A legmodernebb szimulációs technológiát használja a Porsche

A hardware-in-the-loop (HiL) köti össze a tesztelni kívánt szoftvert és hardvert laborkörülmények között. Lényege, hogy egy valós rendszer egy komponensét anélkül lehet tesztelni, hogy a rendszer többi része fizikailag ott lenne, köszönhetően a megfelelő virtuális, szoftveres környezetnek. A HiL modellezheti például egy elektronikus vezérlőegység működési környezetét egy valós helyzetek jeleit előállító, hardveres jelforrással. Innentől lehetőség nyílik hibákat szimuláló jeleket betáplálva ellenőrizni, miként reagálnának azokra a különböző elektronikus egységek.

A HiL szimulációk alapja a Matlab/Simulink programokkal előállított, matematikai szoftvermodellek, amelyek az autó valós működéseit képezik le. Ezek közül egy könyvtárból könnyedén le tudják hívni a mérnökök a megfelelőt, például az eltérő motor- és karosszériaváltozatoktól függően. A könyvtár többek között az eltérő szívórendszerekhez, égésterekhez és légrugós futóművekhez szükséges modelleket is tartalmazza, így sokszor nem szükséges újraprogramozás, csak a különböző értékek behelyettesítése a modellbe. A HiL folyamatok rendkívüli számítási kapacitást igényelnek, így Jörg Turowski projektmenedzser és hajtásláncok HiL szimulációjáért felelős vezető Porsche mérnök csapatával nagyon erős számítógépeket telepített a HiL tesztállomásokra. A legkomplexebb feladatokat, mint a belső égésű motorok teljes égési ciklusát egyelőre nem tudják fizikailag modellezni, mert ezek az esetek Turowski szerint veszélyeztetnék a dolgozók és az autók épségét. Éppen ezért a HiL szakértői inkább neurális hálózatokkal kísérleteznek, mint fizikai modellekkel.

Így használja a Porsche

Egy jó példa belsőégésű motorok szimulációja – a működési jellemzők a motorvezérlő szabályozó jeleiből számíthatóak. A valós idejű kalkulációk megkezdése előtt egy prototípus motorral, vagy egy megfelelő fizikai modellt használva meg kell határozni a motorvezérlőbe bemenő referenciaértékeket, amelyek elérésére a motor működése során törekedni kell. Innentől a neurális hálózat részét képező szenzorok szolgáltatják a valós működés közben mért értékeket, amelyeket a motorvezérlő összevet a referenciaértékekkel, majd a kettő eltérése esetén megfelelően korrigál, aktuátoroknak kiküldött vezérlőjelek által. Ilyen aktuátorok például az üzemanyag-befecskendezők. E szabályzási akció következményeit a valós körülmények zavaró tényezői befolyásolják, így a ciklus elölről kezdődik – a szenzorok megmérik a szabályzás után adódó működési értékeket, majd ezeket betáplálják a motorvezérlőbe. A Porsche Engineering évek óta nagy sikerrel használja ezt a validációs módszert.

Heiko Junker, a Porsche Engineering hajtáslánc-elektronikáért felelős vezetője elmondta, a valóságban, út közben nagyon nehezen megfigyelhető, többnyire extrém üzemállapotok vizsgálata is lehetségessé vált a HiL tesztpadoknak köszönhetően. Ilyen esetek például a nagy sebesség mellett, határokat szándékos átlépve kikényszerített vészhelyzetek, melyek során a szoftverek reakcióit, a biztonsági funkciók működését vizsgálják. Ezek a tesztek veszélyesek emberre és autóra egyaránt. A hardware-in-the-loop módszer segítségével mindez biztonságosan, akárhányszor, akármilyen helyzetet létrehozva kivitelezhető.

A Porsche Engineering folyamatok sokaságát szimulálja ilyen módon, amiben sokéves tapasztalatuk és számos automatizált funkció van segítségükre. Ügyfeleiknek átfogó csomagot nyújtanak szolgáltatásaikból – az elképzeléstől, tervezéstől kezdve a szimulációkon át a fizikai modellek és utólagos korrekciós javaslatok készítéséig mindent vállalnak, beleértve a tesztek részletes elemzését is.

Nemzetközi együttműködés

A Porsche Engineering számos, szorosan együttműködő telephelyen folytat HiL projekteket például a németországi Mönsheimben, valamint Prágában és Sanghajban, így lehetőség nyílik az épp rendelkezésre álló erőforrásokhoz és a különböző piacok eltérő igényeihez igazítani a feladatokat. Az időeltolódást is hasznosítják – egy Mönsheimben felfedezett problémát éjszaka Sanghajban elemeznek ki. Összesen hatvan HiL tesztpadot működtet a Porsche Engineering külföldön, és további negyvenet Németországban, amit a jövőben Junker szerint tovább bővítenek majd. Az igazán összetett szimulációkhoz szükséges számítási kapacitás is rendelkezésre áll már, köszönhetően a modellezett alkatrészekkel szinte a végtelenségig bővíthető, felhőben tárolt adatbázisnak. Az ipari trendekkel együtt mozogva a Porsche Engineering is a prototípusok teljes elhagyását célozta meg – a felhőben található alkatrészek összekötésével kialakítható lesz egy teljes virtuális autó.