Nowe Audi R18 e-tron quattro: nowoczesna technika dla mistrzów świata

Nazwa pozostaje niezmieniona, ale rozwiązania techniczne są zupełnie nowe. W sezonie 2014, Audi zaprezentuje na torze nowy bolid Le Mans 1 (LMP1). Po raz kolejny w pojeździe typowo sportowym zastosowano szereg rozwiązań technicznych, które z powodzeniem można montować w autach produkcji seryjnej. Wystawiając do rywalizacji nowe wyścigowe auto, cztery ringi zamierzają ponownie wygrać cykl wyścigów Długodystansowych Mistrzostw Świata (FIA World Endurance Championship) i odnieść kolejny sukces w 24-godzinnym wyścigu w Le Mans.

Audi R18 e-tron quattro przygotowane na sezon 2014, to najbardziej skomplikowany samochód wyścigowy, jaki kiedykolwiek zbudowano w fabrykach Audi. Na pierwszy rzut oka, ta sportowa hybryda wydaje się być kolejnym z serii samochodów wyścigowych, które w ostatnich dwóch latach wygrywały Mistrzostwa Świata i wyścigi w Le Mans. Jednak w rzeczywistości, z uwagi na nowe przepisy LMP1, które wejdą w życie w roku 2014, zespół Audi Sport zupełnie od nowa opracował każdy, najdrobniejszy nawet element bolidu.

„Nowe Audi R18 e-tron quattro należy do zupełnie nowej generacji prototypów Le Mans” — wyjaśnia szef Audi Motorsport, dr Wolfgang Ullrich. „Całkowicie zmieniły się wymogi przepisów LMP1. Chodzi o to, by osiągać równie krótkie czasy okrążeń jak w przeszłości, jednak przy znacznie mniejszym zużyciu energii. Uzyskiwanie lepszych wyników przy mniejszym nakładzie energii, to bardzo przyszłościowe podejście.”

Chris Reinke, szef działu LMP w zespole Audi Sport mówi o „rewolucji w sposobie myślenia”.

„Zarzucono fundamentalne podejście do sportu motorowego. Teraz zamiast ograniczeń mocy, ograniczane będzie zużycie energii. Takie rozumowanie jest zgodne z duchem naszych czasów i daje inżynierom ogromną swobodę techniczną. W roku 2014, na starcie w Le Mans zobaczymy ogromną różnorodność koncepcji.”

Podstawowe elementy nowej konfiguracji Audi R18 e-tron quattro zdefiniowano już w 2012 r., a projektowanie każdego z elementów rozpoczęto przed końcem tego samego roku. Jesienią roku 2013, nowy bolid LMP1 Audi poddano próbom na stanowisku badawczym, po czym nastąpiły testy na torze wyścigowym.

W nowych przepisach technicznych na nowo zdefiniowano wiele podstawowych kwestii dotyczących mechanizmu napędowego, wymiarów nadwozia, bezpieczeństwa i aerodynamiki.

Budując nowe R18, zespół Audi Sport zdecydował się na zastosowanie koncepcji podobnych do wykorzystywanych w przeszłości, choć z innowacyjnymi rozwiązaniami dotyczącymi wielu szczegółów i z dodatkowym układem hybrydowym. Najważniejsze zmiany to:

• udoskonalony silnik V6 TDI zamontowany przed tylną osią napędza tylne koła pojazdu,
• układ hybrydowy e-tron quattro na przedniej osi (ERS-K – Energy Recovery System Kinetic, układ służący do gromadzenia energii kinetycznej),
• zoptymalizowany akumulator energii kinetycznej,
• układ hybrydowy z elektryczną turbosprężarką w silniku spalinowym (ERS-H – Energy Recovery System Heat, układ gromadzenia energii wytworzonej z ciepła).

Nowe podejście do mechanizmu napędowego i zarządzania energią
Nigdy wcześniej w napędzie samochodu wyścigowego nie stosowano tak skomplikowanej techniki. Jednostka napędowa TDI, wyznaczająca standardy efektywności, pozostaje sprawdzonym i istotnym elementem ogólnej koncepcji. Udoskonalenie silnika V6 TDI w Audi R18 e-tron quattro znacząco przyczynia się do zgodności samochodu ze specyfikacją energetyczną przedstawioną w nowych przepisach. Nowe R18 musi zadowolić się o 30% mniejszą ilością paliwa niż jego poprzednik.
Mechanizm napędowy, z wyłączeniem silnika spalinowego, po raz pierwszy składa się z dwóch układów hybrydowych. Tak jak w przeszłości, zespół spalinowo-elektryczny odzyskuje podczas hamowania energię kinetyczną z osi przedniej. Następnie energia ta jest gromadzona w specjalnym akumulatorze. Po raz pierwszy turbosprężarkę jednostki spalinowej połączono z urządzeniem elektrycznym umożliwiającym przetwarzanie energii cieplnej ze spalin w energię elektryczną,
na przykład w momencie osiągnięcia wartości granicznej ciśnienia ładowania.

Ta energia również przepływa do akumulatora energii kinetycznej. Kiedy samochód przyspiesza, zakumulowana energia może – w zależności od trybu działania – z powrotem popłynąć do zespołu spalinowo – elektrycznego przy osi przedniej lub do innowacyjnej elektrycznej turbosprężarki.

Całościowa konstrukcja tych układów i ich bezpośredni wpływ na zarządzanie pracą silnika i mechanizmu napędowego, wymagają złożonej koordynacji i tuningu. Zespół Audi Sport przeprowadził najpierw analizy teoretyczne i symulacje, po których nastąpiły próby na stanowisku badawczym, a potem – w październiku tego roku – testy na torze. W wyniku zastosowania nowoczesnych rozwiązań technicznych, wachlarz opcji z których mogą korzystać kierowcy i inżynierowie, jest szerszy niż kiedykolwiek wcześniej.

Mocno zmienione warunki, z którymi muszą zmierzyć się specjaliści od aerodynamiki Swoboda, której jednak towarzyszą zaostrzone ograniczenia. Oto w jaki sposób można w skrócie ująć nowe ramowe warunki dotyczące aerodynamiki. Oto kilka przykładów: O 10 cm węższe nadwozie nowego prototypu Le Mans 1 oznacza że z matematycznego punktu widzenia, jego przód stał się mniejszy, co jest zaletą. Auto ma teraz węższe koła, co z kolei przyczynia się do zmniejszenia oporu aerodynamicznego. Kontrastują z tym inne zmiany, które z punktu widzenia aerodynamiki nie są korzystne. Bolid musi być o 20 mm wyższy niż przedtem – ma zatem 1050 mm wysokości. Wymaga się również, aby wymiary kabiny były większe. Wpływa to znacznie na mniej korzystną charakterystykę aerodynamiczną. Mniejsza szerokość całkowita auta skutkuje zwężeniem podwozia. Poza tym samochód ma zupełnie inny kształt w obszarze wnęk kół przednich. W konsekwencji mniejszy staje się obszar wytwarzający siłę docisku. Projektując przód pojazdu, inżynierowie zyskali jednak dodatkową swobodę. Po raz pierwszy zamiast dyfuzora można zastosować przedni spojler z klapą. Taka zmiana pozwala uwypuklić atuty aerodynamiczne samochodu i znacząco zmniejszyć koszty, ponieważ tę część nadwozia łatwiej będzie modyfikować dostosowując ją do różnych torów wyścigowych. W przeszłości konieczne było produkowanie różnych nadwozi.

Z drugiej jednak strony, narzucono większe ograniczenia w zakresie aerodynamiki tylnej części samochodu. Zabroniono na przykład wykorzystywania spalin w obszarze tylnego dyfuzora, jak to miało miejsce w przypadku Audi R18 e-tron quattro generacji 2013.

Dalsze zwiększanie bezpieczeństwa
Nawet w przeszłości, bolidy LMP1 z zamkniętą konstrukcją kabiny z tworzywa sztucznego wzmacnianego włóknem węglowym, uznawane były za najbezpieczniejszą kategorię samochodów wyścigowych. Dwa poważne wypadki R18 w Le Mans w 2011 r. pokazały, że kierowcy Audi wyszli z opresji obronną ręką.

Nie jest to jednak powód, by na tym etapie zakończyć zwiększanie bezpieczeństwa. Osoby opracowujące przepisy działają na rzecz kontynuacji tego procesu i w najnowszej generacji samochodów wyścigowych narzucają szereg nowych wymogów.
Nowe nadwozie samonośne musi wytrzymywać większe obciążenia. Jednocześnie wzmocniono je dodatkowymi warstwami tkaniny, które trudno przebić przy skoncentrowanym uderzeniu. Takie rozwiązanie zmniejsza podczas wypadków ryzyko wbicia w nadwozie ostrych elementów.

Po raz pierwszy zalecono stosowanie uwięzi przytrzymujących koła. Łączą one zewnętrzne zespoły zawieszenia kół przednich z nadwoziem samonośnym typu monocoque, a w przypadku tylnej części pojazdu, tylne zawieszenie z konstrukcją podwozia. Każda z dwóch uwięzi wymaganych dla każdego koła, wytrzymuje siłę 90 kN, co odpowiada ciężarowi 9 ton metrycznych. Kolejną nową cechą jest tak zwany crasher, wykonana z tworzywa sztucznego wzmacnianego włóknem węglowym konstrukcja umieszczona za przekładnią, która pochłania energię w razie kolizji.

To kolejny przykład wyzwań, jakie postawiono inżynierom Audi. Wszystkie te innowacje powodują bowiem zwiększenie masy, a do ogólnej wagi dodać należy jeszcze drugi układ hybrydowy.

Poprzedni prototyp Le Mans Audi ważył 915 kg. Jednak w przyszłości masę samochodu można zmniejszyć do 870 kg, co oznacza, że technika ultralekkiej konstrukcji Audi zyskuje nowy wymiar.

Nowe Audi R18 e-tron quattro charakteryzuje wiele dalszych innowacji, na przykład zmieniony obszary widzenia i ergonomia wnętrza. Samochód zadebiutuje 20 kwietnia 2014 r., podczas sześciogodzinnego wyścigu w Silverstone (Wielka Brytania). Główną atrakcją przyszłorocznej serii Długodystansowych Mistrzostw Świata FIA będzie 24-godzinny wyścig Le Mans, który zostanie rozegrany 14 i 15 czerwca 2014 r. Cel jest oczywisty: Audi chce utrzymać wiodącą rolę, jaką od roku 2000 odgrywa w wyścigach prototypów LMP1 i po raz kolejny zademonstrować w Le Mans „przewagę dzięki technice”.