilômetros. Ele estava certo. Hoje, ele comemora os resultados obtidos com o XL1, com a convicção de que sua meta visionária pode ser alcançada.
As linhas arrojadas do novo híbrido Volkswagen aparecem desde os primeiros esboços
O XL1 apresentado em Doha teve de vencer vários desafios. Além de mostrar eficiência no consumo de combustível, ter preço acessível para se tornar um produto de série para o grande público e não agredir o meio ambiente, tinha de apresentar um design atraente e eficiente, que se viabilizou graças à criatividade dos designers e ao uso de novos materiais.
Os designers responsáveis pela concepção do automóvel mostraram que é possível combinar, com maestria, inovação tecnológica e design inovador criando para o XL1 um design de linhas arrojadas e prático, que além de beleza, traz funcionalidade, eficiência e conforto aos usuários.
A combinação de novos materiais usados nas peças da carroceria, produzidas a partir de um polímero reforçado com fibra de carbono (CFRP), tecnologia empregada na construção dos carros da Fórmula1, contribuiu para a redução de custos de produção e do peso do XL1, um passo importante para tornar possível a produção de uma série limitada do novo híbrido. Juntamente com fornecedores, a Volkswagen desenvolveu e patenteou um novo sistema para produção em CFRP, por intermédio do processo denominado aRTM (advanced Resin Transfer Moulding).
As portas com abertura vertical, tipo asas, facilitam a entrada e a saída dos ocupantes do veículo
A equipe de desenvolvimento deu passos extraordinários na criação da carroceria em CFRP, tanto na sua construção extremamente leve quando na aerodinâmica. Uma comparação com o Golf mostra quanta inovação está contida no conceito da carroceria do XL1:
O coeficiente aerodinâmico do Golf é muito bom para a categoria dos compactos: Cd (0,312) x A (área frontal = 2,22 m²), resultando num arrasto total de 0,693 (Cd.A), o que coloca o carro como referência em aerodinâmicas na sua classe. O XL1 supera essa performance, com um Cd = 0,186 e área frontal de apenas 1,50 m². O produto desses dois valores resulta em um arrasto total (CD.A) igual a 0,277, ou seja, 2,5 vezes menor que o do Golf.
O uso de novos materiais e a ousadia dos designers possibilitaram a criação de um automóvel no formato de um golfinho com altura extremamente reduzida sem prejudicar o conforto do usuário. O XL1 tem 3.888 mm de comprimento, 1.665 mm de largura e apenas 1.156 mm de altura. “São dimensões radicais”, dizem os designers.
Para se ter uma ideia o Polo tem comprimento (3.970 mm) e largura (1.162 mm), dimensões semelhantes às do XL1, mas é bem mais alto que o híbrido, tem 1.462 mm. A altura do XL1 é aproximadamente a mesma do Lamborghini Gallardo Spyder, que tem 1.184 mm. Fica fácil imaginar como esse Volkswagen vai parecer espetacular na estrada – tão longo e largo quanto um Polo, mas com um perfil tão baixo quanto um Lamborghini.
As portas em asa do XL1 também lembram um carro esporte de alto desempenho. Elas são fixadas em dois pontos: na parte de baixo, na coluna A, e logo acima do parabrisa, na moldura do teto. Assim, não se movimentam apenas para cima, mas também ligeiramente para frente. Também penetram bastante na área do teto. Quando abertas, deixam livre um espaço excepcional para facilitar a entrada e saída do automóvel.
Aerodinâmica
Na dianteira, o XL1 mostra sua largura máxima; a partir dali o carro vai estreitando
Visualmente, o XL1 adota as linhas de estilo do L1 apresentado em 2009. Apesar disso, o novo protótipo tem aparência mais dinâmica, graças à maior largura. O design de toda a carroceria foi desenvolvido levando em conta, incondicionalmente, as leis da aerodinâmica.
Na dianteira, o XL1 mostra sua largura máxima; a partir dali o carro vai estreitando até a parte traseira. Visto de cima, a forma do XL1 lembra a de um golfinho, especialmente na traseira, onde suas linhas se moldam para otimizar o fluxo de ar sobre a carroceria, reduzindo o arrasto aerodinâmico.
No perfil lateral, o teto reflete linhas de estilo que desenham um arco, da coluna dianteira até a traseira do carro. As rodas traseiras são totalmente cobertas, para evitar a turbulência do ar. O fluxo de ar nesta área também foi otimizado pela colocação de pequenos defletores à frente e atrás das rodas. Quem procurar os retrovisores externos perderá tempo. Em seu lugar, nas portas, há pequenas câmeras que desempenham a função dos retrovisores, enviando imagens das cercanias, atrás do carro, para duas telas dentro do veículo.
A dianteira do XL1 não apresenta mais a típica grade do radiador, mas continua a refletir o estilo adotado pelo atual “DNA de design” da Volkswagen, com predominância de linhas horizontais. Especificamente, na área em que normalmente ficaria a grade do radiador, há uma faixa transversal negra que combina com os eficientes faróis de LED, prolongando-se em uma tira contínua.
A real entrada de ar para resfriar o motor TDI, a bateria e o interior do carro, está localizada na parte mais baixa da seção dianteira e possui persianas controladas eletronicamente. As estreitas lanternas direcionais também utilizam LEDs, que formam um L que acompanha verticalmente as caixas de rodas e, na horizontal, uma linha abaixo dos faróis.
“Isso cria uma dianteira que, apesar de ser completamente nova visualmente e radical em suas dimensões, pode ser facilmente reconhecida como um design da Volkswagen, graças à limpeza de suas linhas”, afirma Luiz Alberto Veiga, gerente-executivo de design da Volkswagen do Brasil
Ele explica que na retaguarda, o design segue um caminho inteiramente diferente, reinterpretando os valores da marca com precisão e qualidade. Assim, uma nova dimensão do estilo Volkswagen foi criada e pode ser percebida em quatro características:
1ª Mais uma vez, o formato de golfinho da carroceria, que se estreita na direção da traseira com bordas muito precisas, para uma aerodinâmica perfeita.
2ª A linha do teto estilo cupê, sem janela traseira. Integrada à linha do teto está a grande tampa do compartimento traseiro, que cobre a unidade motora e o espaço para bagagens com capacidade de 100 litros.
3ª Uma faixa de LEDs vermelhos que emoldura a área traseira no topo e nas laterais. Integradas nesta faixa estão as luzes de ré, as lanternas traseiras, a luz de neblina traseira e as luzes de freio.
4ª Um difusor negro executa uma transição contínua com a parte inferior do carro, que é totalmente enclausurada.
Leveza
Por muito tempo, foi considerado impossível produzir uma carroceria em CFRP
O uso do CFRP, material tão leve quanto forte, para produzir componentes da carroceria do XL1 como o monocoque, com os assentos ligeiramente assimétricos para o motorista e passageiro, assim como todos os componentes exteriores da carroceria contribuiu enormemente para a redução do peso do automóvel.
As camadas de fibra de carbono, que são alinhadas de acordo com a direção das forças em cada ponto do carro, são unidas por uma resina epóxi, formando as peças no processo aRTM. Essa combinação de materiais gera um composto extremamente durável e leve.
“Por muito tempo, era considerado impossível produzir uma carroceria em CFRP como a do XL1, seguindo padrões industriais. Apesar disso, a Volkswagen conseguiu encontrar uma maneira economicamente viável de produzir peças de CFRP em volume suficiente já em 2009. Agora ao trabalhar no desenvolvimento do XL1, o processo foi ainda mais aperfeiçoado”, afirma Luiz Veiga.
CFRP é o material ideal para a carroceria do XL1 também por causa da sua leveza. O protótipo XL1 pesa apenas 795 kg. Deste total, 227 kg correspondem ao trem de força, 153 kg à suspensão e transmissão, 80 kg ao equipamento (incluindo dois assentos em forma de concha) e 105 kg ao sistema elétrico. Restam 230 kg, o peso exato da carroceria produzida na maior parte em CFRP, incluindo as portas, parabrisa dianteiro com nova tecnologia (vidro de pouca espessura, como em carros de corrida) e o monocoque de alta segurança.
Do peso total do XL1, 21,3%, ou 169 kg, consistem de CFRP. Além disso, a Volkswagen utiliza metais leves em 22,5% de todas as peças (179 kg). Apenas 23,2% (184 kg) do XL1 utilizam aço e materiais ferrosos. O restante do peso é distribuído entre vários polímeros (como policarbonato, nas janelas laterais), metais, fibras naturais, materiais processados e eletrônica.
Chassi em ESP
A suspensão do XL1 é equipada com barras anti-rolamento na dianteira e na traseira, e se caracteriza pela construção leve, com máxima segurança. À frente é usada uma suspensão independente tipo double wishbone, enquanto um sistema de suspensão semi-trailing é empregado na traseira. As suspensões dianteira e traseira têm construções bastante compactas e oferecem um alto nível de conforto de rodagem. Os componentes do chassi são conectados diretamente às regiões integrantes do monocoque de CFRP.
O peso do chassi foi reduzido pela utilização de peças de alumínio (incluindo componentes da suspensão, pinças de freios, amortecedores e caixa de direção), CFRP (barras anti-rolamento), cerâmica (discos de freios), magnésio (rodas) e plástico (volante de direção). Rolamentos e braços de direção com fricção reduzida, assim como uma geração completamente nova de pneus de baixa resistência ao rolamento feita pela Michelin (dianteiros: 115/80 R 15; traseiros: 145/55 R 16), contribuem para reduzir o consumo de energia no XL1.
Ganhos em segurança se devem ao sistema de freios antibloqueio (ABS) e ao programa eletrônico de estabilidade (ESP). Tudo isso porque se a sustentabilidade não for acompanhada do máximo em segurança, não representa um avanço real. O XL1 mostra como esses dois parâmetros podem ser desenvolvidos harmonicamente.
Sustentabilidade
Consumindo 0,9 litro por 100 km rodados, o novo Volkswagen XL1 emite 24 g/km de CO2
O Volkswagen XL1 promete chegar ao mercado de bem com o meio ambiente. O veículo atinge um nível de emissão de CO2 de 24 g/km, graças à combinação de uma estrutura extremamente leve (monocoque e peças adicionais em fibra de carbono), arrasto aerodinâmico muito baixo (Cd = 0,186) e um sistema híbrido plug-in que consiste de um motor diesel TDI com dois cilindros (35 kW/48 cv), um motor elétrico (20 kW/27 cv), transmissão de sete marchas com dupla embreagem e baterias íon-lítio.
Assim, consumindo 0,9 litro por 100 km rodados, o novo Volkswagen XL1 emite 24 g/km de CO2. Como se trata de um híbrido plug-in (as baterias podem ser recarregadas na rede elétrica doméstica), o protótipo XL1 também pode percorrer até 35 quilômetros usando apenas eletricidade, isto é, sem emissão alguma do ponto de vista operacional.
A bateria pode ser carregada a partir de uma tomada doméstica convencional. Além disso, há o sistema de regeneração, que recupera energia durante as desacelerações e armazena o máximo possível dela na bateria para ser reutilizada. Nesse caso, o motor elétrico atua como um gerador.
Segurança
O XL1 não é apenas leve, mas também muito seguro. Isso se deve, em parte, ao uso do CFRP como material. Da mesma forma que os carros da Fórmula 1 o Volkswagen XL1 tem um monocoque de alta resistência. Mas, diferentemente da Fórmula 1, a cápsula de segurança é fechada no topo, se tornando ainda mais segura.
Dependendo do tipo de colisão, a distribuição das forças pode ser direcionada por intermédio das colunas A e B, cantoneiras e soleiras, todas capazes de absorver a energia do impacto. Componentes laterais adicionais e estruturas transversais na dianteira e na traseira tornam a segurança passiva do carro ainda mais perfeita.
Eficiência
O XL1 mostra o caminho para obtenção de veículos extremamente econômicos e ambientalmente limpos. Também demonstra que os híbridos podem ser agradáveis e divertidos. Quem experimentou diz que a sensação de dirigir um XL1 é verdadeiramente dinâmica, sem se basear em pura potência, mas em pura eficiência.
Dois exemplo 1: Para rodar a uma velocidade constante de 100 km/h, o protótipo necessita de apenas 6,2 kW/8,4 cv – uma fração do desempenho dos carros atuais (o Golf 1.6 TDI, com 77 kW e transmissão DSG com 7 marchas precisa de 13,2 kW/17,9 cv). Exemplo 2: Rodando apenas com eletricidade, o XL1 precisa de menos de 0,1 kWh (82 Wh/km) para completar um percurso de um quilômetro. São valores recordes.
Quando toda a potência do sistema híbrido é usada, o protótipo da Volkswagen acelera de 0 a 100 km/h em apenas 11,9 segundos. Sua velocidade máxima é de 160 km/h (limitada eletronicamente). E esses números não contam tudo: como o XL1 pesa apenas 795 kg, o sistema de propulsão não faz muito esforço para movimentá-lo.
Quando é necessário usar toda a força, o motor elétrico, que pode fornecer 100 Nm de torque já ao arrancar, trabalha como reforço, ajudando o motor diesel TDI, que tem torque de 120 Nm. Juntos, os motores TDI e elétrico podem alcançar um torque máximo de 140 Nm.
Híbrido plug-in
Toda a unidade híbrida fica alojada acima do eixo do motor, na traseira do veículo
Com o XL1, a Volkswagen está implementando o conceito de híbrido plug-in que utiliza a eficiente tecnologia de consumo do turbodiesel common rail (TDI) e a transmissão de dupla embreagem (DSG). O TDI gera sua potência máxima, de 35 kW/48 cv, a partir de uma cilindrada de apenas 0,8 litro.
Toda a unidade híbrida fica alojada acima do eixo do motor, na traseira do veículo. O módulo híbrido, com o motor e a embreagem, está localizado entre o TDI e a transmissão DSG. Este conjunto foi integrado à caixa da transmissão DSG no lugar normalmente ocupado pelo volante do motor.
A bateria de íon-lítio integrada fornece energia para o motor elétrico. O fluxo da corrente de alta voltagem nos dois sentidos, entre a bateria e o motor elétrico, é gerenciado por um sistema eletrônico, operando a 220 volts. O sistema elétrico da carroceria do XL1 funciona com 12 volts de corrente obtida a partir de um conversor DC/DC.
Interação dos motores
O motor elétrico auxilia o TDI na aceleração (boosting), mas, como já descrito, também pode movimentar sozinho o XL1 por uma distância de até 35 km. Nesse caso, o TDI é desligado do trem de força por meio de uma embreagem.
Enquanto isso, a embreagem na caixa de marchas continua fechada para que a transmissão permaneça ligada ao motor elétrico. Importante: O motorista pode optar por usar o XL1 de forma totalmente elétrica (desde que a bateria tenha carga suficiente). Assim que o botão que comanda o modo elétrico é pressionado no painel, o carro passa a operar exclusivamente com eletricidade.
Para voltar a dar a partida no motor TDI é um processo suave e confortável: de forma equivalente a fazer o motor TDI “pegar no tranco” com o carro em movimento, o rotor do motor elétrico é acelerado e rapidamente acoplado à embreagem do motor diesel. Desta forma, o motor TDI é acelerado até a velocidade necessária para começar a funcionar. Todo o processo ocorre sem qualquer solavanco, de forma que o motorista dificilmente nota quando o motor a combustão volta a funcionar.
Quando o XL1 é freado, o motor elétrico atua como um gerador, utilizando a energia da frenagem para carregar a bateria (regeneração). Em certas condições de operação, a carga dividida entre os motores TDI e elétrico pode ser modificada, para que o turbodiesel trabalhe em seu nível de eficiência mais favorável.
As engrenagens da transmissão automática DSG de sete marchas também são sempre selecionadas visando minimizar o uso de energia. O controlador do motor regula o fluxo de energia e as tarefas de gerenciamento da transmissão, levando em conta a força solicitada pelo condutor a cada instante.
Alguns dos parâmetros usados para chegar ao modo de propulsão mais indicado para cada condição são: a posição do pedal do acelerador e a carga do motor, assim como o suprimento de energia e a proporção entre energia cinética e elétrica a cada momento.
Câmeras fazem a função dos retrovisores, enviando imagens para telas no painel do veículo
Produção em massa
O TDI 0,8 litro (35 kW/48 cv) deriva do TDI 1,6 litro, utilizado em carros como o Golf e o Passat. O TDI 0.8 tem as mesmas medidas do motor TDI 1.6 common rail em termos de espaçamento entre os cilindros (88 mm), diâmetro (79,5 mm) e curso (80,5 mm). Além disso, o motor de dois cilindros do XL1 e o de quatro cilindros de alto volume de produção compartilham internamente componentes-chave para reduzir as emissões. Incluem recessos nos pistões para injeção múltipla e orientação individual dos jatos de injeção individuais.
As excelentes qualidades de funcionamento dos motores common rail estão presentes na versão dois cilindros. Adicionalmente, um eixo balanceador movimentado pelo virabrequim, rodando à mesma velocidade, otimiza a suavidade do motor.
O cárter de alumínio do TDI foi construído para alcançar alta rigidez e precisão reduzindo as perdas por fricção. Com o objetivo de reduzir as emissões, o veículo é equipado com o recirculador de gases, conversor catalítico por oxidação e um filtro de partículas. Desta forma, o TDI 0.8 já se enquadra nos limites da norma de emissões Euro-6.
O sistema de arrefecimento também foi projetado visando à eficiência. O sistema de gerenciamento só passa a resfriar o TDI, ativando uma bomba d’água externa movida a eletricidade, quando as condições de uso exigem. O sistema de resfriamento inclui uma tomada de ar com abertura controlada automaticamente, na frente do veículo, para reduzir o arrasto aerodinâmico por ele provocado.
Esta estratégia de controle térmico também ajuda a reduzir o consumo de combustível. Uma segunda bomba d’água elétrica, que também só é ativada quando necessário, movimenta um circuito separado de líquido refrigerador, de baixa temperatura, para resfriar o gerador-motor de partida e o sistema eletrônico.
