Nissan hat in der Nacht den langerwarteten LMP1-Wagen für Le Mans vorgestellt. Der Nissan GT-R LM Nismo überrascht mit einem Frontmotor. Und einem bekannten Piloten.

Update von Flo mit einer kompletten Analyse der Technologie!

Spekuliert wurde viel und die ersten Gerüchte, dass Nissan an einem LMP1 mit Frontmotor arbeiten würde, kamen im November auf. Wir haben hier auch viel diskutiert, ob das Sinn macht, ob das technisch überhaupt sinnvoll ist. Gemacht hat es seit dem Panoz Esperante keiner mehr, aber seitdem sind auch 15 Jahren vergangen und das technische Reglement erlaubt so einiges.

Was hat Nissan also gemacht? Sie haben einen 3.0 Liter V6, Twin-Turbo mit 60° Grad Öffnung hinter die Vorderachse gesetzt. Die Japaner setzen, vermutlich auch aus Kostengründen, auf ein einfaches KERS, die Energie wird in einem Schwungrad gespeichert, das offenbar im Bereich des Cockpits sitzt. Wie viel Energie sie daraus schöpfen werden, hat man nicht gesagt. 6 MJ werden es wohl mindestens sein. Eventuell geht man auch auf die maximal erlaubten 8 MJ, auch wenn das einen kleinen Gewichtsnachteil bringt. Aber Nissan scheint damit kein Problem zu haben. Da der Motor die Vorderachse antreibt und das KERS die Hinterachse, ist es laut Teamchef Ben Bowbly wichtig, dass man möglichst viel Gewicht auf der Vorderachse hat.

Deswegen hat man sich auch zu einer ungewöhnlichen Reifengröße entschieden. Vorne setzt man auf 14 Zoll breite Reifen, hinten sind es nur neun Zoll. Geschuldet ist das vor allem der Aerodynamik und dem geringen Gewicht auf der Hinterachse. Allerdings bleibt allein bei der Reifenfrage ein großes Fragezeichen. Die Vorderreifen müssen nun Brems-, Beschleunigungs- und Lenkkräfte aushalten. In Le Mans gewinnt man aber nur, wenn man die Reifen mindestens in einen Dreifach-Stint schicken kann. Ob der Nissan das kann?

Die Aerodynamik des Wagens ist so aufgebaut, dass man, wie beim Delta-Wing oder beim ZEOD, auf Flügel mehr oder weniger verzichten kann. Zwar gibt es einen Heckflügel, es wird aber spekuliert, dass Nissan auf diesen in Le Mans verzichten könnte. Ein Bild von Marshall Pruett bei Mulsanne Corner zeigt den Nissan von hinten und da wird schon klar, wo der Abtrieb auf der Hinterachse herkommen soll.

Interessant ist auch, dass Nissan als ersten bekannten Einsatzfahrer Marc Gene präsentiert hat. Der Le-Mans-Sieger von 2009 wird eine Menge Erfahrung und technischen Sachverstand ins Team bringen. Er gilt als sehr guter Entwickler und sein Feedback dürfte Nissen eine Menge bringen.

Es ist ein sehr gewagtes Konzept, mit dem sich Nissan auf eher ungewohntes Terrain begibt. Aber das war der Delta-Wing damals auch und doch ist es Nissan gelungen, den Delta-Wing in Le Mans erfolgreich einzusetzen. Der Wagen war damals so schnell, dass der ACO noch vor dem Rennen eingreifen musste, um ihn von den LMP1 wegzubekommen. Und nur weil Audi, Porsche und Toyota eine gemeinsame Lösung gefunden haben, heißt das ja nicht, dass es keine andere gibt. Das Konzept macht durchaus Sinn und zeigt auch, dass das weit offene Reglement der WEC spannendere Fahrzeuge und technische Lösungen fördert, als das in der Formel Eins der Fall ist. Der Nissan wird mit Sicherheit für Aufsehen sorgen und zu den Lieblingen bei den Fans gehören.

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Update von Flo

GRAPHIC: Nissan GT-R LM NISMOViele stellen sich die Frage: Warum baut Nissan ein solches Auto? Um das zu beantworten, muss man ein paar Hintergründe kennen bzw. wissen, welche Gedankengänge Ben Bowlby hierbei hatte bzw. hat. Nissan will mit diesem Auto vor allem auf einer Strecke gut sein: Le Mans. Le Mans ist eine Strecke, welche über sehr lange Geraden verfügt, in die man aus langsamen Kurven rausbeschleunigt. Ein möglichst geringer Luftwiderstand bei noch guten Abtriebswerten und viel Traktion und vor allem eine gute Beschleunigung aus den langsamen Ecken sind hier also für die Rundenzeit essentiell. Zudem hat das neue Reglement diese Faktoren noch einmal nachgeschärft. Ein möglichst geringer Luftwiderstand erklärt sich von alleine, eine andere Sache ist das Thema “boosten” mit dem Hybrindantrieb. Den meisten Rundenzeitengewinn erfährt man dadurch, dass man möglichst viel Energie bei möglichst geringen Geschwindigkeiten auf die Straße bringt und somit vor allem unterhalb der Durchschnittsgeschwindigkeit eine möglichst hohe Beschleunigung erzielt.

Beginnen möchte ich aber mit dem Thema Frontantrieb und Frontmotor. Grundsätzlich ist es so, dass die aerodynamischen Lasten der Gewichtsverteilung auf den Achsen folgt. Sprich, habe ich eine Gewichtsverteilung von z.B. 52/48 %, dann ist es mein Ziel, auch möglichst 52% Abtrieb auf der VA und 48% auf der HA zu haben, damit die Radlasten gleich bleiben. An der Hinterachse erzeuge ich den Abtrieb vor allem über zwei Faktoren: den Diffusor, welcher hier den Löwenanteil generiert, und den Heckflügel. Ein Heckflügel verursacht aber nicht nur Abtrieb, sondern auch Luftwiderstand. Diesen will Nissan mit diesem Auto aber möglichst weit senken, und als man das Projekt gestartet hat, war das erklärte Ziel, in Le Mans zugunsten eines höheren Topspeeds auf den Heckflügel zu verzichten. Um das zu erreichen, muss zum einen die Gewichtsverteilung nach vorne verlagert werden, zum anderen muss aber auch an der Vorderachse genug Abtrieb erzeugt werden, um den gestiegenen Radlasten gerecht zu werden. In den letzten Jahren sind die LMP1 von Audi und Toyota immer kofplastiger geworden, um die gleich großen Reifen vorne zum Arbeiten zu bringen. Hier hat man mittlerweile eine Gewichtsverteilung von ca. 53/47% erreicht. Mehr wäre aber nur möglich, wenn man gleichzeitig vorne mehr Gewicht in Form von Wolframplatten in die Nase gibt. Dies hätte aber zwei Nachteile: Zum einen läuft man Gefahr, das Mindestgewicht nicht halten zu können, zum anderen aber auch die Hinterreifen, die essentiell sind, nicht mehr auf Temperatur zu bekommen, da die benötigte Radlast nicht mehr vorhanden ist.

Nissan_GT_R_LM_NISMO_11klUm also weiter Gewicht nach vorne zu bringen, ist ein anderer Schritt notwendig, nämlich den Motor nach vorne zu bringen, genauer vor den Fahrer. Damit ist man in der Lage, eine Gewichtsverteilung von z.B. 60/40 zugunsten der Vorderachse zu erreichen. Dies hat zwei Auswirkungen: a) Ich benötige mehr Abtrieb auf der Vorderachse und b) ich benötige weniger Abtrieb auf der Hinterachse. Gerade letzteres ist das erklärte Ziel von Ben Bowlby bei diesem Fahrzeug und so ist es das Ziel, im Le-Mans-Trimm ohne Heckflügel zu fahren. Inwieweit das möglich sein wird, darauf möchte ich später noch eingehen. Allerdings muss man bei diesem Auto nun ein paar Wege gehen, um den benötigten Abtrieb vorne zu generieren. Dabei sind zum einen die 2014er Regeln hilfreich, denn diese erlauben den Einsatz eines Flügels, der bis 2013 noch verboten war. Zum anderen hat Ben Bowlby hier aber auch tief in die Trickkiste gegriffen und einige interessante Lösungen hervorgebracht. Da man den vorderen Diffusor nicht über die komplette Fahrzeugbreite ziehen kann (in der Mitte kommen das Differential sowie das Getriebe daher), braucht man einen Diffusor, welcher über mehr Höhe verfügt. Dies erreicht man, indem man eine Art “Doppeldiffusor” verbaut.

Nissan GT-R LM NISMOHierbei wirkt der untere Teil des vorderen Diffusors wie ein normaler Diffusor, während der Frontflügel darüber den zweiten Teil des Diffusors darstellt, ähnlich wie früher in der Formel 1. Die daraus entweichende Luft wird auf zwei Arten weitergeleitet. Ein kleiner Teil wird nach oben über die Shrouds nach außen geleitet, während der wesentlich größere Teil innen zwischen Monocoque und Seitenverkleidung nach hinten geführt wird, wobei man auch einen Teil der Kühlaggregate mit Luft versorgt. Hierbei geht man einen ähnlichen Weg, wie Audi es letztes Jahr beim R18 gemacht hat, und man leitet die Luft innen durch das Fahrzeug. Anstatt diese aber wie beim R18 über die Radkästen entweichen zu lassen, lässt man die Luft hinten direkt über den Diffusor entweichen, ähnlich wie Audi dies beim ersten R15 gemacht hat. Auf einen seitlichen Luftaustritt greift man hier nicht zurück, denn das würde zu Turbulenzen und mehr Drag führen.

Den anderen Teil der Luft lässt man nach oben entweichen. Um hierbei eine möglichst hohe Strömungsgeschwindigkeit an der Unterseite des oberen Diffusorelements und dem Shorud zu erreichen, hat man den Auspuff des Motors so verlegt, dass dieser die Luft hinter diesen Elementen beschleunigt, was es somit für den oberen Flügel im Diffusor ermöglicht zu “atmen”, da die Rückgewinnung des statischen Druckes geringer ausfällt. Mit all diesen Tricks will man also den Luftwiderstand möglichst gering halten, auch wenn dies zu Lasten des gesamten Abtriebslevels geht, während man versuchen muss, vorne durch den beengten Bauraum mehr Abtrieb zu erzeugen.

Aufgrund dieser Tatsache ergeben sich einige andere Prämissen für die anderen Komponenten. So muss der Motor möglichst kurz und auch möglichst schmal sein, während er einen tiefen Schwerpunkt besitzt. Ein I4 Turbo, nicht selbsttragend, ist die eine Variante, ein V4 oder V6 mit schmalem Öffnungswinkel die andere. Ein V6 mit 60 Grad Öffnungswinkel stellt hierbei einen guten Kompromiss dar. (V4 mit 60 Grad wäre aufgrund der Vibrationen kaum machbar, da man hierbei keine gleichmäßige Verteilung der Zündzeitpunkte schaffen würde.) Der Motor ist ein 3l V6 Turbo, welcher von Cosworth entwickelt worden ist. Im Gegensatz zu Audi oder Porsche verwendet man aber ein Layout mit zwei Ladern, welche unter den Zylinderbänken angeordnet sind, um Platz zu sparen. Aufgrund des maximalen Ladedruckes von 4 bar und des Hubraum von 3l ergibt sich somit ein sehr breiter Drehmomentverlauf auch unten heraus, was für die Getriebeingenieure günstig ist. Diese müssen nämlich ein sehr kurzes Getriebe bauen, denn immerhin müssen noch das Differential und die Antriebswellen untergebracht werden. Ein Getriebe über sieben Gänge ist somit kaum schaffbar, also müssen es weniger sein. Im Falle des Nissan sind es deren fünf, welche über eine etwas größere Spreizung verfügen als die von den Konkurrenten, welche in der Regel den ersten Gang nicht benutzen.

Nissan GT-R LM NISMODie nächste Frage lautet: warum Frontantrieb? Nun, dies ergibt sich durch ein paar Gegebenheiten. Zum einen ist es fast unmöglich, aus der Anordnung Monocoque – Getriebe – Motor eine tragfähige Struktur ohne Subrahmen zu bauen, zum anderen ist es sehr schwer, das Getriebe zu steif mit dem Monocoque zu verbinden bzw. zu verschrauben, wie dies mit einem V-Motor möglich ist. Die logische Konsequenz ist also, dass das Getriebe nach vorne rutscht und somit auch das Differential und die angetriebene Achse vorne ist. Der zweite Teil des Antriebes besteht aus einem rein mechanischen KERS von Torotak, welches aber doch anders funktioniert als die der Konkurrenten. Will man hier ein möglichst großes KERS einsetzen, war schnell klar, wird man um ein Schwungrad nicht herumkommen, denn dies bietet zum einen die höchste Energiedichte nach den Batterien, zum anderen aber auch die höchste Leistungsdichte (~ 400 – 600 PS sind bei den LMP1, so die Hausmarke, wenn es um die Leistung von KERS-Systemen geht – und die ist wichtig, will man eine möglichst hohe Leistung haben, siehe 1. Abschnitt), obwohl das Gewichtsbudget begrenzt ist. Im Gegensatz zum System, welches Audi fährt, wird die Energie aber nicht in elektrische gewandelt, sondern direkt mechanisch an der Vorderachse abgenommen und mechanisch gespeichert. Dies geschieht dadurch, dass man die Kurbelwelle verlängert hat und das Schwungrad damit direkt auf die Kurbelwelle des Motors gekoppelt ist. Die Leistungsabgabe erfolgt also auch entweder über diese Welle und / oder über eine zweite Welle, welche durch das Monocoque führt und über ein Differential und Antriebswellen sowie über zwei Portalachsen die Hinterachse antreibt. Dies geschieht aber nur optional bzw. wird gesteuert. Bei einem solchen System stellen sich aber zwei Fragen: a) Wie bekommt man eine vernünftige Leistungsverteilung zwischen Vorder- und Hinterachse geregelt, und b) Wie erreicht man hier eine gute Traktionskontrolle, was bei E-Motoren sehr gut machbar ist.

Nissan GT-R LM NISMOGenerell ist die Hinterachse hier aber ein spezielles Thema bzw. die Konsequenzen, welche sich aus diesen Punkten für die Reifen und das Fahrwerk ergeben. Um all die Belastungen inkl. Lenkradkräften über die Vorderräder übertragen zu können, hat sich Bowlby für sehr breite vordere Felgen entschieden, mit gut 14 Zoll, was 355mm Breite sind. Die Reifenbreite ist aber auf maximal 310mm begrenzt. Man fährt hier also eine Spezialmischung von Michelin mit speziellen Seitenwänden und Karkassen, welche das Ziel haben, sich unter der Fahrt auf diese 355mm zu verbreitern, um mehr Auflagefläche zu erhalten, um die ganzen Kräfte (inkl. des erhöhten Abtriebs!) auch auf den Asphalt übertragen zu können. An der Hinterachse sieht es anders aus. Dort wirken kaum die Kräfte, welche vorne wirken, wodurch man gezwungen ist, um die relativen Radlasten, welche in Relation zur Auflagefläche wirken, möglichst gleich zu halten, auf schmälere Reifen setzen muss, da diese nur bei Bedarf einen Teil der KERS-Energie übertragen müssen.

Die letzte große Herausforderung stellt hierbei noch die Fahrwerkskinematik dar. Um gravierende Lastwechsel nach hinten zu vermeiden bzw. ein zu starkes Eintauchen beim Kurveneingang, jedoch trotzdem genug Traktion auf der Vorderachse zu erzielen, ist ein ausgeklügeltes (sprich aktives) Fahrwerk samt variabler Bremskraftverteilung nötig.

Eine weitere Herausforderung war noch die Unterbringung der Kühler und der Crashnase. Diese beiden wichtigen Komponenten hat man nun vor der Vorderachse untergebracht, wobei ein Teil der Kühlerluft wieder nach oben entweicht, während der andere Teil nach innen geleitet wird. Es wird interessant zu sehen sein, wie schnell die Mechnaniker dort einen Schaden beheben können, denn durch diese Konstruktion ist man vorne doch weitaus anfälliger als die anderen LMP1, was kleine Schrammen bei schon geringen Kontakten angeht.

Zusammenfassend kann man sagen, dass Nissan und Ben Bowlby hier ein Fahrzeug gebaut haben, was viele interessante technische Details und Lösungen aufzuweisen hat, welche andere Hersteller nicht haben. Grundsätzlich ist die Marschroute absolut klar und das Auto wurde nur für Le Mans entwickelt. Die Frage wird allerdings sein, ob man die Fahrstabilität gerade auf der Hinterachse so in den Griff bekommt, dass man wie angedacht, in Le Mans auf den Heckflügel verzichten kann. Eine weitere zentrale Frage wird auch sein, inwieweit es Nissan gelingen wird, aus den vorhandenen knappen Ressourcen und der sehr geringen Eigenleistungstiefe (Chassis kommt von Dan Gurneys All-American-Racers, Motor von Cosworth, KERS von Torotak, etc…) dieses doch sehr komplexe Fahrzeug zum einen standfest, zum anderen aber auch schnell zu bekommen. Man darf davon ausgehen, dass man gerade zu Beginn bei den ersten beiden Läufen in Silverstone und in Spa Probleme haben wird, aber wenn dieses Konzept aufgehen kann, dann auf dieser speziellen Bahn in Le Mans.