토요타 TS040 하이브리드

1. 개요

토요타 TS040 하이브리드는 2014년 FIA 세계 내구 선수권 대회에 출전하기 위해 개발된 르망 프로토타입 1(LMP1) 규정을 충족하는 하이브리드 레이싱카이다. 3.7L V8 가솔린 엔진과 토요타 하이브리드 시스템-레이싱(THS-R)을 탑재하여 4륜 구동 방식을 사용하며, 2014년과 2015년 FIA 세계 내구 선수권 대회에 출전하여 여러 차례 우승을 차지했다. 2014년에는 제조사 및 드라이버 챔피언십에서 우승을 차지했으며, 2015년에는 3위를 기록했다.

2. 개발

2.1. 컨셉

2012년 11월, 오토모빌 클럽 드 루에스트 (ACO)가 2014년 FIA 세계 내구 선수권 대회 기술 규정에 대한 첫 번째 개정을 발표한 직후 TS040의 초기 연구와 시뮬레이션이 시작되었다. 토요타는 2013년 르망 24시 이후 이 프로젝트에 집중하면서 차량 개발에 대한 참여를 점차 늘렸다. 운전자 안전을 개선하고 시야를 확보하기 위해 새로운 르망 프로토타입 1 (LMP1) 규정을 충족하도록 설계된 TS040은 TS030 하이브리드보다 공기역학적으로 개선되었다. 노르트라인-베스트팔렌 주 쾰른에 있는 토요타 모터스포츠 본부에서 제작된 이 차량의 섀시 설계는 엔지니어 파스칼 바셀론이 감독했다. TS040의 엔진은 일본에서 제작되었으며, 이 팀은 프랑스 레이싱팀 오레카가 지휘했다.

2.2. 설계

TS040 하이브리드는 하드웨어 인 루프 기술과 컴퓨터 계산 하드웨어를 통해 개별 부품을 트랙 데이터를 기반으로 테스트하여 설계를 최적화했다. 이는 테스트 주행보다 더 효율적이었다. 새로운 LMP1 규정에 따라 TS040은 이전 모델보다 10cm 짧아졌고 타이어 아치의 폭은 5cm 줄어들었다. 대부분의 관심은 항력을 줄이고 다운포스를 증가시켜 노면 그립을 향상시키고, 2013년 대비 연료 소비를 25% 절감하는 데 집중되었다. TS040의 공기역학적 설계는 토요타 모터스포츠의 풍동에서 이루어졌다. 토요타는 설계와 경량 부품을 통해 규정된 45kg의 차량 중량 감소 목표를 달성했다.

|left|thumb|219x219px|전시된 토요타 TS040 하이브리드 3.7리터 V8 가솔린 엔진과 변속기 조립품]]

TS040의 설계는 4륜 구동을 허용했으며, 섀시는 탄소 섬유 강화 폴리머와 알루미늄 재료로 구성되었다. 섀시를 냉각하기 위한 전면 기류는 앞 휠 가드 뒤의 윙 미러 스토크 아래에 있는 배출 덕트를 사용하여 가능했다. 독립 푸시로드 서스펜션은 벨크랭크에 연결되어 있으며, 토션 바는 피벗 지점에 장착되어 있다. 토요타의 가솔린 공급업체인 토탈은 팀과 협력하여 연료 효율과 성능을 향상시켰다. 이 차량의 7단 시퀀셜 수동 변속기는 알루미늄으로 제작되었으며, 멀티플레이트 클러치는 ZF 프리드리히스하펜에서 토요타에 공급되었다. TS040의 드라이브 샤프트는 등속 조인트 유형(삼각대 포함)이었으며, 기계식 록킹 디퍼렌셜이 포함되었다. 경량 세라믹 매트릭스 복합 재료로 제작된 듀얼 회로 브렘보 디스크 브레이크는 유압식으로 활성화되는 파워 스티어링을 가능하게 했다. 미쉐린은 팀의 타이어 공급업체로 남았다.

차량의 미드십에 장착된 자연 흡기 엔진 가솔린 엔진 V8 엔진은 90도 각도로 설치되었으며, TS030 하이브리드에서 물려받았다. 엔진 배기량은 스트로크를 늘려 효율성을 높여 3.4L에서 3.7L로 증가했으며, 뒷바퀴에 513마력을 공급했다. 엔진은 연료 흐름 미터를 사용하여 개발되었으며, 출력에서 효율성으로의 컨셉 전환을 장려했다. 보스 마운트 연료 분사 시스템은 흡입 트랙에 있으며, 흡입 경로에 대해 각진 스로틀 밸브 위에 배치되었다. 8개의 솔레노이드 인젝터가 장착되어 각 스로틀 러너로, 흡입 포트렛으로 동력을 보냈다. 토요타는 레이스 중 다른 엔진 부품과 함께 스파크 타이밍을 조정하기 위해 진동을 감지하는 노크 제어와 실시간 연소 압력 센서를 특징으로 하는 두 가지 시스템을 설치하여 신뢰성을 확보했다.

이전 모델과 마찬가지로, TS040에는 토요타 레이싱 개발에서 Higashi-Fuji Technical Center의 회사의 도로 연구 개발에서 생산된 두 개의 운동 에너지 회수 시스템 (KERS) 재생 제동 장치(ACO는 대체 약어인 ERS를 사용함)가 있어 닛신보 슈퍼 커패시터를 충전했다. 추가 전력은 차축으로 전달되었으며(뒤쪽은 덴소, 앞쪽은 아이신 AW), 자동으로 473kW의 출력이 증가하여 총 986마력이 되었다. 모터 발전기 유닛은 제동 시 발전기 역할을 하여 드라이브 샤프트에서 에너지를 수집하여 차량의 속도를 늦추고 전기로 변환하여 슈퍼 커패시터에 저장했다. 2014년 규정은 모터 발전기 유닛 계층을 0MJ에서 8MJ까지 2MJ 단위로 나누었다. 토요타는 6MJ 범주를 선택했는데, 8MJ 클래스는 추가 중량으로 인해 랩 타임에 부정적인 영향을 미쳤기 때문이다.

2.3. 2015년 변경 사항

2015년 규정이 새롭게 제정되면서 TS040의 80%를 재설계해야 했다. 여기에는 새로운 전면부 크래시 구조, 타이어 수명을 보존하도록 최적화된 서스펜션, 추가적인 무게 감량이 포함되었다. 두 가지 바디 키트가 설계되었는데, 하나는 빠른 트랙용, 다른 하나는 좁은 코너용이었다. 설계자들은 제동 시 밸런스를 위해 차의 헤드라이트 아래에 가이드 베인을 추가했지만, (차량 후면에) 두 번째 베인을 설치하는 것은 난류를 발생시킬 것이라고 판단했다. 구동계는 거의 손대지 않았다. 도요타는 Porsche 919 Hybrid에 탑재된 하이브리드 기술과 비교하여 배터리 시스템으로 변경하여 8MJ 카테고리로 전환하는 것을 고려했지만, 결국 6MJ 클래스에 머물기로 결정했다. 그러나 TS040의 슈퍼캐패시터는 성능 향상을 위해 수정되었다. 차량 제작은 2014년 르망 24시 직후 시작되어 2015년 1월까지 계속되었다.

3. 레이싱 역사

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2014년 FIA 세계 내구 선수권 대회의 새로운 LMP1-H 차량 규정에 따라 데뷔했으며, 실버스톤 6시간 레이스가 첫 경기였다. 실버스톤에서 알렉산더 부르츠와 나카지마 카즈키가 운전한 7호차는 폴 포지션을 획득했다. 아우디 R18 e-트론 콰트로 2호차와는 불과 0.005초 차이였다. 8호차는 예선 5위를 기록했다. 결승에서는 앤서니 데이비슨, 니콜라 라피에르, 세바스티앙 부에미가 운전한 8호차가 우승했고, 7호차는 2위를 차지하며 토요타는 WEC 첫 1-2 피니시를 달성했다.

2차전 스파-프랑코르샹 6시간 레이스에서는 포르쉐 919 하이브리드 14호차가 폴 포지션을 차지했지만, 8호차가 예선 2위를 차지했다. 결승에서는 데이비슨이 패스티스트 랩을 기록하며 8호차가 2연승을 달성했고, 7호차는 3위에 올랐다.

3차전 르망 24시 레이스에서는 7호차의 나카지마 카즈키가 일본인 최초로 폴 포지션을 획득했고, 8호차는 3위를 기록했다. 결승에서 7호차는 초반부터 레이스를 리드했지만, 14시간 후 전기 계통 문제로 리타이어했다. 8호차는 초반 사고에 휘말렸지만 3위로 경주를 마쳤다.

4차전 아메리카 서킷 6시간 레이스에서는 8호차가 폴 포지션을 획득했지만, 레이스 중 뇌우로 인해 두 대 모두 스핀했다. 약 1시간 중단 후 8호차는 3위, 7호차는 6위로 경주를 마쳤다.

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5차전 후지 6시간 레이스에서는 니콜라 라피에르가 불참하여 데이비슨과 부에미 2인 체제로 레이스에 임한 8호차가 폴 포지션에서 우승을 차지했고, 7호차와 함께 1-2 피니시를 달성했다.

6차전 상하이 6시간 레이스에서는 포르쉐 14호차에게 폴 포지션을 양보했지만, 결승에서 토요타 8호차와 7호차가 1-2 피니시를 달성했다.

7차전 바레인 6시간 레이스에서 8호차는 교류 발전기 문제로 30분 동안 지연되었지만, 7호차가 우승했고, 8호차는 11위로 경주를 마쳐 앤서니 데이비슨과 세바스티앙 부에미가 월드 내구 드라이버 챔피언십을 확정했다.

최종전 상파울루 6시간 레이스에서 토요타는 포르쉐와 접전을 벌였지만, 8호차는 2위, 7호차는 4위로 경주를 마쳤다. 토요타는 월드 제조사 챔피언십에서 289점을 획득하여 우승했다.

3.1. 2014년 시즌

토요타 TS040 하이브리드는 2014년 FIA 세계 내구 선수권 대회의 새로운 LMP1-H 차량 규정에 따라 데뷔했으며, 실버스톤 6시간 레이스가 첫 경기였다. 실버스톤에서 알렉산더 부르츠와 나카지마 카즈키가 운전한 7호차는 폴 포지션을 획득했다. 아우디 R18 e-트론 콰트로 2호차와는 불과 0.005초 차이였다. 8호차는 예선 5위를 기록했다. 결승에서는 앤서니 데이비슨, 니콜라 라피에르, 세바스티앙 부에미가 운전한 8호차가 우승했고, 7호차는 2위를 차지하며 토요타는 WEC 첫 1-2 피니시를 달성했다.

2차전 스파-프랑코르샹 6시간 레이스에서는 포르쉐 919 하이브리드 14호차가 폴 포지션을 차지했지만, 8호차가 예선 2위를 차지했다. 결승에서는 데이비슨이 패스티스트 랩을 기록하며 8호차가 2연승을 달성했고, 7호차는 3위에 올랐다.

3차전 르망 24시 레이스에서는 7호차의 나카지마 카즈키가 일본인 최초로 폴 포지션을 획득했고, 8호차는 3위를 기록했다. 결승에서 7호차는 초반부터 레이스를 리드했지만, 14시간 후 전기 계통 문제로 리타이어했다. 8호차는 초반 사고에 휘말렸지만 3위로 경주를 마쳤다.

4차전 아메리카 서킷 6시간 레이스에서는 8호차가 폴 포지션을 획득했지만, 레이스 중 뇌우로 인해 두 대 모두 스핀했다. 약 1시간 중단 후 8호차는 3위, 7호차는 6위로 경주를 마쳤다.

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5차전 후지 6시간 레이스에서는 니콜라 라피에르가 불참하여 데이비슨과 부에미 2인 체제로 레이스에 임한 8호차가 폴 포지션에서 우승을 차지했고, 7호차와 함께 1-2 피니시를 달성했다.

6차전 상하이 6시간 레이스에서는 포르쉐 14호차에게 폴 포지션을 양보했지만, 결승에서 토요타 8호차와 7호차가 1-2 피니시를 달성했다.

7차전 바레인 6시간 레이스에서 8호차는 교류 발전기 문제로 30분 동안 지연되었지만, 7호차가 우승했고, 8호차는 11위로 경주를 마쳐 앤서니 데이비슨과 세바스티앙 부에미가 월드 내구 드라이버 챔피언십을 확정했다.

최종전 상파울루 6시간 레이스에서 토요타는 포르쉐와 접전을 벌였지만, 8호차는 2위, 7호차는 4위로 경주를 마쳤다. 토요타는 월드 제조사 챔피언십에서 289점을 획득하여 우승했다.

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📌 열 고정 해제

년도	팀	클래스	No.	드라이버	Rds.	1	2	3	4	5	6	7	8
2014	토요타 레이싱	LMP1-H	7	알렉산더 부르츠	All	실버스톤 6시간	스파-프랑코르샹 6시간	르망 24시	아메리카 서킷 6시간	후지 6시간	상하이 6시간	바레인 6시간	상 파울루 6시간	289	1위
				스테판 사라진	All
				나카지마 카즈키	1-3, 5-6
				마이크 콘웨이	4, 7-8
			8	앤서니 데이비슨	All	실버스톤 6시간	스파-프랑코르샹 6시간	르망 24시	아메리카 서킷 6시간	후지 6시간	상하이 6시간	바레인 6시간	상 파울루 6시간
				세바스티앙 부에미	All
				니콜라 라피에르	1–4
2015	토요타 레이싱	LMP1	1	앤서니 데이비슨	All	실버스톤 6시간	스파-프랑코르샹 6시간	르망 24시	뉘르부르크링 6시간	아메리카 서킷 6시간	후지 6시간	상하이 6시간	바레인 6시간	164	3위
				세바스티앙 부에미	All
				나카지마 카즈키	1, 3–8
			2	알렉산더 부르츠	All	실버스톤 6시간	스파-프랑코르샹 6시간	르망 24시	뉘르부르크링 6시간	아메리카 서킷 6시간	후지 6시간	상하이 6시간	바레인 6시간
				스테판 사라진	All
				마이크 콘웨이	All

3.2. 2015년 시즌

2015년형 TS040 하이브리드는 시우다드 델 모터 데 아라곤과 알가르브 국제 서킷에서 25000km의 테스트를 거친 후 3월 26일 폴 리카르 서킷에서 공개되었다. 드라이버 라인업에도 변경이 있었는데, 나카지마 카즈키가 (슈퍼 GT에서 떠난 후) 1번 TS040에 정규 드라이버로 합류했고, 마이크 콘웨이는 2번 차량에 정규 드라이버로 승격되었다. 전 포뮬러 1 레이서 코바야시 카무이가 토요타의 리저브 드라이버로 계약했으며, 니콜라 라피에르는 팀의 테스트 드라이버가 되었다.

시즌 개막전인 2015 실버스톤 6시간 레이스에서 앤서니 데이비슨과 나카지마는 1번 차량으로 4위를 기록했고, 스테판 사라진과 콘웨이는 자매차량인 2번 차량으로 6위를 기록했다. 토요타는 아우디와 포르쉐에 도전했지만, 1번 차량은 마르셀 패슬러, 안드레 로테레르, 브누아 트렐뤼에가 운전하는 7번 아우디보다 15초 늦게 결승선을 통과했다. 2번 차량은 콘웨이가 라브르 콩페티시옹 쉐보레 콜벳 C7.R을 추월하는 과정에서 트랙사이드 볼라드를 밟아 손상되어 노즈콘을 교체해야 했지만 4위로 경기를 마쳤다.

2015 스파-프랑코르샹 6시간 레이스 연습 주행 중, 나카지마는 올리버 자비스의 8번 아우디 후방과 충돌하여 허리를 다쳤다. 그는 코바야시가 불참하여 교체되지 않았고, 세바스티앙 부에미와 데이비슨은 1번 TS040을 두 명의 드라이버로 운전하여 8위를 기록했다. 콘웨이와 사라진은 7위를 기록했다가 5위로 경기를 마쳤다. 나카지마는 2015 르망 24시 테스트 데이(5월 30일)에 참가할 수 있도록 승인되었고, 4일 후 레이스에 참가할 것이 발표되었다.

2015 르망 24시 예선에서 사라진은 2번 차량으로 7위, 나카지마가 운전한 1번 차량은 8위를 기록했다. 토요타 드라이버는 각 차량의 기록을 단축하지 못했다. 레이스에서는 2014년에 비해 랩당 2초 이상 빨랐음에도 불구하고 아우디와 포르쉐의 레이스 페이스에 미치지 못했다. 데이비슨은 페라리와 접촉하여 1번 차량이 손상되었고, 추가적인 충돌과 수리로 인해 8위로 경기를 마쳤다. 2번 차량은 기술적인 문제로 6위로 경기를 마쳤다.

2015 뉘르부르크링 6시간 레이스에서 뷔에미와 데이비드슨은 1번 TS040으로 5위, 알렉산더 부르츠와 사라진은 6위로 예선을 통과했다. 두 차량 모두 아우디와 포르쉐의 속도에 미치지 못해 5위와 6위를 차지하며 3랩과 4랩 뒤쳐졌다.

2015 아메리카 서킷 6시간 레이스 예선에서 뷔에미와 데이비드슨의 1번 차량은 5위, 사라진과 콘웨이의 2번 차량은 6위를 차지했다. 뷔에미는 오프닝 랩에서 4위로 올라섰지만, 데이비드슨이 스톱 앤 고 페널티를 받았고, 콘웨이는 LMP2 차량 충돌로 인한 풀 코스 옐로우 발동 후 추돌 사고로 리타이어했다. 나카지마는 1번 차량으로 4위를 기록했다.

2015 후지 6시간 레이스에서 뷔에미와 나카지마는 5위, 사라진과 콘웨이는 6위를 차지했다. 레이스 초반 변덕스러운 기상 조건으로 인해 토요타는 아우디와 포르쉐에 도전했지만, 결국 뒤쳐졌다. 사라진은 프로톤 콤페티션 포르쉐 911 RSR과 충돌하여 1번 차량의 냉각 시스템을 교체해야 했고, 여러 페널티로 인해 6위로 제한되었다.

2015 상하이 6시간 레이스에서 토요타는 다시 한 번 그리드의 3열에서 예선을 치렀다. 뷔에미와 데이비드슨은 5위, 부르츠와 콘웨이는 6위를 확보했다. 젖은 트랙에서 데이비드슨과 나카지마가 스핀했지만, 트랙이 마르면서 뷔에미는 1번 차량으로 5위, 사라진은 2번 차량으로 6위를 기록했다.

시즌 최종전인 2015 바레인 6시간 레이스에서 데이비드슨과 나카지마는 부르츠와 사라진보다 빠른 기록으로 3열에서 출발했다. 두 차량은 4위와 5위로 올라섰지만, 나카지마는 시그니처 팀 A450b과 충돌하여 차체를 교체해야 했다. 2번 차량은 3위로 올라섰고, 1번 차량은 4위로 경기를 마쳤다.

TS040 하이브리드로 2년 연속 출전한 토요타는 164점을 획득했고, 월드 내구 선수권에서 3위를 차지했다.

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📌 열 고정 해제

년도	팀	클래스	No.	드라이버	Rds.	1	2	3	4	5	6	7	8
2015	토요타 레이싱	LMP1	1	앤서니 데이비슨	All	실버스톤 6시간	스파-프랑코르샹 6시간	르망 24시	뉘르부르크링 6시간	아메리카 서킷 6시간	후지 6시간	상하이 6시간	바레인 6시간	164	3위
				세바스티앙 부에미	All
				나카지마 카즈키	1, 3–8
			2	알렉산더 부르츠	All	실버스톤 6시간	스파-프랑코르샹 6시간	르망 24시	뉘르부르크링 6시간	아메리카 서킷 6시간	후지 6시간	상하이 6시간	바레인 6시간
				스테판 사라진	All
				마이크 콘웨이	All

4. 기술 사양

TS040 HYBRID는 르망 프로토타입(LMP1) 카테고리에 참가했다. 기어박스는 횡치 7단 시퀀셜 변속기이며, 알루미늄 케이싱을 사용한다. 클러치는 ZF사의 다판 클러치를 사용하며, 디퍼렌셜은 비스커스 기계식 락 디퍼렌셜을 사용한다.

서스펜션은 전/후 모두 푸시로드식 독립 현가더블 위시본이며, 토션 바와 안티롤 바가 장착되어 있다. 브레이크는 2계통 유압식 브레이크 시스템 모노블록 경합금 캘리퍼(전/후)와 카본제 벤틸레이티드 디스크(전/후)를 사용한다.

휠은 마그네슘 단조 휠이며, 미쉐린 라디알 타이어(전/후: 31/71-18)를 사용한다. 안전 벨트는 타카타 제품이다.

차량의 전장은 4,650 mm, 전폭은 1,900 mm, 전고는 1,050 mm이며, 연료 탱크 용량은 68.3 L이다.

토요타 TS040 하이브리드는 TOYOTA HYBRID System - Racing (THS-R) 파워트레인을 탑재했다. 뱅크 각도 90°의 V8 자연 흡기 가솔린 엔진을 사용하며, 엔진 배기량은 3.7L이다. 엔진은 4개의 밸브를 가지고 있으며, 최고 출력은 382kW(520ps)이다. 니신보 홀딩스의 캐퍼시터를 사용하며, 전륜 하이브리드 모터 및 인버터는 아이신 AW(현: 아이신)이, 후륜 하이브리드 모터 및 인버터는 덴소가 담당한다. 후륜 엔진과 모터를 합한 종합 최대 출력은 736kW(1,000ps)에 달한다.

4.1. 섀시

TS040 HYBRID는 르망 프로토타입(LMP1) 카테고리에 참가했다. 기어박스는 횡치 7단 시퀀셜 변속기이며, 알루미늄 케이싱을 사용한다. 클러치는 ZF사의 다판 클러치를 사용하며, 디퍼렌셜은 비스커스 기계식 락 디퍼렌셜을 사용한다.

서스펜션은 전/후 모두 푸시로드식 독립 현가더블 위시본이며, 토션 바와 안티롤 바가 장착되어 있다. 브레이크는 2계통 유압식 브레이크 시스템 모노블록 경합금 캘리퍼(전/후)와 카본제 벤틸레이티드 디스크(전/후)를 사용한다.

휠은 마그네슘 단조 휠이며, 미쉐린 라디알 타이어(전/후: 31/71-18)를 사용한다. 안전 벨트는 타카타 제품이다.

차량의 전장은 4,650 mm, 전폭은 1,900 mm, 전고는 1,050 mm이며, 연료 탱크 용량은 68.3 L이다.

4.2. 엔진

토요타 TS040 하이브리드는 TOYOTA HYBRID System - Racing (THS-R) 파워트레인을 탑재했다. 뱅크 각도 90°의 V8 자연 흡기 가솔린 엔진을 사용하며, 엔진 배기량은 3.7L이다. 엔진은 4개의 밸브를 가지고 있으며, 최고 출력은 382kW(520ps)이다. 니신보 홀딩스의 캐퍼시터를 사용하며, 전륜 하이브리드 모터 및 인버터는 아이신 AW(현: 아이신)이, 후륜 하이브리드 모터 및 인버터는 덴소가 담당한다. 후륜 엔진과 모터를 합한 종합 최대 출력은 736kW(1,000ps)에 달한다.

5. 팀 및 드라이버

토요타는 2013년 7월에 새로운 차량으로 FIA 세계 내구 선수권 대회에 계속 참가할 것이라고 발표했다. 드라이버 알렉산더 부르츠, 니콜라스 라피에르, 나카지마 카즈키, 앤서니 데이비슨, 스테판 사라진과 세바스티앙 부에미가 팀과 재계약했다. TS040 하이브리드의 세부 사항은 2013년 상파울루 6시간 레이스 회의에서 엔지니어 파스칼 바셀론에 의해 8월 31일에 대중에게 공개되었다. 토요타는 인디카 시리즈 드라이버(및 G-Drive 레이싱의 2013년 르망 프로토타입 2(LMP2) 4회 우승자) 마이크 콘웨이를 예비 및 테스트 드라이버로 영입했다.

TS040의 라인업은 2014년 2월에 변경되어, 토요타가 드라이버의 강점과 특성을 평가한 후 사라진이 7번 차량으로, 라피에르가 8번 차량으로 이동했다.

5.1. 2014년

5.2. 2015년