W samym sercu

Weissach, małe miasteczko pod Stuttgartem. To tu, w pilnie strzeżonym centrum rozwojowym, powstaje każde Porsche: sportowe samochody z silnikiem elektrycznym i spalinowym, na drogi publiczne i na tory wyścigowe. Christophorus mógł przyjrzeć się z bliska wnętrzom zakładu o łącznej powierzchni 100 hektarów.

   

Modele Porsche 718 Cayman
Zużycie paliwa, cykl łączony: 8,5–11,0 l/100 km
Emisja CO2, średnia: 193–251 g/km (stan na 12/2020 r.)

Podane w magazynie dane techniczne samochodów mogą różnić się zależnie od rynku. Dane dotyczące zużycia paliwa/prądu oraz emisji CO2 zostały określone na podstawie nowej procedury pomiarowej WLTP.

Projekt

Najpierw masa modelarska, potem frezowane elementy z tworzyw sztucznych i części wytwarzane różnymi technikami szybkiego prototypowania – krok po kroku w procesie modelowania projektanci nadają formie designerski szlif. „Sprawiamy, że pomysły stają się namacalne” – to motto ekspertów z prototypowni Porsche. Na początku do zwizualizowania proporcji przyszłego modelu wykorzystuje się najróżniejsze materiały syntetyczne. Pierwszy projekt powstaje jednak zawsze z brązowej, przypominającej glinę masy modelarskiej.

To, co ją wyróżnia, to przede wszystkim szybkość formowania. Wymaga to jednak kunsztu i wprawy. Dalszy proces polega na udoskonalaniu formy – niezwykle trudne zadanie, ponieważ poszycie ma decydujący wpływ na aerodynamikę. Dlatego właśnie przed ostatecznym zatwierdzeniem projektu wykorzystuje się tzw. karoserie przepływowe. Zaprojektowane na tym etapie spawy, wloty powietrza, otwory wentylacyjne, nadkola i inne elementy mogą już tylko nieznacznie różnić się od wersji końcowej. Dalsze udoskonalenia wprowadzane są w sąsiednim tunelu aerodynamicznym.

Design

Projektowanie polega na rozwijaniu i szybkim doprowadzaniu pomysłów do stadium decyzyjnego. Szkice, zarówno na papierze, jak i na tablecie, są przy tym nieodzowne. Po dwuwymiarowym rysunku projekt prezentowany jest w trójwymiarze, najpierw za pomocą oprogramowania w przestrzeni wirtualnej, a na końcu w postaci fizycznego modelu. Z uwagi na sprawną komunikację i ścisłą poufność projektanci oraz eksperci od prototypowania i aerodynamiki pracują w jednym budynku. W studiu projektowym powstaje coś więcej niż sama forma karoserii. Projektowanie wnętrza obejmuje cały szereg detali: od podstawowych wymiarów po szwy tapicerki.

Również na tym etapie ostateczne decyzje są podejmowane na podstawie fizycznych modeli – dlatego w projektowaniu nie może zabraknąć klasycznych rzemieślników. Kolejni eksperci w dziale opracowują i testują to, co powszechnie nazywa się user experience. Obejmuje to m.in. wirtualny system Porsche Connect. Fakt, że na końcu wszystko się łączy – forma z technologią, wnętrze z poszyciem – wynika z silnie zakorzenionej kultury dialogu. Nieprzypadkowo szef biura projektowego zamiast klasycznego biurka ma długi stół, przy którym spotykają się wszyscy specjaliści.

Odlewnia

Nawet wśród pracowników zakładu w Weissach tylko nieliczni wiedzą, że od 1971 r. firma posiada własną odlewnię w budynku 1, zaraz za dawnym wejściem głównym. Każdego dnia o trzynastej trzydzieści, po stopieniu, kondycjonowaniu i kontroli mieszanki, czyli stopu metali, wykonywany jest odlew. Ciekły stop o temperaturze ponad 700 stopni Celsjusza wypełnia formy odlewnicze. Narzędzia potrzebne do ich wyprodukowania również opracowano i wytworzono w dziale prototypowania Porsche. Są to zarówno korpusy silników elektrycznych wielkości bębna pralki, jak i filigranowe części karoserii, wydobywane z form przez mistrza odlewni i postawnych pracowników.

Najczęściej są to części powstających dopiero aut. Dzięki własnej odlewni prototypy są testowane na bardzo wczesnym etapie projektu, przy użyciu komponentów o solidnej jakości seryjnej. Z technologią druku 3D, ograniczoną do zaledwie kilku materiałów, nie byłoby to możliwe, ponieważ Porsche stale modyfikuje swoje specjalne stopy do odlewania odpornych na maksymalne obciążenia elementów. Nawet niewielkie zmiany w ich składzie mogą poprawić odporność zderzeniową bez zwiększania masy pojazdu. Dzięki wewnętrznej odlewni ta cenna wiedza pozostaje w firmie.

Pomiar powierzchni czołowej

Podczas jazdy strumień powietrza optymalnie opływa nadwozie – to cel każdego projektu aerodynamicznego. Jakość tę wyraża się współczynnikiem oporu aerodynamicznego, powszechniej znanym jako współczynnik Cx.

Aby obliczyć go z danych uzyskanych w tunelu aerodynamicznym, trzeba dokładnie zmierzyć powierzchnię czołową pojazdu. To od niej w dużej mierze zależy opór powietrza, a co za tym idzie, również zużycie paliwa czy energii. Do określenia tej powierzchni z dokładnością do półtora promila niezbędna jest specjalna aparatura – system pomiaru powierzchni czołowej. Działa on na zasadzie teatru cieni. Strumień światła, generowany przez zielone diody, dwukrotnie powoli skanuje cały przód pojazdu. Na znajdujący się za samochodem, ustawiony idealnie równolegle ekran pada cień sylwetki pojazdu. Wszystko to filmuje wideokamera. Zarejestrowane ujęcia są komputerowo montowane w jeden obraz, z którego program do obróbki graficznej ostatecznie oblicza powierzchnię czołową.

Komora klimatyczna

Arktyczne zimno do minus 40 stopni Celsjusza albo plus 90 stopni, do których nagrzewa się wnętrze samochodu zaparkowanego w Arizonie. W czterech komorach klimatycznych w Weissach warunki znacznie odbiegają od komfortowych. Wielokrotnie w trakcie procesu rozwoju przetrwać je jednak musi każdy nowy samochód sportowy.

Poddawany jest on zresztą nie tylko ekstremalnym temperaturom, ale i innym testom wytrzymałościowym: chociażby temu z użyciem pistoletu lakierniczego, którym technik spryskuje szyby wodą po nocy w minus 18 stopniach. Potem następuje uruchomienie silnika. Po upływie określonego czasu szyba przednia musi odtajać. Pozostałe testy mają np. wykazać, czy duży centralny wyświetlacz jest czytelny nawet przy plus 40 stopniach i w bezpośrednim nasłonecznieniu – wytwarzanym przez sztuczne słońce. Albo czy klamki nie blokują się przy minus 40 stopniach. W sąsiednim tunelu aerodynamicznym na hamowni podwoziowej można symulować jazdę przy ekstremalnych temperaturach, takich jak na przykład na słynnej przełęczy Towne Pass w Dolinie Śmierci (ok. 6-procentowe nachylenie przez 27 km). Za kierownicą siedzi przy tym doświadczony kierowca stanowiska badawczego. Samochody elektryczne również przechodzą podobne testy co te z silnikami spalinowymi.

Tunel aeroakustyczny

Realistyczne pomiary tajnych prototypów przy prędkości 300 km/h – takie, w dużym uproszczeniu, warunki miał zapewnić oddany do użytku w 2015 r. tunel aerodynamiczny. Kluczem do osiągnięcia tego celu jest wymienny system ruchomych pasów, poruszających powierzchnię znajdującą się pod pojazdem. Pozwala to odtworzyć zbliżone do realnych warunki przepływów pod podwoziem i w nadkolach. Kierowca i pasażer bowiem odczuwają nie tylko siłę nośną i docisku, ale również poziom szumów wywoływanych przez wiatr. W dobie ultracichych napędów elektrycznych ma to jeszcze większe znaczenie. Eksperci Porsche około jedną szóstą całości badań poświęcają aeroakustyce.

Obok pojazdu i pod nim zainstalowane jest składające się z około 600 mikrofonów pole pomiarowe do swego rodzaju obrazowania akustycznego, które umożliwia dokładne zlokalizowanie źródeł nadmiernego hałasu. Punktem newralgicznym jest przy tym ustawione pod wiatr lusterko wsteczne. Jeśli wyniki nie są optymalne, rozwiązania wspólnie szuka cały zespół ekspertów: aerodynamicy, specjaliści od akustyki i ergonomii, konstruktorzy karoserii i projektanci. Wysoce wyspecjalizowani pracownicy eksploatują tunel aeroakustyczny i inne mniejsze tunele aerodynamiczne praktycznie przez całą dobę.

Budynek do testowania napędów

Coraz więcej pojazdów z Weissach jest napędzanych elektrycznie. Połowa z 18 stanowisk badawczych w nowym budynku do testowania napędów, który został oddany do użytku w 2019 r., służy do testowania mniej lub bardziej zelektryfikowanych silników i przekładni. Prawdziwą innowacją jest opracowane przez Porsche wysokonapięciowe stanowisko do badań całych układów – napędów na przednie i tylne koła wraz z przekładnią i energoelektroniką – oraz dochodzącego później wysokonapięciowego seryjnego akumulatora. Akumulator znajduje się przy tym w klimatyzowanej kapsule bezpieczeństwa pod właściwym stanowiskiem badawczym, ponieważ jest poddawany typowym dla Porsche cyklom w pełnym zakresie wydajności.

Równie ważna jest charakterystyka ładowania, w szczególności bardzo szybkie pobieranie i oddawanie bardzo dużej ilości energii. W tym celu nowy budynek wyposażono w technologie ładowania wykorzystywane w różnych krajach na świecie. Także dziewięć stanowisk do testów spalania zaprojektowano z myślą o efektywności środowiskowej. Elastyczny system zasilania umożliwia badanie opartych na energii elektrycznej i neutralnych węglowo e-paliw. Porsche nie ma osobnych platform testowych dla sportu motorowego. Dla pracowników jest oczywiste, że na jednym stanowisku badają pojazd seryjny, a na sąsiednim napęd wyścigowy.

Integracja elektroniki

Tak zwane centrum testowe nie jest osobnym budynkiem i mieści się na jednym piętrze w centrum integracji elektroniki. Zasługuje ono jednak na miano odrębnej jednostki – tutaj specjaliści testują całą elektronikę: od podnośników szyb aż po systemy wspomagania kierowcy. Aby było to możliwe we wczesnej fazie projektowania, na długo przed wyjechaniem pierwszego prototypu na drogę, inżynierowie wykorzystują stanowiska do symulacji metodą hardware-in-the-loop. Sterownik i inne podzespoły, jak reflektory czy kierownica, podłącza się do cechującego się ogromną mocą obliczeniową komputera wielkości szafy, który symuluje prawdziwą jazdę z niebezpiecznymi sytuacjami i reakcjami kierowcy włącznie.

Szczegółowo rejestruje on zachowanie sterownika, na przykład czy prawidłowo i odpowiednio szybko realizuje daną funkcję. Perfekcjonistom jednak to nie wystarczy. Aby mieć pewność, że wszystkie podzespoły elektroniczne współdziałają bezbłędnie, każdy sterownik testowany jest w pojeździe laboratoryjnym. Ten co prawda nie przemieszcza się ani na metr, jednak wszystkie układy są w nim podłączone do oryginalnej wiązki elektrycznej. Do testów na drodze dopuszczone zostają tylko te, które bez zarzutów przeszły tę próbę.

Parking dla prototypów

Kolejnym etapem na długiej drodze do dopuszczenia do produkcji jest stadium prototypu. Inwentarz pojazdów rozwojowych Porsche liczy sobie dziś ponad 1900 egzemplarzy o różnym stopniu zamaskowania i tajności. W Weissach dzieli się je na trzy grupy: pierwsze prototypy, tzw. muły testowe oraz pojazdy przedseryjne. Wszystkie wprowadza się do cyfrowego rejestru, a zamaskowane samochody wyposażone są w specjalne transpondery, umożliwiające im wjazd do garażu prototypów. Również pracownicy potrzebują cyfrowego zezwolenia, by móc przekroczyć wrota tego skarbca przyszłości. Ale jeden parking to za mało.

Pierwszy z nich znajduje się tuż obok głównej bramy centrum rozwojowego. Może on pomieścić 255 pojazdów na 8 kondygnacjach. Równie pilnie strzeżony parking w sąsiednim Hemmingen oferuje dodatkowych 120 miejsc. Ale to również nie wystarcza. Trwa budowa kolejnego, ponad 15-piętrowego parkingu dla 1147 prototypów, z blisko 400 stacjami ładowania. Zapewni to miejsce na przestrzenie do prezentacji na parkingach w Weissach – wykorzystywane przez inżynierów do tak zwanych kontroli odbiorczych czy dopuszczania do testów. Na znajdujące się na końcowym etapie swojej niełatwej podróży samochody przedseryjne, stanowiące najbardziej zaawansowane stadium, nierzadko czekają jeszcze kolejne zadania – np. zastosowanie w charakterze prototypów ramach dalszych prac rozwojowych.

Sporty motorowe

Od ABS i aerodynamiki przez skrzynię PDK i turbo po układy ładowania o napięciu 800 V – typowe w sporcie motorowym rozwiązania na dobre weszły do produkcji seryjnej. Akceleratorem rozwoju w dziedzinie motorsportu jest presja konkurencji – wymierne efekty trzeba osiągać w jak najkrótszym czasie. Jednocześnie na korzyść działa tu fakt, że pomysły nie są produkowane na seryjną skalę. Dzięki temu inżynierowie mogą pozwolić sobie na testowanie egzotycznych materiałów i kosztownych rozwiązań.

Niemniej firma doświadczenia te wykorzystuje również w mniej oczywistych dyscyplinach. Na przykład w logistyce. Ponieważ w popularnych wyścigach na całym świecie każda śrubka musi być zatwierdzona i udokumentowana, logistycy stworzyli wspomagany platformą SAP system Porsche Racing, w którym rejestruje się każdy najmniejszy detal – na przykład parametry napędu wycieraczek konkretnego rocznika. W systemie tym udokumentowane jest każde pojedyncze narzędzie wykorzystywane przez zespół Porsche Formuły E TAG Heuer, przekładnie zamienne do samochodów GT czy części do historycznych pojazdów z Le Mans. Dział sportów motorowych rozwija i zaopatruje w szybkim tempie zarówno pojazdy zespołów fabrycznych, jak i prywatnych amatorów wyścigów. Produkcja seryjna korzysta z potencjału załogi motorsportu nie tylko w kontekście późniejszego wprowadzania pionierskich rozwiązań, ale i spontanicznie. Przykładowo wtedy, gdy testy przebiegają pod dużą presją czasu lub gdy trzeba rozwiązać skomplikowany problem logistyczny.

Johannes Winterhagen
Johannes Winterhagen

Podobne artykuły