ASÍ SE CONSTRUYE UN TOYOTA TS050 HYBRID DE LAS 24 HORAS DE LE MANS

En Colonia (Alemania) se sitúa el corazón de Toyota Motorsport (TMG), unas instalaciones de 30.000 m2 con lo último en tecnología, donde cerca de 300 trabajadores diseñan y construyen los prototipos de Toyota para el Campeonato Mundial de Resistencia —World Endurance Championship (WEC)—.

En ningún otro lugar del mundo se han fabricado un Fórmula 1, un LMP1 del WEC y partes de un coche del Campeonato Mundial de Rallys —World Rally Championship (WRC)—

El Toyota TS050 HYBRID de esta temporada ha recibido numerosas mejoras con el objetivo de conquistar las 24 Horas de Le Mans.

Para Kiichiro Toyoda, fundador de Toyota, estar presente en el mundo de la competición era tremendamente importante, y eso se respira en cada rincón de Toyota Motorsport (TMG). Toyoda consideraba que poner a prueba sus creaciones sobre la pista era primordial para descubrir nuevas vías de desarrollo en los modelos de calle. Y para cumplir con este comedido, qué mejor que testar las nuevas tecnologías de la marca en la mejor carrera del mundo, las 24 Horas de Le Mans.

Toyota participará en esta carrera en 2017, por decimoctava ocasión. Desde que acabó la edición de 2016, los ingenieros de TMG han completado un exigente trabajo de evolución y desarrollo contrarreloj para hacer del TS050 HYBRID el prototipo LMP1 más rápido y fiable del mundo.

Unas instalaciones de ensueño

El centro de operaciones de Toyota Motorsport GmbH (TMG) se estableció en Colonia, Alemania, en 1979, cuando Toyota empezaba a dar sus primeros pasos en el Campeonato Mundial de Rallys —World Rally Championship (WRC)— de la mano de Ove Andersson.

Con unas instalaciones de más de 30.000 m2, TMG ha conseguido juntar bajo un mismo techo todo lo necesario para diseñar, fabricar y poner a prueba los automóviles más evolucionados de competición, desde un Fórmula 1 hasta los actuales prototipos LMP1 del Campeonato Mundial de Resistencia —World Endurance Championship (WEC)—.

La sede de Colonia cuenta con 300 trabajadores de media, que varían según las necesidades que aparecen en los distintos campeonatos en los que participan, ya sea de forma oficial a través del equipo Toyota GAZOO Racing en el WEC o el WRC; o dando apoyo a coches de clientes en carreras como las 24 Horas de Nürburgring.

En el proyecto de las 24 Horas de Le Mans están involucrados, directa o indirectamente, casi dos tercios de los recursos humanos de TMG. Desde que Toyota empieza a trabajar por primera vez en uno de sus prototipos, hasta que saltan a pista, pasa un largo año en el que se trabaja contrarreloj.

Las primeras reuniones del equipo de investigación y desarrollo tienen lugar en el mes de abril. En esta primera toma de contacto, los miembros del equipo revisan en profundidad los cambios en la reglamentación técnica de la FIA, para ser capaces de cumplir con la normativa y de encontrar conceptos del reglamento que puedan ser explotados.

En Toyota Motorsport ya trabajan en el coche de la próxima temporada. “El equipo de investigación y desarrollo ya ha empezado a trabajar con el coche de 2018 en el túnel de viento y en algunos componentes a escala completa”, nos explica John Litjens, Project Leader de TMG, tras las 6 Horas de Spa-Francorchamps, donde Toyota se hizo con un doblete que le sitúa en posición inmejorable de cara a la carrera en el circuito de La Sarthe.

En este punto entran en juego los diseñadores. Hasta el más mínimo detalle se simula en sus ordenadores, con sofisticados programas informáticos, algunos hechos a medida. El software de mecánica de fluidos computacional (CFD) de Toyota Motorsport maneja hasta 80 millones de células para la composición hexahedral de un modelo de vehículo completo, y está integrado con el túnel de viento y el simulador. También se emplean, entre otras, herramientas informáticas Tosca, Genesis, ANSA, Abaqus, Nastran, Hyperworks, LSDyna LMS Virtual.Lab, LMS Imagine.Lab, AMESim y Matlab, entre muchas otras. Y todo se opera a través de superordenadores y de un cluster con 600 CPUs y 1.200 cores.

Fabricando el híbrido más rápido del mundo

La unidad de potencia y el sistema híbrido del Toyota TS050 HYBRID se desarrolla y construye en el Centro Técnico de Higashi-Fuji, en Japón; y son enviadas a Colonia para su instalación en el coche. El resto del prototipo LMP1 se diseña y fabrica en las instalaciones de Colonia.

A medida que las distintas piezas que conforman el coche se van esbozando, el equipo de fabricación va haciendo realidad lo que los diseñadores han plasmado en sus ordenadores. La precisión de este proceso tiene que ser absoluta y por se valen de impresoras 3D de última generación y de una maquinaria de la máxima precisión. Todos los componentes fabricados se someten a prueba, por separado, con bancos y sistemas de ensayo específicos.

La base del TS050 HYBRID es un chasis monocasco de fibra de carbono, fabricado en base a un diseño CAD que genera un modelo informático. Para construirlo, primero se realiza un molde, sobre el que se van poniendo las láminas de fibra de carbono con resina epoxy, adhesivos, y diferentes insertos y refuerzos. Toyota dispone de un software específico para optimizar el uso de las capas de carbono, reduciendo el peso sin perder rigidez. Una vez montado, el monocasco se introduce en un horno autoclave para su curación y secado. Según Pascal Vasselon, esta pieza “es lo único que no ha cambiado del coche esta temporada”.

En paralelo se trabaja en las unidades de potencia. La temporada pasada se introdujo un nuevo motor de combustión… y en tiempo récord, porque los cambios de reglamentación llegaron muy tarde. Se eligió un motor V6, con inyección directa y doble turbo alcanzar el mejor equilibrio entre potencia y eficiencia.

Esta temporada se ha afinado esa mecánica, optimizando su eficiencia térmica gracias una nueva cámara de combustión, culata y bloque de cilindros, que aumentan la compresión. Estos cambios han permitido tener más potencia y reducir el consumo.

La caja de cambios se fabrica en Colonia y fue rediseñada por completo el año pasado para adaptarse a las solicitudes del nuevo motor. Y se hizo en base a cálculos, predicciones y simulaciones computacionales, pues como explica Vasselon, “cuando comenzamos a diseñarla, el motor aún no existía”. Con carcasa de metal y disposición transversal, tiene cambio secuencial de siete velocidades y es parte estructural del coche, soportando elementos de la suspensión trasera.

En cuanto al sistema híbrido, se ha trabajado para reducir el tamaño y el peso de las unidades generadoras del motor eléctrico, y también se ha desarrollado aún más la batería de ion-litio de alta potencia. Los dos MGU-K, uno en cada eje, se anclan al chasis a través de las baterías.

Los túneles del viento, las joyas de la corona

Toyota dispone de unas impresionantes instalaciones de ensayos aerodinámicos en Colonia que se usan durante todo el año, tanto por Toyota Motorsport como por clientes externos. Hay dos túneles de viento. El más antiguo, tiene capacidad para maquetas de hasta un 60% del tamaño real y el más reciente admite maquetas a tamaño completo. Con una velocidad máxima del aire de 70 metros por segundo (252 km/h), el túnel de viento permite probar maquetas a escala y piezas para comprobar si las simulaciones hechas por ordenador con CFD son correctas. “La correlación entre los datos del CFD y los de la pista en los años recientes ha sido bastante buena”, asegura Litjens.

La precisión de las mediciones en el túnel está asegurada con 512 canales de medición de presión, (con precisión 7PA) y tecnología láser para asegurar un posicionamiento correcto con 0,05 mm de precisión. Incluso la deformación del neumático y los gases escape pueden ser simulados. Ambos túneles emplean el  análisis de imagen de velocidad de partículas (PIV) para visualizar estructuras de flujo en los alerones, lo que permite la medición directa de vectores de velocidad de flujo local, así como la validación de las predicciones realizadas con CFD.

Esta temporada el reglamento ha obligado a realizar un gran desarrollo aerodinámico. En primer lugar, porque se busca reducir la carga, ya que los LMP1 se estaban volviendo demasiado rápidos. En segundo lugar, porque para limitar costes se han limitado a dos (antes, tres) los diferentes paquetes aerodinámicos que se pueden usan en toda la temporada. El paquete de menor carga aerodinámica será el que use en las 24 Horas de Le Mans, y el de mayor carga ya se ha empleado en Silverstone y Spa-Francorchamps, en los TS050 HYBRID #7 y TS050 HYBRID #8 de Toyota GAZOO Racing.

Pruebas… y más pruebas

En la fase final, tras haber diseñado, producido y testado por separado cada una de las partes del coche, es momento de ensamblar una unidad completa y verificar que todo ajusta a la perfección. Si se ha diseñado un nuevo monocasco, será necesario pasar el crash test de la FIA.

Tras miles de horas de diseño por ordenador, fabricación y montaje, llega el momento de comenzar las pruebas “reales”. Las primeras, en bancos que simulan diferentes entornos. Sobre un banco de rodillos o dinamómetro, se comprueban las transmisiones y la potencia del sistema de propulsión híbrido. El motor de combustión y los motores eléctricos ya habían sido testados durante horas, juntos y por separado, en otro banco de pruebas en el que se simulan condiciones de carrera.

El chasis también pasa por sus “potros de tortura”: un simulador de carretera MTS 329 y un banco mecánico de siete postes. El primero realiza simulaciones en tiempo real y pruebas de fatiga de todas las fuerzas que se aplican a un coche: movimientos verticales, longitudinales y laterales; par de dirección y frenado; y variaciones en caídas y avances de los neumáticos. Incluso aplica calor y dispone de cuatro empujadores para simular la carga aerodinámica. En el banco de siete ejes se prueba la rigidez de los elementos, fricciones, cargas en las suspensiones bajo diferentes configuraciones y cargas aerodinámicas.

Por fin, el Toyota TS050 HYBRID ya está listo para salir a pista a realizar sus primeros

test. Antes del inicio de la temporada, el equipo Toyota GAZOO Racing completó 30.000 kilómetros de pruebas en Paul Ricard, Motorland Aragón y Portimão, con cuatro simulacros de carreras de resistencia de 30 horas. Pascal Vasselon lo tiene muy claro: “Lo que sucedió el año pasado en Le Mans fue muy doloroso, así que le hemos prestado una atención especial a los procesos de calidad. El riesgo cero no existe y operamos con un determinado nivel de riesgo, que hemos reducido esta temporada”.

Toyota GAZOO Racing. Toyota  compitió por primera vez en el Campeonato Mundial de Resistencia —World Endurance Championship (WEC)— en 1983, e inició un largo periodo de participación en carreras de resistencia. Desde 1985, los vehículos Toyota  han competido en 17 ediciones de las 24 Horas de Le Mans y han quedado segundos en cuatro ocasiones (1992, 1994, 1999 y 2013). Toyota  empezó a participar en el nuevo WEC en 2012, combinando los conocimientos del Centro Técnico de Toyota, donde se desarrolla el sistema híbrido, con el apoyo y las instalaciones de Toyota  Motorsport GmbH para el desarrollo del chasis. El equipo multinacional tiene su base en Colonia (Alemania) y cuenta con ingenieros del departamento de automovilismo y sistema híbrido, que vuelven a llevar la tecnología y los conocimientos al desarrollo de vehículos de carretera. Desde 2012, Toyota  ha conseguido nueve pole positions y ha ganado 10 carreras, además de acabar en el podio en un total de 24 ocasiones. En 2014, el equipo ganó el Campeonato Mundial de Pilotos y el Campeonato Mundial de Fabricantes con el TS040 HYBRID, y un año más tarde Toyota  celebraba sus 30 años desde la primera inscripción en Le Mans. Toyota  Motorsport GmbH combina su papel en el proyecto del WEC con sus otras actividades, como el suministro de un motor del Campeonato Mundial de Rallys para la vuelta de Toyota  a la categoría en 2017, así como los servicios de ingeniería y las actividades automovilísticas para clientes.