这才是保时捷要打出去的牌——919 Hybrid 2015

今年,保时捷919 Hybrid几乎霸占了所有媒体的版面,它的表现完全出乎了人们的意料。它比上一代919更轻、更快、更强及更稳定,当然也更加成功。

2015年,WEC中的三家主流制造商都推出了改款赛车,但唯独保时捷是获益最多的制造商,他们几乎研发了一台全新LMP1赛车。对于这个项目的第一年(2013),是测试年;他们发现了引擎方面的问题,但在这个问题直到2014年参赛还依旧存在。

2013年他们打造了双节式连接底盘(two-piece bonded chassis),并在测试时发现引擎问题,这将意味着他们将延期使用新的涡轮。这样的底盘结构这使得整台赛车在整个赛季中不得不多背负30公斤参赛。今年,他们已经将这些问题解决,并最终拿到了第17个勒芒全场冠军和WEC年度双料冠军。

这台赛车的每个部件几乎都经过了重新设计,而他们也成为了第一支选用8MJ混动释放量的车队。新919 Hybrid较上一代赛车可以说是天壤之别。

底盘

由于过程之复杂和研发成本高昂,没有制造商愿意每年都制造一个新底盘。就这样,保时捷带着2013年的研发的双节式连接底盘开始了2014赛季。然而到了2015年,他们已经使用了一体式单壳体底盘(one-piece monocoque)这不但意味着赛车将大幅减重,而且车队已经可以使用不同的材料和工艺来增加车身刚性。

减少一些零件能够减重,而使用不同的纤维材料将会再次减重。因此,由于不同的结构保时捷可以采用不同的概念,所以这可以提升至所想要达到的车身刚性

保时捷技术总监亚历山大·恩辛格(Alex Hitzinger)说:“我们可以从一开始就做到这一点,但我们不想承担巨大的风险,所以我们在2013年时间紧迫的情况下选择了更保守的方案——双节式连接底盘。而2015赛季我们接着往下走了下一步。”

新的底盘决定了新前悬挂的诞生,单壳体底盘将于新的悬挂布局一同“携手并进”,但制造商们并不想每年都这么做。

保时捷的悬挂系统已经成为了对手方工程师讨论的重点话题,虽然奥迪当时已经决定使用前后互连悬挂系统(FRIC),但保时捷未确定是否会使用FRIC系统,虽然他们的FRIC系统一直在研发中。

最终,尽管这台车很多地方都采用了非常激进的设计,但保时捷还是选择坚持了自己原有悬挂设计。保时捷依旧对于这套系统的工作原理避而不谈,但至少恩辛格还是愿意对这套系统透露一二的。

“我们花了很长时间来寻找解决方案,但最终并没有采用前后互连悬挂系统。可以肯定的是,如果你选择了正确的路,那将以后的路将变得非常顺畅,反之,会一团糟。去年,我们对悬挂系统并不是100%满意。去年赛车在刚性荷载的表现并不理想,所以这只是我们今年再这一方面做出了较大改进。”恩辛格说。

悬挂总是需要在空气动力、重量和刚性上做出很多妥协,并且可以把它做的非常复杂也可以非常简单。悬挂的研发总是需要在复杂与重量之间进行非常纠结的权衡。一些人说“你永远不可能依靠你的悬挂获胜”——如果它不是决定性能的主要因素却实是这样。

这些话依旧没有解释是如何工作的。恩辛格继续说:“简单来说,悬挂就是两个运动——垂荡(heave)和横摇(roll)。传统的悬挂你在左右两侧都能看见垂荡和横摇运动,但在我们的车上,却不是这样的。对于我们来说,两种运动是完全分开的,你只能够看见独立的垂荡或是独立的横摇运动。”

“这其中还蕴含着一些复杂的运动,但它意味着你可以任意的调整横摇或者是横摇,不必两种运动一起调整。这是一个纯机械系统,与传统悬挂一样,它也由螺旋弹簧、液压阻尼构成,前桥左右两侧有防倾杆相连,但前后悬挂并没有任何连接。”

保时捷也努力的完善了车身后部;变速箱的载荷能力得到提高,这使得它刚性更强而且更轻。由底盘到引擎再到变速箱的载荷路径也得到了增强。

引擎

保时捷在2015年继续使用了2.0升V4引擎,但这款引擎相比之前那一款却经过了大量的升级。2013年赛车还在测试时,引擎出现了严重的震动问题。2015年,引擎使用了新的点火顺序和进一步完善的曲轴。

恩辛格说:“我们对引擎做出的许多改进,其中包括改变了整个曲轴、连杆、活塞、缸盖、排气管和涡轮以及整个曲轴箱,以提高载何刚性。”

是研发过程中的震动问题导致了曲轴的进一步完善吗?

“点火顺序的变化是最根本性的转变,但我们是为了减轻重量而调整它。我们还增加了一些活塞的行程。所以,这些都是很小的变化。我们还通过提高缸内压力提高了效率。因此,这就需要增加活塞和连杆等部件的负载能力强度。这是个庞大的连锁效应。”恩辛格说。

在2013-2014年冬季被研发的引擎部件在春天就被拿到了赛场。车队本打算研发新的涡轮,但由于处理问题一直到了2015赛季才推出了新的涡轮。

涡轮增压引擎要解决的首要问题就是涡轮所带来的迟滞,研发响应时间更加迅速的涡轮是非常有必要的,所以保时捷研发了新涡轮时使用了新的涡轮技术和压气技术。这些技术目前在赛车领域尚未被广泛使用,但这项技术已经运用在了民用车领域,并且这是一个新的趋势。

919在废弃能量回收系统中采用了VTG(可变几何截面涡轮),但这个几何形状却是固定的,因为车上没有第二个VTG系统。基本上,涡轮拥有不同的涡轮几何以及压气几何来让转动部件的惯性降低,这样就可以让转动部件的相应速度迅速。

保时捷本想将这个技术在去年就推出,但同样是因为时间方面的问题及规避风险,到了本赛季才正式推出此技术。

2015赛季的919延续了2014赛季赛车的排气布局,但并非完全相同。从每个气管伸出的排气管每根都经过了180°的旋转,并交汇在一起,之后再次分开,再次旋转180度。左侧的排气管会通过VTG MGU-H,而右侧的排气管会通过涡轮。

双排气尾管有助于提供空气动力学效率,所以它将改变流经发动机罩的气流;同时它还可以减少排气背压提升引擎性能。

对于分离标准涡轮和MGU-H来说,目前只有两种选择,要么把标准涡轮和废气能量回收系统分开,要么就像F1那样,把它们合在一起。保时捷两个方案都考虑过,最终选择了现在这样的。

如果废气能量回收坏了,整个系统依旧可以继续运转。因为还有一个废气旁通阀门,可以让废气可以从任意一侧排气管流出,来保证引擎的正常运转。这虽然比将涡轮和MGU-H安装在一起稍微重一些,但对于耐力赛赛车来说这是一个正确的选择。

由于需要控制运行条件,所以就必须要控制增压压力和排气背压,所以这也就是为什么我们的废弃能量回收系统会采用VTG。保时捷本意并不想使用废气旁通阀,因为这样会损失排气能量。所以,如果标准涡轮的几何形状是固定的,那就必须需要一个控制装置——在排气能量回收系统上使用VTG。

混合动力系统

2015款919 Hybrid的热点部分就要算混动系统了,保时捷在今年使用了最大的8MJ级能量释放量(8MJ只能在la Sarthe完全释放)。一个关键的问题就在于,在较短赛道当中,8MJ的能量根本无法在一圈之内被充满。从而这也成为了升级研发的重点课题。

2014年勒芒后,车队加快了2016年电池的研发,并决定在2015年就将其带入比赛中。电池合作伙伴“A123”制造出了更小、更轻和储能能力更强的电池。但由于其性能的不确定性,保时捷在制造单壳体底盘时依旧留出了2014款电池大小的空间以保证在不时之需做出紧急调整。

电池是最重的部件,保时捷在2014赛季结束后重新对其做出了设计,以让他变得更小更轻,但同时又提高了功率。这是目前为止对电池能量密度增加方面最长足的进步。

整个混动系统能够提供更多能量,当然也需要获得更多能量。所以,保时捷也改进了MGU-H和MGU-K。

恩辛格表示:“当我想象到重量和能量在勒芒的巨大优势后我说‘好的,我们不能一直等新电池到2016年,我们2015年就要用上新电池。”

所以,保时捷用六个月的时间做了本应该在一年做完的事。新的电池单元诞生了,电池的冷却问题也得到了解决。

对于新混合动力系统的工作效率及能量密度并没有确切数字,不过很明显的是这不仅仅是在技术方面的巨大进步更是在性能方面的进步。保时捷在今年排位赛上用100%的杆位率证明了新混合动力的强大,不过在比赛单圈时间和稳定性上还存在很多问题,特别是从勒芒开始,几乎每站都会有一台车在不同的分站出现混合动力系统问题。

这依旧是取舍问题,因为选择较大的动能释放量就意味着更少的燃油消耗。如果在一个组别中能够利用的更多的规则,那肯定是有利的。

保时捷选用了8MJ能量释放级,但这并不意味除勒芒外的每条赛道每圈都可以回收8MJ能量;由于刹车区、单圈长度等众多原因很多时候都做不到回收8MJ。对于勒芒来说7MJ是一个损益分界线。但在其他赛道上能量回收量看起来更糟大概在70%左右。

Stint时间

另外一个制胜因素是919的Stint时间;早在2014赛季对手就注意到保时捷在正赛中的竞争力并没有排位赛好。

保时捷在新赛车的悬挂运动学上下了功夫,以此寻求在长距离条件下提高轮胎性能,以及了解了更多关于米其林轮胎的工作特性。但另一方面,其他因素也决定了轮胎的效率,例如不同下压力水平,以及能量如何分布等。

丰田能量收集分别来自前轴和后轴,而保时捷仅仅依靠前轴收集,这也就给已经要承受刹车和转向的前轮施加了更多压力。两家制造商对于轮胎的使用情况截然不同,保时捷的做法与奥迪更加相似。

研发赛车工作有两个所围绕的重点,首先是重量,因为它决定了单圈速度。其次是Stint表现。单圈能力是一方面。而Stint表现对于耐力赛意味着一切,这关系到了如何使用轮胎,而这其中又蕴藏着动力学、空气动力学和如何运用动力输出。由于保时捷去年的赛车过重,因此他们在这个方面只能够采用保守策略。

对于另一个终重点——减重和增加刚性,这可以提升919 Hybrid的空气动力学敏感性。具有非常高下压力毫无意义,因为这样可能会在某些弯道中非常快,但是在其他方面的表现又会非常的差劲。

去年保时捷就认为,过弯时下压力的变化车手是可以进行预判的,车手需要知道接下来会发生什么,否则他就不会慢下来。

刹车

去年TS040能够非常成功原因就在于他们一直存在争议的刹车系统,保时捷在今年也与外部合作伙伴开发了一套线控刹车系统,这能够提高车手对于刹车踏板的感知能力。而去年所采用的是液压刹车系统,而2015年升级为了电子刹车系统。

去年保时捷还采用了,刹车压力削减系统,这个系统主要是弥补混动系统的制动转矩。但这个系统有一些不同,它不但可以弥补的作用,但是依旧可以让车手感受到液压系统的反馈。车手,可以感受到液压系统的工作。

今年,保时捷使用了一套新理念,车手将感受不到这套系统在刹车区工作或是待命状态。因为合作伙伴的经验让新的刹车系统更加完美。

对于在勒芒所创造的新单圈记录,足以证明这是保时捷所开发的又一台具有里程碑意义的赛车。这个团队中的大部分人都来自宝马索伯F1车队,他们理所应当的又将LMP1带入了一个新的高度。

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关于这篇文章
系列 WEC
车手 Earl Bamber , Brendon Hartley , Timo Bernhard , Romain Dumas , Marc Lieb , Mark Webber , Neel Jani , Nico Hulkenberg , Nick Tandy
车队 保时捷车队
文章类型 分析
标签 hybrid, lmp1, wec, 保时捷