Audi präsentiert den neuen R18 für die WEC-Saison 2016

Audi R18 2016 © Ferdi Kräling Motorsport-Bild GmbH

Audi hat am heutigen Dienstag als erstes Werksteam den neuen LMP1-Prototypen für 2016 vorgestellt. Zwar präsentierte man den Wagen schon eimmal Anfang Dezember, doch im Vergleich zum fertigen Fahrzeug gab es noch einige Änderungen am Wagen, der nun auch im neuen Design glänzt. Das neue Gesamtkonzept und die zahlreichen Änderungen am LMP1-Prototypen, von dessen Vorgänger fast nichts übernommen wurde, wird im Folgenden detailliert beschrieben.

Aerodynamik

Im Bereich der Aerodynamik hat Audi den radikalsten Weg der drei LMP1-Hersteller gewählt. Die Proportionen von Vorderwagen und Kabine innerhalb der Fahrzeug-Gesamtlänge haben sich verändert, die auffällige Nase des Rennwagens fällt deutlich schlanker aus als zuvor. „Die neuen Proportionen beeinflussen die Gewichtsverteilung und die Aerodynamik“, erläutert Jörg Zander, Leiter Technik von Audi Sport. „Unser wichtigstes Anliegen war es, den Luftfluss zu verbessern.“ Am Vorderwagen muss der Luftstrom über den Rennwagen und zwischen die Radhäuser geleitet werden, durch die Karosserie in die Kühlkanäle fließen und den Unterboden optimal anströmen. „Dabei sollen sich keine Luftwirbel bilden, denn das kostet Energie“, so Zander. Unerwünschte Verwirbelungen und turbulente Strömungen würden die Energie im Luftfluss reduzieren und den Widerstand erhöhen. Je geringer der Raum ist, den das Monocoque – die zentrale tragende Struktur und die Sicherheitszelle des Rennwagens – in diesem Bereich einnimmt, umso größer sind die Freiräume für einen verlustarmen Luftfluss. Dank der neuen Proportionen führt der neue Audi R18 die Luft noch günstiger. Sie strömt den Unterboden dadurch optimal an. Am Heck tritt die Luft durch den Diffusor wieder aus. Damit erzeugt sie unter dem Auto einen wesentlichen Teil des Anpressdrucks, von dem der Rennwagen bei Kurvenfahrt profitiert. Audi hat ein neues Monocoque entwickelt, die Proportionen innerhalb der vorgegebenen Maximallänge von 4.650 Millimetern verändert und alle Baugruppen entsprechend ausgelegt. Neu sind auch die Ausmaße und Position der vorgeschriebenen Öffnungen in den Radhäusern der Vorderachse. Ihr Zweck ist es, unerwünschte aerodynamische Auftriebseffekte bei seitlicher Anströmung zu vermindern. Ihre Flächen vergrößern sich um 45 Prozent gegenüber der Saison 2015. Dieses neue Konzept verlangt in vielen weiteren Bereichen Innovationen. Beispiel Radaufhängung: Durch das neue Monocoque haben sich die Anlenkpunkte für die Vorderachse deutlich verändert. Damit die neue n Aufnahmepunkte sich mit der Lage der Antriebswelle des Hybridsystems vereinbaren lassen, sind sie neu angeordnet. Die Fahrwerkskinematik ist stark überarbeitet. Neu konzipierte Querlenker übernehmen nun die Radführung. Die Hub- und Wank-Feder-Dämpfer-Elemente werden an der Vorderachse über Schubstreben (Pushrods) betätigt. Die Kinematik an der Hinterachse ist ebenfalls optimiert. Wie schon beim Vorgänger werden die Feder-Dämpfer-Elemente über Zugstreben (Pullrods) angesteuert. Eine optimale Balance des Rennwagens in allen Geschwindigkeitsbereichen garantieren die Ausgleichselemente des Linked Suspension Systems (LSS) im Fahrwerk. Neu konstruiert ist auch das Getriebe. Die Simulationen von Audi zeigen: Auch in Verbindung mit sechs statt wie bisher sieben Gängen erlaubt der optimierte Motor eine sehr gute Spreizung mit geringen Drehzahlsprüngen. So haben die Ingenieure das Gewicht der Kraftübertragung weiter gesenkt. Auch in der übrigen Fahrzeugstruktur hat Audi den Leichtbau konsequent weiter verfolgt, zugleich aber die hohe Torsionssteifigkeit des Chassis gewahrt. Neue Lösungen bei den Aktuatoren einzelner Systeme des Audi R18 senken das Gewicht ebenfalls. Beim Vorgänger waren noch elektrische Akuatoren in den Systemen Lenkung, Bremse, Getriebe und Motor aktiv. Der neue Audi R18 setzt auf ein gänzlich neu entwickeltes Hochdruck-Zentralhydrauliksystem. Das Reglement schreibt 875 Kilogramm Mindestgewicht für die LMP1-Hybrid-Sportwagen vor. Audi überschreitet diesen Wert trotz eines deutlich leistungsfähigeren und damit zwangsläufig auch etwas schwereren Hybridsystems nicht.

Hybrid

In diesem Jahr wirft Audi den Drehmassenspeicher, den man zwischen 2012 und 2015 verwendete, über Bord und setzt auf ein Energie-Rückgewinnungssystem mit Batterien. Anders gesagt: das elektro-kinetische weicht einem elektro-chemischen Verfahren. Der Drehmassenspeicher hat sich für die kleineren Energieklassen durchaus bewährt“, erläutert Thomas Laudenbach, Leiter Elektrik, Elektronik, Energiesysteme von Audi Sport. „Da wir ab sofort aber noch mehr Energie verarbeiten müssen, lag ein Technologiewechsel nahe.“ In der Hybridklasse klettert man auf der Leiter eine Stufe höher und tritt erstmals in der 6-Megajoule-Klasse an. Die Energiedichte steigt somit um 50%. Die seriennahen Zellen des Hybridspeichers verfügen über eine fortschrifttliche und leistungsfähige Zellchemie, sind in Reihe geschaltet und befinden sich in einer hochfesten Sicherheitsstruktur in einem abgekapselten Bereich des Monocoques. Sicherheitssysteme kontrollieren die Zellen sowie das Hochvolt-Gesamtsystem und greifen bei Bedarf ein.

Die Energie, die das System speichert, entsteht in einer MGU (Motor Generator Unit) an der Vorderachse. Der Audi R18 wandelt die Drehbewegung der Vorderräder beim Bremsen vor einer Kurve in elektrische Energie um und führt sie dem Speicher zu. So nutzt der Hybrid-Sportwagen Energie, die sonst verloren wäre. Beschleunigt der Rennfahrer nach der Kurve wieder, fließt der Strom in umgekehrter Richtung und treibt die MGU an. So hilft die Vorderach se des R18, den Rennwagen wieder zu beschleunigen. Ein vom Motor-Kühlsystem unabhängiger Niedertemperaturkreislauf kühlt die Batteriezellen, die MGU sowie die Leistungselektronik. Ab diesem Jahr gilt neben den Energieklassen (2 MJ – 8 MJ) erstmals auch eine streckenspezifische Leistungsbegrenzung: Die MGU darf zwar beliebig viel Energie rekuperieren, beim Rennen in Le Mans aber nur noch 300 kW (408 PS) Leistung beim Beschleunigen abgeben, da die Strecke in Frankreich nur über eine Grade-2-Homologation verfügt. Audi hat seine MGU auf mehr als 350 kW (476 PS) Leistung ausgelegt, um möglichst viel Energie zurückzugewinnen. Der Grund: Selbst beim Bremsen aus hohem Tempo dauern die Bremsphasen eines LMP1-Rennwagens nur rund drei bis fünf Sekunden. Die hohe Systemleistung hilft, in kurzer Zeit die erforderliche Energie effizient zurückzugewinnen. In Le Mans darf das System anschließend beim Beschleunigen nur noch 300 kW abgeben. Daher steht die Energie aus dem Hybridsystem entsprechend für einen längeren Zeitraum zur Verfügung. Bei den acht übrigen Läufen zur FIA WEC gilt dieses Limit nicht, da diese über den Formel-1- Standard (Grade 1) verfügen. Vom Konzept her sind die alte und die neue MGU miteinander verwandt, die Leistungselektronik, derStator und der Rotor sind jedoch neu entwickelt. Um das Drehmoment möglichst verlustfrei zu übertragen, vertraut man an der Vorderachse auf ein Sperrdifferenzial.

Motor

Dadurch, dass man in der Hybridklasse aufsteigt, steht Audi rund drei Prozent weniger Kraftstoff zur Verfügung. Diese Tatsache bedeutet zunächst einmal, dass die Leistung des Motors sinkt. Des Weiteren möchten die Verantwortlichen der FIA, der WEC und des ACO die Rundenzeiten der LMP1-Rennwagen senken und teilt den Teams weniger Kraftstoff-Energie zu. „Das ist eine Entwicklung, die wir als Hersteller grundsätzlich unterstützen, um die Rundenzeiten zu kontrollieren“, sagt Audi-Motorsportchef Dr. Wolfgang Ullrich. Der Motor des neuen R18 geht in seinen Grundzügen auf den ersten Audi R18 aus dem Jahr 2011 zurück und gilt mit seinem zweiflutigen VTG-Monoturbolader, 120 Grad Zylinderbankwinkel, der Abgasseite innerhalb des V-Winkels sowie innovativen Detaillösungen als eher ungewöhnlich. „Wir verwenden das prinzipielle Motorkonzept jetzt im sechsten Jahr in Folge. Das zeigt, wie gut die Grundidee noch immer ist“, sagt der leitende Motoringenieur Ulrich Baretzky. „Durch Effizienzsteigerungen kompensieren wir die geringere Kraftstoffmenge teilweise wieder.“ Die Anordnung einzelner Komponenten hat sich geändert um Platz für die neue Aerodynamik zu schaffen, andere Teile wie der Turbolader wurden leichter und effizienter. Die vorgeschriebene Begrenzung des Ladedruckfaktors auf 4 verändert das Drehmoment nicht und bleibt bei über 850 Newtonmeter. Der Tankimhalt sinkt auf 49,9 Liter.

Effizienz

Betrachtet man die Geschichte von Audi in Le Mans, gibt es beeindruckende Effizienzsteigerungen der Rennwagen. Der aktuelle V6 TDI kommt mit 32,4 Prozent weniger Kraftstoff aus als Ursprungsversion aus dem Jahr 2011. Betrachtet man den ersten Dieselmotor, mit dem Audi 2006 in Le Mans debütierte, sind ist die Differenz noch höher und liegt bei 46,4 Prozent weniger Kraftstoff. Dennoch sanken die Rundenzeiten um 15 Sekunden! Ein Mix aus Aerodynamil, Leichtbau, Antrieb und weiteren Bereichen machten diese Sprünge überhaupt erst möglich.

Sicherheit

Die ohnehin schon hohen Sicherheitsmaßstäbe aktueller LMP1-Prototypen werden durch eigene Forschungsarbeit noch weiter erhöht. Das Audi in diesem Bereich exzellente Arbeit liefert, zeigten die schweren Unfälle von Allan McNish, Mike Rockenfeller und Loic Duval in den Jahren 2011 und 2015, die die Fahrer nahezu unbeschadet überstanden. In dem Bereich der aktiven Sicherheit (Gefahrenerkennung und Unfallvorbeugung), stehen den Piloten weitere Hilfsmittel zur Verfügun. Neben Fahrzeugdaten werden den Fahrern bereits seit einiger Zeit auf dem vorgeschriebenen Fahrer-Informationsbildschirm Flaggen der Rennleitung angezeigt. In Sachen Lichttechnik verbaut man Matrix-LED-Scheinwerfer mit Audi Laserlicht, die mittlerweile auch in der Serienproduktion zur Verfügung stehen. Darüber hinaus fungiert ein leichtes und sparsames AMOLED-Display als Rückspiegel, Reifendrücke werden mit einem Kontrollsystem erfasst und die Bremskraftverteilung erfolgt automatisch.

Im Bereich der passiven Sicherheit dient als Monocoque aus einer hochfesten CFK-Struktur mit Aluminium-Wabenkern als Schutzzelle für den Fahrer, welches auch über eine vordere Crashnase zur Energieaufnahme verfügt. Das Monocoque ist außerdem seitlich geschützt und integrierte Zylon-Schichten verhindern das Eindringen von Objekten. Im hinteren Bereich des Wagens nimmt eine CFK-Struktur am Getriebe die Aufprallenergie auf. Die seit 2014 vorgeschriebenen doppelten Radhalteseile verhindern die Gefahr, dass Reifen nach einem Unfall unkontrolliert umherfliegen. Um Mechaniker und Streckenposten zu schützen, verfügt der Wagen über ein Hochvolt-Schutzsystem, welches die elektrischen Ströme im Hybridsystem beherrschbar macht.

Bildergalerie

Technische Daten

Fahrzeug

Fahrzeugtyp: Le Mans Prototyp (LMP1)
Monocoque: Verbundfaser-Konstruktion aus Carbonfasern mit Aluminium-Wabenkern und Zylon-Seitenpanels, getestet nach den strengen FIA-Crash- und Sicherheitsstandards, Front- und Heckcrasher aus CFK
Bordnetz-Batterie: Lithium-Ionen-Batterie


Motor

Motor: Audi TDI, V6-Motor mit Turboaufladung, 120-Grad-Zylinderwinkel, 4 Ventile pro Zylinder, 1 Garrett-VTG-Turbolader, Diesel-Direkteinspritzung TDI, Aluminium-Zylinder-Kurbelgehäuse voll tragend
Hubraum: 4.000 ccm
Leistung: Über 378 kW (514 PS)
Drehmoment: Über 850 Nm


Hybridsystem

Speicherart: Elektrochemisch durch Lithium-Ionen-Batterie, nutzbare Speicherkapazität über 2 MJ Motor-Generator-Einheit (MGU): Eine MGU an der Vorderachse, integriertes Sperrdifferenzial. Niedertemperatur-Kühlkreislauf für MGU, integrierte Leistungselektronik und Energiespeicher.
Leistung MGU: über 350 kW bei Rekuperation/Boost (300 kW bei Boost in Le Mans)
Leistungsklasse ERS: 6 MJ (Wert gültig für Rennstrecke Le Mans)


Antrieb/Kraftübertragung

Antriebsart: Heckantrieb, Traktionskontrolle (ASR), Allradantrieb e-tron quattro im Hybridbetrieb
Kupplung: CFK-Kupplung
Getriebe: Sequenzielles 6-Gang-Renngetriebe
Differenzial: Sperrdifferenzial hinten
Getriebegehäuse: CFK mit Titan-Inserts
Antriebswellen: Gleichlauf-Tripode-Verschiebe-Gelenkwellen


Fahrwerk/Lenkung/Bremse

Lenkung: Zahnstangen-Servolenkung
Fahrwerk: Vorn und hinten Einzelrad-Aufhängung an unteren und oberen Querlenkern, Pushrod-System an der Vorderachse und Pullrod-System an der Hinterachse mit einstellbaren Stoßdämpfern, zwei Radhalteseile pro Rad
Bremsen: Hydraulische Zweikreis-Bremsanlage, Monoblock-Leichtmetall-Bremssättel, belüftete Kohlefaser-Bremsscheiben vorn und hinten
Felgen: OZ-Schmiedefelgen aus Magnesium
Reifen: Michelin Radial, vorn: 31/71-18, hinten: 31/71-18


Gewichte/Abmessungen

Länge: 4.650 mm
Breite: 1.900 mm
Höhe: 1.050 mm
Mindestgewicht: 875 kg
Tankinhalt: 49,9 Liter

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