Systémy na predchádzanie kolíziám: keď je pružnosť znakom sily

Pri zrážkach s motorovými vozidlami zvyčajne platia najvyššiu cenu chodci a cyklisti. Viac ako 90 % dopravných nehôd je spôsobených ľudskou chybou a následky sú často fatálne. Spoločnosť 4activeSystems založila v roku 2014 technologická skupina 4a so zameraním na aktívnu automobilovú bezpečnosť. Vo svojich závodoch v rakúskom Trabochu vyvíjajú a vyrábajú mobilné aj stacionárne testovacie zariadenia AEB (autonómne núdzové brzdenie) na použitie vo vonkajšom prostredí, ako aj figuríny na nárazové skúšky na testovanie prediktívnych systémov predchádzania zrážkam. Spoločnosť B+R bola od začiatku vybraná ako ich preferovaný dodávateľ komponentov na automatizáciu.
Systémy na predchádzanie kolíziám: keď je pružnosť znakom sily

Martin Fritz, generálny riaditeľ spoločnosti 4activeSystems, si stále dobre pamätá na prvý projekt: „Prvý systém, ktorý sme kedy vyvinuli, bol pre výrobcu automobilov Audi. Naším cieľom bolo navrhnúť a postaviť komplexné testovacie zariadenie vyrobené z kompozitov vystužených vláknami.“ V tomto projekte sa v rámci nárazových skúšok posielala cez cestu figurína, ktorá sa ťahala smerom nahor pomocou nylonových gumených lán pri veľmi vysokej rýchlosti len 50 milisekúnd pred tým, ako by bola zasiahnutá vozidlom. „B&R mal jediný pohonný a riadiaci systém na trhu, ktorý bol na túto úlohu pripravený,“ hovorí M. Fritz. „Počas tohto projektu nás B&R presvedčila. Vedeli sme, že poskytujú výkon, na ktorý sa možno spoľahnúť.“

Perfektná simulácia hneď od začiatku

Projekt v sebe niesol veľa výziev. Figurína musí byť nielen ľudsky vierohodná, ale bolo tiež potrebné zabezpečiť, aby príslušné technické vybavenie neaktivovalo žiaden zo senzorových systémov automobilov. Výhoda bola zrejmá: Keby sa počas skúšky nepoškodili ani auto, ani figurína, mohli by sa naďalej opakovane používať – fakt, ktorý by sa nemal podceňovať, ak vezmeme do úvahy, že figurína môže stáť až 15 000 eur. „Potrebovali sme riešenie, ktoré by bolo neviditeľné pre radarové systémy, infračervené a tepelné skenovanie,“ hovorí M. Fritz. „Tento systém bol pôvodne zamýšľaný ako prototyp na jeden alebo dva roky. Audi ho stále používa aj po jedenástich rokoch.“

Okrem figurín, ktoré vyzerajú ako chodci, spoločnosť 4activeSystems vyrába a testuje tiež dvojkolesové a štvorkolesové bicykle, motocykle a automobily. Táto spoločnosť je jediným certifikovaným výrobcom figurín a modelov na svete. V oblasti takýchto platforiem s vlastným pohonom je v USA, vo Veľkej Británii či v Rakúsku relatívne malý počet konkurentov.

3D figuríny na aktívnu ochranu motoristov, cyklistov a chodcov

Bezpečnostné predpisy pre výrobcov automobilov sú mimoriadne prísne. V prípade nehody nestačí len chrániť cestujúcich vo vozidle. V prípade kolízie musí vozidlo tiež čo najviac chrániť cyklistov a chodcov. Vyžaduje si to autonómne brzdové systémy schopné automaticky identifikovať ľudí, aby sa v prvom rade zabránilo kolíziám. Tieto systémy sa testujú v špecifických scenároch, ktoré sa určujú na základe štatistík nehôd. Medzi tieto scenáre patria napríklad deti a dospelí vstupujúci na ulicu zozadu za zaparkovaným vozidlom. Autonómny systém núdzového brzdenia vozidla musí byť schopný okamžite zistiť a správne vyhodnotiť vývoj situácie pomocou kamier. Aby to bolo možné otestovať, spoločnosť 4activeSystems vyvinula svoju 3D „figurínu“ auta s označením 4activeC2. Tento realistický 3D model vozidla dokáže zrýchliť až na 85 km/h a odolávať nárazom bez poškodenia až do rýchlosti 65 km/h. Dôležitými kritériami pri navrhovaní 3D modelov áut boli používateľská prívetivosť a rýchle znovuzloženie po každej kolízii. 4activeC2 si zachováva svoj tvar, keď sa pohybuje po pohyblivej plošine. V prípade kolízie 3D model stráca tvar, ale dvaja ľudia ho môžu znova zložiť za dve minúty.

Samohybná plošina ovládaná GNSS, 4activeFB

Figurína (cyklistu) alebo model auta by mali realisticky reagovať, ale zariadenie, ktoré nimi pohybuje, musí byť neviditeľné pre všetky senzory. Aby to bolo možné dosiahnuť, spoločnosť 4activeSystems vyvinula platformy s vlastným pohonom nazývané Freeboards, ktoré pohybujú figurínami a modelmi. Pri vozidlách, ktoré prechádzajú autonómnymi platformami rýchlosťou až 100 kilometrov za hodinu, je jednou z najväčších výziev zaistenie toho, či sa platformy neúmyselne nestali rampami. Aby sa tomu zabránilo, spoločnosť 4activeSystems definovala pre Freeboardy maximálnu výšku päť centimetrov. To však tiež znamená, že akékoľvek použité komponenty vrátane technológie pohonu, riadiacej techniky a technológie akčných členov sa musia nielen zmestiť do tesných 30 – 40 milimetrov inštalačného priestoru, ale musia tiež ponúkať vynikajúcu tepelnú odolnosť, pretože počas testovania sa generuje veľké množstvo tepla v pohonoch a motoroch.

Posledným vrcholom spoločnosti 4activeSystems je platforma 4activeFB, extrémne plochý Freeboard riadený GNSS/INS (globálny navigačný satelitný systém) a poháňaný tromi pohonnými jednotkami s výkonom 3 x 14 kW. Pokiaľ ide o prístrojové vybavenie Freeboardov, GNSS nie je porovnateľný s konvenčnými GPS používanými v smartfónoch a navigačných zariadeniach. Zatiaľ čo systémy GPS sú presné od jedného do ôsmich metrov, GNSS je presný až na jeden alebo dva centimetre. Ponúka veľmi vysokú taktovaciu frekvenciu a je prepojený so systémom zrýchlenia. Na meranie uhlov platformy a na výpočet jej polohy sa používajú dve GPS antény. Táto informácia je nevyhnutná pre riadiaci systém. Počas skúšky musí vozidlo dodržať definované kolízne body s toleranciou ±5 cm a veľmi rýchlo reagovať s nastavením ovládania, preto je nevyhnutná vysokorýchlostná komunikácia medzi vozidlom a riadiacou stanicou.

Platforma 4activeFB používa Power Panel C70, riadiaci systém X20 s integrovanými vzdialenými V/V a bezpečnostnými riešeniami od špecialistu na automatizáciu, spoločnosti B&R. Bezpečnostné V/V moduly radu X20 ponúkajú široké spektrum digitálnych a analógových vstupov. Dokonalým príkladom je odolný vstupný teplotný modul pre termočlánky, vďaka ktorému sú bezpečnostné výrobky obzvlášť vhodné pre aplikácie spoločnosti 4activeSystems s extrémnymi teplotami. „Vývoj bezpečnostných funkcií sme nechali v rámci tohto projektu na B&R,“ hovorí M. Fritz. „Definovali sme bezpečnostné požiadavky a potom spoločnosť B&R riešila vývoj a implementáciu. Tento proces prebiehal hladko a komponenty B&R sa ukázali ako mimoriadne spoľahlivé – nami definované špecifikácie boli vždy k našej spokojnosti splnené.“

„B&R má v našej spoločnosti dobrú reputáciu – vidíme ich ako skutočného partnera. Sme s ich službami a prístupom viac ako spokojní, od produktov a dodávok až po podporu, ktorú dostávame. Vysoko si ceníme ich kvalitu.“

Martin Fritz, generálny riaditeľ, 4activeSystems GmbH

Budúcnosť autonómnej jazdy

V blízkej budúcnosti sa v rámci každodennej premávky objavia autonómne vozidlá s úrovňou 4 a 5. Automobilový priemysel stanovil päť rôznych úrovní autonómnych vozidiel. Úroveň 4 sa vzťahuje na druh plne automatizovaného vozidla, ktoré bude okolo roku 2022. Tieto vozidlá budú väčšinu času jazdiť autonómne. Budú schopné samy sa zaparkovať a autonómne jazdiť po vidieckych cestách alebo v meste. To umožní vodičom sústrediť sa na iné veci bez toho, aby museli neustále sledovať jazdu. Tieto vozidlá budú tiež komunikovať so svojím prostredím. Napríklad so semaformi, ktoré budú informovať o zmene skôr, ako sa rozsvieti červená alebo zelená. Podobne ostatné vozidlá budú dostatočne vopred informovať o zmene smeru pri prechádzaní do iného jazdného pruhu.

Aby sa tieto veci stali skutočnosťou, musia byť autá schopné navzájom komunikovať a varovať sa. Vozidlá musia tiež reagovať na okolité prostredie. Semafory musia komunikovať s fázovými zmenami, brány pred železničnými priechodmi musia signalizovať pred tým, ako sa začnú zatvárať – a v neposlednom rade musia tiež existovať úplne integrované systémy verejnej dopravy. Vozidlá musia tiež vedieť, kedy zastaviť alebo uvoľniť cestu policajným alebo pohotovostným vozidlám. Preto bude musieť prejsť digitalizáciou aj celé dopravné prostredie. Bude potrebné vytvárať mapy s vysokým rozlíšením, aby vozidlá vždy poznali svoju polohu. To všetko znie dosť zložito a naozaj to aj zložité je. Každá ulica na svete sa bude musieť premerať do posledného centimetra. Na úrovni 5 budú autá také autonómne, že už nebudú vybavené volantom. Bude to nejaký čas trvať, kým sa takéto autá na cestách objavia – realistické odhady predpovedajú približne rok 2025.

Autonómna jazda bude sprevádzaná zásadnými zmenami v našej dopravnej infraštruktúre. Na dosiahnutie týchto úrovní autonómnej jazdy sa musí najskôr otestovať nespočetné množstvo dopravných scenárov. „Mnoho našich zákazníkov sa podieľa na výskume a vývoji autonómnej jazdy, a to vrátane výrobcov automobilov, dodávateľov a známych poskytovateľov služieb,“ hovorí M. Fritz.

Dlhšia perspektíva

Spoločnosť B&R sa zapája do každého projektu vo 4activeSystems, či už ako partner v zdieľanom projekte, alebo ako dodávateľ komponentov. „B&R má v našej spoločnosti dobrú reputáciu – vidíme ich ako skutočného partnera. Sme s ich službami a prístupom viac ako spokojní, od produktov a dodávok až po podporu, ktorú dostávame. Vysoko si ceníme kvalitu »Made in Austria« a snažíme sa čerpať čo najviac komponentov od partnerov v Rakúsku,“ konštatuje M. Fritz.

Zdroj: Collision avoidance system: When yielding is a sign of strenght. B&R, automotion 05/19, s. 14 – 17.

Foto: 4activeSystems GmbH a B&R