Projektowanie samochodów – nadwozie [cz. 3]

Proces projektowania samochodu jest obecnie znacząco inny niż w poprzednim wieku. Dziś czas gra pierwsze skrzypce, to on decyduje w ogromnym stopniu o zwycięstwie w walce o klienta.

Aby minimalizować czas i maksymalizować efektywność, używa się specjalistycznego oprogramowania komputerowego CAD (Computer Aided Design), CAE (Computer Aided Engineering), CAM (Computer Aided Manufacturing). W ramach powyższych kategorii można wyróżnić takie programy, które służą do opracowywania  powierzchni, dokumentacji prototypu i produkcji seryjnej, program służący obliczeniom wytrzymałościowym metodą elementów skończonych (MES), służący analizie ergonomicznej, program do Class A Surface czy też takie, które wykorzystuje się do symulacji zderzeniowych. Bardzo ważnym elementem w projektowaniu nadwozi samochodowych jest też tak zwana wirtualna rzeczywistość (VR). Na tym właśnie zagadnieniu chciałbym się skupić.

Wirtualna rzeczywistość daje złudzenie przestrzeni trójwymiarowej, jest to forma zanurzenia się w cyberprzestrzeń za pomocą specjalnych urządzeń. Taki zabieg znacznie przyspiesza i zdecydowanie  ułatwia wprowadzenie koniecznych zmian do projektu.

CAVE

Aby dać obraz tego, czym jest stosowanie wirtualnej rzeczywistości, warto pokrótce opisać, w jakich warunkach odbywają się prace. Niezwykle istotnym elementem jest CAVE (Computer Aided Virtual Environment), czyli specjalnie wykonane pomieszczenie, składające się z sześcianu bez jednej z bocznych ścian. Krawędź takiego sześcianu to około 2,5 m, a na każdej ze ścian odbywa się wideoprojekcja obrazów o wysokiej częstotliwości (~120 Hz).

Znajdujący się w takim miejscu człowiek ma specjalne okulary oraz hełm, które umożliwiają rejestrowanie ruchów głową i bezpośrednie korelowanie ich z przekazem z wirtualnego świata. Osoba „przenosząca” się do niego może mieć również rękawice (Data Gloves), które współpracują z systemem czujników i kamer, odzwierciedlając dzięki temu ruch w wirtualnym świecie i pozwalając manipulować faktycznie nieistniejącymi przełącznikami, pokrętłami, a także obracać kierownicą. Z kolei na nogi wsuwane są specjalne kapcie, które odgrywają rolę wyimaginowanych pedałów.

Film przedstawia inny symulator, lecz dobrze pokazuje wykorzystywane urządzenia (rękawice, hełm). Sposób wizualizacji jest różny: czasem przez ściany, czasem przez hełm.

W takim pomieszczeniu ma się wrażenie rzeczywistego przebywania w otoczeniu, które jest przecież tylko projektowane. To jednak wystarcza, aby uzyskać możliwość sprawdzenia nowych rozwiązań bez faktycznego ich budowania. CAVE bardzo dobrze sprawdza się przede wszystkim wtedy, gdy projektanci chcą ocenić poprawność koncepcji wnętrza pojazdu, szczególnie ze względu na zgodność z wymogami ergonomii, komfortu przebywania w środku oraz dobrego rozplanowania kabiny.

Jest to możliwe, ponieważ symulacja odzwierciedla prawdziwe wielkości, więc i wrażenie obcowania w wirtualnej rzeczywistości przypomina prawdziwy kontakt z samochodem. Wiadomo, jak przestronne będzie wnętrze, czy widoczność jest dobra dla kierowcy i pasażerów. Wielką wartością dla projektantów jest także szansa na ustalenie, czy projekt bryły jest spójny z wnętrzem pojazdu pod względem estetyki. W wirtualnej rzeczywistości można do woli eksperymentować z kolorystyką i fakturą materiałów wykończeniowych, tak aby uzyskać oczekiwany efekt.

HOLOBENCH

Podobnie do opisanego powyżej CAVE działa system HOLOBENCH. Jest to jednak prostszy system, wykorzystywany np. do optymalizacji rozmieszczenia elementów pod maską samochodu. W motoryzacji używa się go również do określenia niezbędnej przestrzeni, która jest potrzebna, aby pomieścić m.in. ruchome kable w przypadku, gdy wiązka elektryczna łączy się z elementami ruchomymi i nieruchomymi. Do interesujących możliwości HOLOBENCH należy system interaktywnej symulacji operacji głębokiego tłoczenia blach karoserii. Różnorodne naprężenia występujące w czasie procesu tłoczenia są reprezentowane poprzez kolory, a jakość powierzchni oddaje symulacja odbić promieni świetlnych. Wszystkie te elementy są zaczerpnięte z przemysłu lotniczego, podobnie jak większość dzisiejszych nowych technologii w motoryzacji.

Powerwall

Z kolei Powerwall to, jak sama nazwa wskazuje, ogromne ściany o powierzchni około 20 m[sup]2[/sup], służące do prezentacji samochodów w skali 1:1. Ten system różni się od CAVE tym, że nie wprowadza „w pełni” człowieka do cyberprzestrzeni. Działanie Powerwall jest przez to bardzo podobne do znanych nam ekranów w kinach 3D. Służy wizualizacji gotowych projektów, grupie projektowej, bezpośredniej dyskusji oraz zatwierdzeniu projektu przez osoby decyzyjne. Oprogramowanie do projekcji takich trójwymiarowych ruchomych brył musi analizować kilkadziesiąt tysięcy płaszczyzn elementarnych minimum 30 razy na sekundę (częstotliwość 30 Hz). Takie technologie pozwalają na implementacje zmian w bardzo szybkim czasie i pozwalają pracować wielu ludziom w różnych miejscach na świecie nad tym samym projektem.

Także inne dziedziny motoryzacji, jak zjawiska zachodzące w aerodynamice, czynności serwisowe, montażowe czy nawet w silniku, proces spalania mieszanki, dawki wtrysku, coraz częściej przenosi się świat wirtualny w celu ułatwienia analizy i ulepszenia procesów.

Jak widać, wszystkie te systemy zlewają się ze sobą i trudno je tak od siebie oddzielić. Można powiedzieć, że - paradoksalnie - świat wirtualny staje się coraz bardziej realny. Tak czy inaczej systemy VR to jeszcze tylko pomoc, która ma przyspieszyć, ułatwić i udoskonalić proces projektowy. Na pewno jednak kontakt z rzeczywistym modelem nie zostanie zastąpiony przez samochodowy "Matrix".

Źródło: Auto Technika Motoryzacyjna, nr 12/2006 • Samochody osobowe i pochodne, J. Jackowski, J. Łęgiewicz i M. Wieczorek