W nowoczesnej produkcji samochodów każda pozycja w budżecie musi być zasadna. Cięcie kosztów w obszarze rozwojowo-badawczym jest powszechną praktyką. Etap ten jest niezwykle kosztowny, ale z pomocą przychodzą symulacje komputerowe – jedno ze skutecznych i ekonomicznych rozwiązań dla projektantów motoryzacyjnych. Stosując takie symulacje inżynierowie mogą przeanalizować manewry, zjawiska fizyczne lub kolizje na podstawie danych obliczeniowych bez konieczności przeprowadzania tych testów w rzeczywistym świecie.

Jak wygląda symulacja?

W zależności od rodzaju, zadania symulacyjne mogą być rozwiązywane na wiele różnych sposobów – nie ma jednej stałej metody, którą można zastosować do opisania rozwiązania dowolnego problemu.

Ogólnie można powiedzieć, że realizacja zawsze zaczyna się od obserwacji. Prawa i zasady poznane dzięki doświadczeniom mogą służyć jako podstawa do budowy modelu i środowiska symulacji. Przykładem tego jest wprowadzenie grawitacji do symulacji jadącego samochodu: wiemy, że istnieje i jesteśmy również świadomi jej oddziaływania na powierzchni Ziemi. Dlatego traktujemy ją jako zaobserwowaną wartość i uwzględniamy ją w systemie symulacyjnym jako pewnik, ponieważ wiemy, że będzie zawsze obecna.

Jednym ze wstępnych kroków jest ustalenie hipotezy. Na przykład we wstępnej symulacji testu zderzenia czołowego EuroNCAP możemy założyć, że producent opracował konstrukcję spełniającą wymagania prawne, a podmioty badawcze są manekinami, które nie doznają obrażeń, które w przypadku prawdziwych ludzi skutkowałyby śmiercią.

Kolejnym etapem, i jednym z najważniejszych, jest tworzenie modelu. W wielu przypadkach jest to najdłuższy i najbardziej szczegółowy proces ze wszystkich. Istotą modelu jest to, że ucieleśnia on środowisko danego badania (w tym przypadku samochód), ale uwzględnia tylko właściwości dla tego modelu istotne. Czasami we wstępnych badaniach stosowany jest tzw. geometryczny model ćwiartkowy uwzględniający tylko jeden amortyzator i jedną półoś, a także jedną czwartą karoserii. Uproszczenia są pomocne, gdyż do bardziej skomplikowanych modeli potrzebna jest większa moc obliczeniowa, co w przypadku testów całych pojazdów może trwać niewyobrażalnie długo i pochłaniać olbrzymie zasoby.

Uproszczone modele spełniają swój cel do momentu, gdy ich zachowanie nie odbiega znacząco od pełnego modelu z racji zbyt redukcjonistycznych założeń. Należy zauważyć, że w branży motoryzacyjnej nie każdy pojazd musi otrzymać zupełnie nowy model podczas przygotowywania symulacji: podobnie jak we wszystkich dziedzinach technicznych, korzysta się z opcji uproszczenia polegającej na przeniesieniu parametrów poprzednich modeli do następnej generacji z odpowiednimi modyfikacjami.

Na koniec pozostaje ocena lub tworzenie reguł: wyciągamy wnioski, określamy, czy hipoteza okazała się poprawna, czy błędna. W idealnym przypadku symulacja dostarcza informacji o pojeździe, które w rezultacie nie muszą być weryfikowane w rzeczywistości lub muszą być weryfikowane tylko częściowo.

Symulacja i rzeczywistość

Chociaż budowanie symulacji jest kosztowne, to jednak wymaga mniej pracy i kosztów niż rzeczywiste testy. Pojawia się pytanie: dlaczego producenci nie wyeliminowali całkowicie prawdziwych testów? Odpowiedzią jest fakt, że choć symulacja może być skuteczna, to może zawsze zawierać pewne błędy.

Kiedy symulacje pojazdów były na wczesnym etapie rozwoju i świat zaczął poznawać ich potencjał, firmy rzadko odważały się z nich korzystać, ale dziś stanowią one już 70-80%  wszystkich testów. Twórcy oprogramowania i producenci samochodów mają obecnie do dyspozycji tak duże doświadczenie, że mogą tworzyć niezwykle wyrafinowane i realistyczne modele i środowiska symulacyjne, które tylko w nieznacznie różnią się od rzeczywistości.

Pod tym względem produkcja samochodów przypomina proces produkcyjny pojazdów Formuły 1: zespoły tworzą swoje pojazdy głównie przy użyciu symulacji zamiast tunelu aerodynamicznego i testów torowych. Obecnie takie same zasady obowiązują pojazdy ogólnodostępne na rynku.

Testy w świecie rzeczywistym nie zniknęły jednak całkowicie i z pewnością pozostaną z nami przez długi czas, nawet jeśli tylko w skromnym zakresie.

Rodzaje symulacji w przemyśle motoryzacyjnym

Obecnie technologia komputerowa oferuje niezliczone możliwości symulacyjne dla przemysłu motoryzacyjnego:

• Kompletne symulacje pojazdu (testy dynamiczne, testy wytrzymałości, zarządzanie energią, symulacja czasu okrążenia itp.)
• Symulacja funkcji pojazdu
• Symulacja elektroniki komfortu, test działania systemów hybrydowych i elektrycznych
• Symulacja jazdy przez wodę i zachowania na śniegu
• Testy aerodynamiczne (przepływ dolny, górny, przelotowy)
• Badanie procesów termodynamicznych silnika spalinowego
• Symulacja operacyjna pojazdów autonomicznych