Když se řekne „virtuální testování“, možná si představíte herní virtuální realitu, kde si nasadíte brýle a ponoříte se do 3D světa. Pravda je ale trochu jinde. Virtuální testování vozidel je moderní technologie, která pomáhá automobilkám i certifikačním firmám testovat bezpečnost aut, autobusů a nákladních vozů. Fyzické crash testy stále mají nezastupitelnou roli, ale při určitých typech nárazů se v rostoucí míře dostávají ke slovu jejich virtuální simulace. Jak to funguje?
„Pro laika mohou výstupy z virtuálního testování vypadat podobně jako ve videohře – vidíte 3D model auta, který se při nárazu zdeformuje,“ říká Petr Záruba z TÜV SÜD Czech. „Naším úkolem není vytvářet líbivé efekty, ale simulovat skutečnou realitu – jak se budou jednotlivé komponenty i vůz jako celek chovat v případě kolize. Podle toho pak identifikujeme, zda vyhovuje předepsaným normám, je bezpečný pro pasažéry a může případně získat homologaci.“
Virtuální testování je založeno na matematické metodě konečných prvků. Jejím základem je rozdělení velmi složité konstrukce na konečný počet malých prvků (elementů). V každém z prvků následně proběhne výpočet, pomocí kterého se získá informace, jak se daný prvek deformuje a jaká síla na něj působí. Postupnými výpočty se poté získá celkové chování konstrukce – jak se ohýbá, deformuje nebo dokonce i láme při nárazu.
Dnešní počítače již za pár hodin zvládnou simulace, které mají miliony těchto prvků. Ještě před pár desítkami let to byla úplná sci-fi – tehdy se na obřích sálových počítačích počítaly jen jednoduché konstrukční prvky a trvalo to desítky hodin. „K nejnáročnějším simulacím, jak na výpočetní techniku, tak i na přípravu jsou v pasivní bezpečnosti simulace osobních aut. Uvnitř vozu je interiér jedna k jedné s realitou a hlavní výpočetní čas berou modely airbagů, zádržných systémů a také zkušebních figurín, jejichž podoba je odvozena z různých typů lidských postav,“ dodává Záruba.
Od Favoritu po moderní autobusy
Virtuální testování má v Česku dlouhou tradici. Už v roce 1966 se v Ústavu pro výzkum motorových vozidel (ÚVMV) používal sovětský počítač Minsk 22 k základním výpočtům. O dvě dekády později pomohly simulace zrychlit vývoj Škody Favorit – tehdy se na počítačích Hewlett Packard testovala odolnost proti vibracím, což mělo ušetřit rok až dva vývoje tohoto nového typu škodovky.
Tehdy se jednalo o virtuální testování určitých kritických komponent, první virtuální nárazové testy proběhly v roce 1991 a od roku 2004 už TÜV SÜD získal akreditaci, aby simulace mohly sloužit k homologaci pro autobusy podle předpisu ECE R66.
„Právě u velkých vozidel, jako jsou autobusy a nákladní či speciální vozy, dává virtuální testování největší smysl,“ vysvětluje Petr Záruba. „Například zmíněný předpis R66 se mimo jiné zaměřuje na bezpečnost autobusu při převrácení na bok. Máte dvě možnosti – dopravit reálný autobus na vyvýšenou plošinu a provést fyzický crash test, takže ho rozbijete. Nebo to samé provést pomocí virtuálního testu bez jediného škrábnutí.“
Od roku 2004 nabral vývoj ve virtuálních crash testech rychlé tempo. TÜV SÜD začala spolupracovat s naší největší automobilkou a v roce 2016 otevřela vlastní testovací laboratoře DYCOT v Bezděčíně, kde se provádějí mimo jiné i tzv. saňové nedestruktivní zkoušky. Právě úzká spolupráce napříč různými odděleními umožňuje neustále vylepšovat simulace a tím se s nimi co nejvíce přiblížit k realitě.
| Dnes se virtuální testování v oblasti automotive zaměřuje na tři hlavní oblasti: 1) Osobní auta, kde je hlavním předmětem zkoumání bezpečnost posádky. Sleduje se jak funkce airbagů, bezpečnostních pásů a dalších systémů, tak pohyby figurín v kolizních situacích – členové posádky se totiž mohou při nárazu stát nebezpečnými sami sobě. „Jde o tak komplexní testy, že pro účely homologace nebudou ještě dlouho moci plně nahradit ty fyzické,“ upozorňuje Petr Záruba. „Ale jsou nenahraditelné jako doplňkové – představte si, že chcete otestovat, jak náraz zvládne malé dítě, drobná žena nebo statný muž. Fyzicky byste na to potřebovali mnoho samostatných pokusů, ale virtuální simulace vám na základě pár fyzických validací umožní nasimulovat například všechny možné varianty pasažérů či konfigurace nárazů.“ 2) Autobusy, nákladní vozy, kamiony, speciální užitková vozidla. Zde je portfolio virtuálních zkoušek pro homologaci daleko širší. Jde obecně o daleko robustnější konstrukce a testuje se méně parametrů – typicky pevnost karoserie/kabiny při nárazu, převrácení nebo zasažení padajícím předmětem. 3) Silniční infrastruktura, typicky svodidla a další zádržné systémy, u kterých se zkoumá jejich patřičná pevnost a pružnost – je žádoucí, aby náraz vozidla dokázaly ztlumit a vychýlit ho z kolizní trajektorie zpátky na silnici. |
Základem věrné virtuální simulace je přesné zadání. Aby bylo možné převést fyzickou realitu do té digitální, je třeba mít co nejspolehlivější vstupní data. „Od výrobce požadujeme nejen 3D model, ale také přesné mechanické vlastnosti jednotlivých materiálů,“ popisuje první fázi tvorby modelu pro virtuální zkoušky Petr Záruba.
Právě ty mohou být kritickým článkem, takže při tvorbě virtuálních modelů se pracuje na základě protokolů o materiálových zkouškách a ideálně i na základě fyzických vzorků, které se otestují v laboratoři. Fyzické validační zkoušky se provádějí také na jednotlivých komponentech. A podle toho se pak přesně ‚ladí‘ virtuální model. „Pro co nejlepší výsledek virtuální simulace, je důležité mít alespoň část vstupů nějak validovaných, prostě je ideální sáhnout si nohou na zem,“ říká Petr Záruba.
Multiplikační efekt virtuálního testování
Virtuální simulace umožňují i testování jednoho modelu v různých provedeních. „Dejme tomu, že automobilka vyvíjí nový model, ale chce mít více karosářských variant tohoto modelu (coupé nebo combi) anebo různé typy motorizací“ nastiňuje situaci Petr Záruba. „Záleží na jejich podobě, ale většina výrobců automobilů musí otestovat téměř všechny provedení samostatně. A tady by třeba mohl být prostor pro šikovné využití virtuálních simulací. Testovala by se pouze jedna varianta a zbytek rodiny by se mohl otestovat virtuálně, změní se pouze příslušné parametry velikostí a hmotnosti.“ Příští rok (2026) má v tomto ohledu vstoupit v platnost u organizace EuroNCAP první menší milník, kdy se fyzická zkouška tzv. far-side (náraz ze strany spolujezdce) rozšíří i o virtuální zkoušky v jiných konfiguracích.
Už nyní virtuální testování pomáhá výrobcům ve zdokonalování bezpečnosti tím, že dokáže včas a spolehlivě odhalovat „slabá místa“, navíc urychluje vývoj nových vozů, protože už není nutné vyrábět desítky prototypů pro fyzické crash testy. Automobilky již dlouhou dobu mluví o tzv. bezprototypovém vývoji, což umožňují právě virtuální simulace. Fyzicky se prototyp vyrobí až poté, co projdou sérií zkoušek jeho virtuální dvojčata a předem se ‚vychytají‘ všechny potenciální nedostatky. „Množství prototypů vyrobených při vývoji není malé, může sahat až ke stovce,“ upozorňuje Petr Záruba s tím, že cena jednoho prototypu se pohybuje v řádech až desítek milionů.
Obecně pak výrobcům šetří virtuální testování čas i náklady – a hlavně je zbavuje rizika, že se na nějakou „fatální chybu“ přijde až při závěrečných fázích vývoje a oni se budou muset vrátit téměř na začátek.
V souvislosti s rozšiřováním virtuálního testování se logicky nabízí i otázka ohledně AI, která zažívá v poslední době překotný rozvoj. Petr Záruba však krotí přehnaná očekávání a upozorňuje na to, že se stále jedná o modely pracující na bázi dat vytvořených a zadaných lidmi, na kterých se AI pod jejich dohledem „trénuje“.
„Je v běhu již několik projektů, jak by se dala AI využít, typicky pro zrychlení vyhodnocování většího množství simulací a navrhování optimálních řešení co do bezpečnosti i ekonomičnosti. Ale že bychom do ní ‚nasypaly‘ 3D data od výrobce a materiálové specifikace s tím, ať sama provede virtuální simulace podle norem EHK, tak to zatím nefunguje a v dohledné době si myslím ani fungovat nebude, lidský prvek bude ještě chvíli potřebný,“ uzavírá Petr Záruba.
SELECT YOUR LOCATION
Global
Americas
Asia
Europe
Middle East and Africa
