Testowanie opon jest kosztowne, ale dzięki postępowi technologicznemu, Goodyear może teraz testować je w wirtualnym symulatorze, jeszcze przed fizycznym wyprodukowaniem. Dawniej opony owiane były nutką tajemnicy, z sekretnymi mieszankami gumy i skomplikowanymi konstrukcjami stalowych drutów i tkanin. Dziś, dzięki ogromnej ilości danych testowych, producenci opon, tacy jak Goodyear, mogą symulować zachowanie opon z dużą precyzją, co znacząco skraca czas projektowania.
Symulacje w rozwoju opon – długa historia
Wykorzystanie symulacji w badaniach i rozwoju opon ma długą tradycję. Chris Helsel, dyrektor techniczny Goodyeara, dołączył do firmy już w 1996 roku, jako członek małego zespołu zajmującego się komputerową symulacją opon, o czym pisze Ars Technica.
„W 1996 roku w Goodyear czuliśmy, że mamy opóźnienia w stosunku do tego, co nazywamy analizą elementów skończonych, czyli rozbijaniem dużej struktury na małe części” – wspomina Helsel.
Złożone problemy wymagają zaawansowanych rozwiązań
Złożoność modelowania opon jest ogromna. „Opona odkształca się o 40 procent przy każdym obrocie, więc to ogromne przemieszczenie, ta zmiana, powoduje przesunięcie tych elementów, co wywołuje niestabilność numeryczną” – wyjaśnia Helsel.
Oprócz tego, model musi uwzględniać sposób, w jaki opona się toczy i oddziałuje z felgą. Nie można również pominąć wzoru bieżnika i małych lameli, które zapewniają przyczepność.
Od modelowania styku do symulacji śniegu
W latach 90. Goodyear próbował wykorzystać tę technologię do przewidywania takich parametrów, jak kształt powierzchni styku opony z nawierzchnią. Obecnie firma może modelować opony z pełną dokładnością, uwzględniając różne warunki atmosferyczne.
„Nawet śnieg, który jest naprawdę trudnym problemem ze względu na mechanikę pękania śniegu” – mówi Helsel. „Śnieg się łączy, a następnie rozpada. To bardzo trudny problem numeryczny.”
Jazda na nowych oponach, zanim powstaną fizycznie
Symulacja opon obejmuje obecnie znacznie szerszy zakres procesu testowania. Goodyear wykorzystuje symulatory – podobne do tych stosowanych w sportach motorowych – do przeprowadzania dynamicznych testów opon bez konieczności ich fizycznej wymiany w pojeździe testowym.
„Jeśli weźmiemy model opony opisany przez Chrisa oraz bardzo precyzyjny model pojazdu i umieścimy je w symulatorze jazdy, najważniejsze jest, aby działał on w czasie rzeczywistym. Człowiek musi mieć wrażenie, że to prawdziwa jazda” – wyjaśnia Steve Rohweder, wiceprezes ds. rozwoju technologii w Goodyear.
Centra symulatorów w Akron i Luksemburgu
Goodyear posiada obecnie dwa centra symulatorów dynamicznych: w Akron w stanie Ohio (otwarte w 2021 roku) i w Luksemburgu (otwarte w 2024 roku).
Korzyścią z tego podejścia jest znaczne przyspieszenie procesu iteracji podczas rozwoju. „Pod koniec lat 90. można było liczyć na pół tuzina – może do dziesięciu – fizycznych iteracji, w których faktycznie zamawiało się formę, produkowało opony i testowało je. Jeśli wynik nie był zadowalający, trzeba było zaczynać od nowa” – mówi Helsel.
Ogromna oszczędność czasu i zasobów
Z biegiem czasu symulacja śladu opony pozwoliła Goodyearowi skrócić ten czas o połowę, „a odkąd naprawdę zwiększyliśmy precyzję modelowania opon i wprowadziliśmy ją do symulatora, skróciliśmy go ponownie o połowę” – dodaje Helsel.
Teraz, współpracując z producentem samochodów nad oponami do konkretnego modelu, „w zasadzie potrzebujemy tylko jednego fizycznego potwierdzenia konstrukcji i testów, więc ograniczamy się do jednego” – podsumowuje Helsel. To ogromna oszczędność – być może nawet 13 000 opon i 10 000 kilometrów jazd testowych, które w innym przypadku byłyby potrzebne przed ostatecznym zatwierdzeniem.
