A indústria automotiva tem adotado a engenharia auxiliada por computador (CAE), o que reduz custos e tempos de entrega por meio da substituição do protótipo físico pelo virtual. Com o uso da tecnologia CAE, é possível simular veículos em um ambiente virtual, combinando um simulador de direção com um motorista profissional em uma configuração de "driver-in-the-loop", permitindo feedback subjetivo de testes realizados totalmente no campo virtual. A ferramenta Simcenter Tire é responsável por permitir feedback "driver-in-the-loop" no processo de desenvolvimento virtual, incluindo módulos de manuseio, temperatura e velocidade, curvas e envoltório.
Habilitando a virtualização do desenvolvimento de veículos por meio de simulações de driver in the loop
Acelerando o desenvolvimento de veículos por meio da engenharia virtual
Nos últimos anos, a indústria automotiva adotou – e acelerou – uma transição da prototipagem física para a virtual. Como indústria, há um grande desejo de projetar produtos virtualmente, via engenharia auxiliada por computador (CAE), e assim reduzir significativamente o número de protótipos físicos criados ao longo do processo de design. Atingir esse objetivo reduz significativamente os prazos de entrega e os custos – portanto, os OEMs automotivos podem trazer produtos ao mercado de forma mais rápida e barata.
Mais recentemente, a tecnologia CAE tornou-se suficientemente avançada para que as empresas possam executar simulações de veículos emparelhando um simulador de direção com um motorista profissional (ou seja, um Driver in the loop, ou setup DiL). Isso, por sua vez, significa que, pela primeira vez, os OEMs podem obter feedback subjetivo de testes realizados inteiramente no campo de testes virtual.
Tal conquista não é um acidente. Em geral, existem muitos fenômenos que um motorista profissional pode 'sentir', mas não pode ser medido (ou pelo menos metrificado). Tradicionalmente, isso sempre forçou os engenheiros a confiar nos mesmos pilotos profissionais testando protótipos físicos em uma pista, após o que eles podem fornecer seu feedback subjetivo. No entanto, hoje, com a ajuda do Simcenter Tire, esse processo pode ser conduzido virtualmente, e o feedback subjetivo vital fornecido pelos motoristas pode ser fornecido extremamente cedo no processo de desenvolvimento do veículo, superando a barreira dos protótipos físicos necessários. Este processo foi mostrado em blogs publicados pela BMW e Continental.
Simcenter Tire: um facilitador para feedback subjetivo
Para habilitar os loops de feedback DiL no processo de desenvolvimento virtual, existem dois requisitos: um modelo de alta fidelidade e um modelo que resolva com rapidez suficiente para ser executado em uma simulação em tempo real. No entanto, essas coisas são naturalmente contrárias uma à outra: mais detalhes geralmente requerem mais tempo de computação. Para alcançar o equilíbrio ideal para a aplicação do usuário final, nosso modelo de pneu – MF-Tyre/MF-Swift – é composto de vários módulos:
Módulo | Aplicativo Principal |
MF-pneu | Manuseio |
Virar deslizamento | Manobras de estacionamento/baixa velocidade |
Anel rígido | Dinâmica de frequência mais alta (⪅100 Hz) |
Envelopando | Obstáculos e/ou estradas irregulares |
Temperatura e Velocidade | Modelagem térmica |
Principais aplicações do Simcenter Tire para cada módulo
Como motorista, para obter a sensação mais realista possível, o ideal é habilitar todos os módulos acima. E para maximizar sua fidelidade, o módulo envelopamento é vital para as análises de durabilidade e conforto de condução. Envelopamento: um modelo complexo de contato rodoviário
Nosso módulo de envelopamento é responsável tanto por estradas irregulares quanto por obstáculos na superfície da estrada. Ele funciona reconhecendo primeiro que, ao passar por cima de um obstáculo (e/ou uma superfície áspera), duas coisas ocorrem na área de contato: 1) a área de contato é alongada; e 2) o pneu 'engole' obstáculos. Ambos os efeitos levam ao fenômeno 'envolvente' dos pneus.
Figura 1: Como encontrar a resposta envolvente a partir da resposta de comprimento e da capacidade de engolir obstáculos
Os efeitos envolventes combinados podem ser vistos como o pneu atuando como mecanismo de filtragem , da perspectiva do centro da roda. Essa filtragem ocorre porque leva tempo (e distância) para que a área de contato do pneu ultrapasse totalmente os obstáculos. Além disso, a borracha atua efetivamente como um mecanismo de deglutição do obstáculo. Então, do ponto de vista do eixo da roda, os obstáculos não são tão pontiagudos:
Figura 2: Filtro para encontrar a superfície efetiva da estrada
Para levar em conta esse efeito, o módulo de envelopamento Simcenter Tire MF-Swift usa um filtro de estrada especial para determinar a superfície efetiva da estrada no centro da roda. Em seguida, essa superfície efetiva da estrada é usada como entrada para o modelo MF-Swift. O filtro funciona usando ressaltos elípticas rígidas. Eles estão posicionados nas bordas dianteira e traseira da área de contato e podem se mover verticalmente livremente ao encontrarem obstáculos. Para máxima precisão, mais ressaltos podem ser utilizados e são inseridos ao longo do comprimento/largura do patch de contato. Claro, há uma compensação na eficiência computacional.
Figura 3: Ressaltos colocados nas bordas frontal e traseira do patch de contato
Figura 4: Ressaltos adicionais podem ser usadas para obter mais detalhes
Assim, em comparação com os outros módulos do MF-Tyre/MF-Swift, o envelopamento é diferente porque faz muitas chamadas de contato na estrada – especialmente quando se usa um número maior de ressaltos. Naturalmente, isso aumenta o tempo de computação e, portanto, o envelopamento pode exigir muita computação. Para permitir a máxima fidelidade para configurações DiL (e HiL), aumentamos o desempenho computacional do módulo envolvente. Fizemos isso atualizando a maneira como funciona o algoritmo de troca de dados rodoviários. Na versão Simcenter 3D 2212 , isso levou a uma melhoria de desempenho geral de até 45% .
Figura 5: gráfico mostrando a redução do tempo de simulação possibilitada pelas atualizações da versão 2212, que habilitarão o driver nas simulações do loop.
Na figura acima, o tempo de computação para um pneu na versão Simcenter Tire 2212 é reduzido para 150 µs por ms. Para quatro pneus, isso equivaleria a ⁓ 0,6 ms e, portanto, permitindo capacidade em tempo real e, com isso, configurações do tipo DiL são alcançáveis.
Resumo
A indústria automotiva está acelerando rapidamente em sua jornada para contar com loops de design virtual para o desenvolvimento de novos veículos. Uma parte cada vez mais importante desse processo está no uso de simuladores de direção, especialmente para a assinatura subjetiva de pneus e/ou características do veículo. Para realmente permitir o desenvolvimento virtual de veículos, os usuários finais precisam de modelos de pneus de alta fidelidade e com capacidade em tempo real.
Para dar suporte a esse processo, na versão Simcenter 3D 2212, atualizamos nosso módulo de envelopamento MF-Swift para ser muito mais rápido, levando a uma redução de até 45% no tempo geral de resolução de nosso modelo de pneu. Isso realmente permite o uso de plataformas DiL e, com isso, tem o potencial de acelerar drasticamente o desenvolvimento do veículo, fornecendo aos motoristas profissionais acesso 'virtual' ao protótipo do veículo e/ou pneus incrivelmente cedo no processo. Os benefícios também se aplicam a plataformas Hardware-in-the-Loop (HiL) e até simulações regulares de “desktop” (ou “offline”).
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