Potenza di sistema

La Cayenne S E-Hybrid è l’ultima rampolla di una famiglia d’auto con trazioni ibride innovative, al cui sviluppo Porsche dedica un forte impegno.

Potrebbe farlo. Affondare gli pneumatici nell’asfalto come artigli e infilare ogni curva urlando di gioia. Potrebbe, ma è l’ora di portare i bambini a scuola. Silenziosamente e con spinta elettrica, così iniziano questi viaggi. Si sa, ha avuto una buona educazione ed è abituata ad adattarsi alle circostanze.

È arrivata la nuova Porsche Cayenne, un’imponente presenza dai fianchi larghi, una roccia nel vorticoso flusso del tempo. Di fondo non è cambiato nulla, solo una perfezione un po’ più perfetta. Eppure … eppure questa Cayenne è diversa, in realtà non è un’auto, ma due. La Cayenne S E-Hybrid deve il suo carattere flessibile alla trazione ibrida plug-in di cui è dotata. Per rifornire di corrente la batteria montata nella combinazione con doppio motore, elettrico e termico, basta attaccarla a una presa di corrente o a una colonnina di ricarica. In modalità elettrica, con la batteria carica al cento per cento, la Cayenne S E-Hybrid ha un’autonomia di 36 chilometri, sufficienti per molti percorsi quotidiani, anche perché la potenza erogata basta per accelerare fino a 125 km/h. Se il livello di carica scende sotto un valore predeterminato o se la guida richiede più potenza s’inserisce il motore a combustione.

Schema della tecnologia di trazione della Cayenne S E-Hybrid

Motore elettrico e motore termico lavorano a stretto contatto. Il generatore elettrico da 70 kW (95 CV) alloggia fra il V6 a combustione e il cambio automatico a otto rapporti Tiptronic S. Una vicinanza che facilita un rapporto simbiotico: il motore elettrico affianca il propulsore a combustione in quasi tutte le situazioni. Se la marcia richiede un massimo di accelerazione, i due gruppi di trazione sommano le loro forze generando una potenza complessiva di 306 kW (416 CV). Quando l’andatura è più tranquilla, e sempre agli alti regimi, il motore a combustione dà più di quello che dovrebbe e permette di caricare la batteria del motore elettrico. Al contempo il motore termico gira a un regime e in un range di carico che favoriscono i bassi consumi. Del gioco di squadra fra i due motori il guidatore percepisce solo la spinta in avanti non la sua origine. «Un obiettivo importante del nostro progetto era che il guidatore non notasse il passaggio da una modalità di marcia all’altra», spiega Jörg Kerner, responsabile del reparto di sviluppo propulsori Porsche. In effetti solo tenendo d’occhio il contagiri si può dire con certezza, quando parte il motore a combustione.

Viaggiare con il motore a combustione e il generatore elettrico: in modalità ibrida il motore a combustione (in alto in arancione) lavora un po' più dello stretto necessario e carica la batteria (in basso in blu) tramite il motore elettrico

Viaggiare con il generatore elettrico: in modalità E-Power la corrente erogata dalla batteria alimenta il motore elettrico che muove da solo le quattro ruote. L’auto­nomia varia da 18 a 36 chilometri

Viaggiare a piena potenza: in modalità Sport entrambi i sistemi di trazione sono concepiti per erogare il massimo della potenza per un valore complessivo di 306 kW (416 CV)

Passiamo la stazione di servizio all’entrata del centro abitato senza fermarci. Il consumo di carburante calcolato nel ciclo combinato (NEDC) è di 3,4 litri ogni 100 chilometri. Nella guida quotidiana, caricando regolarmente il generatore, spesso si consuma meno. Sulle brevi distanze la trazione elettrica basta e avanza. Quando serve si fa il pieno di energia elettrica «verde» nel proprio garage con il caricatore universale Porsche, che può essere stivato nel bagagliaio per ricaricare le batteria in modo affidabile e sicuro anche in viaggio.

Un’auto con le prestazioni di marcia di una sportiva che emettesse meno CO2 di un’utilitaria con motore termico: un progetto ideato nel 2009 da un piccolo gruppo di ingegneri del Centro Ricerca e Sviluppo di Weissach. «Un’auto a trazione esclusivamente elettrica non rientrava nei nostri progetti», afferma Uwe Michael, uno degli iniziatori del progetto, all’epoca responsabile dello sviluppo elettrico ed elettronico. «Volevamo una soluzione compatibile con le esigenze dell’uso quotidiano», specifica l’ingegnere. La trazione ibrida convenzionale già sperimentata permette sì un sensibile risparmio sui consumi, ma i suoi risultati sono limitati dal fatto che la batteria si carica solo in marcia sfruttando e trasformando l’energia di frenata e il motore termico (trasferimento del punto di carico). Per mettere a segno nuovi record sulle strade di tutti i giorni l’auto deve poter viaggiare con la sola trazione elettrica più velocemente e per tragitti più lunghi. Concretamente ciò significa poter caricare la batteria esternamente, che questa abbia una maggiore autonomia e che il motore elettrico eroghi più potenza. La soluzione: il livello di tensione passa da 288 a 382 Volt, l’accumulatore NiMH è sostituito da uno agli ioni di litio. A ciò si aggiunge un caricabatterie che trasforma in corrente continua la corrente alternata della rete elettrica.

A maggio del 2010 il primo ibrido plug-in Porsche, una Panamera riadattata nell’officina di addestramento, ricarica la batteria collegata a una colonnina di ricarica installata per l’occasione a Weissach. La decisione finale viene presa già nell’autunno dello stesso anno: questo gruppo di trazione va prodotto in serie! Nell’estate del 2013 debutta sulle strade la Panamera S E-Hybrid. Oggi è la volta della Cayenne S E-Hybrid, che monta un gruppo di trazione sostanzialmente uguale a quello della limousine sportiva. Per compensare il maggior peso della Cayenne la batteria in dotazione ha una densità energetica più elevata. La nova generazione di accumulatori è in grado di accumulare il 15% di energia in più pur senza un solo grammo di peso in più.

Poco prima d’imboccare l’autostrada la Cayenne commuta nella modalità di marcia ibrida. La batteria è ormai quasi scarica ma all’arrivo vogliamo stupire i nostri partner. All’occorrenza ci si può avvalere anche della modalità E-Charge per ricaricare la batteria durante la marcia.

Basta premere un tasto e la trasformazione è compiuta. I programmi di guida messi a punto dagli ingegneri sono quattro. La partenza avviene sempre in modalità E-Power, con la sola potenza elettrica; quando la batteria è (quasi) vuota l’auto commuta in modalità ibrida e il motore a combustione assume il ruolo principale. A velocità inferiori a 154 km/h il motore termico si stacca non appena si rilascia l’acceleratore. Questo «veleggiare» senza perdita di trazione riduce ulteriormente il consumo di carburante. In modalità Sport il motore a combustione è sempre inserito e la batteria garantisce l’apporto d’energia sufficiente per assolvere il prossimo sprint con il massimo di potenza di sistema. La modalità E-Charge permette di caricare la batteria in ogni momento senza collegarla alla rete elettrica, ad esempio durante un viaggio in autostrada, per poi attraversare la città in modalità elettrica.

Viaggiare senza trazione: se a velocità inferiori a 154 km/h il guidatore rilascia l’acceleratore, il motore a combustione viene disaccoppiato e la Cayenne veleggia senza perdita di trazione

«Abbiamo discusso a lungo sulla strategia aziendale», spiega Kerner. Sarebbe stato senz’altro possibile sviluppare più programmi di guida. La 918 Spyder si avvale ad esempio anche della modalità Race e Hot-lap con la quale per un breve lasso di tempo la batteria high-performance viene sfruttata al limite delle sue possibilità. «Ma quest’auto ha un’indole diversa», dice Kerner. Oltretutto la trazione della 918 Spyder si distingue anche per l’architettura, perché ha due motori elettrici. Uno inserito fra il motore V8 e il cambio sull’assale posteriore, il secondo, che apporta 95 kW (129 CV) di potenza, sull’assale anteriore. Appena si richiama la coppia massima di 1.280 newton metri, la trazione sui due assi si trasforma in un grande vantaggio in termini di dinamica di guida.

Sia nella 918 Spyder che nella Cayenne il coordinamento di tutti i componenti della trazione è affidato all’Hybrid­manager, un cervellone elettronico che è parte integrante della gestione motore, benché non sia l’unica componente intelligente a bordo. Il sistema di accumulo di corrente è controllato da un’unità di gestione batterie che coordina assorbimento ed erogazione di potenza in modo tale da sfruttare al massimo la capacità delle batterie, senza pregiudicarne la vita utile. Un dettaglio particolarmente importante quando la carica avviene ad alte correnti, come accade per la Cayenne S E-Hybrid. A richiesta la vettura può essere dotata di un caricatore on-board da 7,2 kW con cui ricaricare una batteria esaurita in meno di un’ora e mezza.

Quando avvistiamo la meta il display multifunzionale segnala che la batteria è di nuovo piena. Si cambia in modalità E-Power. La Cayenne scivola lungo il raccordo senza praticamente fare rumore.

Testo Johannes Winterhagen

Cayenne S E-Hybrid

Motore: motore sei cilindri sovralimentato
Cilindrata: 2.995 cc
Potenza complessiva: 245 kW (333 CV)
Coppia massima: 440 Nm a 3.000–5.250 giri/min
Potenza complessiva motore elettrico: 70 kW (95 CV)
Coppia massima motore elettrico: 310 Nm a 0–1.700 giri/min
Potenza complessiva combinati: 306 kW (416 CV)
Coppia massima complessiva: 590 Nm a 1.250–4.000 giri/min
0–100 km/h: 5,9 sec.
Velocità massima: 243 km/h
Emissioni CO2 (combinato): 79 g/km
Consumo carburante (combinato): 3,4 l/100 km
Consumo energia elettrica (combinato): 20,8 kWh/100 km
Classe di efficienza: A+

Hybrid: Pioniere Porsche

Pietre miliari dello sviluppo delle vetture ibride, con motore a combustione ed elettrico

1900

Il costruttore Ferdinand Porsche presenta la «Semper Vivus» (in italiano: sempre viva), la prima automobile a trazione ibrida perfettamente funzionante. Già all’epoca aveva scelto l’abbinamento fra motore elettrico e motore termico per ovviare al limitato raggio d’azione della sola trazione elettrica. Il principio costruttivo dell’ibrido in serie è però fondamentalmente diverso dalla versione odierna: i motori elettrici sono alloggiati sulle ruote dell’assale anteriore. La corrente è generata da due motori monocilindrici che azionano un generatore ciascuno, ma non concorrono direttamente all’avanzamento. Poco dopo esce la Lohner-Porsche Mixte, la prima vettura ibrida di serie del mondo, dotata anche di trazione integrale.

2010

Con l’uscita della seconda generazione della Cayenne Porsche propone per la prima volta un modello a trazione ibrida. Come nell’attuale Cayenne S E-Hybrid il motore elettrico alloggia fra il motore a combustione e il gruppo del cambio. La potenza massima di 34 kW è però decisamente inferiore per cui la velocità di punta in modalità elettrica non supera i 60 km/h. Inoltre l’accumulatore nichel-metallo idruro utilizzato allora accumula molta meno energia, eppure il consumo normale della Cayenne S Hybrid è di appena 8,2 l/100 km.

2012

Circa un anno prima dell’inizio della produzione in serie la 918 Spyder, un prototipo di supercar ibrida, mette a segno sul Nürburgring un record sul giro di 6:57 minuti, che però l’anno successivo Marc Lieb riesce a surclassare di 17 secondi con una 918 Spyder in assetto di serie. Il concetto della trazione è basato sulla sportività: il V8 sportivo ad alto regime agisce sull’assale posteriore assieme a un motore elettrico. Su quello anteriore lavora un secondo motore elettrico. Questo tipo di trazione integrale garantisce una trasmissione sicura della potente coppia, che raggiunge i 1.280 newton metri.

2013

La Panamera S E-Hybrid è il primo modello Porsche con trazione ibrida plug-in. Sebbene offra prestazioni di guida sportive il consumo nel ciclo combinato è di soli 3,1 l ogni 100 km, il valore di gran lunga più basso registrato da una vettura Porsche di serie. La stampa specializzata la definisce addirittura «Eco-Panamera». Premessa per questo consumo relativamente basso sono i 36 chilometri di autonomia in modalità elettrica, garantiti da un accumulatore agli ioni di litio di ultima generazione, che può essere ricaricato attraverso la rete elettrica. Fra le dotazioni di serie c’è anche lo speciale caricatore per effettuare la ricarica nel garage di casa.