瞭解TAG Heuer Porsche Formula E團隊如何在單一模擬環境中建立整個賽季的完整運行全貌。
在賽車運動領域中，ABB FIA Formula E世界錦標賽在賽車與未來任何電動車(EV)的創新之間建立了重要的連結。這項運動被稱為「想法培養器」，其創新想法包括更有效率的電動馬達和電力電子產品，以及快速充電電池，有助於我們更接近全電力的未來。
這是有原因的。在比賽中，駕駛的任務是突破電氣化的極限，超越客車在大多數駕駛條件下的體驗。在賽道上所收集的所有資料，以及從各種系統和元件、風洞和駕駛模擬器模擬中累積的資料，都會獨立地被分析，以掌握如何徹底發揮車輛的每一分性能。
如果競賽團隊可以在單一虛擬環境中測試定義競賽的所有系統以及系統中的系統，會怎麼樣呢？讓我們來探討模擬目前是如何支援TAG Heuer Porsche Formula E團隊，以及Ansys Digital Mission Engineering (DME)軟體未來又能如何進一步強化這些分析。
Ansys Systems Tool Kit (STK)軟體是一種基於物理的應用程式，有助於分析操作環境中的系統。
定義Formula E中的任務
在我們討論DME之前，清楚了解ABB FIA Formula E世界錦標賽的整體任務非常重要，該任務是透過靈活運用極端能力來促進永續的機動性。這是Porsche在Formula E賽道上和賽道外的目標。還有什麼比設計一輛電氣化賽車更好的方式來證明這一點？這輛電氣化賽車能夠以最高時速200英里的速度在極高的效率上行駛45分鐘，這是Porsche 99X Electric的最佳證據。
在效率是競爭優勢的運動中，TAG Heuer Porsche Formula E團隊的工程師和車手全心專注於爭取勝利。他們的任務是在車輛最佳化過程中找到這個最佳點，讓Porsche 99X Electric能在單次充電下上執行，並在排位賽和正式比賽中展現最佳效能。然而，不久之後，Formula E 預計將新增一種名為「Pit Boost」的進站充電程序，用於為電池補能。
在這種情況下，最佳化Porsche 99X Electric開發工作流程效率的主要驅動因素是Ansys模擬。Porsche工程師仰賴模擬，在短時間內平行執行大量執行。他們的目標是分析Porsche 99X Electric眾多元件的相互作用，特別是電氣化動力系統元件的相互作用，以及如何設定這些元件以獲得最佳效能。
在整個賽季中，團隊會針對不同的車輛設定和賽道條件執行模擬，以確定不同的基準，以進行進一步分析。同時，駕駛也會在駕駛模擬器中執行多個車輛設定，並在各種條件下測試不同的駕駛策略，以瞭解車輛在發生變化時的感受。然後，所有產生的模擬和追蹤資料都會透過資料網路從資料中心傳輸到賽道，然後再傳輸回來。
在比賽期間，可能從汽車接收即時的資料幾乎為零，因為FIA禁止遙測或自動測量和傳輸資料。在這種情況下，Porsche工程師僅限於進行時序分析，或根據速度，加速度或其他因素評估車輛效能，以對抗競爭對手。
全部彙整在一起
當然，所有這些活動的結果都是數據，以及大量數據。團隊的測試和分析仰賴成功合併來自許多不同來源的數據。這需要大量的協調，因為必須一起分析，以幫助工程師得出結論，使TAG Heuer Porsche Formula E團隊更接近平臺。DME軟體有潛力在一個環境中整合所有功能，在完全數位建模的賽車環境中考量車輛效能。
使用Ansys Digital Mission Engineering (DME)軟體進行動態建模
DME 涉及運用數位建模、模擬與分析，在真實的操作環境中呈現系統，並於系統工程設計生命週期的每個階段評估任務成果與成效。它目前為航太和國防應用提供基礎，您可以在此基礎上整合數位任務和系統模型，以開發真正的工程分析環境，測量任務有效性並定義從開發到操作，維護和維護的所有準確度層級的結果。
使用 Ansys Systems Tool Kit (STK)軟體等工具進行DME的方法，最簡單地說，是一種在預期運作條件下模擬系統(或系統)的數位呈現的方法，最終產生可量化的效能測量。
在Formula E的情境下，任務效能將特別透過賽道上極端且永續的表現來衡量，表現在效率和速度兩方面，並具有轉化至量產車應用的潛力。
「我們試圖為Porsche或其他任何客戶提供的是一種方法，將這些不同的模擬放在一個通用的操作環境中，並確保他們在正確的時間看到所有正確的東西。」Ansys DME的產品管理經理Joshua Reicher表示。「而且他們正在視需求來回移動資訊至正確的模擬工具中。如此一來，在這種資料共用的，目標是建立共同的操作藍圖。」
STK軟體可以結合射頻影響，同時探索城市環境中的車輛連結品質。
贏得賽事的大局思維
STK軟體提供的是常見的操作圖片，根據Porsche工程師在任何時間點都能獲得的資訊，以及在單一任務環境中呈現所有資訊的方法。他們可以從中判斷電子產品正在做什麼，或車輛是否有任何結構問題。
也許他們有興趣瞭解柏林的溫差會如何影響電池的充電狀態，與沙烏地阿拉伯吉達的溫度，或在行駛特定路線時的類似挑戰。STK軟體可讓您以單一視角分析這些變數，並能在單一環境中查看所有內容。
Ansys DME首席產品經理Washington Wedderburn表示：「賽車環境的每個最後細節都可以在逼真且時間動態的三維模擬中建模。」「假設您擁有良好的操作環境模型，就可以在高層建築物可能影響您獲得準確讀數的能力的城市地區測量GPS效能。」
全新Porsche 99X Electric Gen3 Evo在馬德里的季前測試中設定了速度。
在單一模擬環境中對系統和系統進行建模
到目前為止，我們已經討論了車隊仰賴的所有資料，以及這些資料如何與模擬的協助結合，以提供整體賽車策略。如果能夠在任何時間，包括天氣和賽道條件在內的任何位置，在高解析度地形，影像和射頻環境中，在單一逼真的時間動態3D模擬中，對所有車輛系統以及系統中的系統進行建模，會怎麼樣呢？
這些新功能將讓TAG Heuer Porsche Formula E團隊有機會在單一虛擬環境中，針對從上海到倫敦的城市中心街道賽道上無限數量的測試案例，徹底評估和驗證其假設。接著，車隊可以將所有這些新資料套用到制定策略，以預測比賽期間可能發生的所有賽道互動。
在世界之間建立重要連結
要真正瞭解車輛效能，也可以在此操作環境中，將數位模型(例如賽車本身的數位孿生)導入STK軟體中。數位孿生是真實世界實體和程序的虛擬呈現，並以指定頻率和保真度進行同步。
建立Porsche 99X Electric的數位孿生，然後透過實體車輛的橋樑將其導入系統環境，這表示數位世界中有代表實體系統的東西。同時，它也能使用真實世界的資料來驅動數位模型。從實際賽車上的各種車輛感應器和系統即時整合資料至數位孿生，有助於工程師更準確地觀察Porsche 99X Electric在模擬環境中各種條件下的影響效率。
您知道嗎？
賽車運動中常被關注的駕駛常見問題之一，是賽車過程中涉及的所有G力對駕駛頸部造成的壓力，特別是在轉彎時。將Ansys LS-DYNA非線性動力學結構模擬軟體與STK軟體同步，提供了一個機會，可將駕駛的人體模型，以及保護駕駛的所有結構元件的模型，導入單一虛擬測試環境中。其中包括安全帽、頭部和頸部支撐(Hans)裝置、安全帶和駕駛周圍的安全籠。這是Ansys軟體如何改善賽道上駕駛安全的絕佳範例。
Reicher表示：「將類似於任務模擬中的結構模型的數位孿生，從模擬來回饋至實際賽車，因此可以在STK中取得有關賽車賽道位置和速度的寶貴資訊，這些資訊可以在STK中繪製。」「從這一點來看，可以衍生出可為多個數位孿生模型提供使用的資訊，例如電池的電子模型或可用於預測性維護的車輛各部分資訊，例如輪胎磨損或電池充電狀態。」
此討論僅觸及了Ansys軟體在虛擬世界中擴展一個賽車團隊的整個操作環境的巨大潛力。您可以在我們的Digital Mission Engineering頁面上找到更多資訊。
