Nuevo Audi R18: innovación para el nuevo deportivo híbrido de carreras

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.- El nuevo Audi R18 es más eficiente y consume menos combustible que cualquiera de las generaciones anteriores.
.- La combinación del motor V6 TDI y el sistema de propulsión hibrido desarrolla una potencia conjunta de más de 1.000 CV.
.- Importantes cambios en la aerodinámica han transformado totalmente la fisonomía exterior del LMP1 de Audi.

Audi ultima los preparativos para la temporada 2016 de cara al Campeonato del Mundo FIA de Resistencia (WEC) y a las 24 Horas de Le Mans: el Audi R18 ha sido rediseñado desde cero y casi no tiene nada en común con su predecesor. Cuenta con un concepto más radical en la aerodinámica, incluyendo una nueva célula de seguridad; su sistema de propulsión híbrido funciona por primera vez con una batería; el motor V6 TDI ha sido revisado y se añaden nuevas soluciones técnicas que hacen del deportivo LMP1 de Audi un vehículo más potente y, una vez más, claramente más eficiente que su predecesor. El nuevo R18 es el coche de carreras más poderoso construido por Audi hasta la fecha, pero consume menos combustible que cualquiera de las generaciones anteriores.

La potencia total del nuevo Audi R18 es de es de más de 1.000 CV, entregada por el motor TDI y el sistema de propulsión híbrido. Con un diez por ciento menos de consumo de combustible, Audi alcanza de nuevo las mejores marcas en materia de eficiencia. El reglamento del FIA WEC promueve que los fabricantes construyan coches de carreras cada vez más eficientes desde el año 2014. A partir de la temporada 2016 este aspecto se intensificará, al reducirse considerablemente el límite superior de consumo de energía a 10 megajulios por vuelta en Le Mans. “El resultado es un coche de carreras que administra la energía de manera aún más eficaz que antes. Este es un objetivo que también perseguimos en nuestros automóviles de calle”, asegura el Director de Audi Motorsport, Wolfgang Ullrich. “Este tipo de competiciones continúa estableciendo todo un ejemplo para la ingeniería automovilística. Para Audi, las innovaciones de cara a la producción en serie han formado parte esencial de nuestros programas de competición durante 35 años”.

Todos los ingenieros de desarrollo de Audi Sport se enfrentan al reto de mejorar la eficiencia del Audi R18. Como resultado de la incorporación a la clase de 6 megajulios, el sistema híbrido, debido al reglamento, ahora recupera un 50 por ciento más de energía. La aerodinámica es totalmente nueva, y casi todos los sistemas del vehículo han sido mejorados o rediseñados. En consecuencia, el consumo de energía disminuye, el coche es ahora más ligero, y permite un montaje más compacto de todos sus componentes. Con todo ello el resultado es un R18 que incluso visualmente difiere claramente de su predecesor.

Nueva estructura para una aerodinámica optimizada

Ningún otro coche de carreras personifica la filosofía de la aerodinámica optimizada al máximo de forma tan consistente como los prototipos LMP1, que incluso ofrecen una imagen futurista. Al mirar el nuevo Audi R18 salta a la vista un exterior significativamente diferente. Las proporciones de la parte delantera y de la cabina en relación a la longitud total del vehículo han cambiado, y el frontal es claramente más estrecho que antes.

“Las nuevas proporciones influyen en la distribución del peso y la aerodinámica”, explica Jörg Zander, Director de Ingeniería de Audi Sport. “Nuestro objetivo más importante era mejorar el flujo de aire”. La corriente ha de dirigirse desde el frontal a través de la parte superior del coche y entre los pasos de rueda, mediante conductos de refrigeración a través de la carrocería y teniendo en cuenta también los bajos del coche. “En este proceso debe evitarse la creación de turbulencias, ya que eso hace perder energía”, explica Zander. Son vórtices indeseables, ya que crean turbulencias que aumenta la resistencia del paso del aire. Cuanto menor sea el espacio que ocupa el monocasco mayor es el espacio libre para facilitar dicho flujo de aire. Gracias a las nuevas proporciones, el nuevo Audi R18 dirige el de aire con mayor eficacia para ofrecer una aerodinámica óptima. En la parte trasera el aire sale de nuevo a través del difusor, generando carga aerodinámica que resulta beneficiosa en las curvas. Audi ha desarrollado un nuevo monocasco, modificando las proporciones para alcanzar la longitud máxima de 4.650 milímetros, y diseñando el resto de componentes en consecuencia.

También cambian las dimensiones y la ubicación de las entradas de aire previstas en los pasos de rueda delanteros, destinadas a reducir los efectos de elevación aerodinámica indeseables en caso de corrientes de aire laterales. Su superficie se ha ampliado un 45 por ciento en comparación con los de la temporada 2015.

Soluciones creativas para el chasis

Este nuevo concepto requiere innovaciones en muchas otras áreas. La suspensión es un ejemplo. Para que sean compatibles con la posición de los ejes de transmisión del sistema híbrido, los puntos de anclaje de la suspensión delantera en el nuevo monocasco se han reposicionado, revisando la cinemática de manera significativa. Brazos transversales que presentan un nuevo diseño se utilizan ahora para el guiado de las ruedas, y los amortiguadores son accionados a través de empujadores tipo pushrod. La cinemática de la suspensión trasera también ha sido optimizada; como ocurría con el vehículo de la generación anterior, el control de los amortiguadores se ejerce aquí con empujadores tipo pullrod. El equilibrio óptimo a cualquier velocidad queda garantizado por el sistema de control de balanceo Linked Suspension System (LSS).

La transmisión también es de nuevo diseño. Las simulaciones de Audi revelaron que el motor optimizado permite una relación de transmisión con mínimas caídas de revoluciones entre machas incluso en combinación con una caja de cambios de seis velocidades en lugar de la unidad de siete velocidades anterior. Como resultado, los ingenieros lograron reducir aún más el peso de la transmisión. En otras áreas de la estructura del vehículo Audi aplica de forma activa su concepto de construcción ligera, al tiempo que conserva la elevada rigidez del chasis.

Además, las nuevas soluciones para los mecanismos de actuación de distintos sistemas individuales del Audi R18 ayudan a reducir el peso. Mientras que en el vehículo de la generación anterior se accionaban mediante actuadores eléctricos los sistemas de frenos, transmisión y motor, el nuevo Audi R18 utiliza un nuevo sistema central de funcionamiento hidráulico de alta presión. El reglamento permite un peso mínimo de 875 kilogramos para los prototipos LMP1 híbridos. A pesar de incorporar un sistema híbrido más potente –y por lo tanto necesariamente más pesado– Audi no excede este límite.

Novedades para la propulsión híbrida

Audi ha sido pionera en la tecnología híbrida, y el primer fabricante que ha ganado las 24 Horas de Le Mans con un sistema de recuperación de energía, utilizando un sistema de almacenamiento de energía de volante de inercia entre 2012 y 2015. Ahora es el momento oportuno para el siguiente paso: una batería se encargará de la acumulación de la energía. La tecnología electrocinética se sustituye por un sistema de almacenamiento electroquímico. “El acumulador de volante de inercia sin duda fue viable para las clases de energía más bajas”, explica Thomas Laudenbach, responsable de Electricidad, Electrónica y Sistemas de Energía de Audi Sport. “Pero debido al hecho de que ahora tenemos que procesar aún más energía que antes, necesitamos un cambio de tecnología”. El anterior acumulador de volante de inercia garantiza alta densidad de potencia. Ahora, también es necesario conseguir una alta densidad de energía, ya que Audi cambia a una categoría de energía más elevada. A partir de la temporada 2016, la cantidad de energía aumentará en un 50 por ciento a 6 megajulios. Al comparar este nivel con el de la temporada 2014, desde entonces  los ingenieros incluso han triplicado la cantidad de energía recuperada.

Por primera vez Audi utiliza un acumulador de iones de litio como base del sistema híbrido de almacenamiento de energía. Desde 2009 las baterías para el sistema eléctrico de los prototipos LMP de la marca de los cuatro aros se han basado en esta tecnología. Las células del avanzado sistema de almacenamiento híbrido basadas en la producción cuentan con una potente química celular y están conectadas en serie. El sistema se encuentra una vez más dentro de la estructura de seguridad de alta resistencia en el monocasco, y encapsulado por separado. El sistema eléctrico y los sistemas electrónicos de seguridad monitorizan varios parámetros –desde células individuales hasta el sistema global de alta tensión– e intervienen en caso necesario. Naturalmente, incluyen detección y corte de suministro en caso de colisión.

La energía almacenada por el sistema es generada por la Unidad Generador Motor (MGU) situada en el eje delantero. El Audi R18 convierte el movimiento de rotación de las ruedas delanteras en energía eléctrica cuando el conductor frena antes de entrar en una curva, energía que se inyecta al sistema de almacenamiento. De esta manera, el prototipo híbrido utiliza la energía que de otro modo se iba a perder. Si el piloto acelera de nuevo al salir de la curva, la corriente fluye en dirección opuesta para alimentar la MGU. Como resultado, el eje delantero del R18 ayuda acelerar el coche de nuevo. Un circuito de refrigeración de baja temperatura, independiente desde el sistema de refrigeración del motor, enfría la batería, la MGU, y la electrónica de potencia.

A partir de la temporada de 2016 existe una limitación específica en pista impuesta en la potencia de salida, adicional a la de la clase de energía. Aunque la MGU puede recuperar cualquier cantidad deseada de energía, ahora en Le Mans sólo es posible suministrar 300 kW (408 CV). Audi ha diseñado su MGU para una potencia de más de 350 kW (476 CV) con el objetivo de recuperar tanta energía como sea posible. La razón es que, incluso cuando se frena a alta velocidad, las fases de frenado de un coche LMP1 duran entre tres y cinco segundos. La elevada potencia de salida del sistema ayuda a recuperar de manera eficiente la energía requerida. En Le Mans el sistema sólo puede suministrar 300 kW durante la aceleración posterior; en consecuencia, la energía del sistema híbrido estará disponible durante un período de tiempo mayor. Este límite no se aplica a las otras pruebas del campeonato FIA WEC.

Al optar por la clase de 6 megajulios, Audi ha presentado su MGU más potente hasta la fecha. En 2012 Audi comenzó con alrededor de 150 kW (204 CV) de potencia eléctrica. A fecha de hoy este nivel se ha duplicado con creces. Conceptualmente, la anterior y la nuevo MGU son similares entre sí. Sin embargo, la electrónica de potencia, el estator y el rotor son de nuevo desarrollo. Este sistema de propulsión híbrido ofrece un alto rendimiento y desarrolla un elevado par motor, como resultado de lo cual las cargas que actúan sobre los componentes que transmiten la potencia de al eje delantero aumentan en consecuencia. Audi utiliza un diferencial de deslizamiento limitado en el eje delantero para transferir el par con una pérdida mínima.

Menos energía y un motor V6 más eficiente

Se ha permitido aumentar la potencia del sistema de propulsión híbrido. El equipo de desarrollo del motor dirigido por Ulrich Baretzky se enfrentó a un gran desafío ante la temporada 2016. El V6 de 4 litros recibe bastante menos combustible, lo que reduce inicialmente su potencia. Dos factores han de ser considerados al respeto. Audi cambió a una clase de híbrida de energía más alta y el reglamento asigna menos combustible para los coches que recuperan grandes cantidades de energía; se estima que alrededor de algo menos de un tres por ciento. Al mismo tiempo, hay otro cambio importante. La velocidad de los coches de carreras LMP1 aumenta continuamente. Para controlarlo, los comisarios de la FIA, el WEC y el organizador de Le Mans, ACO, asignan claramente menos consumo de combustible para los coches de carreras híbridos. “Este es un cambio que, como fabricante, apoyamos con el fin de controlar los tiempos por vuelta”, comenta Wolfgang Ullrich.

El concepto básico del motor V6 TDI procede de 2011. Con su único turbocompresor VTG de geometría variable y doble flujo, ángulo de inclinación entre bancadas de cilindros de  de 120 grados, colector de escape dentro de la V y soluciones detalladas e innovadoras, este motor puede considerarse extraordinario. La cilindrada inicial de 3,7 litros aumentó a 4 litros en 2014. “Utilizamos el mismo concepto básico de motor por sexto año consecutivo. Esto demuestra que la idea sigue estando vigente”, afirma Ulrich Baretzky. “Debido a los aumentos de eficiencia, podemos compensar parcialmente la menor cantidad de combustible”.

Entre otras cosas, el turbocompresor es ahora más ligero y más eficiente. Externamente, el V6 TDI también ha cambiado. Los componentes individuales están dispuestos de manera diferente para dejar espacio para el nuevo concepto de la aerodinámica. La limitación dispuesta para la presión de sobrealimentación no cambia el par del motor de más de 850 Nm. La mayor eficiencia tiene sus recompensa, ya que la capacidad del depósito de combustible se ha reducido en un ocho por ciento, para quedar en 49,9 litros.

El aumento de eficiencia es notable en una comparación histórica. El TDI V6 actual consume un 32,4 por ciento menos de combustible que la primera generación de 2011. Este avance es aún más importante en comparación con el año 2006, cuando Audi utilizó por primera vez la tecnología TDI en Le Mans. Gracias a esta tecnología, la marca de los cuatro aros se ha asegurado ocho victorias y un récord de distancia, además de dos títulos mundiales. Hoy en día, el prototipo LMP1 de Audi con el motor actual utiliza un 46,4 por ciento menos de combustible en Le Mans. Aún así, se consiguen tiempos de vuelta que son de 10 a 15 segundos más rápidos que hace una década. Todo esto es posible gracias a la suma de todos los avances que se han realizado en las áreas de aerodinámica, diseño ligero y en la cadena cinemática.

Seguridad al más alto nivel

En términos de seguridad, los coches de competición LMP1 continúan estableciendo normas de seguridad muy efectivas. Audi complementa los requisitos requeridos por los reglamentos con una investigación que supera con creces estas reglas. En el campo de la seguridad activa, los pilotos de Audi pueden recurrir a una amplia gama de ayudas. Si bien la información del monitor en el habitáculo para mostrar las señales de las banderas de control de carrera es obligatoria, Audi ayuda a sus pilotos con una serie de soluciones adicionales. Por ejemplo, los faros Matrix LED combinados con los faros láser de Audi optimizan el haz de luz de los coches de carreras, que pueden alcanzar velocidades de hasta 340 km/h. Desde 2015, los clientes de Audi pueden incorporar faros láser en la segunda generación del Audi R8. La tecnología Matrix LED  se va incorporando cada día a un número mayor de gamas de modelos.

También se proporciona una buena visión trasera gracias a un eficiente y ligero sistema de cámara en combinación con una ultramoderna pantalla AMOLED que ejerce como un espejo retrovisor digital. Desde la temporada 2001, los pilotos y equipos de mecánicos han tenido controlada la presión de inflado de neumáticos mediante un sistema de monitorización de presión de neumáticos. Y por último, pero no menos importante, el Audi R18 controla automáticamente la distribución de fuerza de frenado con respecto al sistema híbrido en las diferentes condiciones de funcionamiento.

En el caso de que un accidente no se pueda evitar, los sistemas de seguridad pasiva entran en acción. El monocasco se compone de una estructura de CFRP de alta resistencia con un núcleo de aluminio en panal de nido de abeja, y tiene una parte delantera preparada para absorber energía en caso de un choque frontal. En 2011 Audi fue el primer fabricante en utilizar un monocasco de una sola pieza. La célula que conforma el habitáculo incluye protección adicional contra impactos laterales, con capas de Zylon integradas en las paredes de la cabina que previenen la posible intrusión de objetos. En la parte trasera, en caso de colisiones, una estructura de CFRP en la transmisión absorbe la energía del impacto. Desde la temporada 2014 se utilizan con éxito correas dobles en las ruedas para reducir el riesgo de separación de la carrocería en caso de accidentes. Debido a su movimiento de rotación, las ruedas tienen altos niveles de energía cinética. Los sistemas de protección de alta tensión aseguran que la corriente eléctrica en el sistema híbrido pueda ser controlada de forma segura. No hay ninguna otra disciplina del automovilismo que utilice tanta cantidad de alta tecnología para proteger al conductor antes o durante un accidente.

Ya sea en términos de rendimiento, de seguridad o de innovación y eficiencia, por la suma de todas las tecnológicas empleadas, la clase LMP1 sigue siendo única en todo el mundo y por lo tanto de gran importancia para el futuro del automóvil.

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