Nárazové testy bývají většinou spojené se spektakulární destrukcí vozů. Unikátní simulace aktivního bočního nárazu (ALIS) vyvinutá za přispění TÜV SÜD Czech však umožňuje nedestruktivní fyzickou simulaci s kontrolovanou deformací.
Boční náraz je druhým nejčastějším scénářem při nehodách osobních automobilů se smrtelnými nebo vážnými následky. Podílí se na nich z 35 až 40 procent, ale není to zase tak dávno, kdy se v nárazových testech ověřoval pouze čelní náraz coby nejčastější situace při dopravní nehodě, ať už s jiným vozem nebo statickou překážkou. Ten se na vážných nehodách podílí z 55 procent. Větší důraz na testování bočních nárazů přinutil výrobce aut ke zvýšení ochrany posádky, ať s pomocí výztuh ve dveřích, bočních airbagů nebo dalších bezpečnostních prvků.
K testování bočního nárazu v testech NCAP / Euro NCAP se používá kompletní vůz (viz fotka), při testech pomocí ALIS je potřeba dodat pouze jeho redukovanou část, tj. sedačku, pásy, díly interiéru a airbagy.
Lehko na cvičišti, těžko na bojišti
Automobilky se musí na nárazové testy svědomitě připravovat a investovat do vlastního testování nemalé prostředky, protože výsledná známka IIHS nebo NCAP je pro zákazníky důležitým parametrem při výběru nového vozu.
A zde přichází do hry unikátní systém ALIS (Active Lateral Intrusion Simulaton). Jedná se o špičkovou technologii pro nedestruktivní fyzickou simulaci bočních nárazů s aktivní kontrolovanou deformací konstrukce boku vozidla. ALIS je jedním z mála takových systémů v Evropě a zároveň jde o první systém, který umožňuje testování zatížení předních i zadních sedadel současně. Co je na této špičkové technologii výjimečného? Pro testování bočního nárazu není potřeba dodat celý vůz, ale pouze jeho nezbytnou část. Jak si takový test představit? Jde o tzv. saňovou zkoušku, protože bariéra i část vozu je na saních, resp. platformě umístěné kolejích, po nichž je katapultem zrychlena na požadovanou rychlost.
Kompletní systém simulace aktivního bočního nárazu
Crash test naruby
Princip crash testů vychází z fyzikální podstaty o zachování energie. To znamená, že se při nich zrychlí vozidlo na předepsanou rychlost a poté se střetne s pevným předmětem. Následkem této srážky se posádka setrvačností pohybuje směrem, kterým jelo vozidlo před srážkou.
Saňové zkoušky se dělí dle svého principu do dvou hlavních kategorií: akcelerační a decelerační. Nejmodernější saňové zkušebny využívají především z důvodu lepší shody s crash testy akcelerační přístup, což znamená, že na rozdíl od běžného crash testu vše probíhá reverzně. Zkouška začíná z nulové rychlosti (tj. z pohledu simulace v okamžiku nárazu) a zkoumané vozidlo se pomocí dynamického katapultu pozpátku zrychlí (je ‚odraženo‘ ekvivalentem srážky s pevným předmětem).
Pro testování pomocí ALIS je potřeba pouze redukovaná část vozu
Rozhodují zlomky vteřiny
Potenciál saňových zkoušek spočívá v laboratorním prostředí, kde jsou vstupní podmínky vždy stejné. Jedna saňová zkouška stojí zlomek toho, co výroba a destrukce prototypového automobilu, z hlediska testování se však jedná o jednu z nejkomplexnějších zkoušek vůbec. Deformace a celý náraz trvá zhruba 0,2 vteřiny, přičemž špičky biomechanického zatížení na zkušební figuríně jsou kolem 0,05 vteřiny od nárazu.
Unikátní technologie, která šetří čas i peníze
Zařízení pro testování bočních nárazů je součástí moderní zkušebny DYCOT (DYnamic COmponent Testing). Jejím srdcem je obří katapult německé firmy INSTRON, který dokáže urychlit jednu tunu nákladu až na 90 násobků gravitačního zrychlení. Katapult pracuje na hydraulicko-pneumatickém principu s pracovním tlakem 300 barů v šesti zásobnících. Na kolejích před katapultem se pro boční nárazy nachází unikátní zařízení ALIS od španělské firmy ENCOPIM, které při bočních nárazech generuje průnik do interiéru (ten při srážkách může činit až 40 centimetrů) a vytváří společně s katapultem korektní zatížení zkušební figuríny. ALIS má tři pneumatické písty, které dohromady generují sílu až 24 tun.
Zařízení pro testování bočních nárazů je součástí moderní zkušebny DYCOT, která byla do provozu poprvé uvedena v roce 2016. Budování této laboratoře zabralo necelé tři roky a obnášelo investici přes 100 milionů korun.
Crash test a jeho virtuální dvojče
Vstupem do saňové zkoušky je virtuální FE simulace (Finite-element method, tzv. metoda konečných prvků) celého vozidla, což je numerická metoda sloužící k simulaci průběhu deformací. Model vozu se zredukuje pouze na součásti potřebné k saňové zkoušce – tedy na sedačku, pásy, díly interiéru a airbagy. Redukovaný model se poté detailně zkoumá, zejména s ohledem na to, kde a jakým způsobem dochází k průniku do interiéru v návaznosti na kontakt s figurínou.
S využitím velmi zkušeného vývojového týmu se poté navrhne průnikový mechanismus, který díky systému několika pohyblivých dílů přesně reprezentuje deformaci interiéru. Jakmile je nastavena deformace interiéru, je na řadě synchronizace a ladění řídicích pulzů jednotlivých pístů tak, aby biomechanická odezva figuríny byla ekvivalentní plnohodnotnému crash testu. Biomechanickou odezvou je především myšleno zatížení hrudníku a ramene (to snímají senzory pohybu a snímače zatížení), společně se zrychlením hlavy (to se měří akcelerometrem).
Tato část zabere většinou nejvíce času, protože se vytváří počítačová matice zhruba dvou set simulací, na jejichž základě se postupně ladí chování figuríny. Dle složitosti modelu zabere jedna simulace 4 až 10 hodin výpočetního času.
Virtuální část testování probíhá ve výpočetním centru TÜV SÜD Czech v Praze. Následné saňové zkoušky pak v laboratoři DYCOT v Bezděčíně u Mladé Boleslavi.
V momentě, kdy je virtuální část hotova, přicházejí data z prvního plnohodnotného crash testu vozu. Po jejich analýze se vytváří iterační smyčka zpřesnění virtuálních simulací, aby co nejvíce odpovídaly realitě. Iterace je řešení problému postupným opakováním s dalším a dalším přibližováním se žádoucímu výsledku. Počítačovými simulacemi se lze dobrat výsledku co nejpodobnějšího skutečnému crash testu s prototypovým vozem, aby se podle nich systém ALIS naladil. Cílem je ušetřit čas a peníze klienta, protože saňové zkoušky mohou probíhat mnohem rychleji a levněji, než další výroba a opakované crash testy drahých prototypových vozů.
Třem z pěti loňských vítězů Euro NCAP pomohl k vítězství systém ALIS
Špičková a v Evropě unikátní technologie ALIS, s jejíž pomocí lze v krátkém časovém úseku provést mnoho testů s nižšími náklady, již nese své ovoce. Vypovídají o tom i výsledky testů Euro NCAP za rok 2021, v nichž zvítězily tři vozy, které byly pomocí tohoto systému otestovány. Jednoznačně se tak ukazuje, že nedestruktivní fyzická simulace aktivního bočního nárazu je cestou k vylepšení výsledků bezpečnosti vozu.
Výsledky Euro NCAP za rok 2021. Otestováno bylo 33 vozů, z nichž 22 získalo plné pětihvězdičkové hodnocení. Tři z pěti vítězných vozů byly otestovány za pomoci systému ALIS od TÜV SÜD Czech.
Václav Rybář
