In einer Welt mit sauberen, umweltfreundlichen Autorennen setzt der Porsche 99X Gen 3 mit seiner Leistung ein deutliches Zeichen. Der 99X Gen 3 erreicht eine Höchstgeschwindigkeit von über 320 km/h und schafft den Spurt von null auf 60 in weniger als 2,8 Sekunden. Damit ist er eine der schnellsten Rennfahrzeuge, die jemals bei der ABB FIA Formel-E-Weltmeisterschaft für Elektroautos an den Start gingen.

In der letzten Folge von Ansys' Online-Doku-Serie "Driven by Simulation" sehen Sie, wie die Simulation ein entscheidender Bestandteil der Optimierung des elektrischen Antriebsstrangs für das TAG Heuer Porsche Formula E Team in der ABB FIA Formula E ist. Sie werden auch verstehen, wie das Formula Student Team UGRacing mit ein wenig Hilfe von Ansys durch entsprechende Ausbildungsangebote die Automobilingenieure und -lösungen von morgen formt.

Der Porsche 99X Electric Gen3 von Pascal Wehrlein auf der Rennstrecke in Berlin

Mit Ansys schneller von Null auf "Null Kohlenstoff"

Bislang ist die Formel E die einzige rein elektrische Rennserie der Welt, die sich durch einige einzigartige Regeln und ein extrem hohes Maß an Innovation auszeichnet. Die Rennen der einsitzigen Formelautos findet an nur einem einzigen Tag statt, vom freien Training über das Qualifying bis hin zum eigentlichen Event.

Alle Fahrzeuge, die an der Serie teilnehmen, haben das gleiche Gen 3-Chassis und die gleiche Batterie. Sie sind außerdem mit wiederverwertbaren Reifen ausgestattet, die ein ganzes Rennen durchhalten. Und zwar unabhängig von den Wetter-Bedingungen, ohne einen einzigen Boxenstopp für eine Renndauer von ca. 45 Minuten. Um die verfügbare Batterieleistung effizienter nutzen zu können, ist jedoch häufig eine zusätzliche Abstimmung des elektrischen Antriebsstrangs erforderlich.

In der ABB FIA Formel E, in der Siege buchstäblich in Millisekunden gemessen werden, ist jede Kilowattstunde Strom, die die Batterie verlässt, kostbar. Bei einer Leistung von 300 kW (408 PS) im Rennmodus ist der Umgang mit dieser Leistung entscheidend. Während eines Rennens ist das Energiemanagement eine wichtiger strategischer Faktor für Porsche Motorsport und es beginnt damit, den elektrischen Antriebsstrang zu optimieren.

Das TAG Heuer Porsche Formula E Team verlässt sich auf Simulationssoftware von Ansys, um die Leistung der Komponenten des elektrischen Antriebsstrangs schnell zu analysieren und Einblicke in die Mechanismen zu gewinnen, die die Effizienz beeinflussen. Um Verbesserungen in einer Umgebung zu erzielen, bei der hohe Effizienz das A und O ist, nutzt das Team zum Beispiel die Simulationssoftware "Ansys Maxwell" für niederfrequente elektromagnetische Felder und die Simulationssoftware "Ansys Twin Builder", um kleinste Details im Verhalten des Antriebsstrangs zu erkennen und zu optimieren.

Anstatt bei Null zu beginnen, gehen die Ingenieure von Porsche Motorsport von einem Wirkungsgrad von 90 % aus, um den Antriebsstrang zu optimieren. Während der Analyse können ungeplante kleine Effekte auftauchen, die letztendlich Aufmerksamkeit erfordern. Manchmal resultiert aus einem kleinen Detail eine kleine Änderung, die nicht ignoriert werden kann. Detaillierte, vereinfachte, analytische Modelle, die aus der Simulation stammen, können kombiniert werden, um diese Änderungen zu berücksichtigen und die besten Ergebnisse zu erzielen.

Team-Mechaniker schieben den Porsche 99X Electric Gen3 beim Berlin E-Prix in die Garage

Ansys, Porsche Motorsport und das nächste Kapitel in der EV-Entwicklung

Die Entwicklung, Erprobung, Analyse und anschließende Optimierung der Antriebsstrangleistung erfordert einen sorgfältig bemessenen Aufwand. Am Ende stehen  Effizienzgewinne in Kilowattstunden, die entscheidend für einen Rennsieg sein können. Der große Gewinn für Porsche Motorsport aus der Zusammenarbeit mit Ansys ist jedoch nicht nur der Sieg. Die Simulationsdaten der gesamten Saison werden von den Ingenieuren bei Porsche Motorsport genutzt und in verschiedene Elektrofahrzeugprogramme integriert, was die Entwicklung von Elektrofahrzeugen im gesamten Produktportfolio von Porsche beschleunigt.

"Wir fahren sowohl auf permanenten Rennstrecken als auch in den Städten, auf verschiedenen Kontinenten und in unterschiedlichen Klimazonen. Und man muss sich anpassen, an jeden Ort anpassen. Weil wir letztendlich Rennen gewinnen wollen, und zwar so viel wie möglich", sagt Mengoni. "Und wenn ich mir jetzt zum Beispiel das Straßenauto, den Porsche Taycan, anschaue, dann ist das natürlich ein Porsche. Es ist ein Sportwagen. Ich will Leistung für meinen Porsche, aber ich will auch eine gewisse Reichweite. Und wenn wir das Wissen von der Rennstrecke haben, wie man diese bestimmten Wirkungsgrade erreicht, können wir das nutzen, um einen Antriebsstrang zu entwickeln, der auf der Straße abliefert."

Gäste nutzen den offiziellen Team-Simulator in der Porsche Motorsport Lounge beim Formel-E-Prix Berlin

Mit UGRacing auf dem Weg zu etwas Neuem

Es gibt Formel-E-Rennteams und dann gibt es Formula Student-Rennteams. Die Mitglieder des UGRacing-Teams der University of Glasgow beschäftigen sich damit, einen elektrifizierten Einsitzer für einen Formula Student-Rennwagenwettbewerb zu entwickeln. Als Nutznießer der Ansys Student Team Partnership erhält UGRacing sämtliche kostenlose Software, Ressourcen und Unterstützung, die sie benötigen, um während der Entwicklung wettbewerbsfähig zu sein.

"(Simulation) ermöglicht uns ein iteratives Design", sagt Jolie Bonner, Teamleiterin bei UGRacing. "Ansys-Software wird in einer EV-Abteilung unseres Teams eingesetzt. Da es sich um unser erstes EV-Auto handelt, müssen wir natürlich schauen, dass wir auf der sicheren Seite sind. Wir gehen das hier mit wenig Hintergrundwissen an. Die Möglichkeit, Dinge zu simulieren, bewahrt uns vor womöglich riesigen Katastrophen."

UGRacing tritt in drei Klassen an: einer Konzept-Klasse, einer Formula Student-Klasse und einer fahrerlosen Klasse. Das Projekt wird in Gänze im Verlauf des gesamten Studiums durchgeführt. In den nächsten Jahren wird das Team mit Hilfe von Ansys-Software an einem autonomen Rennwagen arbeiten, um sich auf die Saison 2026 vorzubereiten, in der es unter den ersten drei Plätzen landen möchte.

"Wir beginnen mit den Erkennungs-Systemen, das heißt wir schauen uns Sensoren an und versuchen, Informationen über die Strecke zu sammeln", sagt Joseph Ugrane, leitender Software-Ingenieur bei UGRacing. "Dann müssen wir eine zu fahrende Route über die Strecke entwickeln und herausfinden, wie schnell wir das Rennen fahren können. Und gleichzeitig versuchen wir, so viele Sensordaten wie möglich zu sammeln, um eine grundlegende Bewertung der Geschehnisse vornehmen zu können. Wir haben viele verschiedene Software-Teams, und wir alle tragen gemeinsam zur Lösung der Problematik 'autonomer Rennsport' bei."

Auf Hochschulebene gibt es zweifellos viele Premieren. Jedes Jahr müssen die Studenten vor dem Wettbewerb ein völlig neues Fahrzeugdesign entwickeln. Dabei sammeln sie wertvolle Erfahrungen im Umgang mit einer Reihe von Ansys-Werkzeugen und -Lösungen, um als Team neue Herausforderungen in der thermischen, strömungstechnischen und mechanischen Fahrzeugdynamik zu meistern.

Bild: Jolie Bonner, Teamchefin von UGRacing (links), diskutiert die Simulationsstrategie mit "Driven by Simulation"-Moderatorin Emma Walsh.

"Dadurch, dass wir in der Lage sind, Dinge zu simulieren, wissen wir im Hinblick auf den Wettbewerb über unser Auto mehr und können unsere Designentscheidungen rechtfertigen. Und zwar ohne dass wir dreimal so viel Geld ausgeben müssen, wie beispielsweise für den Bau eines Autos, um alles physisch testen zu können. Es ist also absolut unerlässlich für unseren Designprozess."

Alle Studenten müssen als Team zusammenarbeiten, um Budgets und Zeitpläne zu erstellen sowie ihre originellen Fahrzeugentwürfe zu bauen, zu testen und zu überarbeiten. Neben frischen Ideen ist dies genau die Art von praktischer Erfahrung, nach der Automobilhersteller suchen, und eine großartige Möglichkeit, die Karriere eines Studenten nach dem Studium zu starten.

Damit sind wir durch

Es ist an der Zeit, die Zielflagge bei "Driven by Simulation" zu schwenken. Folge 10 markiert das Ende unserer Online-Doku-Serie, die sich damit beschäftigt, wie die Simulation die Art und Weise verändert, wie wir uns fortbewegen - auf der Straße, im Gelände oder auf der Rennstrecke. Danke, dass Sie uns auf diesem wilden Ritt begleitet haben. Falls Sie es noch nicht getan haben, sollten Sie sich die restlichen Episoden mit den Motorsport-Innovatoren Oracle Red Bull Racing, Ferrari, Honda Racing USA und NASCAR ansehen.

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