Autosalon Frankfurt 2013: Toyota Yaris Hybrid-R

Na letošním autosalonu ve Frankfurtu se ve světové premiéře představí koncepční model Toyota Yaris Hybrid-R. Spojuje technologie kompaktního modelu Toyota Yaris Hybrid s „high-performance“ konstrukcí, která se inspirovala závodním prototypem TS030 HYBRID.

• Hybridní vůz s typem pohonu e-4WD a nejvyšším systémovým výkonem 420 k
• Přední kola jsou poháněna přeplňovaným závodním motorem 1,6 l o výkonu 300 k
• Pokročilý systém řízení trakce díky třetímu elektromotoru vpředu
• Zadní kola pohání dva elektromotory o výkonu 60 k, převzaté z modelu Yaris Hybrid
• Energie se ukládá do vysokokapacitního kondenzátoru, podobně jako u speciálu TS030 HYBRID

Závodní vůz Toyota TS030 HYBRID se zúčastnil mimo jiné proslulého závodu Le Mans a světového šampionátu vytrvalostních soutěží (WEC). Výsledkem spojení s komerčním modelem Yaris Hybrid je velmi specifický koncepční vůz zaměřený na maximální požitek z jízdy na běžných silnicích i závodních okruzích.

Hybridní technologie je stále ještě mladá – vždyť první generace modelu Toyota Prius se představila v roce 1997, tedy před pouhými 16 lety. Technologie jako taková má tedy budoucnost ještě před sebou a vykazuje velký potenciál vyvíjet se v mnoha různých směrech.

Hybridní technologie se teprve nedávno začaly objevovat ve světě motoristického sportu, ale stále ještě nejsou obecně vnímány jako řešení zaměřené na dynamiku a výkon. Yaris Hybrid-R je jednoznačnou ukázkou těch nejlepších možností ve vývoji hybridních technologií v zájmu maximálního výkonu a vyššího potěšení z jízdy.

Hybridní pohon

Koncept Yaris Hybrid-R vycházející z třídveřového provedení modelu využívá hybridní pohon kombinující výkonný a pečlivě vyladěný zážehový motor 1,6 l se dvěma výkonnými elektromotory, které dohromady zajišťují „inteligentní“ pohon všech čtyř kol s využitím elektřiny.

Přední kola jsou poháněna přeplňovaným čtyřválcem 1,6 l o výkonu 300 k s přímým vstřikováním paliva, speciálně vyvinutým společností Toyota Motorsport GmbH (TMG) v souladu s pravidly Mezinárodní automobilové federace FIA pro globální motor GRE (Global Race Engine), jenž se má využívat v různých disciplínách motoristického sportu.

Každé ze zadních kol pohání nezávislý elektromotor o výkonu 60 k – shodný s jednotkou, kterou používá standardní Yaris Hybrid. Soustava hybridního pohonu vyvíjí celkový systémový výkon 420 k.

Dvojice elektromotorů při brzdění funguje jako generátor elektřiny, resp. při zrychlování pomáhá zážehovému motoru.

Podobně jako u modelu TS030 HYBRID se energie zužitkovaná při brzdění ukládá do vysokokapacitního kondenzátoru. V případě konceptu Yaris Hybrid-R je kondenzátor umístěn pod zadním sedadlem, kde se v případě modelu Yaris Hybrid obvykle nachází akumulátor.

V porovnání se standardním akumulátorem typu NiMH se vysokokapacitní kondenzátor vyznačuje vyšší energetickou hustotou a schopností rychlého dobíjení a vybíjení. Dokonale se proto hodí ke sportovnímu nasazení na závodních tratích, kde se využije krátký a okamžitý nárůst výkonu.

Třetí elektromotor o výkonu 60 k, umístěný mezi spalovacím motorem a šestistupňovou sekvenční převodovkou, funguje jako generátor energie, a to ve dvou situacích: během zpomalovaní, kdy dodává energii do vysokokapacitního kondenzátoru, resp. během akcelerace, kdy přímo dodává energii zadním elektromotorům.

Druhý jmenovaný režim nastává pouze tehdy, když výkon a točivý moment motoru přesahuje záběrové schopnosti předních kol. Generátor plní roli pokročilého systému řízení trakce, jenž přesměrovává točivý moment v podobě elektrické energie na zadní kola k posílení akcelerace a zlepšení ovladatelnosti namísto jednoduchého omezování výkonu motoru.

Znatelně sportovní design

Koncept Yaris Hybrid-R zaujme dravější a emočně nabitou interpretací designového jazyka, jenž je typický pro modely Toyota představované v poslední době. Styl Keen Look a designovou filozofii Under Priority podtrhuje použití nově koncipovaných světlometů, širší masky chladiče a černých/modrých akcentů, které kontrastují s bílým lakováním karoserie.

Do nárazníku specifickým tvarů jsou začleněny dva velké nasávací otvory vzduchu a světla pro denní svícení z modrých LED diod. Nasávací otvory výrazně přispívají k chlazení předních brzd, zatímco tvarování spodního aerodynamického spoileru je uzpůsobeno k centrálnímu vedení proudu vzduchu do spodní části karoserie.

Atletické přední blatníky ukrývají zakázková 18″ kola v designu TRD (TOYOTA Racing Development) obutá do pneumatik Michelin Pilot Sport Cup o rozměrech 225/40 R18 s asymetrickým designem běhounu v souladu se sportovní filozofií konceptu Yaris Hybrid-R.

Tato volba vysoce sportovních pneumatik, ideálních ke smíšenému použití na běžných vozovkách i závodních tratích, je ukázkou plodné spolupráce našeho závodního týmu s výrobcem Michelin v rámci světového šampionátu vytrvalostních soutěží FIA.

• 18″ kola v designu TRD
• Pneumatiky Michelin Pilot Sport Cup ke smíšenému použití na běžných vozovkách i závodních tratích
• Tlačítko na volantu k volbě režimu „silnice“ nebo „závodní okruh“
• Sportovní sedadla Recaro v dvoubarevném provedení

Do odvětrávaných brzdových kotoučů s drážkováním se zakusují šestipístkové třmeny (vpředu), resp. čtyřpístkové třmeny na zadní nápravě. Krytka hrdla plnění palivové nádrže umístěná na zadním sloupku umožňuje rychlé otevření pro snazší a rychlejší doplňování paliva při zastávkách v boxech.

Specifická sdružená zadní světla z LED diod, podobná jako u modelu Yaris Hybrid, poukazují na spojitost s běžným sériovým vozem. Vůz je vybaven speciálním střešním spoilerem a přepracovaným nárazníkem, jehož součástí je i velký difuzor s výstupem výfukového potrubí orámovaným dvěma otvory sání vzduchu.

Závodní kokpit

Sportovní sedadla Recaro v dvoubarevném provedení zaujmou kombinací černé kůže (boční vedení) a čalounění z modré Alcantary®, v souladu s barvami použitými v exteriéru. Tatáž modrá Alcantara® je pak použita u výplní dveří a na palubní desce, čímž interiér získal soudržnější vzhled inspirovaný závodními vozy.

Volič sekvenční převodovky, ideálně umístěný ve vyšší poloze v blízkosti řidičovy ruky, je vyladěn k rychlému podřazování zatlačením páky směrem vpřed, resp. řazení na vyšší stupeň zatažením vzad.

Na sportovním volantu obšitém materiálem Alcantara® najdeme tlačítko inspirované světem závodních vozů, určené k volbě režimu „silnice“ nebo „závodní okruh“ (u stojícího vozu), resp. k použití funkce výkonového posílení („Boost“) během jízdy. K ideální pozici za volantem přispívají sportovní pedály z modelu GT 86.

Režim „silnice“ pro každodenní použití

Pro režim „silnice“ je typické snížení výkonu motoru a odpovídající množství energie, které může kondenzátor přidělovat ke snížení spotřeby paliva a emisí CO2. V souladu s tím je také snížen kompresní poměr přeplňování motoru 1,6 l a upraveno mapování vstřikování i zapalování.

• 40 k po dobu 10 sekund v režimu „silnice“
• 120 k po dobu 5 sekund v režimu „závodní okruh“
• Směrování točivého momentu: podíl točivého momentu přiváděného k jednotlivým zadním kolům se díky zadním elektromotorům může lišit
• Pokročilý systém řízení trakce: třetí elektromotor přesměrovává nadbytečný točivý moment v podobě elektrické energie k zadním kolům

Se zážehovým motorem 1,6 l hladce spolupracuje hybridní soustava pohonu, zejména pak při rozjezdu za nízkých otáček, kdy účinnost spalovacího motoru ještě není optimální.

Kondenzátor dokáže uvolňovat energii rekuperovanou při brzdění po dobu až 10 sekund, přičemž celkový výkon dvojice elektromotorů je omezen na 40 k. K udržování vysokokapacitního kondenzátoru v dostatečně nabitém stavu slouží třetí elektromotor, který může být kdykoli využit jako generátor energie.

V závislosti na stavu dobití akumulátoru se může Yaris Hybrid-R rovněž krátce pohybovat v čistě elektrickém režimu, například během parkování.

Režim „závodní okruh“ pro závodní trati

V režimu „závodní okruh“ se naplno využívá maximální systémový výkon motoru a řízení energie se zaměřením na co nejvyšší jízdní výkony. Přeplňovaný motor 1,6 l vyvine 300 k a poskytuje nejvyšší točivý moment 420 Nm; zadní elektromotory mohou společně dosahovat maximálního výkonu 120 k po dobu až 5 sekund.

Za nízkých rychlostí nebo při průjezdu zatáčkou, kdy výkon spalovacího motoru a příslušný točivý moment překračuje záběrové schopnosti předních kol, může třetí elektromotor přímo přesměrovat přebytečnou energii na zadní elektromotory.

Tento generátor se v důsledku chová jako pokročilý systém řízení trakce, jenž přesměrovává přebytečný točivý moment zážehového motoru ve formě elektrické energie na zadní kola.

Zadní elektromotory (pro každé kolo jeden) mají zásadní vliv na charakteristiku jízdního chování konceptu Yaris Hybrid-R během průjezdu zatáčkou, neboť upravují rozdělování točivého momentu mezi levým a pravým zadním kolem.

Každý motor může fungovat nezávisle jako generátor energie nebo elektromotor, čímž se dosahuje stejného účinku jako v případě inteligentního diferenciálu, jenž přesměrovává točivý moment.

V závislosti na poloměru zatáčky může systém posílat větší točivý moment na vnější zadní kolo, čímž dovoluje dosahovat vyšší nájezdové rychlosti do zatáčky (středně rychlé zatáčky), aplikovat vyšší brzdnou sílu na vnitřní kolo (rychlé zatáčky), nebo dokonce nezávisle brzdit či zrychlovat každé z kol (pomalé zatáčky).

Systém tak upravuje působení sil v zájmu optimální trajektorie průjezdu s menším úhlem natočení kol a omezením nedotáčivosti.

Koncept Yaris Hybrid-R přináší výjimečně vysoký systémový výkon hybridní soustavy pohonu, systém hospodaření s energiemi se silným zaměřením na maximální jízdní výkony a využití elektromotorů ke zlepšení ovladatelnosti. Nový koncepční model tak ukazuje na možný budoucí vývoj hybridních technologií směrem k vyššímu potěšení z jízdy.

Propojení reálného a virtuálního světa

Koncept Yaris Hybrid-R využívá stejnou řídicí jednotku ECU s rozhraním sběrnice CAN, která byla vyvinuta pro sportovní kupé GT86 ve spolupráci s vývojářem počítačových her Polyphony pro 6. verzi proslulé hry Gran Turismo, jež se objeví ještě před koncem tohoto roku.

Jednotka ECU s rozhraním sběrnice CAN byla odhalena vloni na jaře na okruhu Silverstone při příležitosti 15. jubilea počítačové hry Gran Turismo. Uživatel kupé GT86 tak může díky této jednotce ukládat na flash paměť nebo do chytrého telefonu údaje nashromážděné během sportovní jízdy na závodní trati.

Údaje jako např. souřadnice GPS, podélné zrychlení, úhly natočení kol, řazení, otáčky motoru, rychlost vozidla, nebo dokonce teplota chladicí kapaliny, pak mohou sloužit k nasimulování skutečných podmínek na trati i na herní konzole a jejich porovnávání s virtuální jízdou v rámci hry.

Koncept Yaris Hybrid-R tuto technologii posouvá ještě o krok dále a využívá tentýž princip v obráceném sledu. Dokážeme si představit, že údaje z okruhů zaznamenané při hraní na konzole by bylo možné odesílat do řídicí jednotky vozidla.

Systém elektronického řízení vozidla by mohl potenciálně předvídat jízdní podmínky každé trati a optimalizovat fáze rekuperace energie, fungování systému řízení trakce nebo množství energie využité v jednotlivých krocích a optimalizovat ovladatelnost vozidla prostřednictvím zadních elektromotorů.

Přeplňovaný motor 1,6 l navržený pro využití v motorsportu

Přeplňovaný motor 1,6 l používaný konceptem Yaris Hybrid-R vyvinula společnost Toyota Motorsport GmbH. Splňuje regulace sportovní federace FIA pro tzv. globální závodní motor (GRE – Global Race Engine). Federace FIA ve snaze omezit náklady na motoristický sport určila speciální pravidla pro jedinečný čtyřválec navržený pro nejrůznější disciplíny motoristického sportu.

Jednotlivé disciplíny si mohou stanovit své vlastní technické předpisy, jako např. zdvihový objem válců v rozsahu 1,6 až 2,0 litru, použití přeplňování, stejně tak jako výkonový rozsah 150 až 500 k.

Původně by tímto motorem mohly být vybaveny dokonce i vozy Formule 1. Jelikož je tento motor speciálně uzpůsoben k závodním účelům, měl by být spolehlivější a z pohledu údržby i levnější než motor odvozený od sériově vyráběné verze.

Od roku 2011 se specifikace GRE uplatnily ve formě přeplňovaného motoru 1,6 l ve světovém rallyovém šampionátu (WRC) a v mistrovství světa cestovních vozů (WTCC). V příštím roce se poprvé představí v nepřeplňované verzi 2,0 l v soutěžích Formule 3.

Motor GRE vyvinutý společností Toyota Motorsport GmbH již absolvoval detailní výkonové a spolehlivostní testy na dynamometrech v technickém středisku v německém Kolíně nad Rýnem. Po dokončení programu vývoje plánuje TMG nabízet motor GRE soukromým závodním týmům a rovněž jej využívat jako základ v rámci možného budoucího angažmá Toyoty v motoristickém sportu.

Hlavní specifikace závodního motoru GRE od TMG

Zdvihový objem motoru: 1595 cm3
Typ palivové soustavy: Přímé vstřikování (až 200 barů)
Typ sání: Turbo Garett GTR2560R (max. tlak přeplňování: 2,5 baru)
Škrticí vzduchový ventil: 33 mm
Nejvyšší výkon: 300k při 6000 ot./min
Max. točivý moment: 420 Nm
Nejvyšší ot./min.: 7500 ot/min