Porsche Engineering breidt zijn betrokkenheid bij rijsimulatoren uit. Het doel is om in een vroeg stadium subjectieve feedback te krijgen over nieuwe digitale functies. Porsche AG verbetert momenteel ook zijn infrastructuur en plant een Virtual Validation Center in Weissach.
Voertuigen en hun besturingssystemen worden steeds complexer, terwijl het aantal beschikbare prototypevoertuigen blijft afnemen. Ontwikkelaars vertrouwen daarom steeds meer op virtuele en hybride tests met behulp van geavanceerde simulatiemethoden zoals Software in the Loop, Model in the Loop, Hardware in the Loop en andere methoden, met als doel testactiviteiten zo vroeg mogelijk in het ontwikkelingsproces aan te pakken. Deze simulaties zijn al lang de standaard geworden voor de objectieve evaluatie van voertuigcomponenten, mechanische systemen en rijfuncties. Ze staan echter geen menselijke interactie of subjectieve beoordeling toe. Dit is waar tests met rijsimulatoren in het spel komen, omdat ze ook het menselijke perspectief omvatten.
Tille Rupp, Senior Manager Simulation bij Porsche Engineering, Porsche Engineering, Weissach, 2024, Porsche AG
Tille Karoline Rupp, Senior Manager Simulation bij Porsche Engineering
“Door rijsimulatoren te combineren met HiL-systemen en het consequente gebruik en de continue uitbreiding van het speciaal ontwikkelde simulatieframework op de rijsimulator, kunnen we al vroeg in het ontwikkelingsproces subjectieve feedback krijgen over nieuwe digitale functies, lang voordat de eerste prototypes hiervoor beschikbaar zijn”, legt Tille Karoline Rupp, Senior Manager Simulation bij Porsche Engineering, uit. “Deze ‘frontloading’ betekent dat de functies veel geavanceerder zijn wanneer ze later voor het eerst in een testvoertuig worden gebruikt.” Bovendien vormen tests met rijsimulatoren een kosteneffectieve aanvulling op real-world testing. Ze maken het niet alleen mogelijk om risicovolle tests in een veilige omgeving uit te voeren, maar maken het ook mogelijk om tests uit te voeren onder sterk wisselende weersomstandigheden op virtuele testbanen die ideaal zijn aangepast aan het betreffende probleem.
Een ander voordeel is dat de testsituaties exact reproduceerbaar zijn. Zo kan het omringende verkeer nauwkeurig worden gespecificeerd en naar believen worden herhaald, wat in werkelijkheid vrijwel onmogelijk is. In een actueel project gebruiken de ontwikkelaars rijsimulatoren om de parameters van de software van het remregelsysteem toe te passen op specifieke voertuigtypen.
Porsche Stability Management (PSM), ook bekend als het Electronic Stability Program (ESP), bestaat uit twee hoofdcomponenten: het antiblokkeersysteem (ABS) en de voertuigcontroller. Het ABS kan de hydraulische druk op de afzonderlijke wielremmen regelen wanneer de bestuurder remt. Als er een risico op instabiliteit in een bocht is, worden afzonderlijke wielen afgeremd om slippen te voorkomen. “De remmen gedragen zich heel anders, afhankelijk van hoe vochtig het is en de temperatuur, evenals de staat van het wegdek en de remblokken”, zegt Martin Reichenecker, Senior Manager Driving Dynamics & Validation bij Porsche Engineering. “Het ESP moet deze schommelingen compenseren, evenals het verschil tussen zomer- en winterbanden.” De software voor de ESP-regeleenheid komt van tier-1-leveranciers en wordt geleverd met een set standaardparameters.
Deze parameters moeten door de ontwikkelaars tijdens het kalibratieproces optimaal worden afgestemd op de verschillende voertuigvarianten. De uitdaging: testvoertuigen met voldoende componentvolwassenheid zijn in de vroege stadia van het ontwikkelingsproces nog niet beschikbaar voor dit doel. Porsche Engineering wil daarom meer gebruik maken van rijsimulatoren voor de subjectieve beoordeling van ESP-functies. “Daarvoor maken we gebruik van een uitgebreide integratie van voertuig- en scènegeneratie, een echte regeleenheid met bijbehorende software en een gebruikersinterface waarmee de bestuurder rechtstreeks kan communiceren via het stuurwiel en de pedalen”, meldt Reichenecker. “Hierdoor kunnen we de rit in realtime uitvoeren onder zo realistisch mogelijke omstandigheden.”
Authentieke rijervaring
De realistische simulatie van de rijfysica in realtime, in combinatie met een geschikt virtueel testcircuit, garandeert een authentieke rijervaring in de rijsimulator. De bestuurder voelt het stuurwielkoppel en ervaart tijdens de virtuele testrit op de simulator of het voertuig bijvoorbeeld bij het remmen uitdraait. Met behulp van de inzichten die op deze manier zijn verkregen, kunnen ontwikkelaars in een vroeg stadium beginnen met het kalibreren van de ESP-functie voor een specifiek voertuig, wat de ontwikkeltijd aanzienlijk verkort. Rupp, Reichenecker en hun collega’s hebben ongeveer een jaar gewerkt aan de nieuwe methode. De frontloading heeft zoals verwacht gepresteerd; de eerste testritten voor de ESP-toepassing zijn gepland voor eind 2024 of begin 2025.
Virtuele training, echte beheersing: Naast ontwikkeling worden simulatoren ook gebruikt voor bestuurderstraining.
De ontwikkelaars hebben al een virtueel testterrein voltooid dat kan worden gebruikt om alle baandelen die relevant zijn voor ESP-ontwikkeling met verschillende wrijvingscoëfficiënten en weersomstandigheden in één omgeving te testen. Het gebruik van rijsimulatoren voor kalibratie wordt gefaciliteerd door verschillende onderscheidende mogelijkheden van Porsche Engineering. Ontwikkelaars kunnen bijvoorbeeld elk willekeurig virtueel baanmodel genereren (zie Porsche Engineering Magazine 1/2024), bijvoorbeeld met hete of ijzige wegen, in het laagland of in de bergen. Met behulp van de bevindingen van het AVEAS-onderzoeksproject (AVEAS is een Duits acroniem dat staat voor ‘verzamelen, analyseren, simuleren van verkeerssituaties die relevant zijn voor validatie’), gefinancierd door het Duitse Federale Ministerie voor Economische Zaken en Klimaatactie, waarin Porsche Engineering een belangrijke rol speelt naast nog eens 20 partners, is het ook mogelijk om kritieke situaties te identificeren tijdens echte testritten en deze toe te passen op de simulatie.
De op deze manier gegenereerde baanmodellen en verkeerssituaties zijn ook gevarieerd om meer testcases te genereren voor virtuele validatie. “We zetten ons volledige scala aan modelleringsactiviteiten in en kunnen zo klantspecifieke oplossingen bieden, inclusief de fysica en visualisatie van het volledige voertuigmodel en alle wegen en scenario’s”, zegt Rupp. “Dit maakt het mogelijk om in korte tijd door Europa te rijden met al zijn verschillende klimaten en terreinprofielen in de rijsimulator.” Porsche Engineering exploiteert momenteel vier statische realtime rijsimulatoren en twee game-based rijsimulatoren in China, Italië (Nardò Technical Center), Tsjechië en Duitsland.
Alle locaties werken samen bij hun implementatie en verdere ontwikkeling, bijvoorbeeld op het gebied van scènegeneratie, de verdere ontwikkeling van het simulatieframework, modelintegratie en de HiL-verbinding. Een van de game-based rijsimulatoren wordt gebruikt om ontwikkelaars voor te bereiden op testritten.
Porsche AG maakt ook al jaren gebruik van rijsimulatoren. Ze worden onder andere gebruikt op het gebied van voertuigfuncties, HMI (human machine interface), ergonomie en rijcomfort. “We gebruiken rijsimulatoren voornamelijk in studies met proefpersonen waarin teamleden, proefpersonen of beslissers worden gevraagd om bijvoorbeeld nieuwe rijfuncties te evalueren”, legt Ingo Krems, Senior Project Manager van het nieuw opgerichte Virtual Validation Center (VVC) bij Porsche, uit.
“Als onderdeel van de virtuele complete voertuigtest kunnen deelnemers de display- en bedieningselementen, ADAS-functies, ergonomie en rijcomfort van nieuwe voertuigen valideren, ervaren en evalueren.” Feedback van de testpersonen vloeit direct door naar de verdere ontwikkeling van de nieuwe voertuigen.
Porsche AG in Weissach exploiteert momenteel een rijsimulator met een bewegingsplatform en een high-end visualisatiesysteem in seriematige voertuigontwikkeling, evenals verschillende kleine statische simulatoren (waaronder met VR-brillen) om voertuigen virtueel te kunnen ervaren. Deze infrastructuur wordt momenteel verder uitgebreid als onderdeel van het VVC-project. “We gaan nog twee rijsimulatoren bouwen met bewegende platforms”, zegt Krems. “De eerste, het VFP.NVH-lab, gaat eind dit jaar in bedrijf. De toepassingsfocus ligt op rijcomfort en akoestiek. De tweede volgt eind 2026, gelijktijdig met de opening van het VVC. Dankzij het innovatieve bewegingssysteem maakt deze simulator het mogelijk om aanzienlijk dynamischere rijomstandigheden en stedelijke rijsituaties beter te dekken dan voorheen mogelijk was.”
Virtual Validation Center in Weissach
Het VVC wordt gebouwd in het hart van het Weissach Development Center en zal een totale oppervlakte hebben van 2.100 vierkante meter. Alle grootschalige simulatoren die worden gebruikt bij de serieontwikkeling van voertuigen, worden gebundeld in een gebouwencomplex op de nieuwe locatie. Daar worden ook nieuwe minisimulatoren ontwikkeld om te helpen bij de voorbereiding op en het effectiever gebruiken van kostbare testtijd in simulatoren met bewegingssystemen. Het centrum wordt gebouwd in een bestaand gebouw.
“We hebben besloten geen nieuw gebouw te bouwen om CO₂-uitstoot te voorkomen door duurzaam te bouwen en de waardevolle ruimte in het ontwikkelingscentrum efficiënt te gebruiken”, meldt Krems. “In overeenstemming met het concept ‘moderniteit ontmoet traditie’ wordt de nieuwe technologie geïnstalleerd in een van de oudste gebouwen van het ontwikkelingscentrum.” Porsche Engineering en Porsche AG gebruiken hetzelfde rijsimulatorframework voor de ontwikkeling. “Dit creëert veelbelovende kansen voor samenwerking tussen de twee bedrijven”, zegt Rupp. “We zouden bijvoorbeeld de vereiste modelopstelling kunnen genereren met de virtuele wegen, het omringende verkeer, het complete voertuig en de rijdynamiek en geïntegreerde eerste tests kunnen uitvoeren met onze eigen statische rijsimulatoren. Op basis van deze resultaten zouden de ontwikkelaars later naadloos kunnen overschakelen naar de bewegende rijsimulatoren van Porsche om direct het dynamische gedrag van nieuwe functies te ervaren. Bovendien zouden uitgebreide tests in zitbokken met echte ergonomie mogelijk zijn om inzicht te krijgen in nog realistischere prototypes.”
In de laatste uitbreidingsfase zijn vier tot vijf simulatoren gepland, die elk voldoen aan speciale vereisten in de voertuigontwikkeling.
Reichenecker voegt toe: “Met onze statische rijsimulatoren kunnen we het grootste deel van de kalibratie snel en slank uitvoeren, en met de dynamische rijsimulaties in de VVC komen we heel dicht bij de echte prototypes.”
Veel ontwikkelingsgebieden zouden in de toekomst baat moeten hebben bij rijsimulatoren. “Naast SiL- en HiL-testen zien we de rijsimulatoren als een ontwikkelingsondersteunende, extra ‘tool’ in onze gereedschapskist, maar geen vervanging voor de bestaande methoden”, concludeert Rupp. “Dankzij onze expertise in scènegeneratie en voertuigsimulatie, en rekening houdend met het omringende verkeer en realistische interacties, bieden we onze klanten modulaire oplossingen die optimaal kunnen worden aangepast aan de betreffende toepassing.”
