Doskonały test

Szybciej, wydajniej, bardziej cyfrowo. Takie wymagania stawiane są nowym modelom Porsche. W przypadku w pełni elektrycznego Cayenne, w przyszłości oferowanego równolegle do wersji spalinowych i hybrydowych w serii SUV-ów, te trzy cechy dotyczą również testów: po raz pierwszy Porsche zaprojektowało całkowicie nową generację bez wczesnych prototypów.

„Możemy korzystać z wyjątkowej wiedzy współpracowników, którzy zgromadzili niekiedy wieloletnie know-how w dziedzinie testowania pojazdów w warunkach rzeczywistych”, wyjaśnia Niesen. „Potrafią dokładnie ocenić, jak musi zachowywać się samochód, aby móc być nazywanym Porsche”. I wreszcie trzecią kwestią jest duże zwiększenie szczegółowości baz danych i wydajności obliczeniowej, a w rezultacie możliwość przeprowadzania symulacji w czasie rzeczywistym.

Inżynierowie mogli więc nie tylko wirtualnie prezentować, ale też wirtualnie testować Cayenne. W fazie projektowania, gdy jego komponenty były najpierw cyfrowe, a więc łatwo modyfikowalne, eksperci za pomocą rzeczywistości wirtualnej (VR) sprawdzali pierwsze wrażenia, jakie robi przyszła generacja SUV-ów. Wyniki testów cyfrowych weryfikowano z testami rzeczywistych komponentów na stanowiskach testowych. Łącząc testy wirtualne i fizyczne, koncentrowano się głównie na współdziałaniu akumulatora i układu napędowego, a także aerodynamiki i klimatyzacji. Ten w pełni elektryczny SUV wyposażono w wiele nowych technologii. W tym celu stworzono całkowicie nowe stanowisko do wspólnego testowania wielu komponentów. Można na nim sprawdzać układ napędowy, akumulator, zarządzanie energią oraz układ ładowania – jednocześnie i w warunkach zbliżonych do rzeczywistych.

Cztery mocne silniki synchroniczne stanowiska testowego można zaprogramować w taki sposób, aby precyzyjnie symulowały różne rodzaje nawierzchni, opory przyspieszenia oraz siły podczas rekuperacji i hamowania. „Maszyny są tak zaawansowane, że możemy odzwierciedlać nawet zróżnicowane nawierzchnie asfaltu czy poślizg opon”, wyjaśnia inżynier Marcus Junige. Symulacja może również całkowicie uwzględniać warunki otoczenia. Możliwe jest ponadto ogrzewanie lub chłodzenie poszczególnych komponentów, a nawet całego zestawu testowego, oraz generowanie warunków aerodynamicznych. „Nasze programy testowe są bezkonkurencyjne pod względem stawianych im wymagań”, mówi Junige. Spektakularny przykład: okrążenie północnej pętli toru Nürburgring – na granicy możliwości. Dane wejściowe dostarcza tutaj wirtualny prototyp. Wszystkie symulowane impulsy wprowadzane są do stanowiska testowego w czasie rzeczywistym.

„Pojazd musi w każdych warunkach zapewniać pełną moc zawsze wtedy, gdy kierowca chce ją wykorzystać”, podkreśla Junige. Tak zwane „maksymalne udostępnienie energii” obciąża zwłaszcza system zarządzania temperaturą tego samochodu o wysokich osiągach. Aby zoptymalizować kondycjonowanie akumulatora w każdych warunkach, wydajność układu ogrzewania i chłodzenia jest tutaj większa niż w jakimkolwiek elektrycznym Porsche do tej pory. W każdym momencie okrążenia toru Nürburgring porównywano wartości zmierzone na stanowisku testowym z wartościami obliczonymi wcześniej dla cyfrowego bliźniaka. Potwierdziło to wysoki poziom zaawansowania symulacji, skutkujący występowaniem jedynie drobnych rozbieżności. Można je było usuwać, przywracając wyniki testów fizycznych oraz odpowiednio dostosowując modele lub ich parametry.

Niezawodność, na jaką może liczyć kierowca, dotyczy wszystkich sytuacji, w tym zwłaszcza ładowania. „Niezależnie od sposobu wcześniejszego użytkowania Cayenne musi zawsze umożliwiać szybkie ładowanie”, wyjaśnia Junige. Gdy tylko kierowca potwierdzi w systemie, z której stacji ładowania chce skorzystać, Cayenne określa optymalne przygotowanie. „Korek na trasie oznacza na przykład, że regulacja temperatury może nastąpić później i wolniej. Oszczędza to energię”, tłumaczy Sascha Niesen. W wirtualnym programie testowym przeprowadzono symulacje wszelkich prawdopodobnych sytuacji przed i w trakcie szybkiego ładowania i sprawdzono je na stanowisku testowym z użyciem rzeczywistych komponentów. 

Wirtualny program testowy w pełni elektrycznego Cayenne obejmował jednak znacznie więcej niż tylko szybkie okrążenia toru Nürburgring czy ładowanie w ekstremalnych warunkach. „Zasadnicza różnica w stosunku do testów innych producentów polega na tym, że Porsche sprawdza naprawdę wiele sytuacji na drodze”, wyjaśnia Marcus Junige. Dyktuje je rzeczywistość. „Zajmujemy się wszystkim, co może robić klient, użytkując swój samochód”, dodaje Sascha Niesen. A żadne inne Porsche nie jest wykorzystywane w tak szerokim zakresie jak Cayenne: to luksusowy SUV i samochód sportowy, holownik i auto terenowe, samochód rodzinny i służbowy. „Nigdy wcześniej nie stawiano samochodowi elektrycznemu tak wielu wymagań naraz”, uważa Marcus Junige. I tu inżynierów przeprowadzających testy spotkała niespodzianka.

Podczas symulacji Cayenne bardzo swobodnie pokonywał różne wzniesienia. Ale kiedy rozpoczęto testowanie pierwszych samochodów przedseryjnych, rzeczywistość okazała się jeszcze bardziej imponująca. „To było naprawdę niesamowite, jak ten samochód wjeżdżał na wydmy”, zachwyca się Sascha Niesen. „Nasze doświadczenia na to nie wskazywały”. Precyzyjna regulacja napędu elektrycznego pozwala tak nim sterować, że Cayenne bez trudu pokonuje piaszczyste formacje, ruszając na nich z miejsca. „Autem z silnikiem spalinowym nie da się w takim terenie wjechać na górę bez rozpędu”, mówi konstruktor. Natomiast napęd elektryczny rozwija swój pełen moment obrotowy już od pierwszego obrotu. Jednocześnie umożliwia minimalne prędkości na poziomie jednego lub dwóch kilometrów na godzinę, „jakby miał do dyspozycji nieskończenie dużą redukcję”, dodaje inżynier. Przyjemność jazdy po wydmach wymaga ponadto dużej mocy silnika. To największa zaleta Cayenne. „Zmierzone przez nas wartości przyspieszenia są zbliżone do poziomu supersamochodów sportowych”, mówi Sascha Niesen.

W przypadku przyspieszenia od zera do 100 km/h przed przecinkiem stoi cyfra dwa. Jednymi z głównych wymogów dla Cayenne Electric były dobre prowadzenie i kontrolowanie go w każdej fazie. Chociaż symulowano to niezliczoną ilość razy, „to w rzeczywistości tylko człowiek odpowiada za ostateczny efekt”. Dotychczas służyły temu wczesne prototypy. Jednak wysoki poziom zaawansowania pozwolił teraz z łatwością przenieść tę fazę na rzeczywiste samochody przedseryjne. Wyznacznikiem precyzji dostrojenia był tradycyjnie tor Nürburgring. Człowiek jest w swoich wrażeniach z jazdy nadal bardziej wrażliwy i uwzględnia więcej czynników, niż można uchwycić w symulacji. W końcu na dynamikę jazdy wpływa również współczynnik tarcia opon. „Przejście od tarcia statycznego do ślizgowego w zakresie granicznym bardzo trudno uchwycić wirtualnie”, wyjaśnia Niesen. Więc chociaż wirtualne testy pozwalają pominąć etap pośredni z wykorzystaniem wczesnych prototypów, to jednak samochody przedseryjne są dla Porsche niezastąpione.

Przed rozpoczęciem produkcji seryjnej zbudowano około 1000 pojazdów, z tego trzy czwarte na testy końcowe. Tak duża liczba wynikała z różnorodności wariantów, pomnożonej przez dwie wersje nadwozia. „To, co samochód potrafił w symulacji, musiał umieć też w rzeczywistości”, podsumowuje Niesen.

I udało się: w arktycznym mrozie i palącym skwarze pustyni, na drogach całego świata i poza nimi, na stanowiskach testowych i w laboratorium przeprowadzającym testy zderzeniowe. W gorących regionach, takich jak kraje Zatoki Perskiej czy Dolina Śmierci w USA, testy działania klimatyzacji i zarządzania temperaturą akumulatora oraz układu napędowego trzeba było przeprowadzać przy prawie 50 stopniach Celsjusza. W Finlandii, przy temperaturze minus 35 stopni Celsjusza, testowano z kolei zimny rozruch, klimatyzację, trakcję, prowadzenie, hamowanie i wydajność systemów kontroli dynamiki jazdy samochodów przedseryjnych. W obu skrajnych klimatach należało w każdym momencie zapewnić bezproblemowe szybkie ładowanie w pełni elektrycznego Cayenne – chyba żaden inny producent nie wymaga od swoich pojazdów więcej niż Porsche. W ramach testów wytrzymałościowych przeprowadzano symulacje żywotności pojazdów w tak trudnych warunkach, jakie klientów spotykają tylko w ekstremalnych sytuacjach. W codziennej eksploatacji każdy z testowanych samochodów pokonał – jeżdżąc na zmiany – ponad 150 tys. kilometrów w ciągu kilku miesięcy: w ruchu miejskim, na drogach lokalnych i autostradach.

Rezultat: decyzja o zwiększeniu liczby symulacji i zmniejszeniu liczby testów fizycznych okazała się słuszna. „Została podjęta w odpowiednim momencie”, uważa Niesen. „A projekt dał ku temu okazję”. I zakończył się spektakularnym sukcesem: w pełni elektryczny Cayenne powstał w czasie krótszym o 20 procent w porównaniu do tradycyjnego procesu. A dzięki mniejszej ilości materiałów – oszczędniej dla zasobów. Szybciej, wydajniej, bardziej cyfrowo.