Nasi specjaliści od aerodynamiki poświęcili znaczną część swojej drogi zawodowej szczegółom, których większość ludzi nie dostrzega. Ponad połowa naszego zespołu zajmującego się aerodynamiką zdobywała doświadczenie w Formule 1, gdzie opór powietrza jest albo największym sprzymierzeńcem, albo najtrudniejszym przeciwnikiem. Kiedy gonisz milisekundy na okrążeniu, liczy się każda krzywizna i każdy milimetr.
Ta sama pasja pomogła zwiększyć aerodynamiczną skuteczność nowego elektrycznego pick‑upa klasy średniej o ponad 15% w porównaniu z innymi modelami, dostępnymi obecnie na rynku, co ostatecznie przełoży się na większy zasięg i niższe koszty eksploatacji. 1
Wpływ F1: Szybka przegrana, szybka poprawa
Podczas konstruowania naszego nowego elektrycznego pick‑upa klasy średniej nie szukaliśmy inspiracji wyłącznie w branży motoryzacyjnej – zwróciliśmy się również w stronę torów wyścigowych. W procesie badawczo‑rozwojowym zastosowaliśmy metodę „szybka przegrana, szybka poprawa”, stosowaną w Formule 1.
Kiedy prześledzimy historię, zauważymy, że tunele aerodynamiczne były dotychczas wykorzystywane pod koniec etapu projektowania do oceny sprawności projektu, a wtedy niewiele można już zmienić. Odwróciliśmy kolejność. Wykorzystaliśmy tunel aerodynamiczny jako narzędzie na etapie badawczo-rozwojowym, gdy projektanci dopiero zaczynali przelewać swoje pomysły na papier, działając z taką samą determinacją, jak ekipa pit-stopu podczas wyścigu.
Aby to osiągnąć, wykorzystaliśmy modułową konstrukcję naszego pojazdu testowego, zbliżoną do klocków Lego. Umożliwiło nam to wymianę w ciągu zaledwie kilku minut części drukowanych i obrabianych w 3D, takich jak osłony podwozia, elementy przedniego pasa, czy zawieszenie. Przetestowaliśmy tysiące komponentów drukowanych w technice 3D, w tym różne wersje zawieszenia i jednostek napędowych, które nie istniały jeszcze jako funkcjonujące prototypy. Na ruchomym torze/bieżni o grubości 1,2 mm, dostosowanym do rozmiarów samochodu i prędkości powietrza wynoszącej 140 km/h, zmierzyliśmy siły oporu powietrza, działające na bryłę pojazdu w pionie, wzdłuż i poprzecznie, badając ich wartości po zastosowaniu różnych elementów konstrukcyjnych.
Części wydrukowane w 3D do naszych symulacji były odwzorowane na tyle precyzyjnie, że różnica wynosiła zaledwie ułamki milimetra. Dzięki temu mogliśmy lepiej zrozumieć, jak każdy szczegół wpłynie na zasięg jazdy i wydajność w warunkach rzeczywistych.
To szybkie tempo pozwoliło cały czas kontrolować realizację celów zespołu, związanych z poprawą wydajności – wskaźników, które wpływają bezpośrednio na wykorzystanie skuteczności aerodynamicznej do podniesienia zmniejszenia zużycia energii z akumulatora i szacowany zasięg. Pomogło to również zebrać dane, potrzebne do ulepszenia możliwości symulacyjnych i udoskonalenie zdolności przewidywania w zakresie obliczeniowej dynamiki płynów.
Szybsze testowanie to tylko połowa sukcesu, trzeba też myśleć szybciej.
Aby przetworzyć ogromny zasób danych napływających ze zwiększonych matryc czujników, został przebudowany od podstaw zestaw aerodynamicznych narzędzi cyfrowych. Opracowano nowoczesne systemy przepływu danych i niestandardowe wizualizacje, dzięki czemu zespół zajmujący się aerodynamiką uzyskał płynny przepływ informacji. Wszyscy, zarówno w Michigan, jak i w Kalifornii, mogli przeglądać dane z tunelu aerodynamicznego w czasie rzeczywistym i porównywać je z symulacjami. W przeciwieństwie do Formuły 1 zespołu nie ograniczała lista reguł dotyczących mocy obliczeniowej, liczby godzin, ani typu superkomputera, z którego mogliśmy korzystać.
Nowe narzędzia cyfrowe nie tylko przyspieszają pracę — są fundamentem przyszłych projektów opartych na sztucznej inteligencji. Pozwalają dokładnie określić, które zmiany mogą mieć największy wpływ na koszty i zasięg akumulatorów, pomagając zrozumieć fizyczne przyczyny tych zjawisk. Przecież powietrze jest niewidoczne.
Zestaw narzędzi korzystający z doświadczeń F1 wskazał korzyści aerodynamiczne w obszarach, które inni mogą przeoczyć. Oto trzy sposoby, dzięki którym udało się przedłużyć zasięg nowego elektrycznego pick‑upa Forda:
- Wirtualna powierzchnia
Linia dachu została uformowana tak, aby powietrze o dużej prędkości opadało łagodnie w profilu przypominającym łezkę w kierunku skrzyni ładunkowej. Tworzy to „wirtualną powierzchnię”, która sprawia, że strumień całkowicie omija skrzynię ładunkową. Dla powietrza nie jest to już stawiający opór pick‑up, ale samochód o eleganckiej, aerodynamicznej sylwetce.
- Lusterka warte 2,4 km
Innowacje często powstają w wyniku uproszczeń. Zamiast używać oddzielnych silników do regulacji i składania lusterek, udało się powierzyć te funkcje jednemu siłownikowi. A skoro korpus lusterka nie wymaga już wewnętrznej przestrzeni manewrowej, umożliwiającej niezależny ruch tafli lustra, cała obudowa zmniejszyła się o ponad 20%. Zmniejszenie powierzchni czołowej i masy pozwala uzyskać bardziej aerodynamiczny kształt, zwiększając zasięg o około 2,4 km. Nie wygląda to imponująco, ale te drobne zyski się sumują.
- Osłony podwozia
Spód pick‑upa jest zazwyczaj aerodynamicznym koszmarem. Potraktowaliśmy ten element jak spody pojazdów wyścigowych, ukrywając łby śrub w miniaturowych pogłębieniach, równo z powierzchnią i starannie projektując podwozie, aby poprowadzić strumień wokół przednich opon i zawieszenia. Chociaż nie można całkowicie wyeliminować aerodynamicznych ogonów, pozostawianych przez koła, można je ograniczyć. Ślad aerodynamiczny przednich opon skierowany bezpośrednio w stronę opon tylnych, skutecznie „ukrywa” tylne koła. Skoro wyeliminowano przeciskanie się tylnych opon przez powietrze, do zasięgu jazdy udało się dodać kolejne 7,2 km.
Różnica 80 km
Model jest indywidualnym, zintegrowanym systemem. Twórcy nie mogli po prostu wykorzystać karoserii istniejącego już pick‑upa, nie pozwoliłaby na to fizyka. Aby klient otrzymał samochód o odpowiednim zasięgu, w przystępnej cenie, od pierwszego dnia inżynierowie i styliści musieli starannie opracować profil nadwozia.
Efekt
To pewne, że gdyby ten sam akumulator zastosowano jako źródło napędu najbardziej aerodynamicznego spalinowego amerykańskiego pick‑upa, model elektryczny miałby zasięg większy o prawie 80 km czyli o 15%. A przy prędkościach autostradowych nawet o 30% więcej. 2
Przechodzimy do rzeczywistych testów na torach i ulicach miast, aby upewnić się, że każdy szczegół jest odpowiedni. Pozyskane informacje pomogą nam udoskonalić modele produkcyjne i opracować kolejną generację uniwersalnej platformy pojazdów elektrycznych.
Być może nie widać powietrza i oporów, nad którymi pracowaliśmy, ale z pewnością można poczuć różnicę podczas jazdy.
###
1 Na podstawie testów wewnętrznych Forda.
2 Na podstawie prognozowanej sprawności aerodynamicznej nowego elektrycznego pickupa Forda w porównaniu z pickupem Ford Maverick z 2025 r. i pickupem Hyundai Santa Cruz z 2022 r.
Często zadawane pytania
Jakie jest ogólne podejście firmy Ford do opracowania uniwersalnej platformy pojazdów elektrycznych?
Ford wykorzystujemy sprawdzone metody inżynierii systemowej w projektowaniu i konstruowaniu pojazdów, inżynierii oprogramowania, łańcuchu dostaw i produkcji. Ta współpraca całkowicie zmienia podejście do produkcji, a każda decyzja koncentruje się na zmniejszeniu rozmiarów akumulatorów i zapewnieniu klientom większej wartości pojazdu.
W jaki sposób zespoły projektowe i inżynieryjne firmy Ford podeszły do zadania poprawy aerodynamiki nowego elektrycznego pick‑upa klasy średniej?
Projektanci i inżynierowie ściśle współpracowali z ekspertami ds. aerodynamiki, którzy wcześniej opracowywali rozwiązania dla Formuły 1. Wspólnie zadbali o to, aby pick‑up nie tylko świetnie wyglądał, lecz także lepiej funkcjonował. System uzyskiwania korzyści z realizacji naszych celów skupiał wszystkich na „pogoni za fizyką” i wyznaczaniu nowych celów, poprawiających wskaźniki, podobnie jak w wyścigach samochodowych, gdzie liczy się każdy ułamek sekundy.
Jakie konkretne innowacje aerodynamiczne wdrożono w pick‑upie elektrycznym klasy średniej?
Działania obejmowały optymalizację aerodynamiki podwozia poprzez ukrycie łbów śrub w pogłębionych otworach oraz dopracowanie przepływu powietrza wokół opon i zawieszenia. Konstrukcja podwozia pozwala też kierować strumień z przednich opon wprost na tylne, skutecznie zmniejszając ich opór. Z tyłu zastosowano niskie położenie elementów napędowych, aby zminimalizować tarcie w półosiach, a obudowa silnika elektrycznego została wyprofilowana tak, aby umożliwić swobodny przepływ i zmniejszenie rozmiaru strumienia powietrza. Płaszczyzna dachu uzyskała profil łezki, aby stworzyć „wirtualną powierzchnię” nad skrzynią ładunkową, dzięki czemu dla powietrza nie jest to już stawiający opór „pick‑up”.
Źródło: Ford