N. D.

Optimalna integracija softvera u vozilo je odlučujuća u određivanju performansi i korisničkog iskustva. To je slučaj i sa novim Porsche Cayenneom, za koji je Porsche Engineering razvio velike dijelove pogonskog sistema i šasije u saradnji sa Porscheom i dobavljačima. Zahvaljujući inovativnom hardveru i prilagođenom softveru, luksuzni SUV pruža karakteristično Porsche iskustvo vožnje.

Softver sve više postaje odlučujući faktor u vozilu, jer omogućava nove funkcije i igra sve veću ulogu u stvaranju vrijednosti. Međutim, korisničko iskustvo ne ovisi isključivo o vještinama programera – također je ključno kombinirati i uskladiti softver i hardver vozila na način koji rezultira optimalnim performansama. Ovo se na neki način posebno odnosi na pogonski sistem i šasiju, koji značajno utiču na doživljaj vožnje. Porsche Engineering je stoga osnovao novu diviziju “Drive System”, u kojoj stručnjaci za hardver i softver blisko sarađuju u oblastima šasije i pogonskog sistema. Tim ima sposobnost da razvije i integriše kompletne sisteme – od definisanja zahtjeva i razvoja funkcija, kalibracije softvera i aktuatora, testiranja i validacije.

Fokus na sistemsku integraciju

– Jedan od naših centralnih zadataka je sistemska integracija. Ovo uključuje implementaciju koda u ECU, kao i kalibraciju i validaciju novih funkcija, kaže Eva-Verena Ziegahn, direktorica pogonskog sistema u Porsche Engineeringu.

Porsche Engineering preuzeo je odgovornost za brojne razvojne opsege dok su radovi na Porsche Cayenneu napredovali. Od samog početka, besprijekorna integracija hardvera i softvera bila je fokus za pogonski sistem i šasiju.

– Cayenne karakteriše širok spektar udobnosti vožnje i sportskog karaktera. Ovo se postiže, na primjer, u slučaju aktivne stabilizacije protiv prevrtanja, kroz inovativni softver i parametriranje, kao i integraciju u cjelokupnu šasiju. U tom procesu moramo uzeti u obzir složene interakcije u šasiji, gdje pogon na sve točkove, upravljanje prednjom i zadnjom osovinom, kočioni sistem i električni pogon utiču na iskustvo vožnje, objašnjava Ziegahn.

Ziegahn naziva razvoj i kalibraciju inovativnog sistema u šasiji kao primjer uspješne interakcije između hardvera i softvera: amortizeri s tehnologijom s 2 ventila i odvojenim stepenima odskoka i kompresije se prvi put koriste u luksuznom SUV-u. Razvijena od strane Porsche Engineeringa zajedno sa dobavljačem, omogućavaju širi spektar između sportske i udobne vožnje, što rezultira optimiziranim performansama u svim situacijama vožnje. Inovativni hardver je također napravio značajnu razliku kada su u pitanju zahtjevi za razvoj softvera:

– Zbog novih prigušivača s 2 ventila, komponente kontrolera su morale biti promijenjene i nova sučelja osnovnog softvera morala je biti definirana. Štaviše, bilo je samo nešto što smo mogli usvojiti iz prethodne verzije za upravljačku jedinicu i osnovni softver, rekao je Fabian Heitkamp izvještava, razvojni inženjer u Porscheu i odgovoran za platformu električne šasije (EFP).

Saradnja sa Cariadom

Porsche Engineering je bio odgovoran za komponentu nove kontrolne jedinice, a takođe je zajedno sa Porscheom kod dobavljača koordinirao razvoj novog osnovnog softvera.

– Takođe smo preuzeli odgovornost za kompletan funkcionalni softver. Zbog veće složenosti novog 2-komornog zračnog opruga/2-ventila amortizera, kao i zajedničkog razvoja za dalje linije modela, bilo nam je potrebno 17 umjesto prethodnih 10 funkcija, od kojih su neke dolazile od nas, a neke od Cariad, objašnjava Marcus Schmid, razvojni inženjer u Porsche Engineeringu i odgovoran za upravljanje integracijom.

Kako bi održali korak sa gustim rasporedom i savladali visoku složenost zadatka, programeri su testirali novi softver mnogo prije nego što su nova kontrolna jedinica i novi osnovni softver bili dostupni.

– Trudimo se da testiramo komunikaciju i interakciju različitih funkcija što je ranije moguće putem hardvera u petlji (HiL) ili na ispitnoj klupi. U Porsche Engineeringu smo izgradili međunarodni tim na našim različitim lokacijama koji nas podržava u ranoj fazi – kako u razvoju funkcija tako i u HiL testiranju, kaže Ziegahn.

Važnost ovakvih metoda naglašava i Michael Becker, menadžer projekta Cayenne šasije u Porsche AG.

– Bez ovih metoda ne bismo imali nikakve šanse, jer je nemoguće instalirati verziju softvera u automobil i jednostavno se odvezati s njom odmah. Uz HiL testove, na primjer, možemo provjeriti da li pojedinačne softverske komponente uopće rade zajedno. I ne možemo zaboraviti da postoji mnogo tačaka u šasiji koje su relevantne sa pravnog stanovišta, poručio je.

Čak i u ranim fazama razvoja, programeri su bili u mogućnosti implementirati brojne optimizacije zahvaljujući virtuelnim metodama, što je omogućilo da se fokusiraju prvenstveno na fino podešavanje u kasnijim fazama razvoja. Ovo će i dalje biti ključno u budućnosti, jer kompleksnost sistema i komponenti nastavlja da raste. Na početku procesa, sprovedeni su testovi modela u petlji (MiL) koji ispituju ponašanje MATLAB/Simulink modela iz kojih je kod kasnije trebalo da bude generisan. Kod je tada morao pokazati da ispunjava zahtjeve u testovima softvera u petlji (SiL). Nakon toga uslijedili su testovi procesora u petlji (PiL), u kojima se kod izvodio na mikroprocesoru koji je bio vrlo sličan modelu korištenom kasnije u ECU. Čim su novi ECU i novi osnovni softver bili dostupni, izvršena su ispitivanja na testnim stolovima sa hardverom u petlji.

– Porsche Engineering je bio u mogućnosti da pokrije čitav lanac – od razvoja funkcija i implementacije funkcija u osnovnom softveru do testova i integracije u vozilo, kako naglašava Heitkamp.

Ovo je omogućio međunarodni tim koji je obuhvatio čitav niz potrebnih vještine. Stručnjaci iz Njemačke, Češke i Rumunije bili su odgovorni za generiranje koda i razvoj funkcija, kao i njihovo testiranje i validaciju u umreženim timovima, uključujući SiL i HiL testove i automatizaciju testiranja.

– Porsche Engineering je uvek obezbjeđivao potrebne resurse kada su nam bili potrebni. Na ovaj način uspjeli smo završiti projekat na vrijeme uprkos svim izazovima, kaže Heitkamp.

Neprimjetno miješanje trenja i rekuperativne kočnice

Programeri su se takođe fokusirali na interakciju između hardvera i softvera za kočioni sistem za novi Cayenne. Njihov zadatak: Vozač treba da ima najbolji mogući osjećaj pedale i da ne može uočiti odgovarajući udeo hidraulične frikcione kočnice i udela elektromotora u usporavanju vozila. Funkcija rekuperacije odgovorna je za ovo “miješanje” između hidraulične frikcione kočnice i rekuperativnog kočenja. Tačan sastav ove mješavine ovisi o brojnim faktorima.

– U osnovi, naš cilj je da koristimo rekuperativno kočenje što je više moguće, čime se što više smanjuju prosječne energetske potrebe vozila i na taj način, između ostalog, povećava električni domet vozila. Hidraulička frikciona kočnica dolazi u obzir, na primjer, kada je usporavanje elektromotora nedovoljno ili kada bi vozilo moglo postati nestabilno zbog rekuperacije na zadnjoj osovini, objašnjava Lisa Helbig, razvojni inženjer za sisteme kočenja i upravljanja u Porsche Engineeringu.

Međusobno povezane softverske komponente kočionog sistema također pomažu da se na najbolji mogući način kompenzuju promene karakteristika frikcione kočnice. U obzir se uzimaju i temperatura i trošenje kočnice tokom vremena. Poseban izazov je to što algoritmi rade na različitim upravljačkim jedinicama, zbog čega se softver za kočioni sistem mogao primijeniti samo na cjelokupni sistem upravljačkih jedinica. Dok je softver za eBKV potekao od dobavljača, Porsche Engineering se bavio kalibracijom funkcija i njihovim testiranjem. Završni korak je bio odobrenje vozila zajedno sa Porscheom.

Značajno bolji osećaj pedale

– Postigli smo naš cilj: vozač ne opaža nikakvu interakciju tokom prelaza između rekuperativnog i hidrauličnog kočenja. U poređenju sa prethodnikom, uspjeli smo dodatno optimizirati miješanje. Na kraju, mjeri nas osjećaj pedale, koji smo uspjeli optimalno dizajnirati uz pomoć softvera, sumira Aleksandros Atanasijadis, koji je bio odgovoran za odobrenje u Porscheu.

Kao primjer navodi novu „karakteristiku hladnoće“ za frikcionu kočnicu. Pruža veće pojačanje kočnica kada automobil krene dok su kočnice još hladne i na taj način osigurava željeni konstantan osjećaj pedale. Osim udobnosti, efikasnost Cayennea je poboljšana i novim dizajnom funkcije rekuperacije: Kapacitet usporavanja rekuperacije novog Cayennea je povećan na 88 kilovata, što je povećanje od otprilike 30 posto. Štaviše, oporavak se sada može koristiti gotovo sve dok se vozilo ne zaustavi; do sada je ograničenje bilo 14 km/h.

Buka potiskuje buku

Pored novog sistema amortizera i hibridne kočnice, Porsche Engineering je od samog početka bio uključen u razvoj, testiranje i validaciju impulsnog pretvarača (PWR) za novi Cayenne. U ovom slučaju, glavna stvar je bila da prijelaz sa motora sa unutrašnjim sagorevanjem na elektromotor bude neprimjetan za vozača, a da se u isto vrijeme poboljšaju performanse vozila. Između ostalih karakteristika, novorazvijeni impulsni inverter karakteriše promenljiva frekvencija prebacivanja i različite metode modulacije, koje su optimizovane prema trenutnoj radnoj tački.

– Smanjenje frekvencije impulsa impulsnog pretvarača povećava njegovu efikasnost, omogućavajući deset posto povećanje izlazne snage motora – samo kroz inteligentnu kontrolu putem softvera. Ovo ima nedostatak u smislu buke. Međutim, zato što ovaj pristup proizvodi buku. Rješenje za ovo je stvaranje umjetne buke oko noseće frekvencije, koja razrjeđuje šum motora, objašnjava Pascal Heusler, viši menadžer softvera za pulsne invertore i kalibraciju u Porscheu.

Međutim, ovaj pristup se ne može primijeniti na svaku radnu tačku. Ideja: Regulator mora reagirati u roku od nekoliko milisekundi i podesiti frekvenciju prebacivanja ako je potrebno.

– To je vrlo inovativno rješenje. Poboljšavamo efikasnost sistema i istovremeno osiguravamo da uz sofisticiranu kompoziciju zvuka vozač ništa ne čuje, kaže Heusler.

Impulsni pretvarač u novom Cayenne-u koristi se kao modularni sistem u cijeloj VW Grupi—ista kontrolna jedinica se koristi u skoro 100 različitih varijanti vozila koje koriste pet različitih elektromotora i tri različita prijenosa. Osim toga, bazirani su na različitim platformama – bilo na novoj arhitekturi elektronike Volkswagen E3 ili MLBevo. Dakle, sistemska integracija u ovom slučaju je značila i integraciju različitih marki i klasa vozila, u čemu su programeri i uspjeli.

– Spolja, varijante se mogu razlikovati samo po različitim konektorima, unutrašnji delovi su uvijek isti. Pokrili smo cijelu varijantu s jednim komadom hardvera, kaže Frank Deckert, menadžer projekta za integraciju pulsnih invertera u Porsche Engineering.

Balansiranje sa kalibracijom

Kako bi se smanjio posao uključen u kalibraciju, od otprilike 100 proizvođača vozila formirali su grupe sa uporedivim karakteristikama, na primjer u pogledu njihovih performansi i pogonskih sklopova. Sva vozila u grupi primaju isti unos podataka, što predstavlja veliki izazov.

Termalni model za rotor i stator, na primjer, ima veliki utjecaj na točnost momenta i zaštitu komponenti, ali zauzvrat u velikoj mjeri ovisi o položaju ugradnje u vozilima. Konfiguracija stoga zahtijeva balansiranje između različitih modela. Standardizacija kalibracije donosi velike prednosti za buduća ažuriranja: Ograničavanjem varijanse smanjuje se napor održavanja softvera (troškovna efikasnost prema konceptu).

– Sve u svemu, razvili smo vrhunski sistem sa najsavremenijom kontrolom. To smo uspjeli postići samo zato što smo blisko sarađivali sa Porsche Engineeringom i naše kolege su odradile odličan posao, kaže Heusler.

Novi Cayenne je na tržištu od jula 2023. Porsche i Porsche Engineering trenutno rade zajedno na integraciji sistema za varijante luksuznog SUV-a. Drugi važan faktor uspjeha bio je visok nivo povjerenja između izvođača i klijenta.

– Na početku ovakvog projekta nije sve definirano do posljednjeg detalja. Postoje situacije u kojima se morate uključiti iz dana u dan i privremeno proširiti tim dodatnim stručnjacima, kaže menadžer projekta Porsche Becker.

Pristup okupljanja stručnjaka za hardver i softver u ranoj fazi pokazao se plodonosnim.

– Projekat Cayenne pokazuje koliko je važna sistematska integracija sistema. I to ilustruje važnu ulogu koju simulacija igra u današnjem razvoju. Sa njima možemo obaviti dosta pripremnih radova za integraciju van vozila i kasnije se fokusirati na fino podešavanje. Ovo je jedini način da se ide u korak sa sve većom složenošću posljednjih godina, kaže Ziegahn.

Porsche Engineering je vodio i upravljanje timom razvojnog tima serije šasija, uključujući FAS/HAF, i velike dijelove razvoja pogonskog sistema i šasije za novi Porsche Cayenne. Fokus je bio na karakterističnom Porscheovom iskustvu vožnje, koje zahtijeva optimalnu interakciju hardvera i softvera. Ključni faktor za uspjeh projekta bila je uspješna sistemska integracija svih komponenti.

Sistem amortizera sa 2 ventila

Inovativne performanse u svakom trenutku: Inovativni sistem amortizera sa 2 ventila zajednički su razvili Porsche Engineering i dobavljač. Inovativni hardver je također zahtijevao opsežne promene softvera za kontrolnu jedinicu: zbog veće složenosti komponente, kao i zajedničkog razvoja za druge linije modela, sada je potrebno 17 funkcija umesto 10 ranije. Kako bi održali korak sa gustim rasporedom i savladali visoku složenost zadatka, programeri su testirali novi softver mnogo prije nego što su nova kontrolna jedinica i novi osnovni softver bili dostupni.

Kočioni sistem

Neprimjetan prijelaz: Kočioni sistem se sastoji od dvije komponente: hidraulične frikcione kočnice i elektromotora. Softver funkcije rekuperacije odgovoran je za prijelaz (miješanje) između njih. Također kompenzuje promjene svojstava frikcione kočnice, na primjer zbog temperaturnih fluktuacija ili habanja. Poseban izazov bio je da se proračuni izvode na različitim kontrolnim jedinicama. Stoga se softver za kočioni sistem mogao primijeniti samo u ECU grupi.

Pulsni inverter

Tiho šaputanje sa optimizovanom efikasnošću: Impulsni inverter opskrbljuje električni motor energijom u zavisnosti od zahtjeva za snagom vozača. Da bi se to postiglo, DC napon visokonaponske baterije se uključuje i isključuje na visokoj frekvenciji. Odnos vremena uključivanja i isključenja određuje snagu motora. Smanjenje ove frekvencije povećava efikasnost elektronike, ali u isto vrijeme mogu se pojaviti i iritantni zvuci. Da bi se to izbjeglo, ona se nasumično mijenja prema šumu, što znači da se nije primjetna pojedinačna frekvencija.