Porsche wyznacza nowe standardy rozwoju

Testy Cayenne w ekstremalnych warunkach – realne i wirtualne.

W procesie rozwoju Cayenne Electric firma Porsche bardziej niż kiedykolwiek polega na cyfrowych testach, jednak czynnik ludzki jest tu nadal niezbędny. Podczas finalnych prób inżynierowie testują nowego SUV-a do granic możliwości – na mrozie i w palącym upale.

Stuttgart. Zaprojektowane w wirtualnym świecie, sprawdzone w rzeczywistych warunkach: Porsche pokazuje, jak w nowym Cayenne Electric cyfrowa transformacja łączy się z inżynierskim doświadczaniem. Nowy, w pełni elektryczny SUV ma zostać zaprezentowany pod koniec roku i będzie oferowany obok obecnych modeli z silnikiem spalinowym oraz napędem hybrydowym. „Ten projekt był pierwszym, w którym bezpośrednio przeszliśmy od cyfrowych testów całego samochodu do produkcji przedseryjnej" – wyjaśnia dr Michael Steiner, wiceprezes oraz członek zarządu ds. badań i rozwoju. „Konstrukcyjny" etap testów z wykorzystaniem indywidualnie zbudowanych prototypów nie był konieczny: około 120 czasochłonnych w budowie egzemplarzy badawczych w dużej mierze zastąpiono cyfrowymi odpowiednikami. Inżynierowie wysyłali wirtualne prototypy na cyfrowe jazdy testowe już na etapie projektowania.

Wstępne testy komponentów w wirtualnych warunkach

Symulacje oraz sztuczna inteligencja radykalnie zmieniły – i skróciły – testy nowych samochodów. Kluczowe są tu trzy filary: precyzyjnie scyfryzowane trasy, od toru Nürburgring po codzienny ruch, dziesięciolecia doświadczeń inżynierów z Weissach w testowaniu pojazdów w zamkniętych ośrodkach i na otwartych drogach oraz znacznie zwiększona moc obliczeniowa nowoczesnych systemów do symulacji w czasie rzeczywistym. Umożliwiło to inżynierom nie tylko wizualizację Cayenne Electric, ale również bezpośrednie testowanie go w wirtualnym środowisku. W fazie rozwoju, w której komponenty są początkowo dostępne w cyfrowej formie i dlatego można je łatwo modyfikować, do przeprowadzenia wstępnych testów nowego SUV-a eksperci wykorzystali wirtualną rzeczywistość (VR). Wyniki cyfrowych badań zostały później zweryfikowane za pomocą testów fizycznych komponentów na specjalnych stanowiskach.

Najnowocześniejsze łączone stanowisko testowe symuluje rzeczywiste obciążenia

W tym celu opracowano zupełnie nowe łączone stanowisko testowe, które umożliwia jednoczesne testowanie napędu, akumulatora, zarządzania energią i ładowania w realistycznych warunkach. Cztery mocne silniki synchroniczne na stanowisku można zaprogramować w taki sposób, aby precyzyjnie symulowały różne warunki drogowe, opory ruchu oraz siły występujące podczas rekuperacji i hamowania. „Maszyny są tak zaawansowane, że możemy nawet symulować różne nawierzchnie asfaltowe lub poślizg opon" – mówi inżynier Marcus Junige. Pozwalają w pełni odwzorowywać również warunki środowiskowe.

Stałe porównywanie z cyfrowym bliźniakiem

„W programach naszych testów obowiązują wyjątkowe wymagania" – dodaje Junige. Jednym z czołowych przykładów jest okrążenie północnej pętli toru Nürburgring na granicy możliwości. Dane wejściowe do tego zadania pochodzą z wirtualnego prototypu. Wszystkie symulowane impulsy są przesyłane do łączonego stanowiska testowego w czasie rzeczywistym. „Samochód zawsze, w każdej sytuacji, musi generować pełną moc – gdy tylko zażąda tego kierowca" – mówi Junige. Korzystanie z pełnej mocy jest szczególnie obciążające dla zarządzania termiką nowego SUV-a o wysokich osiągach: aby optymalnie kondycjonować akumulator w każdych warunkach, układy ogrzewania i chłodzenia są wydajniejsze niż w którymkolwiek dotychczasowym elektrycznym Porsche. Wartości zmierzone na łączonym stanowisku testowym w każdym momencie okrążenia Nürburgringu są porównywane z tymi, które wcześniej obliczono dla cyfrowego bliźniaka. To potwierdziło wysoką dokładność symulacji – praktycznie nie ma odchyleń, które wymagałyby korekty po uzyskaniu wyników fizycznych testów.

Testowanie na granicy możliwości i w każdej sytuacji

Choć symulacje są precyzyjne, za ostateczny „szlif" nadal odpowiadają ludzie. „W rzeczywistości tylko ludzie mogą dokonać ostatecznych poprawek" – mówi Sascha Niesen, menedżer zespołu ds. całościowych testów samochodów w centrum rozwoju Porsche w Weissach. Doświadczeni kierowcy testowi odgrywają bardzo istotną rolę w idealnym zrównoważeniu dynamiki jazdy i strategii kontroli – co doskonale widać na torach wyścigowych. Cayenne Electric jest testowane we wszystkich realistycznych scenariuszach użytkowania: w mieście, na autostradzie i w terenie. Szczególny nacisk kładzie się na zarządzanie ładowaniem. „Niezależnie od tego, jaki styl jazdy miał kierowca Cayenne przed postojem, samochód musi być zawsze przygotowany do szybkiego ładowania" – wyjaśnia Junige. W celu optymalnego wykorzystania energii samochód uwzględnia nawet uliczne korki.

Wyjątkowe wyzwanie stanowią testy w ekstremalnych warunkach klimatycznych. W gorących regionach, takich jak kraje Zatoki Perskiej czy Dolina Śmierci w USA, klimatyzacja oraz zarządzanie temperaturą akumulatora i układu napędowego – między innymi – musiały przejść wymagające testy funkcjonalne w temperaturach sięgających 50 stopni Celsjusza. W Skandynawii, gdzie bywa nawet -35 stopni Celsjusza, w programie testów przedprodukcyjnych egzemplarzy znalazły się m.in. rozruch na zimno, klimatyzacja, trakcja, prowadzenie i zachowanie podczas hamowania oraz działanie systemów kontroli dynamiki jazdy. W tych ekstremalnych warunkach klimatycznych Cayenne Electric musiało być w stanie szybko ładować się bez żadnych problemów – niemal żaden inny producent nie stawia swoim pojazdom takich wymagań jak Porsche.

Większa precyzja, mniejsze angażowanie zasobów, efektywniejszy rozwój

Testy wytrzymałościowe symulują życie samochodu w warunkach tak trudnych, że klienci mogliby doświadczyć ich tylko w ekstremalnych sytuacjach. W ciągu kilku miesięcy samochody pokonują ponad 150 000 kilometrów w realiach codziennej eksploatacji – w ruchu miejskim, na lokalnych drogach i autostradach.

Od laboratoriów zderzeniowych po próby wytrzymałościowe, również w ekstremalnych warunkach – połączenie cyfrowego przygotowania z rzeczywistymi testami drogowymi sprawdza się we wszystkich obszarach. Dzięki temu proces rozwoju staje się bardziej precyzyjny i efektywny. W porównaniu z konwencjonalną strategią rozwoju czas potrzebny na opracowanie Cayenne Electric został skrócony o 20 proc. Co więcej, dzięki mniejszemu zużyciu materiałów, najnowocześniejsze wirtualne testy są efektywniejsze również pod względem wykorzystania zasobów.

Autor: Porsche Polska