Sviluppo del veicolo tramite simulazione

Nella produzione automobilistica moderna, ogni voce di budget deve essere giustificata. Ridurre i costi nel settore dello sviluppo e della ricerca è una pratica comune. Questa fase è estremamente costosa, ma le simulazioni al computer vengono in soccorso: una delle soluzioni efficaci ed economiche per i progettisti automobilistici. Utilizzando tali simulazioni, gli ingegneri possono analizzare manovre, fenomeni fisici o collisioni sulla base di dati computazionali senza dover eseguire questi test nel mondo reale.

Come si presenta la simulazione?

A seconda del tipo, i compiti di simulazione possono essere risolti in molti modi diversi: non esiste un unico metodo che possa essere utilizzato per descrivere la soluzione a qualsiasi problema.

In generale, si può dire che l’attuazione inizia sempre con l’osservazione. Le leggi e i principi appresi attraverso l’esperienza possono servire come base per la costruzione di un modello e di un ambiente di simulazione. Un esempio di ciò è l’introduzione della gravità in una simulazione di un’auto in movimento: sappiamo che esiste e siamo anche consapevoli dei suoi effetti sulla superficie terrestre. Pertanto lo trattiamo come un valore osservato e lo inseriamo nel sistema di simulazione come un dato di fatto perché sappiamo che sarà sempre presente.

Uno dei primi passi è stabilire un’ipotesi. Ad esempio, nella simulazione preliminare del crash test frontale EuroNCAP, possiamo supporre che il produttore abbia sviluppato un progetto che soddisfi i requisiti normativi e che i soggetti del test siano manichini che non subiscano lesioni che provocherebbero la morte in esseri umani reali.

La fase successiva, e una delle più importanti, è la creazione di un modello. In molti casi, questo è il processo più lungo e dettagliato di tutti. L’essenza di un modello è che incarna l’ambiente di un dato studio (in questo caso un’auto), ma tiene conto solo delle proprietà rilevanti per questo modello. A volte il cosiddetto un modello geometrico a quarto comprendente un solo ammortizzatore e un albero di trasmissione, nonché un quarto della carrozzeria. Le semplificazioni sono utili perché i modelli più complessi richiedono una maggiore potenza di calcolo, che nel caso del test di interi veicoli può richiedere tempi inimmaginabilmente lunghi e consumare enormi risorse.

I modelli semplificati raggiungono il loro scopo finché il loro comportamento non differisce significativamente dal modello completo a causa di ipotesi troppo riduzionistiche. È bene precisare che nel settore automobilistico non a tutti i veicoli è necessario dotare di un modello completamente nuovo quando si prepara una simulazione: come in tutti i campi tecnici, si ricorre all’opzione della semplificazione trasferendo con opportuni parametri i parametri dei modelli precedenti alla generazione successiva modifiche.

Infine c’è la valutazione o creazione di regole: si tirano le somme e si determina se l’ipotesi si è rivelata corretta o errata. Idealmente, la simulazione fornisce informazioni sul veicolo che, di conseguenza, non devono essere verificate nella realtà o solo parzialmente.

Simulazione e realtà

Sebbene la realizzazione di simulazioni sia costosa, richiede meno lavoro e costi rispetto ai test reali. La domanda diventa: perché i produttori non hanno completamente eliminato i test reali? La risposta è che, sebbene la simulazione possa essere efficace, può sempre contenere alcuni errori.

Quando le simulazioni dei veicoli erano nelle prime fasi di sviluppo e il mondo cominciava a riconoscerne il potenziale, le aziende raramente osavano utilizzarle, ma oggi rappresentano già il 70-80% di tutti i test. Gli sviluppatori di software e i produttori di automobili hanno oggi a disposizione così tanta esperienza da poter creare modelli e ambienti di simulazione estremamente sofisticati e realistici che differiscono solo leggermente dalla realtà.

Sotto questo aspetto, la produzione automobilistica è simile al processo di produzione dei veicoli di Formula 1: i team creano i propri veicoli principalmente utilizzando la simulazione piuttosto che la galleria del vento e i test in pista. Attualmente le stesse regole si applicano ai veicoli generalmente disponibili sul mercato.

I test nel mondo reale, tuttavia, non sono del tutto scomparsi e rimarranno sicuramente con noi per molto tempo, anche se solo su base modesta.

Tipologie di simulazione nel settore automobilistico

Oggi la tecnologia informatica offre innumerevoli possibilità di simulazione per l’industria automobilistica:

• Simulazioni complete del veicolo (test dinamici, test di resistenza, gestione dell’energia, simulazione dei tempi sul giro, ecc.)
• Simulazione delle funzioni del veicolo
• Simulazione dell’elettronica di comfort, test prestazionali di sistemi ibridi ed elettrici
• Simulazione di guida sull’acqua e comportamento sulla neve
• Prove aerodinamiche (bottom flow, top flow, through flow)
• Studio dei processi termodinamici del motore a combustione
• Simulazione operativa di veicoli autonomi