ALIS: Ne vždy musí při kácení lesa létat třísky

Nárazové testy jsou většinou spojené se spektakulární destrukcí vozů, prezentovanou ve zpomalených záběrech po kterých jsou vozy na odpis. Unikátní simulace aktivního bočního nárazu (ALIS) vyvinutá za přispění TÜV SÜD však umožňuje nedestruktivní fyzickou simulaci s kontrolovanou deformací.

Věděli jste, že boční náraz je druhým nejčastějším scénářem při nehodách osobních automobilů se smrtelnými nebo vážnými následky? Podílí se na nich z 35 až 40 procent, ale není to zase tak dávno, kdy se v nárazových testech ověřoval pouze čelní náraz coby nejčastější situace při dopravní nehodě, ať už s jiným vozem nebo statickou překážkou. Ten se na vážných nehodách podílí z 55 procent. Větší důraz na testování bočních nárazů - v angličtině se jim říká T-bone, kolmý náraz se totiž skládá ze dvou vektorů, které vizuálně tvoří písmeno T - přinutil výrobce aut ke zvýšení ochrany posádky, ať s pomocí výztuh ve dveřích, bočních airbagů nebo dalších bezpečnostních prvků.

Bokem vpřed

ALIS 1

Jako první na světě vyvinuly test na boční náraz americký IIHS (Insurance Institute for Highway Safety) a NCAP (New Car Assessment Programe) spolu s jeho evropskou odnoží Euro NCAP. Ačkoliv některé automobilky, např. Volvo, představily zvýšenou boční ochranu posádky u nových modelů už dříve (v půlce devadesátých let), výsledky oficiálních testů byly zprvu šokující. Na výsledné známce bezpečnosti vozu se přitom dnes hodnocení bočního nárazu podílí téměř z jedné pětiny. I proto podprůměrné výsledky vedly mj. k povinnému zavedení bočních airbagů.

Přísné testování bočního nárazu se stejně jako ostatní testy vyvíjí podle aktuální situace na trhu s automobily. V IIHS i v NCAP před dvěma lety zpřísnili kritéria testu, aby lépe odpovídal aktuálním nehodám. Boční náraz je testován s pomocí mobilní bariéry, resp. vozíku s balastem, který ve stanovené rychlosti narazí do boku vozu. Parametry celé soupravy, jež se přiřítila k testovanému vozu, plus mínus odpovídaly průměrnému vozu. Podle amerických pravidel to znamenalo hmotnost 1500 kilogramů a výšku bariéry, která nepřesahovala horní hranu dveří testovaného vozu. Zmíněná souprava byla v amerických laboratořích vyvinuta už v 80. letech minulého století, tedy dávno před rozmachem SUV a pick-upů, jejichž výška, váha i těžiště jsou jiné než u tehdejších sedanů a kombíků. I proto nová kritéria počítají v základním testu s hmotností soupravy 1900 kilogramů a vyšší bariérou, která zasahuje nejen část dveří, ale i oken vozu. Zvýšila se také rychlost nárazu z 50 km/h na 60 km/h. Celkově se jedná o srážku silnější o 82 %. Nově se navíc zkoumá i interakce mezi hlavami řidiče a spolujezdce při standardním bočním nárazu a při tzv. nárazu na kůl (simulace typické situace, kdy vůz ve smyku bokem narazí do stromu nebo do sloupu). Právě sekundární kontakt hlav obou pasažérů může zapříčinit vážná poranění, a proto je v posledních letech vyvíjen nový typ airbagu, takzvaný centrální airbag. Tento airbag se rozbaluje mezi posádku z vnitřní strany opěradla, nebo ze stropního obložení a zabraňuje kontaktu mezi pasažéry.

Lehko na cvičišti, těžko na bojišti

Automobilky se musí na podobné testy svědomitě připravovat a investovat do vlastního testování nemalé prostředky, protože výsledná známka IIHS nebo NCAP je pro zákazníky důležitým parametrem při výběru nového vozu.

A zde přichází do hry unikátní systém ALIS (Active Lateral Intrusion Simulaton). Jedná se o špičkovou technologii pro nedestruktivní fyzickou simulaci bočních nárazů s aktivní kontrolovanou deformací konstrukce boku vozidla. ALIS je jedním z mála takových systémů v Evropě a zároveň jde o první systém, který umožňuje testování zatížení předních i zadních sedadel současně. První a zatím jediný ALIS momentálně stojí v českých laboratořích TÜV SÜD Czech v Bezděčíně, nedaleko Mladé Boleslavi. Co je na této špičkové technologii výjimečného? Pro testování bočního nárazu není potřeba dodat celý vůz, ale pouze jeho nezbytnou část. Jak si takový test představit? Jde o tzv. saňovou zkoušku, protože bariéra i část vozu je na saních, resp. platformě umístěné kolejích, po nichž je katapultem zrychlena na požadovanou rychlost. Jedná se o nedestruktivní formu zkoušek, kterými lze simulovat crash test. Katapult dokáže redukovanou část automobilu se zkušebními figurínami po kolejích zrychlit až na několik desítek násobků zatížení G.

Crash test naruby

Princip crash testů vychází z jednoduché fyzikální podstaty o zachování energie. To znamená, že se při nich nejčastěji zrychlí vozidlo na předepsanou rychlost a poté se střetne s pevným předmětem. Následkem této srážky se posádka setrvačností pohybuje směrem, kterým jelo vozidlo před srážkou.

Saňové zkoušky se dělí dle svého principu do dvou hlavních kategorií: akcelerační a decelerační. Nejmodernější saňové zkušebny využívají především z důvodu lepší shody s crash testy akcelerační přístup, což znamená, že na rozdíl od běžného crash testu vše probíhá reverzně. Zkouška začíná z nulové rychlosti (tj. z pohledu simulace v okamžiku nárazu) a zkoumané vozidlo se pomocí dynamického katapultu pozpátku zrychlí (je “odraženo” ekvivalentem srážky s pevným předmětem). Při tomto manévru na posádku působí přetížení ekvivalentní crash testu. Díky tomu lze zkoušet funkci zádržných systémů bez destrukce karoserie a zároveň lze zkoumat jejich dopady na poranění posádky.

Rozhodují zlomky vteřiny

Potenciál saňových zkoušek spočívá především v laboratorním prostředí, kde jsou vstupní podmínky vždy stejné. Jedna saňová zkouška stojí zlomek toho, co výroba a destrukce celého prototypového automobilu, ale nenechte se mýlit - z hlediska testování se jedná o jednu z nejkomplexnějších zkoušek vůbec. Deformace a celý náraz trvá zhruba 0,2 vteřiny, přičemž špičky biomechanického zatížení na zkušební figuríně jsou kolem 0,05 vteřiny od nárazu. Za tento čas musí automobil provést mnoho úkonů. Musí identifikovat, že jde o srážku, vyhodnotit, o jaký náraz jde (čelní, boční, zadní, převrácení), a spustit prvky pasivní bezpečnosti. U bočních nárazů se typicky jedná o předepínač pásu, boční, hlavový a centrální airbag. Tyto airbagy se běžně rozbalí do 0,03 vteřiny od začátku nárazu a poté do nich začne nalehávat torzo figuríny. Právě tento velmi rychlý děj společně se značnou intruzí do interiéru dělá z bočních nárazů jednu z největších výzev při testování bezpečnosti vozu.

Unikátní technologie, která šetří čas i peníze

Zařízení pro testování bočních nárazů je součástí moderní zkušebny DYCOT (DYnamic COmponent Testing), která byla do provozu poprvé uvedena v roce 2016. Budování této laboratoře zabralo necelé tři roky a obnášelo investici přes 100 milionů korun. Výsledkem je prostor, jehož srdcem je obří katapult německé firmy INSTRON, který dokáže urychlit jednu tunu nákladu až na 90 násobků gravitačního zrychlení. Katapult pracuje na hydraulicko-pneumatickém principu s pracovním tlakem 300 barů v šesti zásobnících. Na kolejích před katapultem se pro boční nárazy nachází unikátní zařízení ALIS od španělské firmy ENCOPIM, které při bočních nárazech generuje průnik do interiéru (ten při srážkách může činit až 40 centimetrů) a vytváří společně s katapultem korektní zatížení zkušební figuríny. ALIS má tři pneumatické písty, které dohromady generují sílu až 24 tun.

Systém má velmi složitou logiku ovládání, jelikož v jeden moment musí perfektně synchronizovat všechny tři písty a hlavní pulz katapultu. Řízení pístů ALIS probíhá pomocí hydraulických brzd, jejichž princip je podobný brzdám v automobilu. Zjednodušeně si to lze představit tak, jako byste sešlápli pedál brzdy několikrát během 0,06 vteřiny.

Crash test a jeho virtuální dvojče

Vstupem do saňové zkoušky je virtuální FE simulace (Finite-element method, tzv. metoda konečných prvků) celého vozidla, což je numerická metoda sloužící k simulaci průběhu deformací. Model vozu se zredukuje pouze na součásti potřebné k saňové zkoušce - tedy na sedačku, pásy, díly interiéru a airbagy. Redukovaný model se poté detailně zkoumá, zejména s ohledem na to, kde a jakým způsobem dochází k průniku do interiéru v návaznosti na kontakt s figurínou. S využitím velmi zkušeného vývojového týmu se poté navrhne průnikový mechanismus, který díky systému několika pohyblivých dílů přesně reprezentuje deformaci interiéru. Průnikový (odborně intruzní) mechanismus funguje při reálné zkoušce jako nosič interiérových dílů a jako náhrada karoserie, jež se však po každém testu nemusí měnit, což dále šetří náklady.

 Jakmile je nastavena deformace interiéru, je na řadě synchronizace a ladění řídicích pulzů jednotlivých pístů tak, aby biomechanická odezva figuríny byla ekvivalentní plnohodnotnému crash testu. Biomechanickou odezvou je především myšleno zatížení hrudníku a ramene (to snímají senzory pohybu a snímače zatížení), společně se zrychlením hlavy (to se měří akcelerometrem). Tato část zabere většinou nejvíce času, protože se vytváří počítačová matice zhruba dvou set simulací, na jejichž základě se postupně ladí chování figuríny. Dle složitosti modelu zabere jedna simulace 4 až 10 hodin výpočetního času.

V momentě, kdy je virtuální část hotova, přicházejí data z prvního crash testu vozu. Po jejich analýze se vytváří iterační smyčka zpřesnění virtuálních simulací, aby co nejvíce odpovídaly realitě. Iterace je řešení problému postupným opakováním s dalším a dalším přibližováním se žádoucímu výsledku. Počítačovými simulacemi se lze dobrat výsledku co nejpodobnějšího skutečnému crash testu s plnohodnotným vozem, aby se podle nich systém ALIS naladil. Cílem je ušetřit čas a peníze klienta, protože saňové zkoušky mohou probíhat mnohem rychleji a levněji, než výroba a crash test drahých prototypových vozů.

Komplexnější systém klientům přináší náskok

Samotná saňová zkouška je poté už jen špičkou ledovce fáze dlouhých příprav. Naladění zařízení ALIS trvá přibližně pět zkušebních testů, kde se porovnávají rychlosti na jednotlivých pístech, případně rychlosti interiérových dílů. Základem zkoušky je pohyb dílů interiéru v rámci již zmíněného průniku do interiéru. Díly musí být v určitém čase na přesně daném místě, tak aby se správně rozbalil airbag. O jejich pohyb se starají písty zařízení ALIS a jakmile je korektně rozbalený airbag, přejímá hlavní činnost katapult, který figuríně uděluje správný pohyb. Když se vše podaří dobře synchronizovat, biomechanická odezva na figuríně dává velmi podobné hodnoty s crash testem. Po naladění celého systému se vyzkouší opakovatelnost, tedy zkouška, zda-li dva testy podávají stejné výsledky, a poté se přechází k té nejdůležitější části a tou je vývoj. Testují se odlišné typy airbagů nebo různé konfigurace zádržných systémů. Výsledným kritériem vývoje je biomechanické zatížení figuríny. Především se sleduje závažnost poranění posádky. Podle těchto výsledků lze odhadnout, jak dobře si vůz povede v testech NCAP.

Špičková a v Evropě unikátní technologie ALIS, s jejíž pomocí lze v krátkém časovém úseku provést mnoho testů s nižšími náklady, již nese své ovoce. Vypovídají o tom i výsledky testů Euro NCAP za rok 2021, v nichž zvítězily tři vozy, které byly pomocí tohoto systému otestovány.

TÜV SÜD má již více než sto let zkušeností s bezpečností, testováním a schvalováním vozidel. Nyní díky systému ALIS a dalšímu vybavení laboratoře DYCOT propojuje svět virtuálních a nedestruktivních simulací, aby svým klientům nabídla konkurenční výhodu a přidanou hodnotu.

ALIS 2

Kam dále

SELECT YOUR LOCATION