数字试炼场
保时捷在纯电动 Cayenne 的开发中，直至预批量生产车辆投入使用前，都完全依赖于数字化测试。然而，人的因素不可或缺：在最终的测试驾驶中，试车手们将这辆 SUV 推至极限——在冰封极寒与灼热高温之中。
更快、更高效、更数字化。这是保时捷新车型的追求目标。对于未来将与 SUV 产品线中的内燃机及混合动力车型并行的纯电动 Cayenne 而言，这一三重目标同样适用于其测试环节：保时捷首次在没有早期原型车的情况下开发了一款全新的换代车型。
核心专家：
萨沙·尼森，魏斯阿赫整车测试团队负责人，全程参与了开发。“这是首个在完成虚拟整车测试后，我们直接进入预批量生产阶段的项目，”保时捷魏斯阿赫研发中心整车测试团队负责人萨沙·尼森 (Sascha Niesen) 说道。所谓的“试制阶段”，即内部对单件制造的原型车的称呼，可以完全省略：大约 120 辆耗时制造的试验车辆在很大程度上被数字化所取代。模拟与人工智能深刻改变了车辆测试——并缩短了其周期。早在设计阶段，工程师们就将虚拟原型车送入数字化的测试循环。为此，保时捷多年来已奠定三大关键基础。
首先是关于外部环境的全面而精确的知识：纽博格林赛道，连同其所有路面特性，已被完全数字化，正如带有不同路面或越野地形的日常路段一样——在虚拟世界中，它们均可与任何可能的气候和天气条件相结合。第二个前提：深厚经验。“我们可以利用同事们独一无二的知识，他们中有些人拥有长达数十年的实际测试专业知识积累，”尼森解释道。“他们可以确切评估，一辆车必须具备怎样的表现，才配得上保时捷之名。”第三点，数据库的细节深度和计算能力已大幅提升，使得实时模拟成为可能。
因此，工程师们不仅能虚拟呈现 Cayenne，更能直接对其进行虚拟测试。在零部件首先以数字化形式存在因而易于修改的开发阶段，专家们通过虚拟现实 (VR) 技术测试了未来 SUV 世代的初步印象。数字化测试的结果通过真实零部件的台架试验进行了验证。这种虚拟与物理测试相结合的重点在于电池与驱动系统、空气动力学与空调系统之间的协同作用。这款纯电动 SUV 集成了众多新技术。为此，开发了一个全新的联合试验台。在此试验台上，可以共同并在接近现实的条件下测试驱动系统、电池、能量管理和充电系统。
无车开发：
在联合试验台上，模拟技术与物理系统（如驱动系统、电池、热管理系统以及带有控制单元的充电系统）汇聚一堂，使得在接近现实的条件下进行测试成为可能。试验台的四台高性能同步电机可进行编程，以精确模拟不同的路面条件、加速阻力以及能量回收和制动时的作用力。“这些设备高度发达，我们甚至可以模拟不同的沥青路面或轮胎打滑，”工程师马库斯·尤尼格 (Marcus Junige) 说道。同时，环境条件也能被完全模拟。无论是加热还是冷却单个部件，乃至整个测试装置，或是生成空气动力学条件，都是可行的。“从要求来看，我们的测试程序在竞争中是无与伦比的，”尤尼格说。一个引人瞩目的例子：在极限状态下跑一圈纽博格林北环赛道。其输入数据由虚拟原型车提供。所有模拟的脉冲信号都被实时输入到联合试验台中。
“无论在任何条件下，只要驾驶者要求，车辆都必须随时发挥出全部性能，”尤尼格强调道。特别是对于这款高性能车辆的热管理而言，这种所谓的“最大电流释放”是极致的考验：为了在所有条件下对电池进行最佳调节，其加热和冷却系统的设计功率都超越了此前任何一款电动保时捷。在纽博格林赛道测试圈的每一个时刻，都会对比在联合试验台上实际测量的数值与先前为数字孪生计算得出的数值。结果证实，模拟技术已如此先进，仅存在微小的偏差。通过回放物理测试结果并调整模型或模型参数，可以修正这些偏差。
实境极限验证：
虚拟测试完成后，工程团队将预量产原型车置于沙漠试验台进行严苛验证。驾驶者所依赖的可靠性适用于所有工况，在充电时尤其如此。“无论 Cayenne 之前经历了何种驾驶状态，它都必须始终为快速充电做好准备，”尤尼格解释道。一旦驾驶者在系统中确认想要前往的充电站，Cayenne 便会计算出最优的准备方案。“例如，路上的拥堵意味着预热或预冷可以稍后并以较慢的速度进行。这可以节省能源，”萨沙·尼森阐述道。在虚拟测试程序中，快速充电前及充电期间所有可能的情况都被模拟出来，并在试验台上使用真实部件进行了测试。
然而，纯电动 Cayenne 的虚拟测试计划远不止于纽博格林赛道的极速圈或极端条件下的充电。“根本上，与其他制造商的测试相比，保时捷的不同之处在于我们会检验非常多的驾驶情境，”马库斯·尤尼格说道。现实情况决定了这一点：“客户可能用这辆车做的任何事情，都在我们的议程上，”萨沙·尼森补充道。没有其他任何一款保时捷能像 Cayenne 这样用途广泛：它既是豪华 SUV 也是跑车，是牵引车也是越野车，是家用车也是公务车。“迄今为止，还没有哪款电动车需要同时满足如此多的要求，”马库斯·尤尼格说。而在这里，测试工程师们经历了一个惊喜。
探险者：
Cayenne 为几乎任何用途做好了准备。此处：在西班牙一处测试场进行的最后越野测试。在模拟中，Cayenne 就已经非常令人信服地征服了各种陡坡。当团队驾驶首批预批量生产车辆进行测试时，现实情况则更加令人印象深刻。“这辆车开上沙丘的方式绝对是一个亮点，”萨沙·尼森赞叹道。“根据我们的经验，我们没想到会这样。”通过精细调节的电驱动系统，可以精准控制推进力，使得 Cayenne 能够轻松地从静止状态征服沙丘。“驾驶内燃机车，如果不先助跑，是上不去的，”这位开发者说道。而电驱动系统在首次旋转时就能输出其全部扭矩。同时，还能实现每小时 1 或 2 千米的最低速度，“如同拥有无限大的减速比”，这位工程师说道。此外，在沙丘中享受驾驶乐趣需要非常高的电机功率。这是 Cayenne 的一项拿手好戏。“我们测量到的加速值达到了超级跑车的水平，”萨沙·尼森说道。
其从静止加速至 100 千米/小时的时间是一位小数点前带 2 的数字（即 2 秒级）。任务书的首要要求是，Cayenne Electric 在任何阶段都必须具备良好 的驾驶性和可控性。这一点在模拟中被演练了无数次，“但在现实中，只有人才能进行最后的精细调校”。此前，早期原型车用于此目的。现在，由于开发水平很高，这一阶段可以毫无问题地转移到真实的预批量生产车辆上。传统上，纽博格林赛道是精细调校的衡量标准。人类的驾驶感受仍然比 模拟所能复现的更加敏锐，并且受到更多因素的影响。毕竟，车辆动态反馈也由轮胎的摩擦系数决定。“在极限区域从静摩擦到滑动摩擦的过渡，在虚拟环境中很难呈现，”尼森说道。虽然通过虚拟测试可以跳过使用早期原型车的中间步骤，但对于保时捷而言，预批量生产车辆仍然是不可替代的。
预批量生产阶段制造了大约 1,000 辆车，其中四分之三用于最终测试。如此大的数量源于多种变体，再乘以两种车身形式。“这辆车在模拟中能做到的，在现实中也必须实现，”尼森总结道。
而这一点已经成功达成：无论是在北极严寒还是在灼热沙漠高温中，无论是在世界各地的道路上还是道路外，无论是在试验台上还是在碰撞实验室里。在诸如海湾国家或美国死亡谷等炎热地区，在高达 50 摄氏度的温度下，空调系统以及电池和驱动系统的热管理系统等都必须经受功能测试。在零下 35 摄氏度的芬兰，预批量生产车辆的测试日程上包括冷启动和空调系统测试、牵引力、操控性和制动性能测试，以及车辆动态控制系统的性能测试。在这两种极端气候条件下，纯电动 Cayenne 都必须始终能够毫无问题地进行快速充电——几乎没有哪家制造商对其车辆的要求比保时捷更高。在持续运行测试中，模拟了在客户手中只有在极限操作下才会经历的严苛使用条件下的整车寿命。在日常条件下，这些车辆在轮班作业下，短短几个月内各自就完成了超过 150,000 千米的行驶里程——涵盖了城市交通、乡村道路和高速公路。
数字化开发：
在预批量生产车辆制造之前，Cayenne Electric 已在虚拟环境和试验台上进行了测试。其结果是：向更多模拟和更少物理测试的转移已被证明是成功的。“时机已经成熟，”尼森说道。“而这个项目提供了机会。”并取得了令人瞩目的成功：纯电动 Cayenne 的开发时间比采用传统策略缩短了 20%。并且通过减少材料投入，更加节约资源。更快、更高效、更数字化。
