تاریخچه‌ی سیستم مسابقه‌ای هیبرید تویوتا (THS-R)

هیبرید THS-R: توسعه آغاز می‌شود

اگرچه تویوتای پریوس از 1997 درحال فروش بوده است، اما اولین نشانه‌های اینکه تکنولوژی‌های هیبریدی اختصاصی تویوتا می‌توانسته برای مسابقات بکار برده شود، در 12 مه 2005 ظاهر شد؛ هنگامی که شرکت  تویوتا موتور تصمیم گرفت که ” رویکردی مسابقه‌ای را که از سیستم هیبریدی استفاده کند، درنظر بگیرد.”

درآن زمان، ماشین‌های مسابقه‌ای با سیستم هیبریدی وجود نداشتند و مطمئناً هیچ رده‌ای به آن اختصاص داده نشده بود. لذا مهندسان تویوتا آغاز به ساخت سیستم قدرت دوگانه‌ای (dual-powered system) کردند که با قوانین مختلفی سازگار بوده و برای متخصصان موتوراسپرت قابل قبول باشد.

اگرچه THS-R بطور کلی مشابه هیبرید سینرژی درایو برای خودروهای غیر مسابقه­ای است، اما باید خیلی بیشتر بر روی بازیابی انرژی نیروی ترمز متمرکز بوده تا برای بالا بردن قدرت شتاب از آن استفاده کند.

 

THS-R : لکسوس دنسو GS 450h 2006

لکسوس GS 450h اولین سیستم هیبرید مسابقه‌ای بود که توسط زیرمجموعه‌ی تویوتا –دنسو- در جولای 2006 وارد مسابقات 24 ساعته‌ی توکاچی شد. این طولانی‌ترین راند رده استقامت سوپرتایکیو (Taikyu) یا S-Tai ژاپن است.

جالب ‌توجه است که سازمان‌دهندگان، ورود قریب‌الوقوع این تکنولوژی جدید را در مسابقات به ‌رسمیت شناختند و یک رده محصول-1 (P-1) برای هیبریدها و دیگر خودروهای سازگار با محیط‌ زیست ایجاد کردند. بنابراین درحالیکه که لکسوس دیفرانسیل عقب بطور رسمی وارد این کلاس P-1 جدید شد، اما در حقیقت مطابق با قواعدی که کلاس ST-1  (3,501cc یا بیشتر) را کنترل می‌کردند، ساخته شده‌ بود.

ماشین مسابقه‌ای لکسوس GS 450h مبتنی بر تولید انبوه، خازنی را به‌ همراه ساختار هیبریدی معمولش و موتور بنزینی V8 اتخاذ کرد. تفکر پشت این کار، این بود که یک سیستم مسابقه‌ای هیبریدی به نوعی از خاصیت شارژ و د‌شارژ سریع نیاز دارد که برای باتری نیکل-متال هیدرید غیرممکن ‌بود.

بیشترین خروجی کل سیستم هیبریدی برابر با 341 اسب بخار قبل از تلفات (bhp) و به اندازه همان ماشین‌­های غیر مسابقه­ای بود. این مقدار کافی بود تا لکسوس بدون دردسر مسابقه را به پایان برساند و از میان 33 خودروی حاضر، مقام 17‌ام را کسب کند.

 

THR-S : 2007 Denso Sard Toyota Supra HV-R

با بدست آوردن مقادیر زیادی داده‌ ارزشمند در زمینه‌ی مسابقات، تیم توسعه از این دانش برای ساخت یک سیستم هیبریدی مسابقه‌ای هدفمند برای بازگشت به مسابقات 24 ساعته‌ی توکاچی 2007 استفاده کرد.

این بار، خودروی پایه، یک تویوتا سوپرا (GT500-specification) از سری محبوب GT Super بود. موتور تنفس طبیعی 4.5 لیتری V8 با قدرت 480PS معمول ماشین‌های مسابقه‌ای حفظ شد اما با گنجاندن یک موتور/ژنراتور (MGU) 150kW در میان محور عقب و MGUهای جدا در هر چرخ جلو، 230PS دیگر نیز اضافه شد. اگرچه چرخ‌های جلو قدرت نسبتاً کمی دراختیار داشتند، اما اکنون سوپرا می‌توانست بطور مؤثرتری انرژی را از سه منبع مجزا دریافت کند.

مانند گذشته، یک سیستم خازنی سریع‌الاثر نصب شد تا انرژی الکتریکی را تأمین و ذخیره کند.اما این‌بار، جایگزین پک باتری شد تا ساختار کلی ساده‌تر شود و وزن سوپرا به مقدار بسیار کم 1080 کیلوگرم برسد.

با وجود شرایط نامساعدی که شامل باران‌های پی‌در‌پی نیز می‌شد، سوپرا HV-R چهارچرخ محرک، بی هیچ مشکلی 616 لپ (3128.5 کیلومتر) را در 24 ساعت کامل کرد. علاوه بر آن، با اختلاف شگفت‌انگیز 19 لپ بیش از نفر دوم، با مقام اول مسابقه را به پایان رساند و جایگاه تویوتا را در کتاب‌های رکورد بعنوان اولین خودروی هیبریدی که عنوان قهرمانی دریافت کرده، ثبت کرد.

تحلیل‌های بعد از آن رویداد نشان داد با آنکه سوپرا HV-R بسیار قدرتمندتر از لکسوس سال قبل بود، اقتصاد سوختی در حقیقت 10 درصد بهبود پیدا کرده بود. علاوه بر آن، پس از اصلاح چرخ‌های جلو، سایش ترمز جلو کمتر از نصف چیزی بود که در ابتدا انتظار می‌رفت.

THS-R : تحولاتی برای لمانز

با آنکه بردن مسابقه‌ی 24 ساعته‌ی توکاچی حائز اهمیت بود، اما پیامدهای این دستاورد بیش از بازار داخلی پیش نرفت. تویوتا به ناظران بیشتر و بین‌المللی‌تری نیاز داشت تا اقداماتش در زمینه‌ی تکنولوژی مسابقه‌ای هیبریدی را تقدیر کنند.

درنتیجه این چالش بوجود آمد که خودرویی هدفمند برای بازگشت به مسابقات بین‌المللی استقامت ساخته شود و بار دیگر در مسابقات 24 ساعته‌ی لمانز رقابت کند؛ مسابقاتی با اهمیت ویژه از لحاظ توجه رسانه‌های بین‌المللی. اما به ‌منظور شرکت در چنین رقابتی، وزن سیستم هیبریدی باید کاهش می‌یافت. فقط سبک‌تر شدن کافی نبود؛ وزن باید به‌ شدت کاسته می‌شد، از 600 کیلوگرم به تنها 100 کیلوگرم!

در آن زمان تکنولوژی لازم برای رسیدن به این هدف وجود نداشت. بنابراین بار دیگر مهندسان تویوتا به تخته طراحی بازگشتند و طی سالهای 2008 تا 2011 به تکمیل کردن سیستم THS-R پرداختند، سیستمی که هنوز ابتدایی بود اما موفقیتش را در مسابقات ثابت کرده بود.

THS-R : هیبرید TS030 تویوتا 2012

تویوتا شش سال را صرف تکمیل THS-R  برای موتوراسپرت‌های سطح بالا کرد. نتیجه‌ی نهایی –هیبرید TS030- حاصل تلاش ترکیبی مهندسان مرکز فنی Higashi-Fuji در ژاپن و گرداننده‌ی پیشین تیم F1 تویوتا در آلمان بود که شاسی فیبر کربنی خودرو را ساخت. این خودرو، اولین خودروی هیبریدی‌ الکتریکی-بنزینی‌ای شد که وارد افتتاحیه مسابقات جهانی استقامت  FIA شده‌ است.

یک موتور بنزینی V8 تنفس طبیعی 3.4 لیتری جدید، رانشگر (Powertrain) را تامین می‌کرد و با سیستم هیبریدی مبتنی بر ابرخازن دولایه قدرتمندی همراه شده‌بود که با کمک تیم همراه Nisshinbo توسعه  داده‌شده و در کاکپیت جای‌ داده شده‌بود.

درحین توسعه‌ی TS030، MGUها به ترتیب در انتهای جلو و عقب به کار گرفته شده‌ بودند. اما مقررات جدید LMP1  برای سیستم‌های هیبریدی محدود 2012، بازیابی حداکثر 500kJ بین نواحی ترمز و به کارگیری تنها دو چرخ بود. این تغییر، شانس تویوتا برای بهبوددهی و بهر‌ه­برداری از انرژی نیروی ترمز را نصف کرد و موجب شد تا واحد دنسو-ساخت، تنها MGU در پوشش گیربکس باقی بماند.

با این وجود، سه پیروزی در  شش مسابقه، بعلاوه‌ی سه پل‌پوزیشن و چهار سریعترین ‌لپ در اولین حضور جالب ‌توجهش در یک فصل، از نقاط برجسته‌ی عملکرد چشمگیر هیبرید TS030 و نسل بعدی آن، تکنولوژی THS-R بود.

THS-R: هیبرید TS030 تویوتا 2013

هیبرید TS030 تویوتا 2013، مشخصات و ساختار پایه‌ی مدل 2012 را به ارث برد؛ اما با مدیریت اجزأ و قابلیت اطمینان بهبود یافته اکنون THS-R مبتنی بر ابرخازن بکار برده شده‌ بود تا افزایش قدرتی 300bhp را علاوه بر 530bhp تولید شده توسط موتور بنزینی 3.4 لیتری V8 ارائه دهد. با وجود آن‌که قدرت زیاد شده‌ بود، اما در اصل مزیت کلیدی خودرو به لحاظ کاربرد در مسابقات استقامت، بهبود قابل توجه راندمان سوخت بود.

با از دست دادن غیرمنتظره‌ی یک MGUی دوم درست پیش از آغاز فصل مسابقات 2012، زمان بهسازیِ پیش از فصل مسابقات 2013 صرف اصلاح شاسی هم شد تا از فضای جلو استفاده‌ی بهتری شود. این زمان، طراحی مجدد سیستم تعلیق جلو و اصلاحات ظریف ایرودینامیکی را نیز شامل می‌شد.

THS-R : هیبرید TS040 تویوتا 2014

قوانین فنی تجدیدنظرشده‌ی WEC برای فصل مسابقات 2014، تاکید بیشتری بر اقتصاد سوختی داشت و مستلزم کاهش 25 درصدی مصرف سوخت تیم‌ها بود. اما این تجدیدنظر برای بهبود عملکرد، تا 8 مگاژول آزادسازی انرژی الکتریکی و امکان نصب MGU بر روی هر محور را  نیز اجازه می‌داد.

درحالی‌که به­ کارگیری 8 مگاژول بدون شک ترغیب ‌کننده بود، اما به لحاظ سخت‌افزاری منجر به تحمل وزن اضافه می‌شد. درعوض، مهندسین تویوتا تصمیم گرفتند ساختار THS-R را بگونه‌ای تغییر دهند تا دو MGU به‌دقت بالانس شوند ( با بازگرداندن واحد Aisin AW به محور جلو، همانگونه که از ابتدا درنظر گرفته شده‌ بود)، با حداکثر خروجی معتدل‌ترِ 6 مگاژول. علاوه بر آن، ظرفیت بازیابی و نیروی ترمز را بوسیله‌ی یک موتور V8 با گنجایش افزوده‌ی 3.7 لیتری بهبود دادند.

با ترکیب خروجیِ 480 اسب‌ بخاریِ موتور دوقلوی جدید سیستم هیبریدی مبتنی بر ابرخازن با خروجی 520 اسب‌ بخاری موتور جدید، هیبرید TS040 دارای خروجی کلی بیش ‌از 1000 اسب‌ بخار شد، به­علاوه‌ی کشش و ثبات چهارچرخ‌محرک.

پس از طی تنها سه سال در WEC، تکنولوژی همواره درحال پیشرفت THS-R در قلب هیبرید TS040، کمک کرد تا برای اولین بار برای سازنده‌ای ژاپنی – عنوان قهرمانی سازندگان را حفظ کند؛ همچنین عنوان قهرمانی رانندگان در فصل مسابقات 2014.

THS-R: هیبرید TS040 تویوتا 2015

برای فصل مسابقات WEC سال 2015، هیبرید TS040 دارای عنوان قهرمانی، دستخوش تغییری انقلابی شد.

با توجه به رقابت تنگاتنگ و پیشرفت همه­ی رقبا، خودرو مقادیر خروجی 1000 اسب‌بخاری و انرژی هیبریدی شش مگاژولی خود را حفظ کرد، اما در زیر این پوسته، حدود 80 درصد از قطعاتش به منظور بهبود عملکرد و قابلیت اطمینان و بهینه‌سازی وزن، طراحی مجدد شد. دو پکیج ایرودینامیک نیز  فراهم شد تا با مطالبات گوناگون اتحادیه WEC مقابله کند.

THS-R:  هیبرید TS050 تویوتا 2016

هیبرید  TS050جدید، چشمگیرترین پیشرفت در کانسپت THS-R  از زمان پیوستن تویوتا به مسابقات در سال 2012 را به نمایش می‌گذارد.

موتور بنزینی نسل جدید، که بازهم توسط بخش توسعه‌ی واحد موتوراسپرت در مرکز فنی Higashi-Fuji در ژاپن مهندسی شده، یک V6 2.4 لیتریِ کوچک ‌شده‌ی تزریق مستقیم است. اما توسط توربوشارژهای دوقلو و سیستم هیبریدی 8 مگاژول قدرتمندی نیز تقویت می‌شود که از باتری لیتیوم-یونی قوی‌ای به جای سیستم ابرخازن پیشین تغذیه می‌کنند.

مانند قبل، یک MGU برای هر محور فراهم شده است؛ سیستم جلو نیز جابجا شده تا جریان هوای زیر کف بهتر شود و‌ محرک الکتریکی دو دیفرانسیلی را به کمک اکسل عقب دوقدرته بیاورد.

این کانسپت جدید THS-R لازمه‌هایی دررابطه با سیستم خنک‌کننده و پکیجینگ به‌همراه داشته، از جمله به روز کردن سیستم انتقال قدرت برای تحمل افزایش گشتاور ناشی از موتور توربو. ترکیب‌شدن با یک کانسپت آیرودینامیکی جدید، به این معنی است که عملا همه‌ی قسمت‌های شاسی هیبرید TS050 مجددا طراحی شده ‌است.

 

منبع: مجله­ تویوتا