Otázka za milion. Takové auto byste si pravděpodobně nekoupili, protože by mělo tvarově velmi blízko kapce nebo letadlu. Bylo by zcela hladké, aby ho vzduch pěkně obtékal, a mělo obdobně jako kapka nebo jachta zúženou záď – takzvaný boat tailing. Hladký náběh přední části, nízký předek, oblé hrany a tvary. Pozvolný výběh, jako je typický třeba pro závodní čluny.

To bohužel ne, mělo by totiž krytá kola a žádné výstupky včetně zrcátek. Bylo by tak nízké, že by v něm bylo potřeba za jízdy ležet. Žádná kabina, čtyři lidé by leželi za sebou, aby byl odpor vzduchu co nejmenší.

Při vývoji vozu samozřejmě nemá hlavní slovo aerodynamika. Takové auto by bylo neprodejné. Je to spolupráce mezi aerodynamiky, designéry a konstruktéry. Řešíme výrobní, technologické, cenové i designové nároky. Hledáme kompromis mezi funkcí, realizovatelností a estetikou. Většinou neexistuje jediná část auta, kde bychom se všichni jednoznačně shodli. (s úsměvem)

Aerodynamicky jsou příznivější limuzíny nebo i kombíky, kde se dá hezky pracovat se siluetou. Nejobtížnější jsou z tohoto úhlu pohledu terénní auta nebo menší náklaďáky. SUV jsou velmi populární auta, protože v nich lidé mají pocit bezpečí a prostoru. Je to ale velké, vysoké a relativně hranaté auto, s tím se aerodynamicky pracuje hůř. Navíc u aerodynamiky vozů hraje velkou roli i čelní plocha – s větší plochou roste lineárně i celkový odpor.

Při vývoji elektrického SUV ENYAQ iV jsme však využili všech možností, které se nám nabízely. Dosáhli jsme hodnoty odporu cd 0,257, což je v této třídě vozu a cílovém segmentu špičková hodnota. V případě ENYAQ Coupé iV jsme díky splývavé zádi cd koeficient stlačili až na 0,234.

Snižuje odpor vzduchu, a tak snižuje i množství energie potřebné pro pohon vozu. Prodlužuje se tím dojezd vozu na jedno nabití baterie. U tohoto modelu představuje jedna setina koeficientu přibližně 7 km dle WLTP cyklu, což je světově uznávaný testovací standard měření spotřeby. Při jízdě na dálnici to může být až dvojnásobek.

Pokud nemáte jiná technická omezení, můžete dosáhnout i vyšší maximální rychlosti. Aerodynamice je přikládána větší váha i v souvislosti se zavedením limitů na CO2. Je potřeba, aby byl vůz maximálně efektivní a zákazník jezdil s co nejnižší spotřebou.

Pohráli jsme si se zadní siluetou vozu. Využili jsme toho, že elektromobily umožňují mít plně zakrytovanou podlahu. To je z hlediska aerodynamiky velký benefit. Na starších spalovacích autech byl výfuk, který se musel chladit, a proto nebyl zakrytovaný. Vzduch se tam zarážel, brzdil a měnil směr. Elektrická auta výfuk nemají, je tam pouze hladká baterie, kterou vzduch lépe obtéká.

Pracovali jsme také se sklonem zadního skla i spojlerem, který má vliv na úplav vzduchu za vozem. A protože kola tvoří na vozu až 25 % odporu vzduchu, přidali jsme před přední kola aerodynamické prvky. Vyvinuli jsme tzv. air curtains, které odebírají vzduch na přední části nárazníku a směřují ho k přednímu kolu, jehož disk jsme tvarově ladili s týmem designu. Kola jsou hladce obtékána a snižuje se odpor vzduchu. Je to jedna z oblastí, kde se dá aerodynamicky velmi získat.

Vývoj vozu trvá přibližně čtyři roky a první rok a půl vše počítáme a vyvíjíme na superpočítačích. Jsme jedni z nejlepších ve virtuálních simulacích. Škodovka totiž nemá vlastní aerodynamický tunel, takže vlastně musíme být. Až poté jedeme konstrukční návrh vozu poprvé fyzicky otestovat do koncernového aerodynamického tunelu. Říkáme tomu – dát si nohu na zem. A máme radost, že naše výpočty sedí a dochází jen k drobným korekcím.

Na principu aerodynamických simulací je zajímavé, že proudění vzduchu není možné analyticky popsat. Neexistuje jedna rovnice, podle které byste vždy dopočítali přesný výsledek. Počítá se soustava nelineárních rovnic. Virtuální model prostoru okolo auta máte ve virtuálním tunelu rozsekaný na miliony malých cihliček, uvnitř kterých iterativně neustále počítáte hodnoty vyjadřující stav proudění v každé z nich.

 

 

Ano a velký. Potřebujeme auto udržet na silnici i při maximální rychlosti, při zatáčení ve vyšších rychlostech nebo při kontaktu se silným bočním větrem. V potaz musíme vzít i předjíždění kamionu nebo výjezd z akustické bariéry nebo tunelu do volného prostranství. Sledujeme proto nejen koeficient odporu, ale také koeficienty vztlaku. Ukazují, jak moc je nadnášená přední a zadní náprava. Při virtuálních simulacích počítáme vliv na stabilitu vozu během jízdy, které ověřujeme i v aerodynamickém tunelu. Hodnoty předáváme dalším týmům, které se soustředí na správné nastavení podvozku.

Standardní vozy se spalovacími motory jsou poměrně hlučné. Řidič si ani neuvědomuje, že díky hluku motoru neslyší spoustu věcí. Jízda elektroautem je ale tišší, a proto je potřeba izolovat cestující od hluku vytvářeného například v podbězích či pneumatikami. Jsou totiž najednou mnohem slyšitelnější a mohou řidiče rušit.

Stejně tak se snažíme o izolaci aerodynamických hluků – čím rychleji jedete, tím rychleji se například odtrhává vzduch na zrcátkách. Jedním z průvodních jevů takové změny proudění je pískání a šumění, které slyšíme v kabině vozu. Společně s kolegy aeroakustiky jsme konstrukci zrcátka ENYAQ iV doplnili o turbulátor. Element, který optimalizuje způsob odtrhávání a proudění vzduchu. Z laminárního přechází proudění na turbulentní. I proto je zrcátko vozu méně hlučné a zároveň aerodynamicky efektivnější.

Určitě se budeme pokoušet u dalšího modelu elektrovozu snížit cd koeficient odporu vzduchu. A zase se trochu překonat. Během jednoho roku vygenerujeme až 30 tisíc výpočtů a provedeme stovky měření. Není v lidských silách vyhodnotit takové množství dat, proto přichází na řadu superpočítače a nástroje pokročilé datové analýzy, které nám poskytují další prostor, kam posouvat naše možnosti.

Já kromě projektů vedu také tým metodického vývoje aerodynamiky a aerodynamických měření, kdy řešíme stavbu výpočetních sítí, nástrojů simulace proudění i vývoj měřicích přístrojů a datovou analýzu. V té se poslední tři roky zaměřujeme mimo jiné i na využití umělé inteligence ve vývojovém procesu. Část vývojových nástrojů musíme stavět úplně od základů a výsledky práce s těmi, které určitý AI algoritmus obsahují, jsou již na některých stávajících vozech promítnuty.

Velký technologický trend, který nastupuje, je provazování jednotlivých oborů virtuálního vývoje. Jako například výše zmíněné propojení s aeroakustikou. V samostatných disciplínách jsme se dostali velmi daleko, řekl bych někde až na hranu. Dalším krokem je sdílení know-how a poznatků mezi odbornostmi. My nyní řešíme proudění okolo a uvnitř vozu, ale další krokem bude třeba ovlivnění tvaru plastových dílů navádění chladícího vzduchu, kde je přímá vazba na pevnostní simulace. A takových příkladů, které funkce vozu posunou dále s relativně malými náklady, je celá řada.

Já za sebe jsem hrdý na práci, kterou tady s dalšími absolventy VUT a nejenom s nimi odvádíme. Naše technologie snesou celosvětové srovnání, a to nejen v oboru fluidního inženýrství.

(mar)