Dialogo con el Ingeniero Jefe de
motores de Tesla Motors (entrevista
completa)
Entrevista para la revista especializada Chargedevs
La creación
de un vehículo eléctrico de vanguardia requiere un conocimiento profundo de
todos los componentes. Más importante aún, requiere un proceso continuo de
análisis y optimización de los componentes para superar los límites de la
autonomía de conducción, la eficiencia, el rendimiento y la reducción de
costos. El motor de combustión interna se ha beneficiado de millones de
horas-hombre en análisis y refinamiento de ingeniería durante el siglo pasado,
mientras que el esfuerzo de ingeniería colectiva de la industria de los
vehículos eléctricos acaba de comenzar.
No es de
extrañar que Tesla, el pionero de los vehículos eléctricos, invierta una
cantidad considerable de recursos en I + D interna para desarrollar mejores
piezas para vehículos eléctricos, y que sus instalaciones de prueba y su
talento en ingeniería estén a la vanguardia de la industria.
Como
diseñador principal de motores de Tesla, Konstantinos
Laskaris es responsable del diseño electromecánico y la
optimización de los motores de tracción actuales y futuros de la empresa. Antes
de unirse a Tesla, Laskaris obtuvo un doctorado de la Universidad Técnica Nacional
de Atenas, Grecia. Allí combinó metodologías avanzadas y desarrolló algoritmos
para la optimización de la geometría del motor.
Charged
recientemente conversó con el gurú del motor de Tesla para aprender más sobre
el proceso que la compañía utiliza para evaluar y optimizar continuamente las
opciones de diseño de motores.
Charged: En general, ¿cómo son los motores eléctricos intrínsecamente
mejores para las aplicaciones de tracción que los motores de combustión?
Laskaris:
cuando simplemente compara cualquier otro automóvil convencional de alta gama
con un Tesla, ve una enorme diferencia. Esto se debe a la tecnología.
En cuanto al
motor, específicamente, hay una gran ventaja de eficiencia, es extremadamente silencioso y sin
vibraciones, con una densidad de potencia muy alta y una respuesta directa
instantánea a las demandas. Todas estas características de los motores
eléctricos dan una ventaja de rendimiento incomparable.
Por eso era
tan importante para Tesla, como empresa, romper el estereotipo que ha existido
durante años. La gente necesitaba ver que el rendimiento, la eficiencia y el
alcance pueden coexistir en un vehículo eléctrico. El Model S de tren motriz de
doble motor es el sedán más rápido que se haya producido en serie. La potencia
total del motor supera los 700 CV y gira a una velocidad de 18.000 rpm,
velocidades que anteriormente solo encontrábamos en los vehículos de carreras
de Fórmula 1.
Charged: Cuando Tesla decide
cambiar un parámetro de sus vehículos, como aumentar la corriente máxima de la
batería o agregar capacidad de remolque, ¿qué significa eso para su equipo de
diseño de motores? ¿Tiene un proceso de diseño iterativo?
Laskaris: En
nuestra fábrica de Fremont, fabricamos prácticamente todos los aspectos del
automóvil internamente. Tenemos una instalación de desarrollo y fabricación de
motores, por lo que podemos optimizar todos los aspectos de la fabricación de
nuestros motores y controlar la calidad del producto. Además, podemos
implementar cambios en la producción muy rápido, somos una empresa muy ágil
desde esa perspectiva.
Podemos
generar geometrías de motores y analizarlas con análisis de elementos finitos
muy rápidamente. Tenemos un gran grupo de computadoras con más de 500
procesadores centrales que ejecutan elementos finitos; una computadora personal
típica tiene dos núcleos, tal vez cuatro. Eso significa que puede crear muchos
modelos virtuales en paralelo y hacer una gran cantidad de cálculos.
Básicamente, nos permite resolver los mapas de pérdidas y eficiencia muy rápido
y ver, de acuerdo con las métricas que creamos, qué tan bueno es cualquier
diseño de motor para una aplicación para la que estamos diseñando.
Charged: Parece haber una variedad infinita de topologías,
arquitecturas y configuraciones de motores eléctricos. ¿Cómo empiezas a evaluar
y comparar todas las opciones posibles?
Laskaris:
Comprender exactamente lo que quiere que haga un motor es lo principal para
optimizar. Necesita conocer las limitaciones exactas, precisamente para qué
está optimizando. Una vez que sepa eso, puede utilizar modelos informáticos
avanzados para evaluar todo con los mismos objetivos. Esto le brinda una vista
panorámica de cómo funcionará cada tecnología de motor. Luego vas y escoges el
mejor.
Con el
diseño de vehículos, en general, siempre hay una combinación de deseos y
limitaciones. Estos parámetros están relacionados con el rendimiento, el
consumo de energía, el diseño de la carrocería, la calidad y los costos. Todas
estas métricas compiten entre sí de alguna manera. Idealmente, desea que
coexistan, pero dadas las limitaciones de costos, es necesario que haya algunos
compromisos. El automóvil eléctrico tiene desafíos adicionales en el sentido de
que la utilización de la energía de la batería es una consideración muy
importante.
Todos tendrán
una percepción diferente de las compensaciones que se deben realizar. ¿Cuánta
autonomía de conducción está dispuesto a cambiar por una aceleración más
rápida, por ejemplo? Una vez que se establecen estos parámetros, puede comenzar
a evaluar las opciones y optimizar.
Charged: Tiene experiencia en la creación de algoritmos que permiten
a las computadoras simular cómo funcionará un motor en el mundo real. ¿Cómo se
traducen estas simulaciones en mejores vehículos?
Laskaris: La
tecnología o metodología de modelado matemático que utiliza es muy importante y
tiene un impacto tremendo en el éxito de los vehículos eléctricos. Cuando digo
"modelado", me refiero a comprender los principios matemáticos detrás
de un sistema y luego crear herramientas de software que representen con
precisión cómo actuará en la palabra real.
El modelado
preciso del motor es muy importante porque a través de él podemos evaluar un
motor hipotético antes de producirlo: las pérdidas, las capacidades de
rendimiento, la ondulación del par, la gestión térmica y cualquier cosa que nos
interese para clasificar qué tan bueno o malo es un motor. Y, de esta forma,
evitamos prototipos innecesarios y sorpresas desagradables.
Más allá de
eso, a través de un buen modelado de motores, podemos lograr la mejor
optimización, lo que significa que podemos lograr un rendimiento importante sin
el uso de materiales y métodos de fabricación exóticos.
La
optimización es el arte de poder navegar a través de diferentes modelados de
motores para ver qué es bueno y qué es malo. A medida que comienza a realizar
la optimización, se da cuenta de que sin un buen modelado no tiene sentido.
Esto se debe a que el proceso se basaría en una mala representación del motor
y, al final, el motor no sería realmente óptimo.
Charged: ¿Podría darnos un ejemplo de algunas compensaciones para las
que usaría el modelado para optimizar?
Laskaris:
Sí. Una gran parte del tiempo que la gente pasa conduciendo es en situaciones
de carretera con bajo torque. Sin embargo, hay muchos motores que ofrecen un
excelente rendimiento de 0 a 60 MPH, pero son muy ineficientes en las regiones
de velocidad de carretera de bajo par. Entonces, la pregunta es, ¿puedo tener
todo, tanto de alta eficiencia como de alto rendimiento? Desafortunadamente, la
respuesta es no. Pero puede tomar decisiones inteligentes entre cosas que
compiten entre sí.
Ésta es la
belleza de la optimización. Puede elegir entre todas las opciones para obtener
el mejor motor para las limitaciones. Si modelamos todo correctamente, puede
encontrar el motor con la restricción de alto rendimiento de 0-60 MPH y la
mejor eficiencia en carretera posible.
Otro ejemplo
es la eficiencia general del motor frente a su costo. Hay casos en los que
fabricar un motor de formas más costosas podría aumentar la eficiencia y
compensar varias veces la diferencia de costos al ahorrar dinero en la batería
u otros aspectos del automóvil. Por lo tanto, si puede modelar la eficiencia y
los costos del motor con precisión, puede compararlos con los ahorros de costos
de la batería. Ahora puede ver que el motor óptimo para minimizar el costo
total a menudo es diferente del motor más barato.
Todos estos
se unen para formar las métricas características del automóvil que desea
construir. Es un enfoque general de cómo partimos del diseño de parámetros y
terminamos con la configuración definitiva.
Charged: ¿En qué momento realiza pruebas de prototipos físicos para
verificar los resultados de sus modelos virtuales?
Laskaris:
Hacemos muchas pruebas de verificación antes incluso de que haya un prototipo
para una aplicación específica. Son lo que llamamos experimentos de
caracterización. Y nos permiten obtener un punto de correlación conocido y ver
si las herramientas de modelado aisladas están sincronizadas con la realidad. Por
lo tanto, es una comparación consecutiva entre lo que predice el modelo y lo
que realmente se mide. Puede que ni siquiera se parezca a un motor, podría ser
simplemente una pieza de hierro girando, por ejemplo. Luego, por supuesto,
también construimos y probamos prototipos completos.
by Christian
Ruoff . This article originally appeared in Charged Issue 21
