Badania i projektowanie nowych rozwiązań pojazdów

Przy projektowaniu nowych rozwiązań pojazdów samochodowych istotne jest między innymi silne uwzględnienie bezpieczeństwa (zwiększenia bezpieczeństwa) tych pojazdów. Bezpieczeństwo rozumiane jest jako bezpieczeństwo czynne i bierne. Programy symulacyjne pozwalają nam na badanie własności dynamicznych pojazdów jak np.: stabilność prowadzenie pojazdu w ruchu po drodze w różnych warunkach (różne stany jezdni, różne warunki pogodowe, różne wykonywane manewry), itd. W latach poprzednich, w początkowym okresie rozwoju motoryzacji, jej rozwój warunkowany był iteracją diady: budowa na bazie aktualnej wiedzy i „geniuszu” konstruktora lub konstruktorów projektu a następnie pojazdu — testowanie pojazdu w warunkach eksploatacji (użytkowania pojazdu). Obserwacja zachowań pojazdu i ewentualnych jego niedoskonałości w rzeczywistych warunkach  eksploatacji pozwala na wyeliminowanie tych niedoskonałości poprzez nową konstrukcję. Obecnie w tym rozwoju występuje nowe ważne narzędzie a mianowicie — symulacja komputerowa. Jeżeli byśmy nazwali akt twórczy konstruktora „teorią” czy aktem twórczym człowieka to proces tworzenia nowego samochodu i owa triada, która zastąpiła wspomnianą diadę może być przedstawiona jak na rysunku 1.

Rys.1 Umiejscowienie symulacji komputerowej w procesie budowy nowej konstrukcji pojazdu (Źródło, opracowanie własne W.Choromański)

Iteracja triady i uwzględnienie w niej symulacji komputerowej pozwala na szybkie przeprowadzenie wielu eksperymentów komputerowych. Eksperymenty symulacyjne są dużo tańsze i szybciej realizowane niż eksperymenty na rzeczywistym obiekcie. Trudno sobie wyobrazić projektowanie współczesnego samochodu bez wykorzystania technik komputerowych. Niestety to fantastyczne narzędzie  ma swoje ograniczenia. Żeby je dobrze zrozumieć zdefiniujmy proces budowy modelu symulacyjnego. Symulacja komputerowa jest to badanie pojazdu przez eksperymentowanie z jego modelem komputerowym, którego obliczenia imitują działanie pojazdu. Model komputerowy to implementowany do danego środowiska programistycznego model matematyczny. Modelowanie matematyczne to użycie języka matematyki do opisania zachowania układu np. pojazd-droga-człowiek. O ile samo wyprowadzenie równań ruch oraz ich symulacja są realizowane automatycznie o tyle zdefiniowanie struktury modelu oraz identyfikacja wartości jego parametrów musi być dokonana przez człowieka. Jeżeli część realizowana przez człowieka zostanie dokonana błędnie wyniki symulacji też będą błędne. Z niektórymi elementami mamy duże trudności w procesie realizacji procesu symulacji. Jak modelować ciało ludzkie? Ciało ludzkie nie jest zbiorem brył połączonych  elementami podatnymi. Jak modelować działanie naszych mięśni?  Jak modelować działanie umysłu ludzkiego w procesie kierowania pojazdem? Są to pytania cały czas otwarte będące przedmiotem intensywnych badań. Dążymy do sytuacji, w której wyniki z eksperymentu będą pokrywać się z wynikami uzyskanych z symulacji komputerowej. Porównanie wyników uzyskanych z symulacji komputerowej z wynikami rzeczywistymi nazywa się procesem walidacji oprogramowania. Wyniki z symulacji komputerowej tylko wtedy przedstawiają wartość dla inżyniera, jeżeli zostały uzyskane z oprogramowania zwalidowanego. Oprogramowanie to, zwłaszcza w obszarze analizy wypadków, rekonstrukcji wypadków itd. Jest bardzo trudno zwalidować. Dlatego uzyskane wyniki z eksperymentu symulacyjnego obarczone są pewną niepewnością.

 Przykład modelu fragmentu samochodu (siedzisko-kierowca-zawieszenie fotela kierowcy sterowane kontrolerem neuronowym) pokazano na rysunku 2).

Rys.2 Model kierowcy, który następnie był przedmiotem symulacji komputerowej/praca doktorska dr Andrzeja Gągorowskiego — promotor Prof. W. Choromanski

Można by skonkludować artykuł następującym wnioskiem. W wielu analizach technicznych komputer jest tylko doskonałym szybkim „liczydłem”. Nie zastąpi jednak człowieka zarówno na etapie aktu twórczego w procesie projektowania jak również (co brzmi paradoksalnie) w procesie realizacji procesu symulacji.