Futuristické technologie stojí u zrodu běžných vozů

Automobilky zapojily výpočetní a vůbec digitální technologie do svých vývojových, testovacích a koneckonců i výrobních procesů v takovém měřítku a s takovým důrazem na jejich ultramoderní možnosti, že se návštěva ve vývojovém centru nejednoho výrobce dá srovnat s pobytem ve středisku vesmírných letů - nebo ještě lépe s cestou do budoucnosti. Řekli byste, že i přesná pozice popelníku, rychlost stahování okének a vzájemné provázání barevných kombinací interiéru a exteriéru jsou dnes kompletně navrhovány za pomoci nejmodernějších počítačových technologií?

Auta ve třetím rozměru

Pokud jsou zde zmiňovány nejmodernější technologie, skutečně je nutné za tímto povšechným termínem hledat pomyslnou smetanu na dortu současných digitálních technologií. Nejsou počítače jako počítače, a tak automobilky ve svých vývojových laboratořích pracují výhradně se superpočítači, s ultramoderními zobrazovacími technologiemi, na zakázku s programovanými aplikacemi a skutečně neponechávají žádný z procesů náhodě - dnes už podobné digitální kúře neunikne ani nejposlednější šroubek na podvozku rodinného vozu.
Vývoj na běžných počítačových monitorech je samozřejmě důležitý, ovšem podobné nástroje jsou používány v automobilovém průmyslu přinejmenším dvě desetiletí. Současné možnosti virtuálního projektování nejlépe dokládá technologie zvaná CAVE (Cave Automatic Virtual Environment), což ve velmi volném překladu zhruba znamená "jeskyně virtuálního prostředí".
Samo zařízení pak skutečně může jeskyni připomínat. Jde totiž obvykle o kvádr o rozměrech kolem 5x3x3 metrů, tedy dostatečně velký na to, aby se něj pohodlně vešel osobní automobil, respektive jeho virtuální trojrozměrná projekce v měřítku 1:1.
Zařízení je ve vnitřním prostoru tvořeno zobrazovacími panely, osazeny jsou ale také snímače určující přesnou polohu a směr natočení hlavy nebo ukazovacích zařízení (ukazovátko, speciální rukavice), kterými projektanti uvnitř "jeskyně" pracují s virtuální simulací celého vozu či některé z jeho částí. Na rozdíl od zvyklostí známých při hraní virtuálních her zde není nutné mít na hlavě VR helmu, stačí pouze speciální polarizační brýle, které správně rozluští promítaný obraz a převedou jej do plnohodnotného 3D. Samozřejmostí je i akustická zpětná vazba. Díky sofistikovaným technologiím je skutečně možné "uchopit" virtuální předmět a pracovat s ním, měnit jeho polohu či nastavení.
CAVE a podobná zařízení mají ve vývoji vozů své nezastupitelné místo, protože se dají využít k celé řadě procesů, návrhem převodovky počínaje a testováním zavírání dveří konče. Jde pochopitelně o velmi drahé zařízení, nicméně automobilky dobře vědí, že podobná investice je nejen posune výše v pomyslném žebříčku technologických vymožeností, ale že podstatně zrychlí a zlevní vývoj a může stát u zrodu doposud stěží realizovatelných vylepšení i v ostrém konkurenčním boji důležitých novinek.
Pokračování na str. 5
Dokončení ze str. 1

CAVE například nechybí v unikátním supermoderním vývojovém středisku automobilky Mercedes Benz v německém Sindelfingenu, kde je využíváno k práci na nových modelech cestovních vozů i k vývoji komponentů pro sesterský tým "stříbrných šípů" formule 1 McLaren Mercedes. Velmi oblíbená je i takzvaná PowerWall, což je až 7 metrů dlouhá a 3 metry vysoká panoramatická zobrazovací stěna, která opět slouží k virtuálnímu zobrazení vozu a jeho součástí; pracuje se i se speciálními aktivními brýlemi, kde je obraz promítán ve vysoké frekvenci stereoskopicky pro levé a pravé oko, takže opět vše budí dojem třetího rozměru.

Sedí se vám dobře?

Sofistikované zobrazovací technologie jsou samozřejmě klíčem ke vzniku nového vozu, respektive umožňují jeho vývoj bez nutnosti komplikované, nákladné a zdlouhavé práce na jednotlivých komponentech. Nakonec ale vždy ustoupí plechy a čalounění stranou a nejdůležitějším prvkem se stanou sami lidé, tedy budoucí uživatelé nového výrobku.
Prioritou je bezpečnost, ale také pohodlí a ergonomie. Na těchto oblastech s vývojáři spolupracují i psychologové a lékaři, kteří pomáhají docílit ideálního návrhu jak interiéru samotného, tak například rozmístění ovládacích prvků na palubní desce, nastavit ideální míru akustické a vizuální signalizace nebo na nejnižší možnou míru snížit takovou únavu řidiče, která by pramenila z častého používání nepříliš vhodně umístěných prvků či nevhodné ergonomie.
I v těchto případech se pochopitelně používá systém CAVE a jemu příbuzné, ovšem stejně tak záleží na softwarových aplikacích, které samotnou vizualizaci ve třech rozměrech dokáží rozběhnout a nabídnou patřičné aktivní nástroje. V tomto směru hraje prim systém RAMSIS, který používají například automobilky Opel, BMW, VW, Porsche nebo Toyota.
RAMSIS je antropologicko-matematický systém, který se zaměřuje na pobyt člověka uvnitř interiéru vozu. Pracuje tedy nejen s veškerými ovládacími prvky a jejich dosažitelností, ale také s lidským tělem. Sleduje se například to, jakou práci dá používání ruční brzdy, kolik místa je ve voze pro kolena a hlavu, jak snadno se vystupuje a nastupuje, zda a jak je nutné se předklonit při otevírání skříňky v palubní desce a také to, jestli některý z prvků vozu není umístěn tak, že by například mohl vadit v dostupnosti jiného, nebo přímo překážel.
Hledání ideální koncepce se pochopitelně nešije na míru jediného virtuálního pasažéra či celé stejně nehmatné rodiny, ale vychází z antropologických zjištění a celkem 50 typů postav, takže kompromis by měl počítat skutečně s každým člověkem. Frank Leopold, manažer vývojového centra ITDC automobilky Opel, k tomu dodává: "Interiér vozu vám padne jako rukavice, má přesně takové rozměry, ve kterých se budete cítit dobře."

Bezpečí v nebezpečí

Snadné spuštění stěračů nebo polstrování sedaček omezující únavu při dlouhé cestě je pochopitelně důležité, ovšem důležitější jsou bezpečnostní vlastnosti vozů, respektive jejich chování při haváriích, nárazech či nečekaných situacích. I tady je dnes již nezbytné pomáhat si při vývoji virtuálními simulacemi. Ty mají - kromě jasné úspory nákladů za rozbitá auta - mnoho dalších předností. Dají se totiž neustále opakovat, nestane se tudíž, že by došly modely určené k sofistikovanému zničení. Počítače zároveň poskytují absolutní datové zpracování nárazů a veškeré informace o poškození, zranění posádky a vůbec o reakcích na havárii, které jsou prakticky okamžitě dostupné, připravené k uložení či porovnání s předchozími výsledky.
Přední automobilky jako BMW, Renault, Volvo, Toyota, Nissan, Mercedes, VW nebo Ford kromě jiného využívají při simulování crashtestů technologii STORM (Stochastic Optimization and Robustness Management). Jednou z jejích hlavních předností jsou stochastické vlastnosti, tedy schopnost při výpočtech a simulacích pracovat také s určitou mírou náhody, předvídat možnosti na základě známých modelů a doplňovat jasně stanovená pravidla vlastními modifikacemi. Podobné schopnosti jsou nesmírně důležité, protože se přibližují realitě, a nejsou tedy jen strohou řečí čísel popisujících pevně dané události.
Automobilky spolupracují i na vývoji dalších nástrojů, například na vytváření pokročilých simulací chování lidského těla při nárazu, možnostech poškození vnitřních orgánů, na získávání dat o materiálech, konstrukčních prvcích či vůbec matematickém podchycení účinků nárazů v různých rychlostech. Klasické reálné nárazové testy se samozřejmě i nadále provádějí, ovšem jen potvrzují údaje nasbírané ve virtuálním prostředí. Snímky crashtestů i výsledky nezávislých testů dokazují, že zavedení moderních výpočetních technologií do procesu zvyšování pasívní i aktivní bezpečnosti vozů se jasně podepsalo na lepších výsledcích.
Stranou nezůstává ani prevence, tedy snaha o vytvoření takového prostředí a zapojení takových technologií, které by pokud možno pomohly odvrátit nebo minimalizovat následky blížící se nehody. Velmi daleko je s podobnými aktivitami Mercedes, který usilovně pracuje na své vizi Accident-Free Driving, tedy řízení bez nehod. Statistiky totiž dokládají, že až 90 procentům nehod by se dalo předejít v případě, že by řidiči mohli být nějakým způsobem informováni o blížícím se nebezpečí.
Nejedná se pochopitelně o věštění budoucnosti, ale o inteligentní chování vozu, které stále sleduje chování řidiče a dokáže napravit jeho očividnou chybu, zapojení radarových senzorů mapujících okolí vozu nebo počítačem řízené nárazníky reagující na blížící se překážku. Je ale pochopitelné, že nehody z našich silnic nezmizí, proto se pracuje také na systému co nejjednodušší záchrany posádky z havarovaného vozu.

Supervozy a superpočítače

Virtuální simulace se používají například i ke zjištění toho, jak bude vybraný odstín barvy ladit s interiérem a jak bude lákat pohledy chodců při přímém slunečním světle. Vývojová centra ale nekončí svou práci na nových modelech u podobných okrajových či pocitových záležitostí, bez výjimky se zaměřují i do více či méně vzdálené budoucnosti.
Hitem, dá-li se to tak říci, jsou dnes práce na alternativních (ekologických) zdrojích pohonu: na palivových článcích, používání vodíku, biomasy, elektrické energie a různých hybridních řešeních. Pracuje se na zcela nových koncepcích převodovek a motorů, ovládání vozu, technologiích řazení, tlumičů, brzd, neotřelých konstrukčních prvcích, aerodynamice a v neposlední řadě designu. Díky moderním postupům se novinky dostávají mnohem dříve do sériové výroby a potažmo k zákazníkům, takže o nich už není nutno dlouhá léta jen snít, ale setkáte se s nimi i na našich silnicích.
Například největší automobilový koncern světa General Motors (pod který spadají například značky Opel, Saab, Hummer, Chevrolet, Cadillac a další) v dubnu letošního roku zakoupil pro své vývojové centrum nový superpočítač značky IBM, který je v současnosti nejvýkonnějším v automobilovém průmyslu a jedním z nejvýkonnějších vůbec - dosahuje výkonu devíti trilionů operací za vteřinu.
Vzápětí poté koncern ústy svého výkonného ředitele Boba Kruse uvedl, že díky této hi-endové technologii se zkrátí vývoj zcela nového vozu ze čtyř let na 15 měsíců, náklady poklesnou o 40 procent a na virtuálních crashtestech se ušetří dokonce více než 85 procent nákladů.
Vzhledem k tomu, že vytvoření nového vozu přijde odhadem až na miliardu dolarů, tak nejde zrovna o zanedbatelné peníze. Každopádně je jasné, že automobilky už dnes mají blíže k IT než k průmyslu.
[*]
Autor je spolupracovníkem redakce

Odkazy
CAVE - www.evl.uic.edu/pape/CAVE/
Obecné informace o zobrazovacím systému CAVE.
Mercedes Benz - www.mercedes.com
Stránky automobilky Mercedes Benz.
McLaren Mercedes - www.mclaren.co.uk
Stránky týmu formule 1 McLaren Mercedes.
RAMSIS - www.ramsis.de
Systém RAMSIS, který má na starosti simulace užívání automobilu člověkem.
Opel - www.opel.com
Stránky automobilky Opel.
ST-ORM - www.easi.de/storm/
Systém provádění a vyhodnocování virtuálních crashtestů ST-ORM.
General Motors - www.gm.com
Stránky koncernu General Motors.