Porsche rikkoo myös automallien kehitystyön rajoja – täyssähköisen Cayennen testaukset tehty äärimmäisissä olosuhteissa todellisessa ja virtuaalisessa ympäristössä

• Simulaatio ja tekoäly tukevat uuden SUV-mallin kehitystä

• Virtuaaliset prototyypit tuovat tarkkuutta ja tehokkuutta

• Kestotestit arjessa, kilparadalla ja maastossa

Porsche luottaa täyssähköisen Cayennen kehitystyössä digitaaliseen testaukseen enemmän kuin koskaan. Ihmistekijä on silti korvaamaton: lopullisissa testiajoissa insinöörit vievät sähköisen SUV-mallin äärirajoille – jäätävässä kylmyydessä ja polttavassa kuumuudessa.

Virtuaalisesti kehitetty, todellisuudessa testattu: Porsche osoittaa, kuinka digitaalinen murros ja insinööriosaaminen yhdistyvät uuden sähköisen Cayennen myötä. Täyssähköinen SUV-malli julkaistaan vuoden lopulla, ja se tulee tarjolle nykyisten polttomoottori- ja hybridimallien rinnalle.

"Tämä projekti oli ensimmäinen, jossa siirryimme suoraan koko auton digitaalisesta testauksesta esisarjatuotantoon", kertoo Porschen tutkimus- ja kehitysjohtaja Michael Steiner. Testauksen ns. rakennusvaihe, jossa käytetään yksittäin rakennettuja prototyyppejä, ei ollut enää tarpeen, sillä noin 120 testiautoa – joiden valmistaminen vie paljon aikaa – korvattiin suurelta osin digitaalisilla vastineilla. Insinöörit lähettivät virtuaalisia prototyyppejä digitaalisille testiajoille jo suunnitteluvaiheessa.

Alustavat komponenttitestit toteutettiin virtuaalisesti

Simulaatio ja tekoäly ovat mullistaneet – ja lyhentäneet – autojen testauksen. Tämä perustuu kolmeen peruspilariin: tarkasti digitoidut reitit Nürburgringin -moottoriradalta arkiliikenteeseen; Weissachin insinöörien vuosikymmenten kokemus kenttätestauksesta; sekä nykyaikaisten järjestelmien merkittävästi kasvanut reaaliaikaisten simulaatioiden laskentateho. Näiden avulla insinöörit pystyivät paitsi visualisoimaan Cayennen virtuaalisesti, myös testaamaan sitä suoraan virtuaalisessa ympäristössä. Tulevan SUV-sukupolven alustaviin kehitysvaiheen testeihin, jossa komponentit ovat aluksi saatavilla digitaalisessa muodossa ja siten helposti muokattavissa, asiantuntijat käyttivät virtuaalitodellisuutta (VR). Digitaalisten testien tulokset vahvistettiin myöhemmin testipenkissä tehtävillä fyysisten komponenttien testeillä.

Huipputekninen komposiittitestipenkki simuloi todellisia kuormituksia

Tätä varten kehitettiin täysin uusi komposiittitestipenkki. Sen avulla voidaan yhdessä testata voimansiirtoa, akkua, energianhallintaa ja latausjärjestelmiä realistisissa olosuhteissa. Testipenkin neljä suorituskykyistä synkronimoottoria voidaan ohjelmoida simuloimaan tarkasti erilaisia tieolosuhteita, kiihtyvyyden vastusta sekä voimia, joita syntyy jarrutuksessa ja energian talteenotossa. "Laitteet ovat niin kehittyneitä, että voimme jopa esittää erilaisia asfaltin pintoja tai renkaan luistoa", kertoo insinööri Marcus Junige. Myös ympäristöolosuhteet voidaan simuloida täysin.

Jatkuva vertailu digitaaliseen kaksoiskappaleeseen

"Testiohjelmamme ovat ainutlaatuisia vaatimustensa osalta", sanoo Junige. Vaikuttava esimerkki on kierros Nürburgringin Nordschleifella – äärirajoilla. Syötteenä toimii virtuaalinen prototyyppi. Kaikki simuloidut impulssit syötetään komposiittitestipenkkiin reaaliajassa. "Kaikissa olosuhteissa auton on aina annettava täysi teho heti, kun kuljettaja sitä vaatii", Junige sanoo.

Tämä maksimitehon vapautus rasittaa erityisesti suorituskykyisen auton lämmönhallintaa: jotta akku saadaan optimoitua kaikissa olosuhteissa, lämmitys- ja jäähdytysjärjestelmät ovat tehokkaampia kuin missään aiemmassa sähköisessä Porsche-mallissa. Jokaisessa kohdassa testipenkissä mitatut arvot Nürburgringin kierroksella verrataan aiemmin digitaalisen kaksoiskappaleen perusteella laskettuihin arvoihin. Tämä vahvisti, että simulaatio on nyt niin tarkka, ettei fyysisten testitulosten jälkeen tarvitse juuri tehdä korjauksia.

Testausta äärirajoilla ja kaikissa tilanteissa

Vaikka simulaatio on erittäin tarkka, lopullinen hienosäätö tehdään edelleen ihmisten toimesta. "Todellisuudessa vain ihminen voi tehdä viimeistelyn," sanoo Sascha Niesen, autotestauksen tiiminvetäjä Porschen kehityskeskuksessa Weissachissa. Testikuljettajien kokemus ajodynamiikan ja ohjausstrategioiden täydellisessä tasapainottamisessa korostuu erityisesti kilparadoilla. Kaupungissa, moottoritiellä tai maastossa – sähköinen Cayenne testataan kaikissa realistisissa käyttötilanteissa. Erityistä huomiota kiinnitetään latauksen hallintaan. "Riippumatta siitä, miten Cayennea on ajettu ennen pysähtymistä, sen on aina oltava valmis pikalataukseen," selittää Junige. Jopa ruuhkat otetaan huomioon, jotta energiaa voidaan hyödyntää optimaalisesti.

Äärimmäiset ilmasto-olosuhteet asettavat erityisiä haasteita. Kuumissa paikoissa, kuten Persianlahden maissa tai Yhdysvaltojen Death Valleyssa, ilmastointijärjestelmä sekä akun ja voimansiirron lämmönhallinta joutuivat vaativiin toiminnallisiin testeihin jopa 50 asteen lämpötiloissa. Skandinaviassa, missä lämpötila laskee -35 asteeseen, esisarjatuotannon autoilla testattiin kylmäkäynnistystä, ilmastointia, pitoa, käsiteltävyyttä, jarrutuskäyttäytymistä ja ajodynamiikkaan liittyvien ohjausjärjestelmien suorituskykyä. Molemmissa ilmastoääripäissä täyssähköisen Cayennen oli pystyttävä latautumaan nopeasti ilman ongelmia – harva muu valmistaja vaatii autoiltaan yhtä paljon kuin Porsche.

Tarkempaa, resurssitehokkaampaa ja nopeampaa kehitystä

Kestotestauksessa simuloidaan auton elinkaarta olosuhteissa, joita asiakkaat kokisivat vain äärimmäisissä tilanteissa. Arkiolosuhteissa autot ajavat muutamassa kuukaudessa yli 150 000 kilometriä eri vuoroissa – kaupunkiliikenteessä, maanteillä ja moottoriteillä.

Törmäystestilaboratorioista ja kestotesteistä äärimmäisiin olosuhteisiin – digitaalisen valmistelun ja todellisen testauksen yhdistelmä osoittaa arvonsa kaikilla osa-alueilla. Se tekee kehitysprosessista tarkemman ja tehokkaamman. Verrattuna perinteiseen kehitysstrategiaan, sähköisen Cayenne-mallin kehitysaikataulu lyheni 20 prosenttia. Samalla huipputason virtuaalitestaus kuluttaa vähemmän resursseja, kiitos pienemmän materiaalikulutuksen.