進入Toyota的賽車世界-淺談TS040 Hybrid

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2012年TOYOTA決定重返耐久系列賽,主要目的是為了Hybrid技術能夠持續發展,挑戰最高級LMP1組別,並延續Tony Southgate設計TS010時的命名方式,以TS030代號正式重返賽場,而在2014年因賽會針對車輛規格進行修正,因此推出TS系列原型車第四代TS040,並在2014年獲得WEC年度優勝…..

閱讀了整個系列文章後,相信各位讀者對於WEC與耐久賽有了進一步的認識,而LMP1賽車有多厲害?深入介紹大概會有超過一半的讀者直接睡著。不過,只要記住LMP1賽車是由車廠頂尖賽車工程團隊打造,在追求0.001秒差距的頂尖賽事領域中,任何細節都會是影響性能的關鍵。

World Endurance Championship
賽車領域追求的是每毫秒精確,藉由一點點的累積修正,才能突破極限,進而在市售產品研發方面顯得游刃有餘。

Toyota所參與的是統稱為LMP1的組別,又可分為LMP1(Le Mans Prototype 1)與LMP1-H(Le Mans Prototype 1 Hybrid),以是否搭載動能回收系統ERS(Energy Recovery System)為區隔,由於這類Hybrid系統需要高技術的整合能力,目前也只有廠隊規模如:Toyota、Porsche、Audi等車廠有如此技術與實力參加。由於WEC制定的2014年與2015年車輛規則並不影響TS040 Hybrid的原始設計概念,因此TS040在外型上看起來和前一代並沒有什麼差別,但為了讓賽車保持競爭力,整輛賽車已更換80%左右的零件,展現TMG研發團隊的整合能力,唯一不變的是:TS040在空氣力學套件上同樣會有高、低下壓力兩種設計,提供在不同的賽道運用。

[賽車小常識]高、低下壓力
原型車(LMP1、LMP2組)因為重量輕動力強大,相當倚賴空氣力學套件所產生的效應,如果空氣阻力大,便會產生足夠的下壓力,能夠提升賽車於彎道時的穩定性,反之,直線行駛需要是直線時的穩定性,與彎道時需要的下壓力截然不同。廠隊研發經費較充足,通常會開發兩種不同類型的空力套件,以因應不同的賽道特性,讓賽車發揮應有的競爭力。

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LMP1組賽車因為重量輕動力強大,空氣力學方面的技術將是影響性能差異的關鍵,在打造賽車前,可以藉由60%縮小比例的模型進行數據模擬,研發團隊可在此階段進行修正,讓研發資源有效運用。

Hybrid 技術應用於賽車上的突破

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由汽油與電力產生的動能,可發揮出超過千匹最大馬力,不過最重要的關鍵就在切換的技術整合,經過耐久賽事的考驗,也能確保電子系統零件經得起考驗。

Hybrid在過去消費者的印象中,大多與環保節能有關,而將Hybrid系統概念應用於賽車領域中,尤其是耐久系列賽事,除了因為節能的特性,能減少燃料損耗以增加賽車於賽道上的行進時間外,另有輔助動力的效果。Toyota TS040 Hybrid搭載一具3700 C.C. V8汽油引擎,前、後輪軸上各設置一組電動馬達。Toyota選擇每圈可回收動能6焦耳的賽會規格,當賽車於煞車狀態時,兩具馬達(前Aisin AW後DENSO)會開始進行動能回收,並儲存於動能管理系統。當電腦判定車輛開始加速後,除了V8汽油引擎所產生的動力,前輪軸上的電動馬達也會提供動能傳輸,綜效動能可爆發出約1000匹最大馬力(因調教不同,動力數據會有些差距),四輪驅動的特性能直接提升加速時的穩定性。TS040 Hybrid看似簡單的作用原理,其實集結了TMG(Toyota Motorsport GmbH)工程團隊最頂尖的研發技術,藉由精確的程式設計,讓電力動能能夠平穩的傳遞。而在賽車這樣的極端環境中,考驗著電子系統於高負載時的耐用度,工程團隊也必須更精確的監控電子元件是否會受高負載所產生的溫度影響?因此散熱系統在設計上的優良與否,都會是影響車輛性能穩定的關鍵,而在2014、2015年賽季中,TS040 Hybrid並未在電子系統出現故障問題,也表示TMG工程團隊與協力廠之間的配合相當成熟。

[賽車小常識]零件供應商也參與其中
賽車上會有許多英文貼紙,那不是隨意亂貼,都是載明有哪些贊助商或合作夥伴。像在TS040 Hybrid上的Aisin AW與Denso,長期以來都是Toyota零件供應商。藉由實際參與賽事,讓這些供應商能夠專精於零件方面的研發,尤其是Hybrid系統最重要的電子零件。Aisin AW主要負責馬達諸元,而Denso則負責傳統動力點火控制系統相關,藉由專業技術支援,提供穩定的車用零件。也可以這樣說,這些零件供應商如對應到市售車款,相對也能提供讓消費者安心使用的產品,成為車廠推出市售產品最值得信賴的夥伴。

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Toyota TS040 Hybrid在前輪軸上裝置了一組Aisin AW伺服馬達,出彎加速可以提供前輪軸動力輸出。
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至於V8汽油引擎後方的Denso馬達整合了後輪軸電能與汽油動能的轉換。
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煞車時會進行動能回收,儲存於中央電容器,提供加速時所需的動能。

[賽車小常識]賽車與市售車的不同
賽車因為在封閉的賽道中行駛,藉由車手的駕駛技術,可以讓賽車性能發揮瀕臨極限的境界,所以每個零件的強度與耐用度都需要用最高的標準來檢視,以期望在這24小時中都能夠維持穩定的水準,只要原廠能夠通過這種考驗,也表示在一般市售車也能夠獲得同樣成熟的技術應用。

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賽車經驗能確保市售產品穩定性

因市售產品的使用環境肯定不若賽車場般嚴苛,如果產品設計在最嚴苛的環境條件下都能夠達成預期目標那麼將這個開發經驗轉移至市售或量販產品,像是Hybrid這類高科技配備肯定能獲得更佳的品質穩定度,研發團隊也更容易藉此經驗調整出符合一般道路與駕駛者習慣的設定。一輛市售產品推出前,一定會經過一段不算短的測試時間,除了耐久性能外,還包括沙漠、冰雪等不同環境條件的極端測試,都是為了確認在極度嚴苛的環境不會有預期外或想像不到的狀況出現,進而確保產品設計沒有問題。這一切的努力都是為了讓消費者在享受車廠提供的高科技配備之餘,也能夠獲得穩定的產品品質,進而信賴這家車廠。至於這樣一個研發團隊組織有多麼龐大?下一章節讓我們一同深入TMG總部。

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