進入Toyota的賽車世界-認識TMG

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從耐久賽到Toyota TS040 Hybrid的介紹,一直都有提到TMG(Toyota Motorsport GmbH)這個單位,這次就讓我們來了解Toyota展開頂尖賽車運動計劃的神秘基地。

World Endurance Championship

賽車是個團體運動,TMG總部設立於德國科隆,主要負責項目即是車輛研發測試。在TMG的研發測試中心內,擁有許多獨立測試開發項目,而這些項目越多元化,也代表著品牌獨立自主研發的能力越高,由於TMG對於研究設備的投資建置不遺餘力,因此對於實際執行項目的團隊,將能夠更有效確實的展開研究與開發。由於TMG許多研發項目目前仍屬於研究機密,我們僅就能公開取得的資訊與各位分享。

風洞實驗室

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風洞測試場由於建置經費高昂所需面積大,必須在相當規模的研發中心才會設置(甚至許多知名汽車品牌也未投資此項目),風洞實驗室能協助賽車外型空力套件開發,藉由實驗後所產出的數據分析,對空力套件進行更精確的細部修飾,減少賽道與其他無謂的測試時間,而且TMG裡同時擁有60%的縮小比例與全尺寸,更是世界上屈指可數的規模。而像Toyota TS040 Hybrid這等級的賽車,由於空氣力學效應會直接影響賽道表現,如果能夠打造一輛兼具直線與彎道性能的賽車,絕對能幫助世界一級的車手發揮應有駕駛技巧,並直接反應於單圈成績上,印證實驗室理論與實際的差異。

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風洞實驗室主要進行流體力學項目的研究,藉由感應器所判讀的數據進行細節調整,由於打造成本與佔地面積大,並非所有汽車廠都有這些設備。

[賽車小常識]-空氣阻力

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所謂的流體力學研究,其實都是圍繞在空氣力學上,這是一門非常複雜的科學理論,因為空氣會阻礙前進,我們稱為阻力,阻力越小也表示前進所需耗損的動能越小,反之則越大;但又因為車輛過彎時需要藉由空氣產生的阻力營造下壓力,所以在這兩個看似相互矛盾卻無法改變的物理性質中,研究團隊必須找出最佳的平衡點,並藉由實驗所得到的偵測數據,進行設計修正。

碳纖維材質應用

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開發賽車除了配置強悍的動力性能、設計符合空氣力學邏輯的套件之外,一切都會回到發展根本-輕量化。LMP1組賽車空重有著最少870公斤的規定,而碳纖維是目前原料取得相對容易並能滿足輕量化需求的材料,在碳纖維材質零件中,TS040 Hybrid駕駛座艙採用單體式座艙(Monocoque)設計,和F1一級方程式賽車所採取的座艙設計方式相同,雖然因製程良率問題,會直接影響開發製造成本,不過單體式座艙同時具有輕量化和車手防護的功能,其重量與強度的相對關係,已成為現今主流應用,像WEC的LMP1、LMP2組別賽車也都採取相同的設計。在空氣力學套件的開發過程中,須藉由風洞試驗室的判讀數據進行修正,經過反覆不斷地修改過後,才會進入小部件的模具開發。由於部件體積較小,且須透過測試結果修改調整,因此賽車工程團隊多會設置碳纖維材質專用的壓力爐,才能獲得單一零件製造時的寬容度,不受數量的限制。

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[賽車小常識]-寬容度
一個零件開發時,最主要的成本來自於模具,有了模具便可進行量產,不過TS040 Hybrid並非量產車型,因此需要有開發單一零件的能力,研發團隊擁有了修正的寬容度,才能從錯誤中找到最佳答案,由於每次修正測試都會產生無形的成本,背後需要資金支援之龐大,也是所謂廠隊與私人車隊最主要的差異點。

器材設備投資也是影響研發進展關鍵,TMG於第一時間採購五軸CNC加工機,幾乎能加工出任何形狀的零件,是目前世界一級工廠才會有的設備。

駕駛模擬器

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在研發的過程中,除了運用實驗室測試後所產生的數據外,實際下場測試前,還可執行模擬測試來模擬實驗數據於賽道上的表現。在TMG中心內的這具模擬器,擁有六軸自由度模擬功能,輸入參數之後,便可在內建的19條國際賽道進行模擬測試,這個階段中,車手也可藉模擬參數進行調整,在未來參賽的主要賽道中找出最佳的設定基礎。如果是用於F1一級方程式這種需要更精確的參數來進行賽事模擬,此套系統還可以針對不同車手的駕駛風格,進行初步調整設定,由於車輛設定的不同也會產生操控性能差異,車手即可同步修正駕駛方式,這些都屬於正式進入賽道測試前相當重要的準備工作。

[賽車小常識]-六軸自由度模擬功能
六軸自由度模擬經由軟體數據的調整,可以送出不同的訊號,藉由六個軸心可以產生完整自由度空間,進而模擬真實賽道狀況,研究人員可運用此功能模擬車輛仰俯、翻滾、上下、前後、橫移以及扭轉等動作。擁有六軸自由度模擬功能的模擬器目前仍屬相當先進的產品,也只有少數車隊投資此設備。

電池動力系統研究

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替代能源一直是各車廠持續努力的目標,電池動力系統更是一個願景。近年Toyota Hybrid系統技術應用於市售產品已相當成熟,TMG部門的研發成果肯定有著重要的角色。而電池動力系統應用於賽事方面的研究,TMG同樣站在領導地位,像TMG EV P002電池動力賽車已於2012年完成了Nurburgring單圈測時,達成電池動力賽車最速單圈紀錄。

研發不間斷

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每次測試或完賽後,後勤工程團隊都會獲得一些不同的參數經驗,再與周邊協力夥伴一同進行分析,只要小部件能夠修改之處,有了硬體設備支援的TMG即可進行改進測試,尤其在許多車輛外表看不見的零件,研發團隊也會持續不斷測試改進,只要發現有更好的選擇便進行調整,而在賽事中也會有許多測試零件,經由實際的賽事運作,確認與實驗室推估的結果相同。賽車與市售產品最重要的起源,就是來自於這些賽道上默默無名的研發團隊。

工具為工廠中最重要的零件,而研發中心隨時會需要因應車輛零件開發而發展出相對應的加工設備。TMG目前所開發的各種特殊用途加工設備累積起來已超過8000件,近年來TMG已導入了自動化管理系統,除了讓既有的加工設備能夠統一管理之外,也能因此增進研發團隊工作的效率。

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