Використання ШІ та технологій GM у автоспорті

Новий Технічний центр Шарлотти компанії General Motors стає центром глобальних зусиль автогіганта у світі автоспорту — від овалів NASCAR до піт-стопів на трасі Спе-Франкоршам, а незабаром і до стартового гріда Формули-1. Окрім гулу двигунів та чорних прапорів, інженери GM використовують передові симуляції, електрифіковані силові агрегати та аналітику на основі штучного інтелекту для вдосконалення динаміки автомобілів, пришвидшення розробки програмного забезпечення та підготовки нового покоління інженерів з високих показників.

Сучасний Технічний центр Шарлотти

Розташований у Конкорді, Північна Кароліна, мотоспортивний хаб GM площею 130 000 квадратних футів поєднує традиційні майстерні з сучасними лабораторіями:

• Симулятори з водієм у циклі: Шість платформ з шести ступенів свободи, що працюють з реальними фізичними моделями на частоті 8 кГц, з LED-екранами з полем зору 270° та програмним забезпеченням стандарту галузі (наприклад, SCANeR, rFpro) для емуляції шин, аеродинаміки та силових агрегатів.
• Вібраційні стенди: Системи, здатні витримувати навантаження до 16 000 фунтів у випадкових та синусоїдальних режимах, що дозволяє тестувати втомлювальні характеристики компонентів і шасі під навантаженнями, що відповідають гоночним умовам.
• Спортзал для водіїв: Бігові доріжки з максимальним споживанням кисню (VO₂ max), інерційні вимірювальні одиниці (IMUs) для нейром’язевої підготовки, а також камери з температурними режимами для моделювання екстремальних умов в кокпіті.
• Система швидкого прототипування: 3D-принтери з можливістю роботи з різними матеріалами (SLS, SLA, вуглецеві композити) та CNC-осередки для виготовлення кріплень, повітроводів та навіть макетів гальмівних супортів на наступний день.

Командний центр дистанційного управління гонками та аналітика даних

Командні центри GM для гонок — це конференц-зали, обладнані 4K та 8K екранами, на яких відображається живий телеметричний потік, відео та дані на основі штучного інтелекту. Ключові технології включають:

• Вузли обробки даних на краю: Надійні сервери в піт-лейні, що комунікують через приватні 5G та мікрохвильові канали з AWS EC2 C6gn для швидкого вивантаження даних та обробки пакетів після сесій.
• Прогнозування жовтих прапорів за допомогою ШІ: Обробка природної мови на основі радіозв’язку в поєднанні з сенсорами DRS, вбудованими на трасі, що забезпечує 92% точності в прогнозуванні жовтих прапорів за 30 секунд до їх появи.
• Виявлення пошкоджень на основі зображень: Конволюційні нейронні мережі аналізують трансляції з частотою 60 кадрів на секунду та фотографії, сповіщаючи інженерів про пошкодження підвіски або кузова протягом двох секунд.
• Прискорені робочі процеси CFD: Моделі ANSYS Fluent з 15 мільйонами елементів, що обробляються на графічних процесорах NVIDIA A100, зменшуючи час симуляції з чотирьох тижнів до менше ніж чотирьох годин для повного циклу аеродинамічного розвитку.

Динаміка автомобілів та інженерний розвиток

Старший віце-президент Кен Морріс підкреслює, що реальні гонки вдосконалюють навички, які неможливо відтворити в ізоляції. Основні напрямки:

• Налаштування крутильності: Цільові показники шасі 18 кН/градус досягаються шляхом оптимізації геометрії стабілізаторів і вуглецевого кріплення, що покращує точність поворотів та зворотний зв’язок.
• Кінематика підвіски: Багатоланкова задня частина з демпферами, активованими важелями, що забезпечують незалежний контроль кута камберу та розвалу під бічним навантаженням.
• Теплове управління гальмами: Дослідження CFD для повітроводів з перемінними фланцями, що направляють повітря до 6-поршневих моноблочних супортів, підтримуючи температури роторів на рівні близько 550 °C під час тривалих заїздів.

Дорожня карта електрифікації та доцільність BEV у NASCAR

Гібридні силові агрегати є обов’язковими у Формулі-1 з 2014 року, і програми витривалості GM тепер використовують компактні суперконденсатори в машинах IMSA та WEC. Розглядаючи можливість створення повністю електричної серії NASCAR, інженери GM вказують на кілька викликів і шляхів розвитку:

• Архітектура батарей: Пакети NMC-811 з напругою 700 В досягають 260 Вт·год/кг, рідинне охолодження з мікроканальними теплообмінниками, здатними відводити 250 кВт безперервного теплового навантаження.
• Обмеження регенерації: Овальні траси пропонують незначні можливості для регенерації; інженери досліджують стратегії змішування гальм та відновлення кінетичної енергії під час в’їзду в піт-стопи.
• Прототип BEV Support Series: Концепт 2026 року з інвертором на 800 В з кремнію карбіду (SiC), здатним досягати пікової потужності 600 кВт, з метою досягнення часу 0-60 миль за 1.9 секунди та дальності 300 миль за змішаних гоночних умов.

«Для електричних силових агрегатів цикл розробки та ітерацій у гонках — запуск, аналіз даних, оновлення програмного забезпечення, повторення — є критично важливим», — зазначає Морріс. «Ми наймаємо інженерів з батарей і силових установок, які прагнуть безпосереднього переходу до виробництва електромобілів, від хімії елементів до калібрування тягових інверторів».

Хмара, що підключена до симуляцій та аналітики даних

Окрім обчислень на місці, GM інтегрує хмарні рішення:

• Інтеграція високопродуктивних обчислень (HPC): Кластери Microsoft Azure HBv3 для великих обчислень методом скінченних елементів та багатотілесних динамічних симуляцій, скорочуючи час проектування на 60%.
• Цифрові двійники: Реальні репліки гоночних автомобілів, що отримують потоки даних з сенсорів у реальному часі, дозволяючи агентам ШІ пропонувати стратегії піт-стопів за допомогою алгоритмів Монте-Карло.
• Дані та бізнес-аналітика: Єдина платформа даних на основі Snowflake для міждисциплінарних запитів — з’єднання аеродинамічних навантажень, тисків у шинах, телеметрії водіїв та прогнозів погоди через інформаційні панелі Power BI.

Талант у інженерії: підготовка наступного покоління

Автоспорт залишається провідною практичною лабораторією GM для молодих інженерів:

• Ротаційні програми: 12-місячні стажування, що чергуються між підтримкою на трасі, симуляцією CAE та командами інтеграції дорожніх автомобілів.
• Майстер-класи з ШІ: Курси TensorFlow та PyTorch, які проводять внутрішні фахівці з даних, з фінальним хакатоном для створення ботів для гоночних стратегій.
• Крос-функціональна співпраця: Спільні проекти між командами силових установок, шасі та програмного забезпечення, що сприяють комплексному поліпшенню продуктивності автомобілів.

«Гонки змушують вас вирішувати технічні проблеми, що виходять за межі можливого, під тиском термінів. Ці інженери потім проектують більш безпечні та цікаві дорожні автомобілі», — говорить Морріс.

Перспективи: амбіції Cadillac у Формулі-1

Наприкінці 2025 року GM підтвердила участь Cadillac у Формулі-1, спочатку співпрацюючи з гібридним двигуном Ferrari, що складається з 1.6-літрового V6 турбодвигуна з системами MGU-K та MGU-H, перш ніж перейти до повністю власного силового агрегату до 2029 року. Основні цілі включають:

• Відновлення MGU-K: Збирання кінетичної енергії під час гальмування на рівні 120 кВт, інтегровано в спеціально розроблений електронний блок управління (ECU) з дотриманням стандарту ISO 26262.
• Теплова ефективність: Відновлення тепла через мотор/генератор турбонагнітача MGU-H, що сприяє досягненню цільової теплової ефективності гальм вище 52%.
• Зберігання енергії: Пакет літій-іонних елементів обмежений до 50 кг та 50 кВт·год, з високопровідними шинами та активним балансуванням елементів для пікових швидкостей розряду до 400 кВт.

«Свобода розробки програмного забезпечення в гібридних регламентах Формули-1 пришвидшує наші алгоритми управління батареєю, а аеродинамічні обмеження стимулюють наші команди CFD до інновацій», — додає Морріс.

З розширенням присутності GM у NASCAR, IndyCar, IMSA, WEC та Формулі-1, поєднання електрифікації, штучного інтелекту та хмарних симуляцій закріплює автоспорт як випробувальний майданчик та кузню для розробки автомобілів і інженерів майбутнього.