Quiet Car: Auta budou tišší díky adaptronice

V tažení proti faktorům moderního průmyslu a současné společnosti, které škodí životnímu prostředí, a tím zprostředkovaně i lidskému zdraví, se stále více pozornosti věnuje kromě kvality ovzduší a vody a ekologických kritérií půdního fondu také otázkám hluku.

Četné studie dokazují, jak už běžný hluk v např. v městských ulicích dlouhodobě nepříznivě ovlivňuje tělesné i duševní zdraví lidí. Jedním z velkých a permanentních zdrojů hluku ve městech a na silničních komunikacích jsou samozřejmě automobily. Je proto potěšitelné, že výzkumníci a vývojáři pracující pro automobilový průmysl se v posledních letech začali intenzivně zabývat i tím, jak omezit hlučnost automobilů.

Nejde však jenom o automobily, se kterými laická veřejnost přichází, pokud jde o sluchové vjemy, do styku zřejmě nejčastěji. Hlučnost je velkým problémem i na pracovištích ve výrobě, všude tam, kde fungování motorů a výkonných strojů je doprovázeno spíše ve větší než v menší míře hlukem. Ale hlučnost je někdy problém i v domácnostech - jako příklad lze uvést zapnutou pračku.

AKTIVITA ÚSTAVU LBF

Pracovištěm, které ve vývoji postupů omezujících hlučnost dosahuje pozoruhodných výsledků, je Fraunhoferův ústav pro trvanlivost konstrukcí a spolehlivost systémů LBF v Darmstadtu. Tam se snaží řešit redukci hlučnosti automobilů pomocí adaptroniky, kterou považují za jednu z klíčových technologií 21. století.

Hluk při jízdě auta nebo po zapnutí výrobního stroje způsobují ponejvíce jejich kovové součásti a pláty, přesněji řečeno tyto součásti mechanismů vibrují, což je doprovázeno zvukovým efektem. "Aktivní" (což je termín s oblibou v LBF používaný) adaptronické prvky či takto pojaté konstrukční úpravy mají podle filosofie odborníků z LBF odstraňovat nebo aspoň omezovat vibrace, a tím tedy snižovat hlučnost.

Druhotným, byť samozřejmě také vítaným efektem omezení vibrací je vyšší přesnost fungování těch kterých součástek - toto platí zejména v případě výkonných strojů. A příznivým účinkem je samozřejmě i větší pohodlí buď řidiče a jeho spolupasažérů v autě, anebo obsluhy výrobního stroje.

K omezení hlučnosti podle zjištění LBF přispívá už i to, že určitá součást je vyrobena z lehčího materiálu než předtím, tedy jde o vylehčené konstrukce. Nicméně hlavní jsou aplikace soustavy senzorů a aktuátorů na různých místech vozu.

SENZORY A AKTUÁTORY

Způsob, jakým působí adaptronické komponenty, je možno si názorně demonstrovat takto: Sklenice naplněná vodou se postaví na některé místo karosérie vozu. Jakmile se nastartuje motor, je možno na hladině vody pozorovat víření. A právě k takovému víření, vibracím, dochází při jízdě vozu po silnici, kde jsou vibrace ještě násobeny tím, že vůz musí překonávat na vozovce třeba i malé nerovnosti. Konstrukce vozu se více či méně otřásá, což řidič a pasažéři cítí, a samozřejmě se chvějí i elektronické součástky a subsystémy, kterých je v dnešních vozech více než dost.

Cílem adaptroniky je dosahovat toho, aby se hladina vody ve sklenici postavené na karosérii nastartovaného auta čeřila co nejméně anebo nejlépe vůbec, případně aby se chvění karosérie nepřenášelo dále do konstrukce vozu. A toho lze podle koncepce LBF dosáhnout kombinací senzorů a aktuátorů, jež mají zpětnou vazbu do elektronického řídicího systému auta. Senzory a aktuátory jsou navrženy tak, aby korespondovaly s parametrickými změnami v prostředí, v němž mají fungovat. Pomocí softwaru lze modifikovat tlumivost, což umožňuje redukovat vibrace, tedy i omezovat hlučnost - a údajně lze takto do určité míry i modifikovat tvar určitých součástek (míněny jsou zřejmě součásti, které jsou do určité míry mobilní, resp. nastavitelné, jako např. světla nebo nárazníky).

LBF spolu s několika dalšími ústavy Fraunhoferovy společnosti založila "Fraunhoferovu adaptronickou alianci ", která pracuje v rámci šíře koncipovaného projektu zaměřeného na aplikaci adaptroniky v konstrukcích automobilů, výrobních strojů, stavebních konstrukcí, ale také v oblasti bezprostřední výroby, ve vývoji a aplikaci materiálů (nejen tzv. nových), a v oblasti spolehlivosti systémů. Smyslem projektu je vypracovat taková řešení, která přinesou zvýšení kvality, zrychlení výroby a snížení nákladů.

Jak to vypadá s dosavadními realizačními výstupy LBF a aliance? Profesor Holger Hanselka, ředitel LBF a mluvčí aliance, uvádí, že byly vyvinuty kontrolní obvody pro tzv. zabudované ("embedded") systémy a dále nové druhy senzorů a aktuátorů včetně vynálezu nového napěťového senzoru, obsahující miniaturizované elektronické součástky. Dále byly vypracovány metody hodnocení spolehlivosti adaptivních struktur a byly utříděny a zkoordinovány vývojové metody a nástroje. Toto všechno se již uplatňuje i v průmyslové praxi, přesněji řečeno v předvýrobních etapách, resp. v technické přípravě výroby.

PROJEKT SPECIÁLNĚ ZAMĚŘENÝ NA "TICHÉ AUTO"

Jiným projektem aliance, zaměřeným speciálně na automobily, je "Quiet Car", v jehož rámci se vývojáři snaží uplatnit adaptronické řešení na kompaktním automobilu. Jde o volkswagenovský vůz Lupo, vybavený adaptronicky pojatými součástmi, resp. uzly v zadní části, který je t.č. testován. Zkoušky, které ve spolupráci s Technickou univerzitou v Darmstadtu probíhají na terénu bývalého letiště v Griesheimu, mají zjistit, do jaké míry se podaří redukovat přenášení mechanického chvění na karosérii (včetně vibrací, jež se do interiéru vozu přenášejí z pohybu pneumatik po vozovce), a jak se tyto vibrace daří tlumit adaptronicky navrženými "aktivními" součástmi. Zároveň se testuje aktivně tlumicí "ochranná přepážka", která odděluje vnitřek vozu od prostoru, kde je umístěn motor.

Je na místě připomenout, že odborníci v ústavech Fraunhoferovy společnosti se zabývají aplikací tohoto principu i v jiných oborech strojírenské výroby, např. u obráběcích strojů anebo u lodních motorů - v tomto případě konkrétně ve spolupráci s loděnicí Friedrich Luerssen v Brémách..