Untitled Document
Het wiel uitvinden met simulaties
Computersimulaties/Cora van den Berg
Foto/Bram Saeys
Ze zijn er nog steeds, testrijders in autofabrieken die de
prototypes keuren en aan de ontwikkelaar doorgeven of een bepaalde
wijziging aan de auto een verbetering is of niet. Maar het worden
er steeds minder, nu computersimulaties een steeds belangrijkere
plaats gaan innemen in het ontwikkelingsproces van personenauto's.
Dr.ir.Pim van der Jagt, werkzaam voor Ford in Duitsland, heeft
voor zijn proefschrift op een rijtje gezet wat er al mogelijk
is met computersimulaties en wat er nog aan ontbreekt. Hij beschrijft
de 'Road to Virtual Vehicle Prototyping'. Vorige week promoveerde
hij op de TU/e.
Concurrentie en overcapaciteit, ook de auto-industrie komt
er niet onderuit. Consumenten verwachten een hoge kwaliteit en
een optimaal rijgedrag van alle automobielen ook bij de minder
dure modellen. Veiligheidsregels en milieueisen leggen ook hun
wil op. Daarbij moet de ontwikkeling van nieuwe modellen als een
trein gaan: binnen twee jaar moet een nieuw model uitontwikkeld
zijn, wil een fabrikant zijn concurrent voorblijven.
Tot een paar jaar geleden duurde het een jaar of zes om een nieuw
model te ontwikkelen. De prototypes die tijdens het proces nodig
waren, een paar honderd stuks per model, kostten 100.000 tot 200.000
dollar per exemplaar. In 1993 werd bij Ford de Mondeo nog zo ontwikkeld.
Kosten: zes miljard dollar.
Computersimulaties
en virtuele prototypes moeten nu uitkomst bieden. Ze worden in
de industrie al veel toegepast, steeds verfijnder en gedetailleerder.
Het liefst zien de producenten alle nieuwe automodellen virtueel
ontwikkeld worden. Het proefschrift van Pim van der Jagt, 'The
Road to Virtual Vehicle Prototyping', zal daar zeker aan bijdragen.
Van der Jagt studeerde in 1987 in Delft af bij de vakgroep Voertuigtechniek
van de faculteit Werktuigbouwkunde. Na twee jaar AIO-schap ging
hij bij Goodyear werken, de bandenfabriek in Luxemburg. Vijf jaar
geleden stapte hij over naar Ford in Aken.
"Ik heb een leidinggevende functie bij het nieuwe Research
Centrum", vertelt Van der Jagt. "Daar is het heel belangrijk
om een doctorstitel te hebben. Vandaar dat er druk op mij werd
uitgeoefend om alsnog mijn promotie af te maken. De enige prof
in Delft op gebied van mijn onderwerp was echter al met pensioen.
In die tijd had Ford al zeer goede contacten met professor Kriens
van Automotive Engineering & Product Design Technology, een
vakgroep van Werktuigbouwkunde aan de TU/e en daarom was het een
logische vraag of hij mij wilde begeleiden. En aangezien ik al
meerdere publicaties op mijn naam had over Computer Aided Engineering,
CAE, is het onderzoek daarover gegaan. Een vernieuwend onderwerp
in de auto-industrie is altijd een belangrijk motief voor een
promotieonderwerp."
Schuurpapier
In zijn onderzoek heeft Van der Jagt een analyse gemaakt van alles
wat al over computersimulaties bekend is en wat er aan ontbreekt.
Hij beperkte zich daarbij tot de zogenoemde 'vehicle dynamics',
het onderdeel van de auto dat het stuur- en rijgedrag bepaalt.
"De banden zijn één van de belangrijkste componenten
als het om stuurgedrag gaat. Maar wat bleek tijdens mijn onderzoek?
Dat er juist van de banden een nauwkeurige omschrijving ontbreekt.
De eigenschappen van banden worden in een laboratorium gemeten,
in een proefopstelling waarbij schuurpapier dient als wegoppervlak.
Dit schuurpapier heeft heel andere eigenschappen dan een echt
wegdek en daarom werd een nieuwe methode ontwikkeld om deze laboratoriummetingen
te corrigeren voor verschillende wegdekken. Daarnaast is er vrij
veel bekend over banden die rollen en welke krachten de banden
dan genereren", vervolgt hij. "Maar bij een stilstaande
auto is de kennis van banden veel kleiner. Terwijl dat toch belangrijk
is om te weten, voor het parkeren bijvoorbeeld. Daarom werd voor
het beschrijven van de bandkrachten tijdens deze stationaire parkeerbewegingen
een nieuw bandmodel ontwikkeld.
Voor het onderzoek had Van der Jagt al een hele verzameling meetresultaten
liggen uit zijn jarenlange werkzaamheden in de industrie. Veel
daarvan was niet nauwkeurig of niet meer up-to-date. "Die
metingen heb ik opnieuw kunnen uitvoeren dankzij mijn bedrijf.
Die kosten namelijk de nogal wat centen. Als ik gepromoveerd zou
zijn aan een universiteit zonder sponsor, was het nooit gelukt
om deze metingen te verrichten."
Belangrijkste conclusie van het onderzoek is dat de computermodellen
heel nauwkeurig kunnen zijn, in tegenstelling tot wat veel mensen
voorheen dachten. Maar de correlatie met de mensen die de auto's
uittesten is heel lastig. "Zo'n test-rijder vertelt mij over
een testauto wat hem bevalt en wat minder gelukkig is uitgevallen.
De vertaalslag van zijn beoordeling naar een computermodel is
heel moeilijk, in ieder geval bij vehicle dynamics. Wat het geluidsniveau
van een auto of de crashgevoeligheid betreft is zo'n beoordeling
veel objectiever. Dat is te meten: zoveel decibel, zo veel versnelling
vlak na een botsing. Voor het stuurgedrag zegt een testrijder
veel eerder: 'ik voel hier nog een beetje te veel moment in het
stuur'. Soms heb je het idee dat verschillende testrijders net
zoveel auto's hebben getest, terwijl dat er maar één
is geweest. We zijn nu bezig om hier een gestandaardiseerd geheel
van te maken.
Internationale software
Wereldwijd doet Ford allerlei onderzoek om de concurrentie voor
te blijven. Iedere fabriek, Volvo in Zweden of Mazda in Japan,
heeft daarbij z'n eigen onderzoeks-terrein. "Bij Mazda zijn
ze bijvoorbeeld bezig met het modelleren van de flexibiliteit
van de carrosserie. En wij zijn dus bezig met het ontwikkelen
van wandmodellen en modellen van andere voertuigcomponenten. Al
deze ontwikkelingen komen in de Vehicle Dynamics software van
Ford, zodat niet alle merken van Ford zelf het wiel hoeven uit
te vinden."
Hoe zit het dan met de concurrent? Mooi meegenomen als die na
het lezen van het proefschrift, toch een openbare wetenschappelijke
publicatie, ook klaar zijn met hun wielen. "Er staat inderdaad
een hoop interessante informatie voor andere autofabrieken in
het proefschrift", moet Van der Jagt toegeven. "Maar
die hebben daar niet zoveel aan. Bij Ford zijn de modellen die
ik beschrijf helemaal ingebakken in het ontwikkelingsproces. Zo'n
proces is een kwestie van jaren. Dat kan de concurrent niet zomaar
inhalen."
Van der Jagt heeft er wel bewust voor gekozen om zijn proefschrift
niet vrij te geven voor elektronische publicatie. "Dat kan
net een drempel zijn, als de tekst niet van internet te downloaden
is. Het proefschrift ligt natuurlijk wel in de biblio-theek. Daar
staan trouwens al meer publicaties van mij. Tegen de tijd dat
zo'n wetenschappelijke publicatie uit is, hebben we er in de ontwikkeling
al twee jaar mee gewerkt. Die achterstand kan de concurrentie
nooit meer inhalen. En als het nodig is vragen we patent aan op
belangrijke nieuwe dingen."
Wetenschap in dienst van het bedrijfsleven, het is voor Pim van
der Jagt heel duidelijk. "Maar vergis je niet, ik werk op
de afdeling Fundamentele Research. Er zitten daar bijna alleen
maar doctors. Het is echt een wetenschappelijke omgeving. En kijk
naar de universiteiten tegenwoordig, die hebben niet genoeg geld
om op eigen benen een aardig onderzoek op te zetten. Ondersteuning
van het bedrijfsleven is noodzakelijk. In dit kader ondersteunen
wij veel onderzoek van de vakgroep van professor Kriens. Dat levert
werk op voor twee promovendi en twee afstudeerders.
Zelf is Van der Jagt voorlopig nog niet weg bij Ford. "Het
bevalt me prima. Ik kwam als één van de eerste bij
het Research Centrum. Inmiddels werken er 125 mensen, waarvan
twaalf onder mijn leiding. Die heb ik zelf aangenomen, dus de
verbondenheid is groot."
Hij heeft trouwens bij Ford ook zelf als testrijder gereden.
Hoeveel auto's hij gecrasht heeft tijdens het onderzoek? "Ford
bestaat nog steeds", antwoordt de kersverse doctor./.
