Cuando se afronta una carrera como Le Mans, en un circuito que tiene como señas de identidad sus larguísimas rectas, la importancia de la aceleración a la salida de las chicanes, y el rendimiento en curva rápida para las «eses Porsche», y lo mezclas con una limitación de combustible específica marcada por reglamento, y la gestión de fiabilidad y control de desgaste de neumáticos, tienes un cóctel explosivo. Un cóctel que sólo los más grandes son capaces de elaborar con garantías de éxito.
Hoy queremos contarte cómo Porsche ha creado la receta definitiva para vencer Le Mans 2015 con un producto, el Porsche 919 Hybrid, que ha sabido mezclar en un paquete numerosas soluciones, todas interconectadas entre sí, para poder cumplir con el objetivo de llevarse por 17ª vez el trofeo al museo de Stuttgart. Si nos acompañas verás cómo el 919 Hybrid no ha tenido «una solución mágica» que le ha permitido vencer, sino que ha sido el resultado de un cúmulo de ideas maestras pensadas para crear el «coche de carreras definitivo». Definitivo para 2015, claro, porque ya se está trabajando en el coche del año que viene, que seguro que acaba siendo más rápido, más eficiente y mejor.
El origen de las especies
En 1998 Porsche obtuvo su última victoria en las 24 Horas de Le Mans con el 911 GT1. Para 1999 el ACO había preparado un reglamento donde se iba a concentrar todo en prototipos, y la firma de Stuttgart, que estaba pasando graves problemas financieros, había desarrollado el llamado LMP2000 (o 9R3). Aquel LMP1 tenía que ser el sucesor del 911 GT1, y teniendo en cuenta la experiencia deportiva de la firma, nadie dudaba que, hiciera lo que hiciera Porsche, el coche sería competitivo.
Porsche tuvo un LMP1 desarrollado para 1999, pero el proyecto nunca llegó a correr
Durante años, Porsche negó la existencia de dicho vehículo de carreras. Simplemente desmanteló su programa deportivo oficial, con la excusa de los gastos. Cuenta la intra-historia que una de las exigencias de VAG para colaborar en el proyecto del Cayenne-Touareg pasaba por que Porsche no corriera con ese coche, y dejara espacio para que Audi triunfara en resistencia. De hecho, no serían pocos los ingenieros, técnicos y pilotos que cambiarían la firma de Stuttgart por la de Ingolstadt.
En cierto modo, esta cancelación implicó que Porsche perdiera por el camino la frescura de estar fabricando cada año coches de carreras. Pero los buenos resultados del Cayenne y la presión de Penske por contar con un coche de carreras hecho por Porsche con el que participar en las American Le Mans Series permitieron a la compañía crear el RS Spyder, un coche de carreras abierto pensado para la categoría LMP2 y lanzado en 2005.
Porsche RS Spyder LMP2
Serviría el RS Spyder no sólo para dominar su categoría y vencer también en Le Mans en 2008 y 2009, sino para desempolvar y quitar óxido al equipo de diseño de coches de carreras de Porsche. El ACO instauraría el límite de costes de cara a 2010 en LMP2, y se cargaría las aspiraciones de Porsche en Le Mans, ya que su coche era claramente más caro que lo marcado, pero en cualquier caso, las lecciones aprendidas con el RS Spyder servirían para evolucionar nuevos conceptos que harían al 919 Hybrid un coche ganador.
La suspensión mágica
Porsche tiene para sí un secreto muy bien guardado, del que apenas habla en ninguna entrevista, y del que sólo se ha atrevido a comentar algo en alguna ocasión durante este año 2015. Con tan pocos detalles, hemos tenido que indagar y estudiar patentes, fotos y documentación técnica para tener una idea clara de lo que sucede en el interior del 919.
Para 2009, Porsche había detectado uno de los problemas claves de los coches de carreras modernos, gracias al desarrollo del RS Spyder: La importancia e influencia del cabeceo del coche a nivel aerodinámico (y también dinámico, por qué no decirlo).
Con túneles de efecto suelo cada vez más limitados por reglamento, hacer trabajar correctamente al fondo plano del coche resulta cada vez más vital. Y para hacerlo trabajar «como uno quiere», los aerodinamicistas están obsesionados con mantenerlo inclinado respecto a la pista de manera consistente. Es decir, que el ángulo del fondo del coche sea constante con respecto al asfalto.
Cualquier cambio en ese ángulo implica cambios en la carga aerodinámica del coche, tanto en el eje delantero como en el trasero, y puede provocar además variaciones drásticas del reparto de carga aerodinámica, por lo que el conductor puede encontrarse con un coche que cambia repentinamente de sobrevirador a subvirador, o de pegado al asfalto a estar derrapando de las cuatro ruedas.
Para controlar este ángulo con extrema precisión, lo que ha ido ocurriendo con el paso de los años es que se han ido endureciendo cada vez más las suspensiones, y al mismo tiempo, se han ido incrementando las restricciones de amortiguación. El tarado de los amortiguadores ha tomado un papel protagonista aquí, ya que no sólo importa controlar el cabeceo del coche (cuánto se hunde el morro en la frenada), sino evitar que el coche «rebote» en la suspensión delantera al cabecear. Con una suspensión tradicional, esto se consigue haciendo que los muelles sean duros, y que los amortiguadores sean muy… amortiguantes, valga la redundancia.
Pero esto tiene un caro peaje en el resto de propiedades dinámicas del chasis y es que se sacrifica así el comportamiento al balanceo del coche. Debido a este diseño «anticabeceos» donde se busca sobre todo evitar el rebote del frontal, los amortiguadores son tremendamente restrictivos. Cuando el coche toma una curva, como ya sabes, se apoya más en las ruedas exteriores a la curva que en las interiores, y eso hace que se incline. El problema está en el tiempo de transición entre que el coche empieza a inclinarse, y el momento en el que alcanza la inclinación deseada y se apoya de manera franca en la curva.
El tiempo que tarda el coche en alcanzar dicha inclinación está marcado fundamentalmente por la amortiguación que hay en las ruedas. Como se instalan amortiguadores muy restrictivos para evitar el cabeceo, estos resultan demasiado restringentes para permitir que el coche alcance su balanceo deseado en curva en un tiempo razonable.
¿Por qué sucede esto? Porque la inercia de cabeceo del coche (las «ganas» con las que quiere hundir el morro al pisar el freno, o las ganas que tiene de levantarlo en aceleración) es muy elevada, pero la inercia de balanceo (las ganas con las que tiende a inclinarse lateralmente al tomar una curva) es bastante inferior, ya que los coches de carreras suelen tener el centro de gravedad muy bajo, y bien ajustado respecto al eje de inclinación longitudinal del coche.
¿Resultado? Pues que los ingenieros de Porsche, como muchos otros ingenieros de coches de carreras, se percataron de la complejidad que tenía la puesta a punto del coche para evitar cabeceos y lo mucho que comprometían el comportamiento en curva, el apoyo del coche en la misma, cuando respondían a esos cabeceos.
Así, más o menos en 2008, Achim Schulz, ingeniero de desarrollo de Porsche en Weissach, ideó una solución mecánica al problema. La solución, de hecho, se patentaría en 2009. El concepto básico es el que tienes en la siguiente figura.
No me voy a poner en plan «profesor de mecanismos» y hablarte de vectores, pero te voy a realizar una explicación sencilla para que comprendas de qué va la patente.
Lo primero es conocer el objetivo del sistema: Lo que Porsche patenta aquí es un sistema que permite controlar con elementos elásticos y de amortiguación distintos los movimientos de cabeceo y balanceo del coche (y el paso por baches, también). Con el control independiente del cabeceo y el balanceo mediante «muelles y amortiguadores» (lo pongo entre comillas por que se usa una barra de torsión en uno de los elementos), lo que Porsche gana aquí es la posibilidad de configurar adecuadamente el coche para que cabecee lo menos posible sin comprometer el comportamiento a la hora de pasar baches o tomar curvas.
¿Cómo funciona? Tampoco es demasiado complicado de entender. Partamos de una base obvia: Cuando el coche cabecea, las dos ruedas delanteras suben respecto a la carrocería (el morro se hunde). En cambio, cuando un coche toma una curva, la rueda exterior a la curva «baja» y la interior a la curva «sube» y se mete más en la carrocería. Si se pisa un bache ocurre algo casi parecido a tomar una curva: La rueda que pisa el bache se mete en la carrocería, pero la del otro lado se queda donde estaba.
La clave de este sistema de barras es crear un mecanismo que juegue con esos movimientos. Al meollo: cuando el coche cabecea, las ruedas (12 y 13 en la figura), suben al mismo tiempo y en la misma cantidad hacia arriba, ¿verdad? Por el formato del sistema de barras y las articulaciones, esto comprime los elementos 4 y 5, que son el muelle y el amortiguador concéntricos. Como ambas ruedas suben lo mismo, el elemento 17 no gira (esto es importante). ¿Estás hasta aquí de acuerdo conmigo? ¿lo tienes claro? Pues bien, la clave para los ingenieros es configurar los elementos 4 y 5 (muelle y amortiguador) para controlar el cabeceo por tanto. Se pueden poner a punto pensando exclusivamente en evitar que el coche hunda demasiado el morro, o rebote a la hora de hundirlo y parezca «decir que sí» con la cabeza al frenar o acelerar.
En cambio, cuando el coche toma una curva, la rueda 12 sube y la 13 baja en igual medida (o viceversa, según si la curva es a izquierdas o a derechas). Como ambas ruedas se mueven la misma distancia aunque en sentidos distintos, el conjunto de elementos 4 y 5 no sufre «esfuerzo de compresión», vamos, que no se comprime y no entra en juego. En cambio, lo que sí sucede es que el elemento 17, que es una bieleta, gira (si le prestas atención lo verás claro), y al girar hace que el elemento 19 rote respecto al eje «WD», y eso hace que el amortiguador 6 se comprima o expanda y dobla el elemento 16 que, en su prolongación, es una barra torsional tipo «cuchilla» que se retuerce y actúa como elemento elástico, vamos, como muelle.
De esta manera, los elementos 6 y 16 controlan los movimientos alternativos de las ruedas (cuando una sube y la otra baja), por lo que se pueden poner a punto pensando única y exclusivamente en el control del balanceo del coche, sin que los elementos 4 y 5 influyan en nada (recuerda, esos se ponen a punto para el cabeceo).
¿Complicado? Puede parecerlo, pero si le dedicas un ratito, lo pillarás seguro.
Y ¿qué ocurre si se pisa un bache? Pues aquí la cosa se complica. Como una rueda no sube lo mismo que la otra baja, el comportamiento del sistema es una combinación de todos los elementos elásticos y de amortiguación (4, 5, 6 y 16) trabajando al unísono, por lo que se suma su rigidez y control amortiguante, algo que por otro lado no está mal, si uno sabe controlarlo todo.
Tiene este sistema además otra ventaja acumulada: Se reduce la cantidad de elementos elásticos y amortiguantes que hay que emplear en comparación con otras soluciones para controlar el balanceo del coche de manera independiente al cabeceo, como es la de montar un tercer muelle-amortiguador, como se hace en muchos Fórmula, o como hacía Peugeot en sus 908 de LMP1 años atrás. Menos elementos, menos peso, menos cosas que pueden estropearse.
La patente sería aprobada en 2011, y Porsche se la guardaría para sí. Nosotros, que somos de merodear por los registros de patentes en busca de trabajos de las marcas de coches, para ver lo que están cocinando, la vimos entonces, pero no supimos valorar su relevancia en aquel momento.
Nace el 919 y Porsche nos engaña a todos
En 2013 nacía oficialmente el proyecto del LMP1 de Porsche, de cara a competir en 2014. Los de Stuttgart anunciaban que durante un año harían pruebas con el coche, y luego pasarían a competir con él. En realidad, ya desde dos años antes se estaba cocinando el proyecto y buscando aprobación del consejo de administración.
Pero el gran engaño llegaría de los maestros dibujantes de Porsche. La firma nos mostraba un montón de figuras técnicas acerca de su 919 Hybrid, y una de ellas nos mostraba la suspensión delantera aposentada en el chasis de fibra de carbono. Se veía así.
Para empezar, el coche de la figura prescindía de barras torsionales como elemento de suspensión, y supuestamente se conformaba con unas simples bieletas actuando sobre muelles-amortiguadores de toda la vida. Muy sencillo para ser un Porsche, pensamos en su momento. Pero no sería hasta 2014 cuando, se deslizaría en Race Car Engineering una foto del sistema que realmente estaba empleando Porsche, y del que la revista técnica decía no tener idea de cómo funcionaba.
Aquí es cuando empezamos a recordar la patente del sistema original de Porsche, y cuando nos dimos cuenta del truco que escondía la firma. Los alemanes usaban su sistema patentado tanto en el eje delantero como en el trasero, contando con una ventaja competitiva que sus rivales todavía tardarían en comprender.
Pero más allá de la suspensión, el 919 Hybrid original tenía muchos otros aspectos tecnológicos. La compañía de Stuttgart estrenaba tantos frentes a la vez que prefería dividir esfuerzos y no arriesgar demasiado. Así, el coche del año pasado empleaba un chasis partido en dos mitades y pegado, una batería más o menos conservadora (no se intentaba correr en la categoría de 8 MJ), y tenía problemas de sobrepeso.
Además, el uso de el peculiar sistema de suspensión consumía demasiado los neumáticos, al tiempo que la potencia del sistema híbrido y la aerodinámica exigían todavía más a las ruedas frontales.
La especificación técnicas del coche eran claras: Un cupé de fibra de carbono con motor central de cuatro cilindros en uve, con inyección directa de gasolina y sobrealimentación por turbocompresor convencional. La captación y reaprovechamiento energético se realizaba mediante un motor-generador en el eje delantero, dedicado a captar energía en las frenadas tomándola de las ruedas delanteras, frenándolas, almacenando dicha energía en una batería de litio, y empleándola luego para acelerar dichas ruedas delanteras a la salida de las curvas.
Además, se usaba un segundo generador eléctrico en forma de una pequeña turbina instalada en el tubo de escape, tras el turbocompresor, rebañando la energía sobrante de los gases de escape para almacenarla como extra energético en la batería para usarlo acelerando más el coche si cabe.
Pasadas las 24 Horas de Le Mans del año pasado, Porsche tenía claros los problemas del coche, que si bien era muy rápido a una vuelta, no era consistente, y al mismo tiempo se daban cuenta de que era mejor jugar en la categoría máxima de regeneración energética para poder vencer en Le Mans, si eran capaces de meter el coche dentro del peso mínimo por reglamento (870 kilogramos).
919 Hybrid 2015: Casi nuevo por completo, pero con el mismo concepto básico
Con las prioridades claras para vencer en Le Mans 2015, Porsche aceleró todas las novedades técnicas que tenía programadas para los próximos años.
Empezó por el chasis. Tal y como te contamos semanas atrás, el 919 Hybrid estrenó un monocasco en una única pieza, de nueva factura, donde se emplearon nuevos tipos de fibras y nuevas técnicas de construcción de sus socios de Capricorn (te sonará la empresa, pues su CEO fue el comprador de Nürburgring el año pasado, si recuerdas). Gracias al rediseño, el coche pudo aligerar su peso en cuanto a chasis, y la suspensión se recolocó. Eso sí, se mantuvo el original y patentado sistema.
Una foto de nuestro amigo y colaborador editorial ocasional Mike Fuller (Mulsanne’s Corner), que nos ha cedido para la ocasión (thank you Mike!), nos permite ver cómo el 919 Hybrid de 2015 sigue conservando este nuevo sistema, pero empaquetado de manera diferente.
Se aceleró el desarrollo de una nueva batería con el socio técnico A123. Esta batería estaba diseñada para montarse en el coche en 2016, pero dado que los coches con 8 MJ tenían una ventaja competitiva tan grande por reglamento, Porsche no quiso esperar más y forzó. En cualquier caso, el diseño del chasis se realizó de tal manera que, en caso de que la batería no estuviera a punto para 2015, se pudiera revertir el coche para usar la batería de 2014.
Y es que la nueva batería de litio desarrollada tenía muchos aspectos de mejora: Era más capaz, más ligera y más potente. Y ser más potente implicaba poder enviar más vatios a las ruedas delanteras durante los procesos de aceleración, y por ende, tener un coche más rápido a la salida de las curvas.
El motor de combustión también recibió una actualización completa. Durante los primeros ensayos de 2013 el coche tenía unas vibraciones horribles, que fueron solucionadas con un cambio en el orden de encendido, pero este año se ha estrenado un nuevo bloque, una nueva culata, nuevos pistones, bielas y otros elementos del tren alternativo, al tiempo que se ha alargado la carrera del motor para mejorar su rendimiento, y sobre todo, su eficiencia energética.
Eficiencia que viene además reforzada por el uso innovador de «un nuevo diseño de turbocompresores» que «no está todavía en coches de calle», decía el responsable técnico del proyecto, Alex Hitzinger. El turbocompresor no es de geometría variable, ni tampoco cuenta con un motor eléctrico asociado. Lo que hace es emplear un diseño «avanzado» en la geometría de la turbina de expansión y la geometría de los álabes de compresión. Por lo que Hitzinger dejó caer, podríamos ver esta tecnología «que permite reducir el lag, el tiempo de respuesta al acelerador» en breve en Porsches de calle (¿la nueva gama 911?).
El sistema de escape parte de un colector para cada bancada, ambos colectores se unen para llegar al turbocompresor citado, de ahí pasan a la turbina de generación eléctrica. Esta es una turbina de geometría variable. En función de la cantidad de energía que se le quiera sacar a los gases de escape en cada momento, la geometría cambia, generando más contrapresión en el escape y obteniendo más electricidad o menos. De la salida de esta turbina generadora parten dos salidas independientes de escape que encuentran salida sobre el capó motor de manera simétrica «por razones aerodinámicas» explica Hitzinger, y es que sirven para dotar de energía al flujo de aire que discurre por el cuerpo del 919.
El sistema de frenado es otra de las grandes novedades del coche de este año. Como en todos los coches híbridos, uno de los grandes problemas de mezclar frenada regenerativa con frenada mecánica de toda la vida es que ambos procesos de frenada han de activarse con un único pedal. El año pasado, tras leer el reglamento, Porsche empleaba un sistema de frenado hidráulico convencional, y un cilindro de compensación. El piloto pisaba el freno, y el cilindro de compensación eliminaba parte de la potencia de frenada aplicada por el piloto, y la sustituía electrónciamente por regeneración eléctrica en el eje delantero. El problema es que a medida que se acababa la regeneración, el cilindro de compensación tenía que modificar su reparto, y devolver más frenada mecánica. El resultado final era un tacto inconsistente del pedal de freno y unos pilotos que no se sentían nada cómodos con el coche en pista.
Toyota fue la primera en emplear frenos mecatrónicos (frenos activados por un pedal electrónico 100%), y el ACO le dio el visto bueno. Por eso, para 2015 Porsche ha reinventando todo el circuito. Ahora el pedal de freno es completamente electrónico, sin conexión mecánica directa con los frenos (esto en un coche de calle sería ilegal), y es una centralita la que gestiona cuánto poder de frenada se saca de los frenos, y cuánto del sistema híbrido. Un cilindro hidráulico da feedback al piloto, para mantenerle informado de lo que hacen los frenos y tener «feedback» para modular la detención, algo esencial para los pilotos, acostumbrados a realizar frenada regresiva leyendo el tacto del pedal de freno.
Aerodinámicamente, gracias a emplear la suspensión «mágica» descrita más arriba, el 919 es un coche extremadamente efectivo a la hora de sacar partido a su carga de manera consistente. La mejora constante del concepto de 2014 permitió en 2015 diseñar un nuevo difusor delantero que parece dejar pasar más aire bajo el eje frontal y aprovecharlo mejor, gracias al control del ángulo de ataque (al cabeceo) del coche. Audi, para conseguir un control activo del cabeceo del coche, emplea un sistema de suspensión delantera y trasera interconectadas, un concepto que en la Fórmula 1 se empleó bajo el nombre de FRIC, y que acabaría siendo prohibido, pero en Le Mans no hay esos problemas de prohibiciones. Pero el sistema de Audi es más complejo, y debido a su interconexión (sólo es delante-detrás, y no cruzado entre ruedas izquierda-derecha) parece ser que da algo más de guerra, con ciertos rebotes no deseados. En ese sentido, el sistema de «suspensión mágica» de Porsche resulta más sencillo (es puramente mecánico), más ligero y más fiable.
La otra gran parte de la evolución del coche pasó por comprender las necesidades de los neumáticos y atinar a utilizar el compuesto adecuado en el momento preciso. Está claro que con 30 kilogramos menos en báscula respecto a 2014, el 919 Hybrid podía jugar mejor en Le Mans, pero fue vital mejorar el empleo del sistema de suspensión y la entrega de potencia del sistema híbrido para trabajar los cronos en los stints, y no freír los neumáticos en carrera.
1.000 caballos para vencer en Le Mans
Antes de la carrera, indagando sobre el Porsche 919 Hybrid, dos cifras aparecieron y dejaron clara la capacidad del aparato de Stuttgart. Según parecía, configurado para buscar el mejor crono posible, el 919 Hybrid podía rodar en 3:14 alto en La Sarthe. No sólo muy por debajo del récord de la pole en el circuito, sino también mucho más rápido que el resto de sus rivales.
Pero el problema no estaba en ir más rápido que los demás, sino en saber administrar la carrera. Le Mans no se gana en calificación, y eso Porsche lo sabe bien. La pole el 919 Hybrid la marcó sin problemas, todo sea dicho, con una configuración de carga aerodinámica importante. Pero en Le Mans se suele guardar mucho para carrera, y se juega además con otra configuración. En calificación se tiene más carga aerodinámica, para ser rápido en las eses Porsche y hacer un buen crono, pero se sacrifica velocidad máxima (hasta 10 km/h). En carrera su busca más velocidad punta, para adelantar más fácil a los demás y gastar menos combustible, y se sacrifica paso por curva.
Porsche configuró su coche para ser rápido en las rectas, pero aún así, aún teniendo 1.000 caballos y jugar en la categoría de 8 MJ, la punta resultaba 5 km/h inferior a los menos potentes Audi R18 e-tron. Daba igual. Aunque en el cuerpo a cuerpo parecía que Audi les podía toser, la realidad es que la aceleración saliendo de las chicanes era tal para los Porsche que en el sector combinado de la recta de Hunaudieres le metía prácticamente un segundo al R18 e-tron, que sólo corría más en el último cacho de la recta, cuando el Porsche ya luchaba con la aerodinámica y sin el apoyo del motor eléctrico.
Pero la clave estuvo en saber correr «lo menos posible» para ganar la carrera. El 919 Hybrid sufrió en las dos primeras citas del WEC precisamente por fallar en eso, en gestionar mal sus stints, al gastar mucho las ruedas y perjudicar el ritmo completo de cada tanda entre repostajes. En Le Mans el 919 aprovechó sus mil caballos para acelerar más rápido que nadie, pero no exhibió velocidad meteórica a una vuelta. Aunque en ciertas fases de carrera pudo hacer un 3:16 cómodo, se conformó con rodar en 3:20, para cambiar ruedas cada tres paradas en boxes y mantener un ritmo consistente, que vuelta a vuelta, sumando todo, acabaría siendo inalcanzable para Audi, aunque no hubiera tenido los problemas de fiabilidad que acabó teniendo.
Fue una gran diferencia respecto al año pasado, cuando el Porsche «rodaba a todo lo que podía rodar». Este año vimos a un equipo que había calculado todo milimétricamente, con un coche que a una vuelta era el más rápido, pero que también demostró ser el más rápido a ritmo constante, emparejandolo todo con fiabilidad.
¿Cuánto debe el éxito del coche al invento de la suspensión mágica? Pues una parte importante. Pero realmente la suspensión no gana las carreras (como mucho te puede hacer abandonar). Es el conjunto lo que importa, y es en eso en lo que Porsche realmente ha brillado: En poner un turbo nuevo, un motor casi nuevo, el sistema más potente de regeneración energética de la parrilla, y una suspensión y aerodinámica como nadie llevan. Es la suma de todas esas piezas, cuando han logrado hacerlas funcionar como un reloj, y lo han sumado a una correcta gestión del ritmo de carrera y de consumo de neumáticos lo que los ha llevado a ganar.
Ahora quedará saber cuánto de todo lo aprendido aquí acaba siendo transferido a coches de calle de Porsche. Y conociendo a estos alemanes, seguro que es más de lo que podríamos esperar de otros fabricantes. A fin de cuentas, ya han puesto motores de carreras en coches de calle (Hola Carrera GT).
