To dzięki komputerom powstał model I.D. R Pikes Peak
Zaawansowane symulacje, komputerowe wspomaganie prac inżynierskich, czy wreszcie superdokładne obliczenia. To dzięki takim rozwiązaniom powstał Volkswagen I.D. R Pikes Peak – wyścigowy pojazd zasilany energią elektryczną.
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 nie miał więc możliwości tak wszechstronnego przetestowania auta, jak to jest np. w wypadku samochodów Formuły 1. Mimo to niemieckiej marce udało się stworzyć pojazd, który nie tylko wjechał na szczyt, ale uczynił to w rekordowym czasie. Wszystko to było możliwe dzięki wszechstronnemu zastosowaniu komputerów.
"Szczególnie w początkowej fazie konstrukcji korzystaliśmy na dużą skalę z symulacji komputerowych" - wyjaśnił Benjamin Ahrenholz, szef Działu Obliczeń i Symulacji w Volkswagen Motorsport. "Przy pomocy symulacji komputerowych opracowywaliśmy elementy struktury samochodu podlegające szczególnie dużym obciążeniom, jak zawieszenie, monocoque, rama pomocnicza i skrzydło z tyłu".
Komputer konstruuje optymalne komponenty
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.
W ten sposób zespół mógł sprawdzić, które elementy I.D. R Pikes Peak należałoby wzmocnić, gdzie można oszczędzić materiał i przez to zmniejszyć masę, czy nawet, gdzie należy dokonać ewentualnych zmian w konstrukcji.
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" - mówił 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 zespół mógł sprawdzić niemal setki różnych konfiguracji jeszcze zanim po raz pierwszy przetestował w tunelu aerodynamicznym model wykonany w skali 1:2.
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" - powiedział Ahrenholz.
