Prin zăpadă, ca pe şine. Porsche anunţă despre o tehnologie nou dezvoltată care va apărea pe SUV-urile electrice

Porsche Engineering a dezvoltat un nou sistem de control al cuplului pentru un SUV cu tracțiune integrală, care oferă stabilitate și siguranță maximă în orice situație, fără instalarea unor senzori suplimentari la bord, ci exclusiv prin software. Prin urmare, toate cele patru roți sunt acționate cu o forță optimă în câteva milisecunde și stabilizează vehiculul.

Software-ul a fost dezvoltat nu numai de Porsche Engineering, dar a fost calibrat și în cadrul unor test drive-uri organizate timp de două ierni. Germanii spun că acesta este potrivit pentru diferite configuraţii de motor, soluţia fiind prevăzută prioritar pentru viitoarele SUV-uri electrice ale companiei.

Imaginaţi-vă o situaţie de care orice şofer are teamă: un drum acoperit cu zăpadă, o curbă surprinzător de strâmtă și abia dacă mai este timp pentru frânare. Cu un vehicul normal, o pierdere periculoasă a controlului este o posibilitate prea reală. Partea din spate se poate balansa înafara drumului, făcând mașina să se rotească și să ajungă într-un final într-un șanț.

Cu toate acestea, în testele efectuate de Porsche totul a mers diferit: șoferul întoarce volanul și SUV-ul abordează cu încredere curba şi asta fără ca să încetinească! O privire la vitezometrul care indică o viteză de 80 de km/h îndepărtează toate îndoielile că nu este vehicul obișnuit. SUV-ul folosit este un vehicul cu sistem de tracțiune integrală, creat prin intermediul a patru motoare, câte unul pentru fiecare roată.

Până acum, această tehnologie de propulsie a fost văzută doar în roverele trimise pe Marte, dar acum a ajuns şi în lumea actuală: Porsche Engineering a dezvoltat recent un sistem special de control al cuplului pentru SUV-urile electrice.

“A fost o lucrare cu adevărat de pionierat. A trebuit să concepem o mulţime de lucruri de la zero”, a declarat Dr. Martin Rezac, șef de echipă pentru dezvoltarea funcțiilor la Porsche Engineering.

De asemenea, a existat o provocare suplimentară: caracteristicile de conducere trebuiau optimizate exclusiv prin intermediul software-ului. Inginerii Porsche nu au putut instala niciun senzor suplimentar și au trebuit să utilizeze dispozitivele de control existente. Sarcina, pe scurt, a fost în esență de organizare a unui condus stabil printr-o aplicaţie.

Un vehicul cu tracțiune integrală electrică cu mai multe motoare are un avantaj fundamental față de cele cu motoare pe benzină sau diesel: punțile față și spate, de fapt toate cele patru roți, au propriile motoare electrice, permițând o distribuție extrem de variabilă a puterii de antrenare. “Este aproape ca și cum ai avea o pedală de acceleraţie separată pentru fiecare osie sau roată”, explică Ulf Hintze de la Porsche Engineering.

Într-un vehicul tradiţional cu tracțiune integrală există un singur motor în lucru, a cărui putere este distribuită între punţi printr-un diferențial central. De regulă, raportul de cuplu este fix: o treime în față și două treimi în spate, de exemplu. Raportul poate fi, teoretic, modificat, dar este necesar un dispozitiv mecanic suplimentar pentru acest lucru (ambreiaj multi-disc cu frecare), care de regulă funcţionează destul de lent. În schimb, într-un vehicul electric, cuplul este controlat pur electronic, soluţie care funcționează considerabil mai rapid decât ambreiajele mecanice. Drept rezultat, în fiecare milisecundă, soft-ul inteligent distribuie forțele în așa fel încât vehiculul să se comporte întotdeauna neutru.

Și Porsche Engineering a dezvoltat doar un astfel de sistem de control al cuplului pentru SUV-urile electrice cu tracțiune integrală. Software-ul poate fi utilizat pentru diferite constelații și configurații ale trenului de rulare, de asemenea, şi pentru alte tipuri de vehicule electrice. În general, dezvoltarea începe cu distribuția de bază, adică un software care controlează câtă putere este transmisă pe puntea față și respectiv pe spate. În ceea ce privește conducerea liniară și scenariul de greutate echilibrat, de exemplu, o distribuție de 50/50 ar avea sens. Dacă șoferul accelerează, software-ul comută automat folosirea completă a tracţiunii pe roţile spate doar sau pe roțile față în apropierea de o curbă periculoasă.

“Acest lucru face ca vehiculul să fie vizibil mai stabil, chiar și pentru pasageri. Întrucât optimizarea se realizează complet electronic, teoretic ar fi chiar posibil să oferim conducătorului auto diferite configurații: un mod pentru navigabilitatea mașinilor sportive, altul pentru o croazieră lină”, spune dezvoltatorul funcției Martin Rezac.

A doua sarcină a software-ului de control este ajustarea cuplului la viteza roții. Algoritmii urmăresc un obiectiv simplu: toate roțile ar trebui să se învârtă cu aceeași viteză. Acest lucru este ușor de realizat pe o autostradă uscată, dar este mult mai dificil atunci când se conduce pe un drum acoperit cu zăpadă. Dacă roțile din față se confruntă cu o suprafaţă de gheață, de exemplu, ar putea – fără intervenție electronică – să înceapă să se rotească. Însă sistemul de control al cuplului detectează imediat situația suboptimă și direcționează cuplul către roțile care se întorc mai lent și mai au aderenţă, în fracțiuni de secundă.

Există ceva similar în lumea maşinilor cu motoare cu combustie internă – diferențialul cu alunecare limitată cu sensibilitate la viteză, cunoscut și sub denumirea de brand Visco Lok. În această componentă, roțile de transmisie și hidraulica asigură că nici o roată nu se întoarce mai repede decât celelalte. Dar soluțiile mecanice sunt lente, după cum s-a mai menţionat anterior. În schimb, într-un SUV electric, software-ul își asumă rolul diferențialului – cu reacții mult mai rapide și, în mod natural, complet fără uzură!

A treia și cea mai importantă funcție a noului sistem de control al cuplului constă în capacitatea sa de control a dinamicii laterale, adică în capacitatea de a neutraliza situațiile de conducere critice precum cea menționată la început: o suprafață alunecoasă, o curbă strâmtă și viteză mare. Un vehicul necontrolat ar avea parte rapid de o subvirare în această situație. Cu alte cuvinte, șoferul inițiază virajul, dar vehiculul alunecă în linie dreaptă, fără a încetini. Software-ul de control din SUV-ul electric folosit pentru teste a pus imediat capăt subvirării. Într-un viraj făcut spre stânga, acesta ar frâna roata din spate stânga și ar accelera-o pe cea dreaptă până la restabilirea unei situații de conducere neutră. Sistemul ia măsuri similare atunci când apare supravirarea (partea din spate a maşinii începe să se balanseze). Între timp, în mod ideal, şoferul nici nu va sesiza aceste intervenţii deoarece sistemul de control al cuplului acționează foarte subtil și rapid.

“Se simte ca şi când ai conduce un vehicul pe şine – un SUV se comportă cu agilitatea unei mașini sport”, a rezumat efectul Ulf Hintze.

Un observator al stării/situaţiei de conducere (numit simplu “observator” de către inginerii Porsche) este implicat în toate deciziile de intervenție. Acest modul software monitorizează continuu o serie de factori: cât de puternic a fost rotit volanul, cât de mult accelerează șoferul și cât de mult se învârte vehiculul în jurul axei sale verticale. Datele sunt furnizate de un senzor yaw. Această stare reală este comparată cu un model dinamic al vehiculului care reprezintă starea țintă în condiții normale. În cazul în care observatorul detectează abateri, de exemplu, cauzate de subvirare sau supravirare, software-ul creat intervine. Dacă vehiculul nu abordează curba atât de repede cât s-ar fi așteptat de la poziția actuală a volanului şi viteza de deplasare, roțile individuale sunt frânate selectiv până când direcția nu este stabilizată.

Același efect poate fi obținut și printr-un sistem tradiţional de control electronic al stabilității (ESP) – dar într-un vehicul cu tracțiune integrală electrică acest sistem de siguranță poate face mult mai mult: în timp ce un sistem ESP tradiţional se poate ocupa doar de frânare, într-un vehicul electric roțile individuale pot fi, de asemenea, accelerate. Acest lucru “trage” vehiculul înapoi pe calea cea dreaptă fără a pierde viteza de circulaţie. Intervenția este, de asemenea, mai puțin sacadată decât în cazul unui sistem ESP hidraulic.

“Dezvoltarea observatorului vehiculului a fost cea mai mare provocare. Faptul că aici a fost necesară atâta muncă de dezvoltare se întoarce la o problemă fundamentală: o mașină știe relativ puțin despre propria sa stare. Nu-și cunoaște viteza; o poate deriva doar din viteza roților, fapt care este dificil, în special pe gheață și zăpadă. Prin urmare, observatorul trebuie să utilizeze informații suplimentare despre accelerația longitudinală și laterală pentru a estima viteza. Informațiile privind distribuția greutății sunt la fel de vagi. În timp ce suspensia captează sarcina pe roțile individuale, chiar și aceste informații oferă simple indicii decât unele cu certitudine. Dacă amortizoarele raportează greutatea crescută pe puntea spate, de exemplu, s-ar putea datora vehiculului parcat pe o pantă – sau pur și simplu încărcat puternic. Observatorul trebuie să estimeze parametrii importanți ai vehiculului cât mai rapid, iar pentru aceasta se folosesc şi unele surse de informaţii neobişnuite. Sistemul de control al cuplului comunică cu un senzor care detectează înclinarea mașinii, de exemplu, care este de obicei utilizat pentru reglarea automată a farurilor”, a mai explicat Rezac.

Întregul pachet software nu numai că trebuia dezvoltat, dar calibrat în cadrul unor test drive-uri în condiţii reale de exploatare. Și toate acestea într-o perioadă foarte scurtă de timp: au existat doar două ierni disponibile în care reglarea fină putea fi testată pe un râu înghețat. S-a arătat, printre altele, că marele avantaj al motoarelor electrice – timpul lor de reacție rapid – a dus uneori la efecte secundare nedorite.

“Motoarele electrice răspund atât de repede încât pot apărea vibrații”, relatează Hintze, care a condus testele cu echipa sa. “În câteva situații, software-ul a transferat cuplul între osii la intervale din ce în ce mai rapide, ceea ce a dus chiar la o generare de turaţii sesizabile auditiv. Datorită colaborării strânse între echipa de calibrare și echipa de dezvoltare din jurul lui Martin Rezac, cu toate acestea, am reușit rapid să punem capăt acestei acumulări printr-o modificare a software-ului”.

Această muncă detaliată a fost făcută exact acolo unde provocarea constă în astfel de proiecte. Deoarece software-ul va fi folosit într-un vehicul de serie, acesta trebuie testat pentru fiecare situație imaginabilă, oricât de improbabilă ar părea. Dacă senzorul raportează date defecte, de exemplu, sistemul de control al cuplului trebuie să decidă dacă îi este încă permis să funcționeze chiar și fără sursa de date sau trebuie oprit.

Un alt obstacol a fost reprezentat de limitele tehnologiei de propulsie electrică. Poate fi cazul, de exemplu, că motoarele electrice individuale nu pot transmite energia disponibilă a bateriei. Dezvoltatorii de funcții trebuiau să țină cont şi de aceste limitări. “Intervalul de control se prăbușește în acest caz”, spune Hintze. “În loc de 100% cuplu pe o axă, poate doar 60% ar putea fi disponibil. Și sistemul de control al cuplului trebuie să țină cont și de asta”.

Dar toți cei implicați sunt convinși: rezultatul a meritat mult efortul, deoarece vehiculele electrice Porsche cu până la patru motoare își vor arăta în curând reputația exotică. Și mulți șoferi vor fi recunoscători că pot conduce prin zăpadă aşa cum se mişcă un tren pe șine.

Care va fi prima maşină Porsche care va folosi sistemul inovator nu se anunţă, însă ştim că al treilea electromobil al mărcii va fi un SUV – Macan.