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レーシングハイブリッド「THS-R」進化の歴史

レーシングハイブリッド「THS-R」進化の歴史

2005

レース用ハイブリッドシステム開発が始動

2005年12月、「ハイブリッドシステムを使ったレース活動を検討する」ことが決定。当時は、ハイブリッドシステムを搭載したレーシングカーは存在しなかったため、ハイブリッドカーが出場できるレースもなかった。レース用のハイブリッドシステムをどの方向で開発していくのか、どのレースに出て行くのかが、当面の検討課題となった。

2006

LEXUS GS450h
初めてのレース参戦。十勝24時間を完走

LEXUS GS450hに搭載されたハイブリッドシステム モータースポーツ部だけでなく、トヨタ社内の協力も得てレーシングハイブリッドシステムのイメージをまとめていった。参加するレースとしては当時、北海道の十勝スピードウェイで開催されていた十勝24時間レースを選んだ。
この年、十勝24時間レースでは来るべきエコ時代を見据えて、ハイブリッドカーを含むエコカーのためのプロダクショングループ・P-1クラスが新設された。(ただしスーパー耐久「ST-1クラス」の特認車両としても認可されており出走が可能ではあった)そこに、当時最新の量産ハイブリッド車の1台、LEXUS GS450hのニッケル水素バッテリーをキャパシタに換装して持ちこむことにした。レーシングハイブリッドシステムのエネルギー蓄積装置には、電池よりも急速充放電が得意なキャパシタが適しているのではないかという考えからの判断だった。ハイブリッドシステム全体の最高出力は254kW(345PS)に及んだ。そしてレースに参加した車両は、トラブルらしいトラブルを起こすことなく総合17位で24時間を走りきり、様々な実戦データを蓄積することに成功した。

レーシングハイブリッドを積んだ初の車両LEXUS GS450h。十勝24時間レースに参戦したドライバー、エンジニア、メカニックとともに

2007

TOYOTA SUPRA HV-R
十勝24時間で総合優勝。世界初の快挙を達成

TOYOTA SUPRA HV-Rに搭載されたハイブリッドシステム 2006年、市販ハイブリッドカーに改造を施した形のLEXUS GS450hによる十勝24時間レースを通じて得たノウハウを基に、開発陣は2007年には一歩踏み込んだレース専用ハイブリッドシステムを開発し、再び十勝24時間レースに挑んだ。
ベース車両になったのは、当時国内最高峰GTレースであるSUPER GT GT500クラスを戦っていたスープラだった。スープラは、353kW(480PS)を発揮する3UZ-FE 改 自然吸気V型8気筒4500ccエンジンを搭載、トランスアクスル化されていたが、このトランスアクスルの前に150kWのMGU(モーター/ジェネレータユニット)を置いたほか、左右フロントブレーキローター裏にも10kWのインホイールMGUを設置(総計230PS)するという大改造が加えられた。エネルギー蓄積装置として採用されたキャパシタも含め、実戦に現れたレース専用ハイブリッドシステムとしてはこれが初めてのもので、後にTHS-R(トヨタ・ハイブリッドシステム・レーシング)と呼ばれることになるレーシングハイブリッドシステムの原型である。
十勝24h-Specialグループ・TP-1クラス/GTクラスに参戦したスープラHV-Rは、断続する雨となった悪条件の中、基本的にはトラブルフリーで走行し、24時間、616周(3136km)を走りきって参加36台中総合優勝を飾った。準国際格式のレースにおいてハイブリッド車が総合優勝を果たしたのは、世界初の快挙であった。また、ハイブリッドシステムの効果により、燃費は10%以上向上し、フロントの回生力行システムの効果により、フロントブレーキの摩耗が当初想定した半分以下のレベルに抑えられることが確認できた。

ハイブリッド車として十勝24時間レースの優勝を飾り世界初の快挙を達成したTOYOTA SUPRA HV-R。当時のドライバー、エンジニア、メカニックとともに

2008 - 2011

目標をル・マン24時間に。厳しい課題に挑む

十勝24時間レースで総合優勝を果たしたとき、レーシングハイブリッドシステムを本格的に持ちこむことができるカテゴリーは世界を見渡しても見当たらなかった。また、もしル・マン24時間レースに「ガソリンエンジン+レーシングハイブリッドシステムを組み合わせた車両」での参戦を想定して計算してみると、運動性能を同等にするためにはシステムの重量は600kgを超えるとの試算が出た。ル・マンで優勝するためには、システム重量を1/6以下、100kg以下にしなければいけないという途方も無い話だった。

2012

TS030 HYBRID
TS030 HYBRIDでWEC/ル・マンへ参戦開始

TS030 HYBRIDに搭載されたハイブリッドシステム ル・マン/WECに出走できるLMP1クラスについてハイブリッドカーに対する制限の緩和がされることとなり、トヨタは12年、ル・マン24時間レースとWEC参戦を表明し、TS030 HYBRIDを発表した。
当初、TS030 HYBRIDの搭載するレース専用ハイブリッドシステム、THS-Rは、エネルギーの回生と力行(駆動)を行うモーター・ジェネレーター・ユニット (MGU) を、リアのギアボックス内部とフロントに搭載して設計された。しかしその後レギュレーションが見直され、「回生は前後いずれかの2輪のみ、放出も回生と同軸で行うこと」と決められたため、検討の末にフロントのMGUはやむなく取り外されて実戦デビューを迎えることとなった。キャパシタは蓄電量を高めた電気二重層キャパシタ、いわゆるスーパーキャパシタが採用された。
エンジンの規格も改定され、自然吸気ガソリンエンジンは3.4リッター、ターボ過給ディーゼルエンジンは3.7リッター、ターボ過給ガソリンエンジンは2リッターと排気量上限が定められた。TS030 HYBRIDは自然吸気3.4リッターのガソリンエンジンを選択した。1周13.629kmあるル・マンのサルテ・サーキットには7つの区間が設定され、それぞれの区間で放出するエネルギー量は区間最大0.5kJ、1周で最大3.5MJと制限されていた。

ル・マン24時間レース復帰となった2012年の集合写真。車検が行われたリパブリック広場にて

2013

2013年型TS030 HYBRID
より進化したTS030 HYBRIDを投入

2013年のTS030 HYBRIDが搭載したTHS-Rは、基本的に2012年の仕様を受け継ぎ、2012年仕様に対し、システムの効率を向上させると同時に、協調制御の精度を高めたものだ。
ただし車両はフロントのMGU用スペースを廃止してモノコックとサスペンションを再設計し、フェンダーからノーズにつながるラインをなだらかに整形し空力性能を引き上げた。改良されたTHS-Rシステムは300馬力を発生し、530馬力のV8エンジンと組み合わされた。

2台の2013年型TS030 HYBRIDとドライバー、チームのスタッフの集合写真。90回目のル・マン24時間レースが開催されるサルト・サーキットにて

2014

TS040 HYBRID
車両規定の改定を受けTS040 HYBRIDが登場

TS040 HYBRIDに搭載されたハイブリッドシステム この年から車両レギュレーションが大きく改訂された。ガソリンエンジンの排気量制限、吸気リストリクター装着義務は撤廃された。一方、ハイブリッドシステムの運用規則も変更になり、区間ごとの放出量制限は廃止されルマンサーキット1周あたり2MJ/4MJ/6MJ/8MJと、4段階ある最大放出エネルギー量から、任意の数値を選択できるようになった。
放出エネルギー量だけに着目すれば、大きな数値は魅力だが、その分システム重量は増えてしまい、重くなればなっただけ運動性能面ではハンデを負うことになる。また、エネルギー回生が増える分だけ、燃料タンク容量も絞られる。開発陣は、ハイブリッドシステムの性能と重量、重量配分が影響する車両運動性能の観点から、ベストなバランスを求めた結果、THS-Rでは1周あたりの放出エネルギー量は、6MJを選択した。これにともない、スーパーキャパシタの構造も進化。自然吸気のV型8気筒3.7リットルガソリンエンジンによる520馬力に、ハイブリッドシステムによる480馬力が加えられ、1000馬力以上の強力なパワーを発生している。

2台のTS040 HYBRIDとドライバー、チームのスタッフの集合写真。ル・マン24時間レースが開催されるサルト・サーキットにて

2015

2015年型TS040 HYBRID
安定性と耐久性をさらに向上。市販車へ技術還元も

THS-Rの改善は、総計1000馬力を超えるに至ったパワーユニットを無駄なくスムーズに使いこなせるようにという点に絞って行われた。THS-Rでは減速時には短時間に大容量のエネルギーを蓄え、必要な時には瞬時に放出できるスーパーキャパシタの存在が鍵になる。今年、そのスーパーキャパシタも更なる性能向上を目指して構造の見直しが図られ、強力なハイブリッド・パワーを去年より安定して供給出来るようになった。
今年、トヨタはTS040 HYBRIDはハイブリッドシステムに磨きをかけ、サスペンションジオメトリーを見直すなどの改良を受け、ル・マン24時間レースへ挑戦する。シーズン開幕前テストでTS040 HYBRIDは総走行距離30,000kmを大きなトラブル無く走破した。ル・マンを想定した6,000kmのテストも問題なく走り切った。念願のル・マン24時間レース制覇は今年こそ実現するに違いない。
TS040 HYBRIDの強味であるTHS-Rのエネルギー協調回生システムは、世界初の市販ハイブリッド車プリウスで作り込んできたトヨタハイブリッドシステム(THS/THS-II)があったからこそ可能になった。そして今、TS040 HYBRIDに搭載されて過酷な条件下で磨かれているTHS-Rの技術は、市販車のハイブリッドシステムの開発に貢献しているのだ。

ポールリカールで発表した2015年型TS040 HYBRID。ドライバーやチーム首脳陣とともに