Poslední aktualizace 31. srpna 2020 od jirikubes
Naopak. Provádět numerické simulace je zajímavá a pestrá práce, která je poutavá i v tom, že přímo ovlivňuje konstruktéry i to, jak automobil ve finále vypadá. Tuto profesi přibližuje výpočtář hořického Altranu Martin Václavík.
Vystudoval Fakultu aplikovaných věd na Západočeské univerzitě, obor aplikovaná mechanika. Po škole nastoupil na Akademii věd, kde se věnoval únavovému zatěžování materiálu. Po třech letech, v roce 2001, přešel do tehdejšího Swellu, dnes Altranu. Dnes se zabývá výpočty v softwaru PAM Crash, v němž se počítají rychlé děje, jako jsou nárazy. Vede šestičlennou odbornou skupinu na „detašovaném pracovišti“ v Mladé Boleslavi. Výpočty a numerické simulace patří k jeho hlavním pracovním činnostem, především pak ochrana chodců
V momentu, kdy ještě nemáme fyzické auto nebo fyzický díl, můžeme přes numerické simulace spočítat, jak se bude chovat v nějaké situaci, například při nárazu. V konstrukčních datech vytvoříme 3D model a na něm spočítáme nějaký děj, kdy počáteční a okrajové podmínky zadáme stejné jako ve skutečnosti. Čili ještě než auto vůbec vznikne, dokážeme s ním nabourat do bariéry, srazit chodce, umíme předpovědět, jak během nárazu bude zatížený třeba řidič.
Jedná se o metodu konečných prvků (Finite Elements Method). Teorie říká, že jakkoli složitý děj nebo deformaci lze popsat lineárně, když je zmenšíte na dostatečně malé dílky. Takže my díl, který dostaneme od konstruktérů ve 3D modelu, rozsekáme na velice malé dílky a řekneme, že v tom dílku je to lineární. Tak dokážeme popsat i velmi složitou deformaci. No a PAM Crash je software, který k výpočtům používáme. Je to aplikace speciálně vytvořená pro počítání nárazů ať už jednotlivých dílů, nebo i celých sestav, například aut, autobusů a podobně.
Od konstruktérů dostáváme 3D data toho, co máme počítat, a připravíme si výpočetní model – to jsou právě ony dílky. Říkáme tomu meshování neboli síťování, díl pokryjeme hustou sítí. Pak jde model do výpočetního softwaru, který je podložený velkou spoustou teoretických rovnic.
Druhou složkou jsou materiálová data, která popisují, z čeho jsou jednotlivé části vyrobené a jak se materiály chovají při zatížení. Pak přidáme podmínky, jako je například rychlost auta, bariéru, do které má narazit, a podobně. Vzápětí se spustí výpočet.
Výsledkem je rozložení napjatosti, deformovaný model, z kterého zjišťujeme, jak se daný objekt – třeba celé auto – bude při nárazu chovat. Následují návrhy a doporučení konstruktérům, jak jednotlivé díly optimalizovat, aby chování při nárazu bylo lepší.
Záleží, s čím chceme numerické simulace porovnávat, protože ani realita není přesná. Dvě na pohled stejná auta totiž nikdy stejná nejsou. Každé je vyrobené s určitou přesností. A navíc každý „stejný“ děj vyjde pokaždé trochu jinak. Naše výpočty jsou tak realitě více či méně vzdálené a ke slovu se tu hlásí zkušenosti – jak se choval předchozí výpočet, tatáž situace na jiném autě a podobně. Vždy je nejlepší mít výpočet a pak reálnou zkoušku. Naše výpočty ale skutečné testy dalece předbíhají, my pracujeme v době, kdy fyzické auto nebo jiný díl ještě fyzicky neexistují. Takže číslo vám bohužel neřeknu, protože různé simulace jsou různě přesné. Vždy je nutné mít co nejpřesnější vstupy, abychom omezili odchylku. Ta tam je ale vždy.
To je pro výpočtáře nejkrásnější část. Může si to osahat, podívat se, jak zkouška dopadla, zjistit, kde jsou odchylky jeho výpočetního modelu. A poučit se z toho. Model potom i zpřesňujeme: typicky při nárazech některé části praskají, což my popsat úplně neumíme; ale na videu potom vidíme, kdy a kde díl praskl a do modelu to zaneseme – a tím jej zpřesníme.
Umíme to, ale moc se to nedělá, protože předepsaných zkoušek už je i tak hodně. Jsou testy homologační, které auto musí splnit, aby mohlo jezdit po silnici, a dále máme zkoušky uživatelské, které provádějí různé organizace jako evropský Euro NCAP. To je předepsaná sada zkoušek, které obsahují čelní „přesazený“ náraz v rychlosti 64 km/h nebo boční náraz do bariéry, který simuluje boční střet s jiným autem. Jsou tam také nárazy na kůl simulující právě nabourání do stromu nebo lucerny. V neposlední řadě je tam i simulace střetu s chodcem.
Ochrana chodců je jiná v tom, že neděláme nic pro uživatele aut, tedy pro potenciálního zákazníka, ale pro okolí. Většina testů cílí na ochranu posádky, případně na ušetření co nejvíc peněz, když k nárazu dojde třeba v nižší rychlosti. Zde se ale zaměřujeme na ochranu někoho třetího. Je to ta nejmenší oblast, o které se asi tolik nemluví, nicméně i zde už jsou homologační předpisy, které je nutné plnit.
Naše výpočty ani fyzické zkoušky se nedělají s celou figurínou člověka, ale pouze s nejdůležitějšími částmi těla. Říkáme jim impaktory, jedná se o model hlavy dospělého člověka a dítěte, o model kyčle, která naráží na hranu kapoty, a o model nohy, která naráží do nárazníku. Zkoušky probíhají v předepsané rychlosti 40 km/h a probíhají tak, že impaktor naráží do stojícího auta. Tedy opačně než ve skutečnosti.
Pro zkoušky s posádkou máme jakýsi virtuální model figuríny a měříme stejné veličiny jako při reálných zkouškách. Kritériem je tady stupeň poškození mozku, stlačení žeber, vychýlení pánve a podobně. U chodců je to podobné, měříme například zpomalení hlavy a z toho se opět počítá kritérium poškození mozku.
Předepsané je jenom zpomalení, nás ale zajímá právě i ta dráha, po níž se tělo pohybuje. Máme předepsanou oblast, na níž člověk může dopadnout. Mluvíme-li o hlavě, je to rozmezí od zhruba metr vysokého dítěte až po dvoumetrového dospělého. Po povrchu auta natáhneme příslušně dlouhý pásek a dostaneme oblast, kam jeho hlava může například na kapotu dopadnout. Cílem je, aby v každém bodu této oblasti bylo předepsané kritérium splněno.
Určitě mnohem větší. Na první pohled vidíme, že z aut zmizely vystupující znaky, jaké měl například Rolls-Royce a které mohly tělo nepěkně potrhat. Auta jsou dnes kulatější a řekl bych nafouknutější. Designéři vždy chtějí nakreslit sportovně vypadající auto s nízkou kapotou, ostrými výčnělky a hranami. A proti tomu jdeme my a snažíme se je brzdit. Když hlava dopadne na dobře navrženou kapotu, zas tak moc to neublíží. Horší je, když těsně pod kapotou je tvrdý motor – proto se snažíme pod ní dělat víc místa, aby se k motoru hlava neprobila. Jsou to věci, které na autech nejsou na první pohled vidět, ale jsou tam. Čili ano, střet s moderním autem rozhodně bolí méně.
Jistě, naši zákazníci to sledují, automobilky na to mají specializovaná oddělení. My se tím však nezabýváme, nemáme na to kapacitu. Zvědavost nám přesto nedá, a když se dostaneme k autu po nárazu, snažíme se něco si z toho vzít. Vyšetřování skutečných nehod bývá tak trochu věštění – neví se, jak přesně se to stalo, jaká byla rychlost, v jaké pozici byl chodec před srážkou a podobně.
Bezesporu. Snažím se předvídat, protože si umím dobře představit, jak to může po nárazu dopadnout. A speciálně u těch chodců jsem ostražitý, když třeba vidím na chodníku pobíhat dítě, dávám si opravdu velký pozor a předpokládám, že mi může skočit kdykoliv před auto.
Samozřejmě je to budoucnost a podle mě dobrý směr. My se tím ale nezabýváme, to jsou systémy, které kolizím předcházejí. My řešíme pasivní bezpečnost: když už ke srážce dojde, aby následky byly co nejmenší. Myslím, že jednou nastane doba, kdy ke srážkám ani docházet nebude. To je ale hudba hodně vzdálené budoucnosti, protože to nastane až v době, kdy všechna auta budou řízena autonomně. Dokud se ale provozu bude účastnit člověk, k nehodám docházet bude.
Ten mechanismus je úplně jiný. U vozů s velkou přídí člověk vlastně naráží do rovné stěny, zůstane stát a odrazí se a většinou na kapotu ani nespadne. U nízkých sportovních aut je to jiné, ty tělo podrazí a to padá na něj. Když hlava narazí do čelního skla, velké poranění nehrozí, ovšem to auto v té oblasti zase nesmí mít tuhý rám – při vývoji je tedy nutné pamatovat i na tohle. Vždy je zásadní, aby hlava dopadla s nadsázkou řečeno do měkkého.
Aktivní kapota určitě ne, pyrotechnické patrony, které kapotu nadzvednou, používá celá řada automobilek. Airbag nejvíc vyvíjelo Volvo, ale nakonec ho ani nepoužilo, protože to bylo příliš drahé. Výrobci se samozřejmě snaží nacházet co nejlevnější řešení v rámci toho, aby vyhověli předpisům. Ty se ale neustále zpřísňují a je dost možné, že v budoucnu to jinak než právě s airbagem nepůjde. Jde také o to, jak spolehlivě zjistit, že auto srazilo něco relevantního pro vystřelení airbagu – když do přídě narazí větev, která ležela na silnici, aktivovat se nesmí. Tohle není snadné rozlišit.
Možnost ovlivňovat konstruktéry. Je vžitá představa, že konstruktér vymyslí a nakreslí auto a to tak jezdí. A naše profese spočívá v tom, že konstruktérům řekneme: podívejte, ono to není úplně dobře navržené a bylo by lepší to tak a tak změnit. Nejde jen o to, že vypočítáme nějaká čísla a řekneme, že je to špatně, ale také o to, že sami můžeme přicházet s návrhy, jak věci vylepšit. Ne co do designu, ale techniky, která je uvnitř.
Zdaleka není. (Smích.) Máme potenciál a touhu se dál rozvíjet a nové výpočtáře neustále hledáme.
Především by to měl být člověk se zájmem o techniku, kterého baví automobily a zajímá se o to, jak se konstruují a stavějí. Měl by mít i teoretické znalosti v oblasti mechaniky a výpočtů. Tedy ideální jsou pro nás studenti technických oborů se zaměřením na aplikovanou mechaniku.
Velká pestrost. Dostane se k vývoji celého automobilu, ale nejen toho, pracujeme i na autobusech a dalších typech vozidel. Numerické simulace mají tu možnost ovlivňovat konstrukci doslova celého auta včetně interiéru. Výpočtáři jsou u celého toho příběhu, od prvních návrhů po jezdící automobil na silnici.
To víte, že ano. Ale profesní postižení funguje i v tom, že zkoumám i automobily, na kterých jsme nepracovali. Výpočtáře můžete vidět na ulicích a parkovištích, kterak osahávají kapoty a podobně. (Smích.) Nejvíc samozřejmě pracujeme se Škodou, já jsem se podílel na Octavii druhé generace až po tu aktuální, dostal jsem se k Fabii druhé i třetí generace, k Roomsteru. Sice nejde o věci, které jsou vidět zvenčí, ale když si otevřete přední kapotu současné Fabie, tak to, jak vypadá vnitřní plech, jeho konstrukce, prořezy, to je z velké části naše dílo.
3D model, automobilky, konstrukce, technologie aut, vize automobilek, vývoj automobilů
Doporučujeme
Sledovat komentáře přes RSS