Warum Tests der Simulation den Vorzug vor der Rennstrecke geben

Moderne Tests sind mit einer harten Realität konfrontiert. Die Fahrzeuge von heute können sich nicht mehr allein auf die Tests auf der Rennstrecke verlassen. 

Die neuesten Elektroautos und autonomen Fahrzeuge sind so komplex und software, dass herkömmliche Testfahrten auf der Rennstrecke einfach nicht alle Bedingungen oder Vorteil abdecken können, denen diese Fahrzeuge begegnen werden. Tatsächlich haben die Forscher:innen gezeigt, dass ein autonomes Fahrzeug Hunderte von Millionen - sogar Milliarden - von Kilometern auf öffentlichen Straßen zurücklegen müsste, um statistisch zu beweisen, dass es sicher ist - ein unmögliches Unterfangen ohne virtuelle Tests. Physikalische Teststrecken haben nach wie vor ihre Berechtigung, aber nur fortschrittliche Simulationen bieten die erforderliche Effizienz, Abdeckung und Sicherheit. Mit anderen Worten, ein simulationsbasierter Ansatz ist nicht optional - er ist zum einzig effektiven Weg geworden, um moderne elektrische und selbstfahrende Systeme schnell und sicher zu testen und Verfeinern .

Moderne Fahrzeuge wachsen über das Gleis hinaus Tests

Komplexe, software Fahrzeuge

Die Automobiltechnik hat Fahrzeuge in hochtechnologische, software Maschinen verwandelt. Ein typischer Neuwagen enthält Dutzende von elektronischen Steuergeräten und rund 100 Millionen Codezeilen die alles steuern, vom Batteriemanagement bis zum Bremsen und autonomen Fahren. Diese enorme Komplexität bedeutet, dass es zahllose Wechselwirkungen und potenzielle Fehlermöglichkeiten gibt, die bei begrenzten Fahrten auf der Rennstrecke möglicherweise nicht auffallen. Wenn ein so großer Teil der Funktionalität eines Fahrzeugs in der software steckt, besteht die Gefahr, dass bei Testfahrten subtile Fehler oder Integrationsprobleme übersehen werden, die tief in diesen Millionen von Zeilen verborgen sind.

Zeit- und Kostenbeschränkungen bei physischen Tests

Sich ausschließlich auf Tests auf der Rennstrecke und physische Prototypen zu verlassen, ist nicht nur riskant, sondern auch langsam und teuer. Der Bau eines neuen Fahrzeugprototyps für jede Design-Iteration kostet eine Menge Geld und dauert Wochen oder Monate. Hinzu kommt die Logistik der Tests auf der Rennstrecke: Buchen von Einrichtungen, Vorbereiten von Fahrzeugen, Durchführen eines Testszenarios nach dem anderen und Warten auf das Wetter oder Tageslicht. Wenn ein Fehler bei einem Streckentest entdeckt wird, kann der Entwicklungszyklus bereits fortgeschritten sein. In vielen Fällen erfahren die Teams erst dann, dass eine Komponente oder ein software nicht die erwartete Leistung erbringt, wenn ein kompletter Fahrzeugprototyp zusammengebaut ist - und das kann weit über ein Jahr nach der Entwicklung sein. Diese späte Entdeckung führt zu kostspieligen Nacharbeiten und Verzögerungen. Einfach ausgedrückt: Der alte Ansatz "bauen, testen und reparieren" ist für die schnellen Innovationszyklen von heute zu langsam, insbesondere wenn ein einziger Prototyp Hunderttausende von Dollar kosten kann.

Die Simulation deckt Szenarien ab, die Tests verfolgen

Die Echtzeitsimulation hat sich als Antwort auf viele Szenarien und Belastungen herauskristallisiert, die sich mit Tests allein nicht abdecken lassen. Im Gegensatz zu einem physischen Testgelände kann die Simulation praktisch alle vorstellbaren Bedingungen nachbilden - von blendenden Schneestürmen bis zu Sensorausfällen - ohne reale Fahrzeuge oder Fahrer zu gefährden. Ingenieur:innen können Tausende von Testszenarien erstellen und sie nacheinander oder sogar gleichzeitig durchführen. Vor allem aber können sie Ereignisse simulieren, die im wirklichen Leben viel zu gefährlich wären, wie z. B. das Versagen des Bremssystems oder das Platzen eines Reifens bei Autobahngeschwindigkeit, ohne einen Prototyp zu gefährden. Diese breite virtuelle Abdeckung ermöglicht ein viel tieferes Verständnis des Fahrzeugverhaltens in allen Vorteil .

Die Simulation beseitigt auch die zeitlichen und räumlichen Beschränkungen, die in der Praxis die Tests auf der Strecke einschränken. Ein führender Entwickler von autonomen Fahrzeugen hat zum Beispiel berichtet, dass er über 7 Milliarden Fahrkilometer in der Simulationim Vergleich zu nur etwa 10 Millionen Meilen auf öffentlichen Straßen. Diese Diskrepanz verdeutlicht, dass Ingenieur:innen mit virtuellen Tests eine um Größenordnungen größere Bandbreite an Szenarien erforschen können, als dies mit physischen Testfahrzeugen jemals möglich wäre. Jeder Simulationslauf über Nacht kann Bedingungen testen, die mit einer Flotte von Prototypen im Feld Jahrzehnte dauern könnten. Wird bei einem dieser virtuellen Tests ein Problem festgestellt, kann Ingenieur:innen es beheben, lange bevor ein echtes Fahrzeug in eine kritische Situation gerät. Kurzum, kein kritisches Szenario bleibt ungeprüft.

Virtuelle Tests senken Entwicklungszeit und -kosten

Bei der Umstellung auf eine simulationsbasierte Tests geht es nicht nur um Sicherheit und Abdeckung. Es geht auch um eine grundlegende Beschleunigung der Entwicklung und eine Senkung der Kosten. Virtuelle Tests ermöglichen den Teams eine viel schnellere Iteration als der alte Prototyp- und Tracking-Ansatz. Dieser Ansatz beschleunigt die Projekte und senkt die Kosten in mehrfacher Hinsicht.

• Frühzeitige Problemerkennung: Durch die Simulation können Ingenieur:innen software und Integrationsprobleme im Labor während der Entwurfsphase erkennen, lange bevor die hardware gebaut wird. Das frühzeitige Erkennen und Beheben von Problemen hilft, teure Änderungen in letzter Minute zu vermeiden.
• Weniger physische Prototypen: Realitätsnahe Simulatoren reduzieren die Anzahl der zu bauenden Prototypen erheblich. Jeder physische Prototyp kann kosten etwa $500,000kosten, und die Hersteller bauen oft Dutzende pro Modell - ein extrem teures Unterfangen. Wenn viele dieser physischen Modelle durch virtuelle Modelle ersetzt werden, lassen sich Millionen einsparen.
• Schnellere Testiterationen: Was auf einer Rennstrecke Wochen dauern könnte, kann mit der Simulation oft in wenigen Stunden erledigt werden. Es muss nicht auf die Verfügbarkeit der Strecke oder das ideale Wetter gewartet werden, und die Teams können Szenarien ohne Ausfallzeiten hintereinander ausführen, um Entwürfe zu Verfeinern .
• Parallele und automatisierte Tests: Mit virtuellen Werkzeugen können mehrere Tests parallel und unbeaufsichtigt durchgeführt werden. Ingenieur:innen können eine Reihe von Szenarien automatisieren, die über Nacht ausgeführt werden, was die Testabdeckung und den Durchsatz drastisch erhöht.
• Risikofreie Stresstests: Die Simulation bietet eine sichere Möglichkeit, Komponenten bis zum Ausfall zu testen und zu sehen, wie Kontrollsysteme reagieren. Ingenieur:innen können Sensorfehler oder extreme Bedingungen in einem virtuellen Modell hervorrufen, ohne die reale hardware zu beschädigen. Auf diese Weise werden Schwachstellen aufgedeckt, deren Entdeckung bei realen Tests gefährlich und teuer wäre.

All diese Vorteile summieren sich zu einem wesentlich effizienteren Entwicklungszyklus. Ein Validierungsprogramm, das sich in hohem Maße auf die Simulation stützt, kann den Zeitplan verkürzen, da Nacharbeiten und untätiges Warten entfallen. Automobilteams, die hardware verwenden, um Systeme abzustimmen und zu testen, bevor sie physische Prototypen bauen, haben berichtet Millionen von Dollar und Monate Zeit. Wenn ein Design die Rennstrecke erreicht, hat es sich bereits in Hunderten von Stunden virtueller Testläufe bewährt - mit dem Ergebnis, dass es weit weniger Überraschungen gibt und der Weg zur Genehmigung kürzer ist.

Simulation hat Vorrang in Tests

Angesichts der explodierenden Komplexität der Fahrzeuge und der eindeutigen Produktivitätsgewinne durch die Simulation räumen die Prüflabore der Simulation heute höchste Priorität in ihren Programmen ein. In der Praxis werden neue Komponenten, software und sogar ganze Fahrzeugmodelle ausgiebigen virtuellen Tests unterzogen, lange bevor der Gummi auf die Straße kommt. Erst nachdem ein Design in zahllosen simulierten Szenarien geprüft wurde, bauen Ingenieur:innen einige physische Prototypen zur endgültigen Bestätigung auf der Rennstrecke. Das alte Modell, wonach Tests auf der Rennstrecke die Entwicklung vorantreiben, hat sich umgedreht - jetzt leitet die Simulation die Konstruktionsentscheidungen, während die Zeit auf der Rennstrecke als zweiter Schritt der Validierung dient.

Dieser Wandel ist in der gesamten Branche zu beobachten. Automobilhersteller und -zulieferer investieren in hochmoderne Simulatoren und erweitern ihre Labors um Simulationsspezialisten. Ein großer Tier-1-Zulieferer hat kürzlich bekannt gegeben, dass er zu einem "digitalen Standard"-Entwicklungsprozess übergeht, wobei die hardware ein Schlüsselelement dieser Strategie darstellt. Mit anderen Worten, die Standardannahme wird sein, virtuell zu testen und zu iterieren, es sei denn, es gibt einen besonderen Grund, einen physischen Prototyp zu bauen. Die Unternehmen haben gelernt, dass physische Tests als primäres Werkzeug für die moderne Entwicklung zu langsam und unflexibel sind.

Entscheidend ist, dass die simulationsbasierten Tests es Ingenieur:innen ermöglichen, neue Herausforderungen wie elektrische Antriebsstränge und autonome Fahrsysteme mit Zuversicht anzugehen. Algorithmen für das Batteriemanagement, fortschrittliche Funktionen und KI-basierte Fahrlogik können in einem Simulator ausgiebig getestet werden, um sicherzustellen, dass sie Vorteil bewältigen und Sicherheitsanforderungen erfüllen, bevor sie jemals ein echtes Auto steuern. Für ein Labor bedeutet dies weit weniger Überraschungen bei späteren Tests auf der Rennstrecke oder im Feld. Physikalische Tests sind für den endgültigen Nachweis und die behördliche Zulassung nach wie vor unverzichtbar, aber sie sind zu einem bestätigenden Schritt geworden, nicht zu einem explorativen. Die harte Erkundungsarbeit, bei der die Systeme bis an ihre Grenzen gebracht werden, um eventuelle Schwachstellen aufzudecken, findet jetzt in der Simulation statt.

OPAL-RT und simulationsgestützte Tests

Aufbauend auf dieser Verlagerung hin zu simulationsbasierten Tests bietet OPAL-RT Echtzeitsimulationen und hardware, mit denen Automobillabore komplexe Systeme schnell und sicher validieren können. Mit unseren digitalen Hochleistungssimulatoren können Ingenieur:innen reale Fahrzeugkomponenten - wie z.B. elektronische Steuergeräte (ECUs) - in ultra-realistische Echtzeitmodelle integrieren. In der Praxis kann Ihr Team einen elektrischen Antriebsstrang oder einen Algorithmus für das autonome Fahren an einem virtuellen Fahrzeug mit hohem Realitätsgrad testen, lange bevor ein physischer Prototyp gebaut wird. Indem die OPAL-RT-Technologie kritische Systeme in zahllosen virtuellen Szenarien durchspielt, stellt sie sicher, dass ein Entwurf bereits gründlich geprüft und verfeinert wurde, wenn er auf die Rennstrecke kommt.

OPAL-RT ist der Ansicht, dass simulationsgestützte Tests nicht nur vorteilhaft, sondern unerlässlich sind. Durch die Einführung eines simulationsbasierten Arbeitsablaufs, der durch robuste Echtzeitplattformen unterstützt wird, können Labore ihre Tests und ihr Vertrauen in die Produktsicherheit erheblich verbessern. Wir sind stolz darauf, führende Automobilhersteller, Zulieferer und Forscher:innen dabei zu unterstützen, die Simulation zur neuen Norm zu machen. Der Weg zu sichereren, fortschrittlicheren elektrischen und autonomen Fahrzeugen wird mit Simulation gepflastert sein, und OPAL-RT hat sich verpflichtet, die Vorteil Werkzeuge bereitzustellen, die dies möglich machen.