Mike Farish visita a Williams Advanced Engineering para ver como a empresa oferece uma tomada F1 diferenciada em uma plataforma inovadora de veículo elétrico
Uma das implicações do crescimento do mercado de veículos elétricos é a oportunidade que ele oferece para os recém-chegados possivelmente se tornarem grandes nomes da indústria automotiva, pelo menos como fornecedores de tecnologia e subsistema para operações de OEMs existentes. Às vezes, essas empresas podem ser start-ups, às vezes elas podem já ser nomes bem conhecidos.
Uma empresa que se encaixa na segunda dessas descrições é a William Advanced Engineering, localizada próxima a Oxford, no Reino Unido. A operação é a empresa irmã da equipe de Fórmula 1 Williams e uma parte importante de sua missão é desenvolver aplicativos comerciais para técnicas e tecnologias que encontrem seu uso inicial no mundo especializado em corrida de F1.
Como tal, as duas operações não são apenas colocadas, mas estreitamente integradas na maneira como compartilham uma boa parte da infraestrutura básica - algo confirmado por Paul McNamara, diretor técnico da Williams Advanced Engineering. “Compartilhamos a oficina de máquinas, a fabricação de compósitos, o equipamento de prototipagem rápida, os túneis de vento e a simulação de veículos - as duas empresas estão operacionalmente ligadas”, afirma.
Mas, como McNamara explica, a maneira como as duas operações interagem é mais complexa do que apenas a transferência de tecnologia e o compartilhamento de recursos. Um benefício adicional é que permite que “parceiros” patrocinem efetivamente a equipe de corrida para interagir com todo o Grupo Williams “de uma forma mais ampla” do que é permitido apenas pelo foco com o veículo F1, que ele diz com franqueza desarmante que de outra forma seria apenas uma “plataforma de marketing”. Outra é que, como a equipe de Engenharia Avançada trabalha com uma ampla gama de fontes externas de conhecimento técnico - não menos importantes OEMs automotivos - ela naturalmente entra em contato com “materiais, ideias e tecnologias” que podem ajudar a operação F1 e sua busca necessariamente focada em velocidade absoluta.
Em si, continua McNamara, esse tipo de atividade não é novidade para a Williams. “Sempre tivemos projetos terceirizados”, afirma ele. “Tivemos um projeto Le Mans com a BMW no início dos anos 2000, por exemplo.” Mas foi em 2010, quando a situação se formalizou com a fundação oficial da Williams Advanced Engineering, para apoiar seu trabalho com a Jaguar na produção planejada do veículo híbrido-elétrico C-X75 que estava programado para iniciar a produção em 2013. Mas esse projeto foi cancelado logo no final do ano anterior, o que significa que, em 2013, a nova operação estava procurando por projetos que pudessem permitir que continuasse sua missão.
Experiência Tripla
Um dos mais recentes é um esforço solo e não um empreendimento colaborativo que foi revelado no segundo semestre do ano passado. Esta é uma plataforma de veículo elétrico altamente inovadora - essencialmente os motores, bateria, chassis e rodas - que a empresa chama de FW-EVX. McNamara indica que a gênese do projeto ocorreu no ano anterior quando a empresa percebeu que tinha especialização em três áreas - “armazenamento de energia, redução de peso e aerodinâmica” - e se perguntou como poderia combiná-las em uma “tomada F1” diferenciada, no projeto e construção de uma plataforma de veículo elétrico.
A familiaridade da empresa com a primeira delas, a propósito, deriva de mais do que apenas projetos isolados como o C-X75. Como McNamara ressalta, a Williams está agora em seu quarto ano como única fornecedora de baterias para a Fórmula E - um monopólio destinado a garantir que todos os competidores sejam precisamente iguais em termos de fornecimento básico de energia para seus veículos. A experiência, diz ele, “proporcionou muitas ideias sobre baterias leves e de alto desempenho”. Os outros dois fatores, embora obviamente tratem daqueles que qualquer projeto de veículo e operação de fabricação possuiriam, são necessariamente também aqueles que seriam particularmente agudos quando derivados da experiência F1.
Além disso, a empresa também já está colocando essa experiência para ser testada em um projeto real de desenvolvimento de veículos rodoviários. Está cooperando com a Aston Martin no desenvolvimento do veículo elétrico RapidE deste último, que deve ser lançado no final do próximo ano.
Incorporando a experiência
A iniciativa FW-EVX está longe de ser um empreendimento experimental sem problemas. Na verdade, é, como salienta McNamara, destinada a incorporar a experiência em tecnologias de veículo elétrico, com a Williams Advanced Engineering ganhando nos últimos anos uma plataforma que poderia ser viável para projetos reais de desenvolvimento de veículos.
"Nosso objetivo era algo que poderia ser usado na estrada e que atingisse um bom desempenho com componentes prontos para uso dentro de um tamanho de veículo padrão", afirma. Na verdade, ele continua, é especificamente pretendido que seja análogo em tamanho aos veículos existentes do setor premium, como os da série Jaguar XE ou Audi A4.
O conceito, portanto, usa uma distância entre eixos de 2800mm para ajudar a fornecer uma capacidade de energia de 80kWh. Da forma como foi desenvolvido, o conceito oferece apenas as opções de tração traseira ou tração total nas quatro rodas. Na primeira dessas configurações, o conceito tem dois motores YASA e uma caixa de câmbio Xtrac que permite uma potência de 320kW. No segundo estes são complementados por um único motor de 160kW para permitir uma potência total de 480kW. O peso total, incluindo as células da bateria, seria de 955 kg.
Mas, além disso, diz McNamara, a Williams pretendia usar o FW-EVX para mostrar três abordagens particularmente inovadoras para enfrentar os desafios envolvidos. Duas delas envolvem a maneira como os materiais são usados e um como a plataforma é construída para facilitar o desempenho eficiente em uso.
A primeira delas é o uso de fibra de carbono para criar uma caixa de bateria que não seja apenas um contêiner, mas que realmente forneça resistência estrutural. Mas, como explica McNamara, a empresa foi pioneira em uma técnica de fabricação inovadora para materiais de fibra de carbono, para a qual o FW-EVX é, até agora, a única aplicação. Essencialmente, a técnica que a empresa chama de 223 como uma forma abreviada para o processo de conformação de 2D para 3D envolve a cura inicial direcionada de uma folha plana do material, de modo que as áreas que irão formar as dobradiças quando são dobradas não sejam curadas e portanto permaneçam flexíveis.
Essa cura seletiva é afetada por meio de uma abordagem de prensagem na qual apenas as áreas sob a prensa são curadas e depois são seguidas após a dobra ter ocorrido por um processo de cura secundária que garante uma resistência consistente total para a peça. A técnica é, afirma McNamara com confiança, única para Williams. "É nossa ideia e nós a patenteamos", ele confirma, acrescentando que, embora tenha ocorrido trabalhos de desenvolvimento de materiais de suporte, "não foi necessária a formulação de algo muito exótico."
Técnica de montagem
O segundo também diz respeito ao uso de material de fibra de carbono, neste caso, para fabricar os wishbones para a montagem usando uma técnica que a Williams chama Racetrak. Envolve o uso de uma técnica robótica para colocar fibras unidirecionais feitas de material reciclado dentro de uma ferramenta de moldagem e, em seguida, pressionar o conjunto na forma final desejada. Quando questionado sobre o que Williams usou como fonte de material usado anteriormente, McNamara responde, talvez sem surpresa, “pedaços de carros de Fórmula 1”.
O objetivo subjacente da técnica em si, McNamara explica, é demonstrar "redução de custo" em comparação a outros processos baseados em compósitos, algo alcançado não apenas pelo uso do que poderia ser material de sucata, mas também pelo fato de que o tempo de processamento é de apenas 90 segundos. No entanto, embora o custo unitário final ainda fosse maior do que para uma contrapartida convencional de aço ou alumínio, as peças feitas desta forma seriam 40% mais leves que uma feita de metal. Novamente, a técnica é exclusiva da Williams e foi patenteada.
Enquanto isso, o terceiro envolve o modo como a geometria real da plataforma é usada para facilitar o desempenho aprimorado, especificamente na maneira como o fluxo de ar é gerenciado para efetuar o resfriamento da bateria. Como McNamara explica, “o sistema de refrigeração foi integrado dentro da plataforma de uma maneira que dispensa a necessidade de um radiador frontal e que, em vez disso, canaliza o ar através das soleiras e depois o esgota na área de baixa pressão abaixo das rodas traseiras.”
Mas, continua McNamara, a forma como a plataforma é construída para afetar isso também foi explorada para servir a outro propósito bem distinto - o da resistência ao impacto. Ele usa uma estrutura de extrusão lateral para conduzir o ar e fornecer proteção contra impacto lateral para as baterias e, por implicação, passageiros que possam estar sentados acima deles. “Esse é um grande problema para os veículos elétricos”, observa ele.
Todo o conceito, afirma McNamara, visa integrar “peso leve, armazenamento de energia e aerodinâmica” - algo simbolizado por esse uso inteligente da estrutura. Como no FW-EVX, o que poderia em um formato convencional ser os distintos “requisitos de absorção de energia e radiadores” são resolvidos juntamente e não separadamente.
Braços triangulares são montados usando uma técnica que Williams chama RacetrakNo entanto, ainda existem processos convencionais de troca de calor para garantir que os motores, inversores e baterias sejam mantidos em temperaturas adequadas. Para os motores e inversores, um único processo está envolvido com a energia térmica absorvida por uma mistura de refrigerante antes de ser transferida para o ar que flui através dos dutos laterais. Para as baterias, que atingem uma temperatura operacional muito mais alta, um processo de dois estágios ocorre antes da transferência final para o fluxo de ar nos dutos com energia térmica primeiramente absorvida por um refrigerante imediatamente adjacente e depois passando por um ciclo de transferência adicional. Por isso, a engenharia das condutas ao lado da estrutura é ainda mais intencional e inovadora do que parece à primeira vista, uma vez que o seu particionamento interno, que tem uma surpreendente 'ondulação', suporta tanto os requisitos estruturais como os processos simultâneos de dissipação de calor, energia térmica de duas fontes distintas.
Um aspecto no qual o projeto FW-EVX foi baseado diretamente na experiência anterior, no entanto, está no sistema de gerenciamento de baterias, que, segundo McNamara, é derivado diretamente da experiência de Fórmula E da Williams. O interessante é que o design usa baterias de íon de lítio em forma de bolsa, em vez daquelas com uma configuração cilíndrica. McNamara diz que a razão é simplesmente que, neste caso, o formato da bateria era mais adequado às restrições de espaço envolvidas, embora ele também indique que baterias desse tipo já são usadas, por exemplo, pelos veículos Nissan Leaf e Chevy Volt. De qualquer forma, o design pode ser feito para acomodar baterias cilíndricas, se necessário.
Mas no momento o FW-EVX está longe de ser uma realidade na estrada. Embora existam alguns modelos protótipos físicos em tamanho real, McNamara diz que o conceito ainda é efetivamente um amálgama de “design, CAE e demonstrador”. Ela existe no "espaço virtual", na medida em que é praticável no momento, embora no mundo real ainda não tenha sido movido. O próximo passo, portanto, será a construção de um “demonstrador de engenharia” para o qual a Williams está agora buscando parceiros de desenvolvimento.
"A montagem dos braços triangulares envolve uma técnica robótica para colocar fibras unidirecionais feitas de material reciclado e, em seguida, pressionar a forma final necessária”
Na verdade, McNamara confirma, alguns projetos de spin-off com parceiros externos envolvendo desenvolvimento adicional do 223, Racetrak e conceitos de resfriamento separadamente um do outro já estão em andamento. "Estamos discutindo colocar o 223 e Racetrak em carros", ele confirma. Como tal, diz ele, o projeto “já fez o seu trabalho” de tornar a Williams reconhecida como uma empresa que pode ser parceira em empreendimentos que visam trazer veículos elétricos setoriais de baixo volume para o mercado. Apesar disso, além disso, a ambição certamente existe para iniciar um projeto de desenvolvimento abrangente e integrado para o conceito como um todo, se um parceiro adequado estiver disposto.
Mas além disso, uma nova visão se abre - a da Williams Advanced Engineer demonstrando o potencial que o florescente mercado de veículos elétricos oferece para empresas que atualmente são apenas parceiras de desenvolvimento de tecnologia especializadas para participantes automotivos mais tradicionais e estabelecidos para se tornarem grandes fornecedores da tecnologia certa. Perguntado se ele poderia ver este sendo o caso para Williams ao longo de uma escala de tempo, digamos, nos próximos dez anos, a resposta de McNamara é tão concisa quanto enfática: "Sim, definitivamente."
De fato, as discussões já estão em andamento para estabelecer uma joint venture que colocará Williams firmemente nesse caminho. “A Williams está explorando uma joint venture com outra empresa para criar um fabricante de baterias no Reino Unido para o setor automotivo e para além”, confirma McNamara. "Planejamos compartilhar mais detalhes ainda este ano."
