- wyścigowe auto zasilane energią elektryczną powstało dzięki komputerowemu wspomaganiu prac inżynierskich (Computer-Aided Engineering, CAE)
- inżynierowie obliczyli optymalny kompromis między lekkością konstrukcji a jej maksymalną wytrzymałością
- elementy aerodynamiczne zaprojektowano stosując metodę numerycznej mechaniki płynów (Computational Fluid Dynamics, CFD)
Powiązane
Stworzenie w rekordowym czasie modelu I.D. R Pikes Peak było możliwe dzięki wszechstronnemu zastosowaniu komputerów
Poznań – Wyścig górski Pikes Peak International Hill Climb jest wyjątkowy pod wieloma względami. Jednym z nich jest ściśle limitowana liczba testów. Konstruując wyścigowego I.D. R Pikes Peak Volkswagen Motorsport nie miał więc możliwości tak wszechstronnego przetestowania auta, jak to jest np. w wypadku samochodów Formuły 1, które w ramach testów wykonują na torze setki okrążeń. Zanim Romain Dumas w rekordowym czasie wjechał na szczyt Pikes Peak znajdujący się na wysokości 4.302 metrów nie miał możliwości wcześniej choćby jednokrotnego przejechania elektrycznym I.D. R Pikes Peak całej trasy.
„Szczególnie w początkowej fazie konstrukcji elektrycznej wyścigówki Volkswagena korzystaliśmy na dużą skalę z symulacji komputerowych” – wyjaśnia Benjamin Ahrenholz, szef Działu Obliczeń i Symulacji w Volkswagen Motorsport. Komputery stosowano w różnych dziedzinach. „Przy pomocy symulacji komputerowych opracowywaliśmy elementy struktury samochodu podlegające szczególnie dużym obciążeniom, jak zawieszenie, monocoque, rama pomocnicza i skrzydło z tyłu”.
Metoda komputerowego wspomagania prac inżynierskich (CAE) pozwala dokonać obliczeń, które sprawią, że konstruowany element samochodu będzie tak lekki jak to możliwe, a jednocześnie bez problemu wytrzyma obciążenia występujące podczas wyścigu. Symulacje przeprowadzano przy pomocy tzw. metody elementu skończonego (Finite Element Method, FEM). Polega ona na podzieleniu w komputerze niezwykle złożonej struktury komponentu samochodu wyścigowego na wiele mniejszych elementów, których zachowanie można przewidzieć.
Komputer konstruuje optymalne komponenty
„W ten sposób możemy sprawdzić, które elementy I.D. R Pikes Peak być może należałoby wzmocnić, gdzie można oszczędzić materiał i przez to zmniejszyć masę, czy nawet, gdzie należy dokonać ewentualnych zmian w konstrukcji” – opisuje Ahrenholz. Jeśli trzeba, komputer sam proponuje optymalną formę danego elementu.
Zespołowi dr Benjamina Ahrenholza pomógł w pracy komputerowy model 19,99-kilometrowej trasy wyścigu. Szczególne wymagania stawiał inżynierom z Volkswagen Motorsport szczytowy odcinek trasy. „Nawierzchnia jest tam tak nierówna, że na zawieszenie działają znacznie większe obciążenia niż na znajdującym się niżej odcinku drogi o gładkiej nawierzchni” – mówi Ahrenholz. „Nie wiedzieliśmy wtedy zbyt dokładnie, co czeka I.D. R Pikes Peak w górnej części trasy, dlatego przewidzieliśmy pewną rezerwę bezpieczeństwa”. Metoda CAE pozwala przy pomocy kilku kliknięć myszką, ale po dokonaniu bardzo skomplikowanych obliczeń, tak zaprojektować poszczególne elementy auta, by miały one pewną rezerwę wytrzymałości.
Setki ustawień aerodynamicznych wypróbowanych komputerowo
Podczas konstruowania elementów aerodynamicznych modelu I.D. R Pikes Peak zastosowano również inną technologię obliczeniową – tzw. numeryczną mechanikę płynów (Computational Fluid Dynamics, CFD, która jest elementem Computer-Aided Engineering). Program komputerowy bada jak nawet niewielkie zmiany karoserii czy spojlerów auta wpływają na współczynnik oporu powietrza, docisk do podłoża czy strumień powietrza opływającego chłodnice. „Dzięki temu mogliśmy sprawdzić setki różnych konfiguracji jeszcze zanim po raz pierwszy przetestowaliśmy w tunelu aerodynamicznym model wykonany w skali 1:2” – wspomina Benjamin Ahrenholz.
Dla szefa Działu Symulacji i Obliczeń w Volkswagen Motorsport i dla jego współpracowników szczególnym momentem był pierwszy test I.D. R Pikes Peak na oryginalnej trasie wyścigu w amerykańskim stanie Kolorado. „W wypadku zupełnie nowego wyścigowego auta zawsze zostaje pewien margines niepewności” – mówi Ahrenholz.