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Porsche 919 Híbrido, um Raio X do Campeão

Quando você enfrenta uma corrida como Le Mans, em um circuito que tem como marcas registradas suas longas retas, a importância da aceleração na saída das chicanes, e o desempenho em curva rápida para os "Porsche eses", e mistura-lo com uma limitação específica de combustível definida por regulamento, e a gestão da confiabilidade e controle do desgaste dos pneus, você tem um coquetel explosivo. Um coquetel que só os maiores são capazes de fazer com garantias de sucesso.

Hoje queremos contar-lhe como a Porsche criou a derradeira receita para ganhar Le Mans 2015 com um produto, o Porsche 919 Hybrid, que conseguiu misturar num pacote numerosas soluções, todas interligadas entre si, para cumprir o objectivo de levar o troféu pela 17ª vez ao museu em Estugarda. Se se juntar a nós, verá que o Híbrido 919 não tinha "uma solução mágica" que lhe permitisse vencer, mas era o resultado de uma acumulação de ideias magistral concebidas para criar o "derradeiro carro de corridas". Definitivo para 2015, é claro, porque já está em andamento o trabalho no carro do próximo ano, que certamente será mais rápido, mais eficiente e melhor.


A origem da espécie

Em 1998, a Porsche obteve a sua última vitória nas 24 Horas de Le Mans com o 911 GT1. Para 1999 a ACO tinha preparado um regulamento onde tudo se concentraria em protótipos, e a empresa de Stuttgart, que estava passando por sérios problemas financeiros, tinha desenvolvido o chamado LMP2000 (ou 9R3). Que o LMP1 tinha de ser o sucessor do 911 GT1, e considerando a experiência desportiva da empresa, ninguém duvidava que, independentemente do que a Porsche fizesse, o carro seria competitivo.


A Porsche tinha um LMP1 desenvolvido para 1999, mas o projeto nunca funcionou.

Durante anos, a Porsche negou a existência de tal carro de corrida. Simplesmente desmantelou o seu programa desportivo oficial, com a desculpa das despesas. A intra-história conta que uma das exigências da VAG para colaborar no projeto Cayenne-Touareg era que a Porsche não competisse com aquele carro, e deixasse espaço para a Audi ter sucesso no enduro. Na verdade, não poucos engenheiros, técnicos e motoristas mudariam a firma de Stuttgart para Ingolstadt.

De certa forma, este cancelamento significou que a Porsche perdeu pelo caminho a frescura de fazer carros de corrida todos os anos. Mas os bons resultados do Cayenne e a pressão da Penske para ter um carro de corrida feito pela Penske para participar da série americana Le Mans permitiram à empresa criar o RS Spyder, um carro de corrida aberto projetado para a categoria LMP2 e lançado em 2005.

Porsche RS Spyder LMP2

O RS Spyder serviria não só para dominar sua classe e também para vencer em Le Mans em 2008 e 2009, mas para limpar o pó da ferrugem da equipe de design de carros de corrida da Porsche. O ACO instituiria o limite de custo para 2010 em LMP2, e mataria as aspirações de Le Mans da Porsche, pois seu carro era claramente mais caro que a marca, mas de qualquer forma, as lições aprendidas com o RS Spyder serviriam para desenvolver novos conceitos que tornariam o Híbrido 919 um carro vencedor.


A suspensão mágica

Porsche tem um segredo bem guardado para si mesmo, que mal fala em qualquer entrevista e sobre o qual só ousou dizer alguma coisa na estranha ocasião deste 2015. Com tão poucos detalhes, tivemos que cavar e estudar patentes, fotos e documentação técnica para ter uma ideia clara do que se passa dentro do 919.

Em 2009, a Porsche tinha detectado um dos principais problemas dos automóveis de corrida modernos, graças ao desenvolvimento do RS Spyder: a importância e influência do tom do carro num nível aerodinâmico (e também dinâmico, porque não dizê-lo).

Com túneis de efeito de solo cada vez mais limitados por regulação, fazer o fundo plano do carro funcionar correctamente é cada vez mais vital. E para que funcione "do jeito que você quer", os aerodinamicistas estão obcecados em mantê-lo constantemente inclinado para a pista. Ou seja, para manter constante o ângulo do fundo do carro em relação à pista.

Qualquer mudança neste ângulo implica mudanças na força descendente do carro, tanto no eixo dianteiro como no traseiro, e também pode causar variações drásticas na distribuição da força descendente, para que o condutor possa encontrar-se com um carro que muda repentinamente de sobreviragem para subviragem, ou de ficar preso ao asfalto para a tracção às quatro rodas.

Para controlar este ângulo com extrema precisão, o que tem acontecido ao longo dos anos é que a suspensão tem sido cada vez mais rígida e, ao mesmo tempo, as restrições de amortecimento têm sido aumentadas. A afinação do amortecedor assumiu aqui um papel de liderança, uma vez que não só é importante controlar o passo do carro (quanto o nariz mergulha em travagem), como também evitar que o carro "salte" na suspensão dianteira quando se está a afinar. Com uma suspensão tradicional, isto é conseguido tornando as molas rígidas, e os amortecedores muito... amortecedores, por uma questão de redundância.


Mas isto implica um custo elevado para as outras propriedades dinâmicas do chassis e sacrifica o comportamento de rolamento do carro. Devido a este design "antibalanço", onde o objectivo principal é evitar o salto frontal, os amortecedores são extremamente restritivos. Quando o carro entra numa curva, como sabe, inclina-se mais sobre as rodas exteriores do que sobre as interiores, o que o faz inclinar-se. O problema está no tempo de transição entre quando o carro começa a inclinar-se, e quando atinge o lean desejado e se inclina para a esquina.

O tempo necessário para que o carro alcance o lean é determinado principalmente pelo amortecimento nas rodas. Como os amortecedores muito restritivos são instalados para evitar a inclinação, eles são demasiado restritivos para permitir que o carro atinja o rolo desejado na curva num tempo razoável.

Porque é que isto acontece? Porque a inércia de inclinação do carro (o "impulso" que tem de afundar o nariz ao pressionar o travão, ou o impulso que tem de levantar sob aceleração) é muito alta, mas a inércia de rotação (o impulso que tende a inclinar-se lateralmente ao fazer curvas) é muito mais baixa, uma vez que os carros de corrida têm normalmente um centro de gravidade muito baixo, e bem ajustado em relação ao eixo longitudinal inclinado do carro.

O resultado? Os engenheiros da Porsche, como muitos outros engenheiros de carros de corrida, perceberam como era complexo montar o carro para evitar o arremesso e como isso comprometia o comportamento em curva, o apoio do carro na curva, ao responder ao arremesso.

Assim, em cerca de 2008, Achim Schulz, engenheiro de desenvolvimento da Porsche em Weissach, apresentou uma solução mecânica para o problema. A solução seria, de facto, patenteada em 2009. O conceito básico é o que você tem na figura abaixo.

Não vou pegar todo "professor de mecanismos" e falar com você sobre vetores, mas vou lhe dar uma explicação simples para que você entenda do que se trata a patente.

A primeira coisa é conhecer a finalidade do sistema: O que a Porsche está patenteando aqui é um sistema que permite controlar com diferentes elementos elásticos e amortecedores os movimentos de inclinação e rotação do carro (e também a passagem sobre colisões). Com o controle independente de pitch and roll por meio de "molas e amortecedores" (coloco entre aspas porque uma barra de torção é usada em um dos elementos), o que a Porsche ganha aqui é a possibilidade de configurar o carro de forma que ele arremesse o mínimo possível sem comprometer o comportamento ao passar por colisões ou curvas.

Como é que funciona? Não é muito complicado de entender. Comecemos pelo óbvio: quando o carro se atira, as duas rodas dianteiras sobem em relação à carroçaria (o nariz molha). Por outro lado, quando um carro faz uma curva, a roda fora da curva "desce" e a roda dentro da curva "sobe" e vai mais fundo na carroçaria. Se você bater num buraco, algo quase semelhante a uma curva acontece: a roda que bate no buraco vai para o corpo, mas a do outro lado fica onde estava.

A chave para este sistema de barras é criar um mecanismo que brinque com estes movimentos. Ao ponto: quando o carro se atira, as rodas (12 e 13 na figura), sobem ao mesmo tempo e na mesma quantidade, certo? Devido à forma do sistema de haste e das juntas, esta comprime os elementos 4 e 5, que são a mola concêntrica e o amortecedor de choques. Como ambas as rodas sobem a mesma quantidade, o elemento 17 não gira (isto é importante). Você está comigo até aqui? está claro sobre isto? Bem, a chave para os engenheiros é configurar os elementos 4 e 5 (mola e choque) para controlar o passo, portanto. Eles podem ser sintonizados exclusivamente para evitar que o carro molhe muito o nariz, ou que salte ao molhar e pareça "dizer sim" com a cabeça ao frear ou acelerar.

Por outro lado, quando o carro faz uma curva, a roda 12 sobe e a roda 13 desce na mesma medida (ou vice-versa, dependendo se a curva é para a esquerda ou para a direita). Como ambas as rodas se movem na mesma distância mas em direcções diferentes, o conjunto dos elementos 4 e 5 não sofrem de "stress de compressão", ou seja, não são comprimidos e não entram em jogo. Por outro lado, o que acontece é que o elemento 17, que é um braço de alavanca, gira (se prestarmos atenção vamos vê-lo claramente), e quando gira faz girar o elemento 19 em relação ao eixo "WD", e que faz o amortecedor 6 comprimir ou expandir e dobra o elemento 16 que, na sua extensão, é uma barra de torção do tipo "lâmina" que gira e actua como um elemento elástico, ou seja, como uma mola.

Desta forma, os elementos 6 e 16 controlam os movimentos alternativos das rodas (quando uma sobe e a outra desce), para que possam ser afinados pensando única e exclusivamente no controle do rolo do carro, sem que os elementos 4 e 5 influenciem em nada (lembre-se, esses são afinados para o passo).

Complicado? Pode parecer que sim, mas se passares algum tempo com ele, vais apanhar-lhe o jeito, de certeza.

E o que acontece se você bater num buraco? Bem, aqui as coisas ficam mais complicadas. Como uma roda não sobe como a outra desce, o comportamento do sistema é uma combinação de todos os elementos elásticos e amortecedores (4, 5, 6 e 16) trabalhando em uníssono, o que aumenta a sua rigidez e controle de amortecimento, o que não é uma coisa ruim se você souber controlar tudo.

Este sistema também tem outra vantagem cumulativa: reduz a quantidade de elementos elásticos e amortecedores que devem ser utilizados em comparação com outras soluções para controlar o rolamento do carro independentemente do passo, como a montagem de um terceiro amortecedor de mola, como é feito em muitas Fórmulas, ou como a Peugeot fez em seus 908 LMP1 anos atrás. Menos elementos, menos peso, menos coisas que podem correr mal.

A patente seria aprovada em 2011, e a Porsche guardá-la-ia para si. Nós, que percorremos os registos de patentes à procura de obras de marcas de automóveis, para ver o que estão a cozinhar, vimo-lo então, mas não sabíamos como avaliar a sua relevância na altura.

Nasce o 919, e o Porsche engana-nos a todos.

Em 2013 nasceu oficialmente o projecto LMP1 da Porsche, com o objectivo de competir em 2014. O Stuttgart anunciou que iria testar o carro durante um ano, e depois continuar a competir com ele. Na realidade, o projeto já estava sendo cozinhado dois anos antes e buscando a aprovação do conselho de administração.

Mas a grande decepção viria dos mestres designers da Porsche. A firma mostrou-nos um monte de figuras técnicas sobre o seu Híbrido 919, e uma delas mostrou-nos a suspensão dianteira sentada sobre o chassis de fibra de carbono. Parecia assim.

Para começar, o carro na figura não tinha barras de torção como elemento de suspensão, e supostamente se contentava com uma simples ligação atuando sobre as molas e choques padrão. Muito simples para um Porsche, pensámos na altura. Mas não seria até 2014, quando, deslizava para a Race Car Engineering uma foto do sistema que a Porsche estava realmente empregando, e do qual a revista técnica afirmava não ter idéia de como funcionava.

Foi quando começamos a nos lembrar da patente do sistema Porsche original, e quando percebemos o truque que a firma estava escondendo. Os alemães estavam usando seu sistema patenteado tanto no eixo dianteiro quanto no traseiro, dando-lhes uma vantagem competitiva que seus rivais ainda eram lentos em entender.

Mas para além da suspensão, o Híbrido 919 original tinha muitos outros aspectos tecnológicos. A empresa sediada em Stuttgart- tinha tantas frentes novas ao mesmo tempo que preferia dividir seus esforços e não assumir muitos riscos. Assim, o carro do ano passado utilizou um chassi dividido em duas metades e colado, uma bateria mais ou menos conservadora (não foi feita nenhuma tentativa de rodar na categoria de 8 MJ), e teve problemas de excesso de peso.

Além disso, a utilização do peculiar sistema de suspensão consumiu demasiado os pneus, enquanto a potência do sistema híbrido e a aerodinâmica exigiam ainda mais das rodas dianteiras.

A especificação técnica do carro era clara: um coupé de fibra de carbono com um motor médio de quatro cilindros com injeção direta de gasolina e turboalimentação convencional. A captação e reutilização da energia foi feita através de um motor-gerador no eixo dianteiro, dedicado a captar energia durante a travagem, tirando-a das rodas dianteiras, travando-as, armazenando essa energia numa bateria de lítio e utilizando-a depois para acelerar as rodas dianteiras na saída das curvas.

Além disso, um segundo gerador elétrico foi usado na forma de uma pequena turbina instalada no tubo de escape, após o turboalimentador, rebañando o excesso de energia dos gases de escape para armazená-lo como energia extra na bateria para utilizá-lo acelerando mais o carro, se possível.

Após as 24 Horas de Le Mans no ano passado, a Porsche teve claros problemas com o carro, embora fosse muito rápido em uma volta, não era consistente, e ao mesmo tempo eles perceberam que era melhor jogar na categoria máxima de regeneração de energia para ganhar em Le Mans, se eles fossem capazes de colocar o carro dentro do peso mínimo por regulação (870 quilos).

919 Híbrido 2015: Quase completamente novo, mas com o mesmo conceito básico.

Com prioridades claras para vencer em Le Mans 2015, a Porsche acelerou todos os desenvolvimentos técnicos que tinha planeado para os próximos anos.

Começou com o chassi. Como lhe dissemos há semanas, o 919 Hybrid estreou um monocoque de uma só peça, onde foram utilizados novos tipos de fibras e novas técnicas de construção dos seus sócios na Capricorn (se bem se lembra, conhece a empresa, pois o seu CEO foi o comprador de Nürburgring no ano passado). Graças ao redesenho, o carro foi capaz de aliviar o seu peso em termos de chassis, e a suspensão foi reposicionada. No entanto, o sistema original e patenteado foi mantido.

Uma foto do nosso amigo e ocasional colaborador editorial Mike Fuller (Mulsanne's Corner), que nos emprestou para a ocasião (obrigado Mike!), permite-nos ver como o Híbrido 2015 919 ainda mantém este novo sistema, mas embalado de forma diferente.

O desenvolvimento de uma nova bateria foi acelerado com o parceiro técnico A123. Esta bateria foi projetada para ser instalada no carro em 2016, mas como os carros com 8 MJ tinham uma vantagem competitiva tão grande por regulamento, a Porsche não queria esperar mais e forçar. Em qualquer caso, o design do chassis foi feito de tal forma que, caso a bateria não estivesse pronta para 2015, o carro poderia ser invertido para utilizar a bateria de 2014.

E a nova bateria de lítio desenvolvida tinha muitos aspectos de melhoria: era mais capaz, mais leve e mais potente. E ser mais potente significava poder enviar mais watts para as rodas dianteiras durante os processos de aceleração, e assim ter um carro mais rápido fora das curvas.

O motor de combustão também recebeu uma atualização completa. Durante os primeiros testes de 2013 o carro teve vibrações horríveis, que foram resolvidas com uma mudança na ordem de disparo, mas este ano foi lançado um novo bloco, uma nova cabeça de cilindro, novos pistões, bielas e outros elementos do trem alternativo, enquanto o curso do motor foi alongado para melhorar seu desempenho e, acima de tudo, sua eficiência energética.

Eficiência que também é reforçada pelo uso inovador de "um novo design de turboalimentadores" que "ainda não está nos carros de rua", disse o gerente técnico do projeto, Alex Hitzinger. O turboalimentador não tem geometria variável, nem motor elétrico associado. O que ele faz é empregar um projeto "avançado" na geometria da turbina de expansão e na geometria das pás de compressão. Pelo que Hitzinger deixou escapar, pudemos ver esta tecnologia de "redução do atraso, tempo de resposta do acelerador" a chegar em breve a Porsches de rua (a nova gama 911?).

O sistema de escape começa com um coletor para cada banco, ambos os coletores são unidos para chegar ao turboalimentador mencionado acima, de lá eles vão para a turbina de geração elétrica. Esta é uma turbina de geometria variável. Dependendo da quantidade de energia que se pretende obter dos gases de escape em qualquer momento, a geometria muda, gerando mais contrapressão no escape e obtendo mais ou menos electricidade. A partir da saída deste gerador de turbina, duas saídas de escape independentes estão simetricamente localizadas no castelo "por razões aerodinâmicas", explica Hitzinger, e servem para fornecer energia ao fluxo de ar que percorre o corpo do 919.

O sistema de travagem é outra novidade do carro deste ano. Como em todos os carros híbridos, um dos grandes problemas de misturar a frenagem regenerativa com a frenagem mecânica tradicional é que ambos os processos de frenagem têm que ser ativados com um único pedal. No ano passado, após a leitura do regulamento, a Porsche utilizou um sistema de travagem hidráulico convencional e um cilindro compensador. O condutor pisaria no travão e o cilindro compensador retiraria alguma da potência de travagem aplicada pelo condutor, substituindo-o electronicamente por regeneração eléctrica no eixo dianteiro. O problema é que à medida que a regeneração se esgotava, o cilindro compensador tinha de mudar a sua entrega e devolver mais travagem mecânica. O resultado final foi uma sensação inconsistente no pedal do travão e condutores que não estavam nada confortáveis com o carro na pista.

A Toyota foi a primeira a utilizar travões mecatrónicos (travões activados por um pedal 100% electrónico), e o ACO deu-lhe luz verde. Assim, para 2015, a Porsche reinventou todo o circuito. Agora o pedal do travão é completamente electrónico, sem ligação mecânica directa aos travões (isto seria ilegal num carro de estrada), e é uma unidade de controlo que gere quanta potência de travagem é retirada dos travões, e quanto do sistema híbrido. Um cilindro hidráulico dá feedback ao condutor, para o manter informado do que os travões estão a fazer e para ter "feedback" para modular a paragem, algo essencial para os condutores, usado para a travagem regressiva através da leitura da sensação do pedal do travão.

Aerodinamicamente, graças ao emprego da suspensão "mágica" descrita acima, o 919 é um carro extremamente eficaz em tirar o máximo proveito de sua força descendente de forma consistente. A constante melhoria do conceito 2014 permitiu em 2015 desenhar um novo difusor frontal que parece deixar mais ar sob o eixo dianteiro e fazer melhor uso dele, graças ao controle do ângulo de ataque (no passo) do carro. Audi, para conseguir o controle ativo do passo do carro, emprega um sistema de suspensão dianteira e traseira interconectado, um conceito que na Fórmula 1 foi usado sob o nome de FRIC, e acabaria sendo banido, mas em Le Mans não há tais problemas de proibição. Mas o sistema da Audi é mais complexo, e devido à sua interligação (é apenas frente-traseira, e não cruzada entre as rodas esquerda-direita) parece ser um pouco mais um problema, com alguns saltos indesejados. Nesse sentido, o sistema de "suspensão mágica" da Porsche é mais simples (é puramente mecânico), mais leve e mais fiável.

A outra parte importante da evolução do carro foi compreender as necessidades dos pneus e poder utilizar o composto certo no momento certo. Claramente, com menos 30 quilos na balança em relação a 2014, o 919 Hybrid podia jogar melhor em Le Mans, mas era vital melhorar a utilização do sistema de suspensão e a potência do sistema híbrido para trabalhar os tempos por volta nos stints, e não fritar os pneus na corrida.

1.000 cavalos de potência para ganhar em Le Mans

Antes da corrida, perguntando sobre o Porsche 919 Hybrid, duas figuras apareceram e deixaram clara a capacidade da máquina de Stuttgart. Parecia que, preparado para o melhor tempo possível, o Híbrido 919 poderia dar uma volta em um alto 3:14 em La Sarthe. Não apenas bem abaixo do recorde do pólo no circuito, mas também muito mais rápido do que o resto de seus rivais.

Mas o problema não estava em ir mais rápido que os outros, mas em saber como gerir a corrida. Le Mans não é ganho nas eliminatórias, e a Porsche sabe disso muito bem. O Híbrido 919 assumiu a pole position sem problemas, tudo considerado, com um alto nível de downforce. Mas em Le Mans eles tendem a economizar muito para a corrida, e também jogam com uma configuração diferente. Na qualificação você tem mais downforce, para ser rápido no Porsche sprint e fazer um bom tempo, mas você sacrifica a velocidade máxima (até 10 km/h). Na corrida você está procurando por mais velocidade máxima, para ultrapassar os outros mais facilmente e gastar menos combustível, e você sacrifica as curvas.

A Porsche configurou seu carro para ser rápido nas retas, mas mesmo assim, mesmo com 1.000 cavalos de potência e jogando na categoria de 8 MJ, a dica foi 5 km / h menor que o Audi R18 e-tron menos potente. Isso não importava. Embora na multidão parecesse que a Audi podia tossir, a realidade é que a aceleração fora das chicanas era tal para o Porsche que no sector combinado da recta de Hunaudieres era praticamente um segundo para o R18 e-tron, que só corria mais na última parte da recta, quando o Porsche já estava a lutar com a aerodinâmica e sem o apoio do motor eléctrico.

Mas o segredo era saber correr "o mínimo possível" para ganhar a corrida. O Híbrido 919 sofreu nas duas primeiras rondas do CME precisamente por não conseguir, ao gerir mal os seus pneus, gastar um monte de pneus e prejudicar o ritmo total de cada lote entre as reabastecimentos. Em Le Mans, o 919 aproveitou os seus mil cavalos de potência para acelerar mais rápido que qualquer outro, mas não exibiu velocidade meteórica em uma volta. Embora em certas fases da corrida pudesse fazer um confortável 3:16, contentava-se em fazer uma volta em 3:20, trocar os pneus a cada três pit stops e manter um ritmo consistente, que volta a volta, somando tudo, acabaria sendo inatingível para a Audi, mesmo que não tivesse tido os problemas de confiabilidade que acabou tendo.

Foi uma grande diferença em relação ao ano passado, quando o Porsche estava "correndo o mais rápido que podia". Este ano vimos uma equipa que tinha calculado tudo até ao milímetro, com um carro que foi mais rápido numa volta, mas que também provou ser o mais rápido a um ritmo constante, combinando tudo isto com fiabilidade.

Quanto do sucesso do carro foi devido à invenção da suspensão mágica? Bem, uma parte significativa. Mas a suspensão não ganha realmente as corridas (na melhor das hipóteses, pode fazer com que desista). É o pacote completo que importa, e é aí que a Porsche realmente brilhou: colocar um novo turbo, um motor quase novo, o sistema de regeneração de energia mais potente da rede, e suspensão e aerodinâmica como ninguém. É a soma de todas essas partes, quando elas conseguiram fazê-las funcionar como um relógio, e adicionaram isso a uma correta gestão do ritmo da corrida e do consumo de pneus que as levou a vencer.

Agora resta saber quanto do que aprenderam aqui será transferido para os carros de estrada da Porsche. E conhecendo esses alemães, com certeza será mais do que esperaríamos de outros fabricantes. Afinal, eles já colocaram motores de corrida em carros de estrada (olá Carrera GT).



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