“我们通过魏斯阿赫研发中心树立汽车研发的标杆。我们正是在这里塑造着出行的未来。通过更高效和清洁的驱动、新的驾驶功能和创新的互联解决方案,我们将继续让驾驶保时捷成为一种激动人心的动态体验。” 施德纳(Michael Steiner) 保时捷全球执行董事会成员 负责研发

魏斯阿赫研发中心 :五十年来的创新动力

2021 年 10 月 1 日,保时捷庆祝魏斯阿赫研发中心成立 50 周年。目前有 6,700 名员工在这个智囊团里研发技术、部件和车辆,涵盖了从设计和概念研发到模型制造和初始原型的所有内容。“我们通过魏斯阿赫研发中心树立汽车研发的标杆。也正是在这里,我们塑造着出行的现在和未来。”负责研发的保时捷全球执行董事会成员施德纳(Michael Steiner)表示。

早在 20 世纪 50 年代末,保时捷就开始萌生了在工厂附近建立自己的试验场的愿望。 1961 年10月 16 日,费利·保时捷 (Ferry Porsche)为新试验场的第一阶段施工正式奠基。最初保时捷创建了各种测试跑道, 911 就是在此走向成熟并走向市场。 20 世纪 60 年代,保时捷制定了在魏斯阿赫建造一个综合研发中心的计划,由此将此前分散在祖文豪森和魏斯阿赫两地的专业知识和人员整合起来。 1969 年,魏斯阿赫研发中心开工建设。保时捷的开发部门和赛车部门随后于 1971 年迁往魏斯阿赫。最初,有大概 500 名员工驻扎在此。

随后,保时捷设计部门搬迁至魏斯阿赫。到 1974 年,一座目前仍然是这里最为标志性建筑的正六边形大楼拔地而起,这座建筑创造了理想的工作条件与更多合作可能。同时,保时捷正在继续扩大测试能力,到 80 年代中期,除了其他新设施外,还建立了一个环境技术测量中心和一个发动机和动力单元测试大楼。1986 年 5 月,保时捷还在这里启用了当时世界上最现代化的风洞。

由于汽车技术的不断发展,魏斯阿赫研发中心的基础设施需求也发生了变化。目前该研发中心的南部正在建造第二条通路,其中将包含一座完整的车辆试验室、一个安全测试中心和一个气候风洞。到 2025 年,基地面积将扩大 12 公顷。目前,该研发中心占地约 100 公顷。

创意的驱动力:保时捷的创新管理
“任何一项创新计划都并不是投资于专利或发明,而是投资于人。” 奥博穆(Oliver Blume)在 2016 年说的这句格言已经演变成了保时捷成功的秘诀。由这位保时捷全球执行董事会主席一手创建的创新管理部门现在成为了确保公司未来发展的关键,并支撑保时捷向数字化、电气化的未来转型,且在高端、性能和豪华与可持续性之间达到完美平衡。

正因如此,所有事关未来的想法都十分重要。保时捷重视每一个来自公司任何部门、任何员工的想法。为此,保时捷优化了组织架构,为跨职能、跨部门的工作创造先决条件,也为员工提供他们可以进行创造性工作的空间,为创新发展奠定了基础。这个概念现在拥有最佳的实施方式:每年有 80 到 100 个团队或个人员工为创新投入全身心的工作,他们的创造性建议涵盖广泛,从产品改进到生产线创新,再到创新数字解决方案。

员工可以将他们的建议提交给他们所属部门的创新经理,或者通过一个特殊的IT工具提交。之后,创新管理部门会安排特定的时间让员工当面介绍他们的想法,并立即给出反馈。

保时捷认为一个创新的想法必须满足三个标准:必须具有原创性和独特性,必须为公司带来价值,必须使相关客户受益。

一旦得到积极的反馈,项目就会直接启动,几乎没有任何前期工作。保时捷认为,积极的主动性对创意想法进一步的发展十分重要。创意提供者会承担项目管理的责任,并得到相关协助。创新管理部门会提供系统方法上的帮助,在必要情况下进行投资,在需要时联系潜在的发展伙伴。因此该项目不局限于仅在公司内部进行。创新管理部门通过这种方式确保创新项目的想法以一种结构化的方式得到验证,并且在成功的情况下,更有可能进一步发展到系列生产。

为了更加高效和快速响应,保时捷全球的七个部门和保时捷数字公司分别会任命一名或两名员工参与创新管理。创新管理团队奉行明确的创新议程,将活动集中在与保时捷最相关的未来议题上。保时捷已经设定了明确的目标:到 2025 年,划拨 150 亿欧元用于 2025 年前的电动出行、数字化转型和可持续生产。其中,每年将有超过 8 亿欧元的资金用于数字化。

对创新的思考并不局限于保时捷内部,保时捷同样注重与初创企业和大学的合作。在某些情况下,保时捷还直接投资初创公司或发起倡议以加快数字化进程。保时捷每年投资在初创公司和风投公司的资金超过 1.5 亿欧元。作为一个投资生态统,保时捷风投公司可以投资任何一个初创企业,无论目前该公司是否只是有想法,还是已经有一些融资回合。这个生态系统包括公司创建方 Forward3 和最早阶段的投资者 APX(与 Axel Springer 投资比各占一半的合资企业),这两个公司都位于柏林。通过保时捷风投和保时捷数字公司,保时捷一直在寻找能够在战略上推动品牌发展的初创企业。

保时捷的开拓精神远远超出了其跑车的核心主题。随着 eFuels 合成燃料项目的启动,这家跑车制造商开启了合成燃料的生产。 eFuels 合成燃料有望实现进一步碳中和。

“任何一项创新计划都并不投资于专利或发明,而是投资于人。” 奥博穆(Oliver Blume)在 2016 年说的这句格言已经演变成了保时捷成功的秘诀。

合成燃料与电动出行相辅相成
合成燃料(亦称eFuels)让“用电加油”成为可能。 2021 年夏末,由保时捷参与发起的第一座生产合成燃料的工厂已获批准建设。这将让几乎完全的碳中和成为可能。由保时捷、西门子能源和其他国际合作伙伴参与的 Haru Oni 联合项目是世界上第一个用于生产合成燃料的综合商用工厂。该工厂利用智利南部马加兰斯省风力发电的最佳气候条件,在可持续发电的帮助下生产合成燃料。

智利试点工厂的生产计划于 2022 年中期开始。除了西门子能源和保时捷,参与 Hanu Oni 项目的还有意大利国家电力公司(Enel)、埃克森美孚公司(ExxonMobil)、智利能源公司 Gasco 、智利国家石油公司(ENAP)和AME 能源公司,后者是项目公司 HIF(高度创新燃料)的主要开发商和所有者。

通过合成燃料,现有的车辆也可以在快速减少二氧化碳方面发挥自己的作用。“我们迫切需要一个解决方案来实现我们现有车系的可持续运行。”保时捷全球执行董事会成员、负责研发的施德纳(Michael Steiner)强调。“这一目标可以通过绿色燃料来实现。 合成燃料与电动出行是相辅相成的”。此外,合成燃料还可用于其他交通领域,如航空和航运业,这些行业本身很难、甚至几乎无法实现电气化。

低成本的可再生能源是让合成燃料迅速具有竞争力的关键。试验工厂所在地的风力涡轮机具有非常高的容量系数,满载运行时为 74% 。但是,除了在智利生产合成燃料的能源成本较低之外,价格以及商业上的成功也由捐税决定。未来,当通过能源税或二氧化碳定价等监管措施让化石燃料和合成燃料的价格越是趋于一致,合成燃料就会越快具有竞争力。

保时捷利用甲醇制汽油技术(MTG)的工艺,专注于汽油发动机的燃料。一般来说,合成燃料需要的原材料是水和二氧化碳,氢气是通过电解的方式生产的,而二氧化碳是通过直接空气捕集的方式直接从空气中提取的。

巨大的风扇能将环境空气吹过过滤器,大气中的二氧化碳也因此积聚在过滤器中。甲醇合成被用来将重氢(H2)和二氧化碳变成合成甲醇(CH3OH),然后再通过 MTG 工艺转化为汽油。在随后的步骤中,这种碳中和的燃料被提炼,使其符合当前的 DIN EN 228 燃料标准。之后,它可以直接用于任何汽油发动机或添加到化石燃料中。原则上,只需对工厂进行相对较小的整修,就能进行将合成甲醇转化为其他燃油类型的工序,例如转化成飞机使用的合成煤油。

该试点工厂预计从 2022 年起每年生产约 13 万升合成燃油,全部产量将由保时捷购买,并在开始用于其赛事活动中。此外,作为其国家绿色氢能战略的一部分,智利为自己设定了一项雄心勃勃的目标,旨在使智利生产出全球最物美价廉的氢气,并使其发展成为绿色氢气及衍生产品的主要出口国。

在保时捷工程公司,一个复制所有相关的道路情况的虚拟世界将被建造来作为驾驶辅助系统的算法和传感器的测试案例。为此,保时捷使用了电子游戏行业的游戏引擎。

驾驶功能的数字验证
在同一辆车中实现运动性能和自动驾驶:在全球主要的保时捷市场中,大约有四分之一的保时捷客户正在考虑购买一辆在某些情况下可以自行承担驾驶责任的车辆。因此,保时捷正在加紧研究能够实现自动驾驶功能的概念和技术。

然而,传感器技术和数据处理的要求及其复杂,远远超过了传统开发和用物理测试周期验证所需的运作能力。

因此,许多道路测试以数字化和大量计算机模拟的形式被移至实验室。此项工程服务由保时捷工程提供,该公司是保时捷的全资子公司。为此,保时捷工程首先开发了保时捷工程虚拟 ADAS 测试中心(PEVATeC),ADAS 是“高级驾驶辅助系统”( Advanced Driver Assistance Systems)的缩写。在实验室,保时捷工程将创建一个复制所有相关道路情况的虚拟世界,来作为驾驶辅助系统的算法和传感器的测试案例。

在模拟环境中的试车不仅节约成本和时间,而且涉及的组织工作相对较少。在虚拟试车过程中,还可以根据需要按照真实道路的交通情况进行模拟和调整。

除了拥有实时的模拟能力外,同样重要的是计算机生成的虚拟世界要产生物理上的真实效果。数字化复制的物体,如道路、人行道、建筑墙体和车辆,必须具有与真实道路交通相同的属性,只有这样,它们才能为摄像机、激光雷达、雷达和超声波系统提供真实的输入。

保时捷工程为此使用了电子游戏行业的游戏引擎。这些框架可以生成逼真的图像,并确保计算机和视频游戏中物体物理行为的准确性。保时捷工程在这些软件包的帮助下开发和测试虚拟自动驾驶功能。游戏引擎与人工智能一起发挥至关重要的作用:通过合成传感器数据来训练驾驶辅助系统,这使得任何场景和每一种可能的情况都能得到详细的模拟测试。

借助于游戏引擎模拟驾驶的其他优势还包括测试的可重复性,可控性,以及时间成本的节省。此外,该功能还被用于模型车制造以减少实际原型车的数量,从而节省资金和时间。为此,保时捷工程使用其内部开发的可视化工程工具,能够在 CAD 数据和增强现实(AR)或虚拟现实(VR)眼镜的基础上,快速、低成本地给出有关零件最佳布局的答案。

在合格的保时捷中心进行的高电压电池维修
保时捷针对优先事项和使用场景进行分析以确定电池最佳尺寸。保时捷的客户对驾驶动力非常重视。同时,他们还希望在长途旅行时能缩短旅行时间和快速充电。

高压电池维修服务
保时捷的想法是超前的。自 2013 年第一代混合动力车型推出以来,保时捷在配备高压电池的电动车领域采取了一种整体性的方法,这种方法涵盖了包括采购、制造、咨询服务、销售、物流和回收在内的一切。

高压电池的维修理念也同样对可持续发展和资源保护做出了重大贡献。在电池开发阶段,保时捷不仅注重高效制造的可能性,同时也注重装配的便捷性,因此电池随后可以在任何授权保时捷中心进行维修。保时捷根据 Taycan 衍生车型的电池容量会安装 28 或 33 个模块。同时,可以打开电池外壳,也可以更换电池模块和其他部件。因此,定制水平的维修也为客户提供了成本优势。

仍能运作但不再适合用于车辆的电池可用于其他方面。保时捷正在开展一个试点项目,重新使用高压电池,并将其作为二次生命周期战略的一部分。回收的电池被拆解成模块并安装在固定的能源载体上。这一系列性的解决方案对旧电池的长期、可持续再利用至关重要。

保时捷将与大众汽车集团和其他专家伙伴一起,继续优化现有的回收流程,用以提高原材料的流通比例,并将其用于新电池。

由于 Taycan 的保养和维修要求与内燃机车型非常不同,保时捷针对纯电动车型维修提出了一个全面的概念。纯电动车型的维修涉及专业知识及特殊的工具,保时捷中心也需要为此储备相关技能、专业设备及人才。因此,纯电动车型的服务理念包括多个层面。其中最基本的是在授权保时捷中心设立高压基地,保时捷为目前周围没有高压基地的地方专门设立了跨区域的高压车辆维修中心。

在客户无法把车运送到合适的维修地点的情况下,保时捷提供流动的高压电池专家 “Flying Doctor”,并在现场维修高压电池。如此,保时捷完成了高压电池维修的无缝服务网络。

最后同样重要的是,Taycan 作为第一款采用 800V 技术的量产车,有必要在其维修中明确划分任务和责任。因此保时捷针对电动车维修技师设立了三个资格类别:接受过电气工程培训的人员、高压技术员及高压专家。接受电气工程培训的人员具有进行标准维修的基本资格。高压技术员则经过了激活车辆电压以及分类和储存锂电池的培训。他们的资格还包括对“正常”和 “警告” 状态下高压电池进行拆卸和包装。高电压专家在保时捷中心拥有最高级别的资格,只有他们被授权能对高压电池内进行作业,处理有绝缘缺陷的高压电池,并进行以便运输的电池准备和包装工作。

平衡续航能力、性能和可持续性的电池开发

保时捷以期在 2030 年前实现全价值链碳中和的目标,其在电动出行方面取得的进展将发挥关键作用。公司的生产和物流部门的工作内容和进度也与此同步。

如今,在电动汽车整个生命周期产生的二氧化碳排放中,有近一半是在其制造过程中造成的,这包括原材料的提取和加工。其次是电动车本身的运行,这取决于能源组合、充电、车辆效率以及驾驶方式。车辆生命周期结束时的回收仅占二氧化碳排放的最小部分。

在各个因素中,动力电池对电动汽车生命周期中的二氧化碳排放有重大影响。在 Taycan 的生产过程中,约 40% 的二氧化碳排放可归因于电池。换句话说,电池的大小在很大程度上决定了电动车型的碳排放平衡。同时它也影响着市场的成功,因为其尺寸必须满足客户的要求和期望。

最好的结果是使用中等大小的电池,在重量和效率之间取得了最佳的驾驶动力平衡。

电动汽车未来的发展将进一步改善其驾驶动力、减少其充电时间,在减少二氧化碳排放方面,也有望取得更大的进展。保时捷不久将推出的第二代电动车型在生命周期内的二氧化碳排放量将比第一代少约四分之一。最重要的是,电池技术将大大改善环境足迹:新的电池技术将降低能源消耗,而更好的充电能力将提高工作效率。此外,从电池中回收的原材料的比例也将增加,这有助于保时捷在 2030 年前实现全价值链碳中和的目标。

进入高性能电池制造领域
保时捷通过投资 Cellforce 集团积极进入高性能电池的生产领域。 Cellforce 集团是保时捷和 Customcells GmbH 的合资企业。从 2024 年年底开始,计划中的生产工厂每年的产能目标是达到至少 100 兆瓦时,相当于 1,000 辆电动车的高性能电池。这些电池是用于赛车运动和高性能车辆的特殊锂离子电池。新高性能电池背后的化学原理是以硅作为阳极材料,与目前生产的电池相比,能量密度大幅度增加。这意味着,在提供同等能量的前提下,电池的设计可以更加紧凑。此外,这种新的化学成分还降低了电池的内阻,使其能够在能量回收期间吸收更多的能量,并在快速充电期间更有效率。

保时捷在数字孪生概念领域已经研究近三年
“数字孪生”是物理车辆的虚拟副本,它能进行数据驱动的相关分析、监测及诊断,却不受现实世界里成本的影响和限制。

用于预测驾驶功能和部件状态的数字底盘孪生
每一代保时捷的集成传感器技术、互联和数据处理性能都在提高,也因此不断带来有效利用所有这些信息的新机会。其中的新机会之一就是“数字孪生”,这是一个物理对应物的虚拟副本,它可以实现数据驱动的分析、监测和诊断。

车辆的数字孪生不仅包括整理的操作数据,而且还包括其操作结果——在计划内的维修和非计划内的维修中收集到的信息。因此,这个数字孪生的一部分已经存在于控制单元的存储器和保时捷中心的数据库中。

数字孪生的巨大潜力在于其数据会被汇集到一个集中的情报系统中,并且可以从与整个领域相关的数据中分析出有益于每一辆车、每一位客户的反馈。有了这些大数据,一个算法就可以根据例如发动机和底盘的传感器数据计算出驾驶风格,从而不仅可以计算车辆的最佳维修时间,而且还能计算维修范围。更重要的是,部件的磨损甚至潜在的故障甚至可以在它们实际发生之前就以同样的方式计算出来,从而带来可观的安全效益。

近三年来,保时捷的软件专家一直在研究以底盘为重点的数字孪生概念,也就是“底盘孪生”。该项目现在由大众集团的独立汽车动力软件公司 CARIAD 继续进行,其优势在于,相关的研究不仅可以借鉴保时捷车辆的数据,还可以从集团所有品牌中获取数据,从而使车辆数据库增加20倍。

一般而言,在一辆保时捷跑车中,底盘承受的负荷最大,特别是当其在赛道上进行比赛时。正因如此,数字孪生的发展是从底盘开始的。在车内传感器技术以及用于集中分析的智能、自主优化的算法的帮助下,车辆中的力能被立即识别并传达给驾驶员,从而增加乘客的安全,因为某些故障会在驾驶者或维修店根据噪音或振动等方式识别出来之前就立即被标记出来。保时捷已经在实践中对数字底盘进行了测试,被测试的部件是保时捷 Taycan 的空气悬挂系统。在试点项目中,车身加速数据最初主要被用于计算阈值,如果超过这些阈值,保时捷通讯管理系统(PCM)会提示客户到保时捷中心检查其底盘。

数字孪生的数据被汇集到一个集中的数据系统中。
数字孪生也为客户提供了超出车辆驾驶的优势,例如,数字化车辆文件可以显示车辆的剩余价值,从而增加易手车买卖双方的透明度。

通过这种方式,可以确保车辆使用不超过其磨损极限,并且因为及时进行维修,也能有效避免相应的损害。不论是在测试还是在生产阶段,数据保护都是最优先级别的。因此,保时捷事先通过 PCM 系统征求客户对匿名数据传输的同意。大约每两个 Taycan 客户中就有一个参与了该试点项目,也代表了其对数字底盘使用的积极反馈。

数字孪生也为客户提供了超出车辆驾驶的优势,例如,数字化车辆文件可以显示车辆的剩余价值,从而增加易手车买卖双方的透明度。此外,基于部件的无缝记录,甚至是带有转售车辆的价格建议的认证,保时捷将有望延长批准的制造商保修期。

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