Vývoj autonomně řízených vozidel urychlí systémy od výzkumníků z ostravské univerzity

Zelená škodovka v laboratoři Fakulty elektrotechniky a informatiky VŠB – Technické univerzity Ostrava má kufr tak plný krabiček a vodičů, že už by se tam nevešla snad ani dámská kabelka. Jejich úkolem je, zjednodušeně řečeno, nahradit elektronikou mechanické vazby v řízení. Jde o první generaci systému, který slouží firmám k jejich vlastnímu vývoji autonomního řízení automobilů. Na jeho návrhu a rozvoji pracuje v Ostravě výzkumný tým doc. Petra Šimoníka, proděkana fakulty.

Zelené auto se po roce práce podařilo uspokojivě vybavit krabičkami před více než dvěma lety. Smluvní výzkum systému nazvaného Drive‑by‑Wire Car fakulta provádí od začátku roku 2020 pro společnost Valeo, která patří k významným výrobcům v automobilovém průmyslu a pyšní se v Česku také silným výzkumným centrem. Spolupráce s univerzitami firmě pomáhá nacházet správné cesty dalšího vývoje.

Fakulta z Ostravy nebyla jediným vědeckým pracovištěm, které se vývoji systému z podnětu Valea věnovalo, ale každopádně se v posledních letech dostala nejdále. Laboratorně ověřené řešení se partnerům zamlouvalo, proto zhruba před dvěma lety odstartoval program Drive‑by‑Wire Car Interface 2. Druhá generace systému už nezabírá celý kufr. Pro změnu ve stříbrném testovacím voze Škoda obsadila prostor asi jako běžný notebook. A velký posun nastal také v bezpečnostních parametrech.

„Myslím si, že když nám kolegové z Valea výzkumný úkol zadávali, nepředpokládali, že se nám to takto povede. Byla to od nich hozená rukavice. Projekt zafinancovali, umožnili nám využívat digitalizační platformy a čekali, co se z toho vyvine. Podobně oslovili více výzkumných pracovišť. Získají tak přehled o možných postupech a různých přístupech k řešení. Dílčí výsledky nakonec mohou i kombinovat. Navíc při takové výzkumné práci vyrůstají noví špičkoví specialisté, kteří se pak uplatní v oboru. Že už jsme se v Ostravě dostali ve vývoji testovacích aut pro autonomní řízení až k předsériovým projektům, bylo asi pro naše partnery příjemným překvapením,“ líčí Petr Šimoník.

„Plně elektronické řízení typu Drive‑by‑Wire umožňuje vysokou dynamiku řízení a je preciznější než sebelepší testovací řidič. Díky integraci systému se naše testovací auta stávají plně řiditelnými v podélném i příčném směru s možností nouzového brzdění a dalších specifických funkcí vhodných pro vývojové účely,“ oceňuje spolupráci generální ředitel vývojového centra Valeo Leoš Dvořák.

Na vývoji se podílejí i studenti

Podobná testovací auta už samozřejmě existují i jinde, ale dosud mělo zařízení příliš velké rozměry a horší bezpečnostní parametry. „Oproti konkurenčním projektům jsme se v mnohém posunuli. Například provádíme i testy, které hodnotí reakce řidiče. V tomto ohledu dnes většina norem stojí na vodě, není opřena o faktická zjištění. K testům využíváme polygon na letišti v Milovicích. Řidič má na sobě senzory, které snímají EKG, EEG, sledují zorné pole oka. Situace, kdy řidič nevnímá mozkem aktuální jízdní stav a nemá ruce na volantu, což se děje třeba při čtení zpráv na mobilním telefonu, je velmi nebezpečná při chybném manévru systému udržování jízdy v pruzích, když třeba špatně vyhodnotí hraniční čáry na vozovce. Řidič není schopen se při nenadálé změně směru vozidla ubránit střetu s autem ve vedlejším jízdním pruhu, jeho reakce je pomalá a nedostatečná pro bezpečné udržení vozidla v pruhu. Pro vývojáře to jsou podstatné údaje,“ vypráví Petr Šimoník.

Vývoj každé nové generace i s následnými zpřesněními trvá tak rok. Druhá generace dala týmu zabrat, kromě zmenšení a zkombinování více počítačů a elektronických systémů do jednoho zařízení předložilo Valeo dalších zhruba osmdesát požadavků. Zatímco pro první generaci stačilo, když byla součástka funkční, u dvojky musel každý díl odpovídat kritériím bezpečnosti automobilových systémů a pocházet od výrobce s patřičnými certifikáty. Ty součásti, které v požadované kvalitě nebyly na trhu, si výzkumníci museli vyrobit sami. Na vývoji systému aktuálně intenzivně pracuje zhruba deset výzkumníků s různými specializacemi. Dílčí úkoly ale plní daleko širší tým včetně studentů.

Zatímco zcela autonomní neboli samořízená vozidla jsou hudbou budoucnosti, nižší úrovně automatizace se již u automobilů běžně používají. Drive‑by‑Wire Car Interface 2 a další vývojové stupně budou sloužit pro vývoj všech úrovní automatizace. Jejich uplatněním se automobilky snaží například zvýšit bezpečnost provozu i komfort cestujících.

„V dosavadních systémech je vždy nutná přítomnost řidiče, který je schopen převzít řízení. Neočekávám, že ve střednědobém horizontu budou samořízená auta schopná ujet desítky kilometrů zcela bez řidiče. Postupně ale zřejmě dojde k rozvoji asistentů, takže například při indispozici řidiče bude řídicí systém schopen přivézt auto na nejbližší bezpečné místo či dokáže následovat jiné auto i v komplikované dopravní situaci,“ domnívá se docent Šimoník.

Studijní program automobilová elektronika založil na FEI před více než dvanácti lety a před šesti lety jej transformoval na nynější program automobilové elektronické systémy. Než se v roce 2017 stal proděkanem, živil se také vývojem a distribucí diagnostických zařízení pro autoservisy. Ale elektronika ho bavila vlastně od dětství. Jako student střední školy se na víkendy vracel domů, aby sousedům na vesnici opravoval spotřební elektroniku. Pak potřeboval pomoci s elektronickým systémem v opravovaném autě místní autoservis a drápek se zasekl. Dnes čtyřiačtyřicetiletého Petra Šimoníka dosud nepustil. „Líbilo se mi, že lidé přišli poděkovat, že byli rádi, když jsem jim s něčím pomohl. Ten pocit přetrvává dodnes,“ usmívá se vědec.

Úpravami řídicích jednotek se Petr Šimoník zabýval i jako doktorand na VŠB. Teď se snaží nadchnout své studenty a kolegy. Z některých jeho někdejších studentů se stali zaměstnanci FEI, odborní asistenti, pedagogové. Každý si paralelně buduje svoji odbornost v odlišných specializacích. Když v programu chybělo specializované modelování, simulování a testování, ujal se ho jeden kolega, další se začali zabývat absentujícími oblastmi prediktivní diagnostiky nebo analýzou senzorů pro sledování okolí. Dohromady tvoří jeden z nejlepších výzkumných týmů v oboru automotive v Česku.

S komercializací pomůže start‑up

Výsledky výzkumu systému Drive‑by‑Wire Car Interface 2 pro vývoj asistenčních systémů a automatizovaného řízení v osobních automobilech, který z hlediska funkcí a technického zpracování nemá obdoby, bude teď uvádět do praxe nová spin‑off společnost autinno, která vznikla na VŠB – Technické univerzitě Ostrava. Petr Šimoník je jejím jednatelem. Systém není určen pro sériové zavedení. Firmy nejen z Česka, ale i třeba z Německa nebo Japonska ho využijí ve svých testovacích vozech. Představuje důležitou etapu na cestě za novými produkty, ať už jde o asistenční systém, který pomáhá řidiči například při řízení či parkování, nebo ještě pokročilejší autonomní systémy řízení.

Protože firem v této oblasti přibývá, stoupá i poptávka po Drive‑by‑Wire Car Interface 2. Spin‑off bude schopen reagovat daleko pružněji na komerční potřeby a požadavky klientů, než by mohla univerzita. Škola přitom bude mít podíl z příjmu z každého prodaného produktu a další výzkum zůstane i nadále její doménou. V první fázi se počítá s výrobou několika desítek kusů. Cena zařízení se bude pohybovat řádově v desítkách tisíc eur v závislosti na variantě pro konkrétní typ vozidla.

„Není úkolem školy a akademiků, aby montovali třeba sto kusů nově vyvinutého zařízení, to musí dělat výrobní firma,“ vysvětluje Petr Šimoník a malinko si stýská, že když opouštěl soukromý sektor, těšil se, že si od podnikání definitivně odpočine. Kdo ale sleduje zápal a nadšení jeho osobně i jeho kolegů, těžko může brát takový povzdech vážně.

Společnost autinno bude zajišťovat nejen výrobu, ale i prodej licencovaných produktů a jejich následný servis. V budoucnu by se pak ujala komercializace i dalších výsledků smluvního výzkumu VŠB‑TUO v oblasti automobilové elektroniky. „Chceme být malý dynamický start‑up, který bude rychle reagovat na dění na trhu. Vedle systému pro osobní vozy budeme nabízet i produkty pro autobusy a nákladní automobily,“ doplňuje Petr Šimoník.

Paralelní vývojový stupeň Drive‑by‑Wire Truck jako nezbytný vývojový modul nového prototypu vozidla s automatizovaným řízením hodlá využít i kopřivnická Tatra Trucks.

Budoucnost strojírenství

Stáhněte si přílohu v PDF

„Pro nás je Drive‑by‑Wire Truck efektivní nástroj pro integraci dílčích systémů autonomního řízení do prototypů. Umožňuje připravit požadavky na finální řídicí jednotku, která bude zajišťovat autonomii vozidla ve stupni 3 až 4. Aktuálně jej využijeme při projektu vývoje prvního, částečně autonomně řízeného prototypu vozidla, na němž spolupracujeme s firmou Valeo, a VŠB‑TUO je pro nás klíčovým partnerem,“ zmiňuje ředitel výzkumu a vývoje společnosti Tatra Trucks Radomír Smolka. Projekt Tatry je dlouhodobý s více fázemi. Cílem té první je zprovoznit detekci cyklistů a překážek před vozidlem. V budoucnu chce firma zavést adaptivní tempomat a hlídání jízdních pruhů. Ve třetí fázi se zaměří na funkcionalitu autonomního vozidla. Drive‑by‑Wire v každé fázi zajistí rozhraní mezi senzorikou od společnosti Valeo a vozidlem Tatra.

Drive‑by‑Wire Car Interface 2 už je přijatelný z pohledu rozměrů i bezpečnosti, teď se Šimoníkův výzkumný tým chystá na trojku. Z Valea přibývají další požadavky na bezpečnost, ale třeba i na bezdrátovou komunikaci, aby se mohly nové verze softwaru aktualizovat na dálku.

„Dříve bych nevěřil, že něco takového můžeme vyvíjet v Česku, myslel jsem si, že takový systém mohou vymýšlet jen velké renomované společnosti a start‑upy v Americe nebo Izraeli. A najednou to tvoříme na univerzitě v Ostravě,“ konstatuje Petr Šimoník a dodává: „Odhaduji, že v následujících dvou letech bude náš tým schopen uplatnit výsledky univerzitního výzkumu v dalších dvou až třech inovativních technologiích.“

Článek byl publikován ve speciální příloze HN Budoucnost strojírenství.