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 technologií, která pomáhá automobilkám i certifikačním firmám testovat bezpečnost aut, autobusů a nákladních vozů. Fyzické crash testy mají stále nezastupitelnou roli, ale při určitých typech nárazů se v rostoucí míře dostávají ke slovu jejich virtuální simulace. Jak to funguje?
Matematika místo kladiva
„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 identifi kujeme, 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 láme při nárazu.
Dnešní počítače již za pár hodin zvládnou simulace celků s 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 na výpočetní techniku i na přípravu patří 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 urychlit 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 v roce 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. A zde máte dvě možnosti: dopravit reálný autobus na vyvýšenou plošinu a provést fyzický crash test tak, že 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 (dynamic component testing) 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.
Důvěřuj, ale prověřuj
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 se při tvorbě virtuálních modelů 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 výsledků 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 jeho karosářských variant (kupé nebo kombi) 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 u organizace EuroNCAP vstoupit v platnost první menší milník, kdy se fyzická zkouška tzv. far-side (náraz ze strany spolujezdce) rozšíří i o virtuální zkoušky v jiných konfi guracích.
Už nyní virtuální testování pomáhá výrobcům zdokonalovat bezpečnost tím, že dokáže včas a spolehlivě odhalovat „slabá místa“, navíc urychluje vývoj nových vozů, protože už není nutné pro fyzické crash testy vyrábět desítky prototypů. 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 nebývá malé, může sahat až ke stovce,“ upozorňuje Petr Záruba s tím, že cena jednoho prototypu se pohybuje v řádech až desítek milionů.
Obecně tak 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.
Umělá inteligence na obzoru
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 ‚nasypali‘ 3D data od výrobce a materiálové specifi kace 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.
| Co se testuje |
|
1. Osobní auta, 2. Autobusy, nákladní vozy, kamiony, speciální užitková vozidla. 3. Silniční infrastruktura, typicky svodidla a další zádržné systémy, |