10.000 Simulationen für ein Gen4-Bauteil: So entwickelt Stellantis seinen Formel-E-Boliden

Noch bevor der erste Gen4-Bolide von Stellantis auch nur einen Meter gefahren war, hatten die Ingenieure das Fahrzeug längst virtuell auf die Strecke geschickt. Seit Januar 2024 arbeitet das Entwicklungsteam mit mathematischen Modellen des neuen Formel-E-Autos und stellt ihnen immer neue Fragen: Wie verändert sich die Beschleunigung bei mehr Leistung? Wie wirken sich Gewicht, Reifenhaftung oder eine andere Auslegung des Antriebs auf Fahrverhalten und Rundenzeit aus? Allein für die Auslegung einer einzigen Komponente liefen zeitweise rund 10.000 Simulationen innerhalb eines Monats.

Wie groß der Aufwand hinter dieser virtuellen Entwicklungsarbeit tatsächlich ist, erklärte Stellantis-Simulationsingenieurin Teena Gade e-Formel.de bei den privaten Gen4-Testfahrten von Citroen.

Vereinfacht gesagt bilden die Ingenieure das reale Fahrzeug mit mathematischen Gleichungen im Computer nach. Anschließend verändern sie einzelne Parameter und berechnen, wie sich das Auto unter den neuen Bedingungen verhalten würde. Mit fortschreitender Entwicklung werden diese Modelle immer detaillierter.

Besonders aufwendig war unter anderem die Auslegung der Motor-Generator-Einheit (MGU) an der Hinterachse, die das Fahrzeug antreibt und beim Bremsen gleichzeitig elektrische Energie zurückgewinnt.

"Allein für die Auslegung der MGU gab es einen Monat, in dem wir etwa 10.000 Simulationen durchgeführt haben, nur um zu unserer Antwort zu kommen. Und das ist nur eine einzige Komponente", beschreibt Gade die Größenordnung, die für die Entwicklung notwendig war.

Die 10.000 Simulationen für eine einzelne Komponente sind nur ein kleiner Teil des gesamten Entwicklungsprogramms. Wie viele Simulationen Stellantis seit Projektbeginn durchgeführt hat, kann selbst Gade nicht beziffern.

"Ich könnte nicht sagen, wie viele Simulationen wir durchgeführt haben. Aber wenn wir bis zum Ende des Gen4-Projekts im Milliardenbereich liegen, würde mich das überhaupt nicht überraschen."

Rechenleistung setzt der virtuellen Entwicklung Grenzen

Dahinter stehen unterschiedlich komplexe Modelle. Während sich manche Fragestellungen mit vergleichsweise einfachen Berechnungen lösen lassen, bestehen die aufwendigsten Fahrzeugsimulationen aus Millionen Gleichungen. Wie detailliert und schnell solche Modelle berechnet werden können, hängt deshalb vor allem von der verfügbaren Rechenleistung ab.

"Simulation endet nie. Es gibt viele verschiedene Arten von Simulationen. Die größte Einschränkung bei der Simulation ist natürlich die verfügbare Rechenleistung."

Kann KI Formel-E-Ingenieure ersetzen?

Auf Nachfrage von e-Formel.de, welche Rolle Künstliche Intelligenz inzwischen in ihrer Arbeit spielt, erklärt Gade: "KI hat ihre Einsatzgebiete. Aber ein entscheidender Punkt ist, dass unsere Arbeit den Gesetzen der Physik folgt. Für uns gelten die Newtonschen Gesetze, und wir kennen diese Gesetze. Bei KI hat man dagegen eine Blackbox: Wie sie im Inneren zu einem bestimmten Ergebnis kommt, ist nicht ohne Weiteres nachvollziehbar."

Für bestimmte Aufgaben setzt Gade KI dennoch bereits regelmäßig ein – allerdings eher als Werkzeug denn als Ersatz für klassische Simulationen. "Im Moment ist KI, zumindest für meine Arbeit, mein Copilot. Wenn ich schnell Analysecode schreiben möchte, ist sie dafür großartig. Ich sage: 'Ich muss all diese Diagramme erstellen und die Daten auf diese Weise darstellen.' Wunderbar – dann schreibt sie den Code für mich."

"Kann sie mich in meinem Job ersetzen? Noch nicht", sagt Gade und fügt augenzwinkernd hinzu: "Noch."

Noch interessanter könnte KI dort werden, wo nicht das physikalische Verhalten eines Bauteils möglichst genau nachgebildet werden soll, sondern große Datenmengen nach Zusammenhängen durchsucht werden. Ein Beispiel sind Strategiesimulationen: Dabei lassen die Ingenieur:innen im Computer immer wieder Rennen mit unterschiedlichen Szenarien ablaufen, um herauszufinden, welche Strategie unter welchen Bedingungen besonders erfolgversprechend ist.

"Wenn wir beispielsweise eine Strategiesimulation betrachten, könnten wir sagen: Ich gebe der KI die Rundenzeiten jedes einzelnen Formel-E-Autos aus den vergangenen zehn Jahren. Vielleicht kann sie daraus Zusammenhänge zwischen verschiedenen Informationen erkennen, die wir bislang noch nicht erkannt haben."

Weitere Einblicke aus unserem Gespräch mit Teena Gade folgen in den kommenden Tagen auf e-Formel.de.