Co je autonomní řízení?
Pojem „autonomní řízení“ je spojován s vozidly, která se pohybují samostatně bez řidiče nebo dálkového ovládání obsluhy. Patří sem také autonomně řízené dopravní systémy a roboti. To znamená, že tato vozidla jsou vybavena senzory, aktuátory a řídicími systémy, které umožňují autonomní pohyb vozidla. Autonomní řízení je jedním z megatrendů v automobilovém průmyslu, stejně jako elektrifikace, konektivita a sdílení automobilů.
Proč autonomní řízení?
Důvody pro zavedení autonomně řízených vozidel jsou různé. Primárně je to zvýšení bezpečnosti silničního provozu, zejména proto, že hustota dopravy se zvyšuje a demografické změny vyžadují umožnit mobilitu odpovídající věku (aby se minimalizovalo riziko nehod u různých věkových skupin, jak uvádí publikace berlínské nadace Technologie Stiftung). Kromě toho by samořízená vozidla mohla jezdit efektivněji, a tím šetřit emise CO2. V neposlední řadě má autonomní řízení velký význam pro automatizaci v logistice, například v podobě samořízených logistických vozidel ve výrobních závodech nebo při „platooningu“ (viz také níže).
Jaké stupně byly stanoveny pro dosažení automatizovaného řízení?
Aby bylo možné jasně rozlišovat mezi jednotlivými úrovněmi, byly vytvořeny následující definice:
- Stupeň 0: řidič je 100% aktivní (řídí, zrychluje, brzdí atd.), žádná automatika.
- Stupeň 1: vozidlo nabízí asistovaný režim, ve kterém automaticky zasahují podpůrné systémy, jako je tempomat, ABS a ESP.
- Stupeň 2: vozidlo nabízí asistovaný režim, který již přebírá dílčí úkoly, aniž by řidič musel zasahovat. Patří mezi ně například parkovací asistent, asistent pro jízdu v jízdním pruhu a asistent pro jízdu v dopravní zácpě.
- Stupeň 3: vozidlo nabízí automatický režim, ve kterém řidič nepřebírá řízení trvale, ale musí převzít kontrolu nad vozidlem po uplynutí určité výstražné doby. Vozidlo je schopno samo převzít potřebné funkce (změna jízdního pruhu, blikání, brzdění).
- Stupeň 4: vozidlo nabízí vysoce automatizovaný režim, ve kterém může vozidlo převzít trvalé vedení. Pokud systém již není schopen úkoly zvládnout, může být řízení vráceno řidiči.
- Stupeň 5: vozidlo nabízí plně automatický režim. Řidič není k dispozici.
Kdy začala historie autonomního řízení?
Dlouho předtím, než se pojem „autonomní řízení“ stal předmětem diskuzí, automobilový průmysl v tomto směru již pracoval na prvních technologiích. Již na konci 50. let vyvinul Chrysler aplikaci „Cruise Control“, která udržuje konstantní rychlost vozidla bez ohledu na aktuální dopravní tok. To byl výchozí signál pro další vývojové kroky až po autonomní řízení vozidel na zkušebním polygonu v 60. letech 20. století s cílem zajistit reprodukovatelné podmínky pro zkoušky pneumatik. K umožnění autonomní jízdy v silničním provozu významně přispěly novinky z 90. let, jako je radar nebo LiDAR.
Jaké jsou zvláštní formy autonomního řízení?
Výrobci užitkových vozidel také používají systémy autonomního řízení pod pojmem „platooning“. Zde je několik nákladních vozidel spojeno pomocí tzv. „elektronické oje“. První nákladní vůz je řízen řidičem nebo částečně autonomně. Ostatní nákladní vozidla následují první vozidlo synchronně a ve stanovené vzdálenosti.
Co potřebuje vozidlo pro autonomní řízení?
Aby vozidlo mohlo jezdit autonomně, je nutné mít velké množství senzorů (radar, LiDAR, kamera, ultrazvuk) napojených na výkonnou řídicí jednotku. Ty analyzují prostředí tak, aby byly vnímány všechny objekty, vozidla, osoby atd. Důležité je, aby byl zjištěn nebo změřen jejich směr, rychlost, velikost, vzdálenost atd. Kromě toho musí senzory detekovat dopravní značky, semafory atd., aby bylo možné zpracovávat a plnit aktuální dopravní požadavky. Aby mohl být v řídicí jednotce vytvořen úplný obraz situace, je nutné, aby všechna data z těchto snímačů mohla být zaznamenána jako celek.
Takto získaná data se pak pomocí složitého algoritmu zpracují do celkového obrazu. Na základě tohoto zpracování se přijímají rozhodnutí, která vyžadují, aby řídicí jednotka měla přístup ke všem potřebným aktuátorům (brzda, řízení, zrychlení) a také ke všem asistentům, aby se vozidlo bezpečně pohybovalo i v kritických jízdních situacích. Aby bylo možné přijímat další důležité informace zvenčí (např. z řídicích systémů, cloudu nebo jiných vozidel), jsou autonomní vozidla vybavena tzv. technologií Car-to-X. Zde jsou do vozidla přenášeny informace, jako je stav vozovky, varování před nehodou, chodci na semaforech atd., aby bylo možné včas reagovat na nebezpečí. V případě selhání systému jsou ve vozidle k dispozici redundantní funkce, které umožňují bezpečné zastavení vozidla v režimu nouzového chodu.
Například:
V roce 2022 získal Mercedes jako první výrobce automobilů na světě povolení prodávat v Německu vozidla, která mohou jezdit autonomně podle úrovně 3, tedy maximálně 60 km/h. K tomuto účelu se používá 12 ultrazvukových senzorů, 4 kamery, 1 stereokamera, 6 radarových senzorů, 1 senzor LiDAR a vysoce citlivá anténa GPS. Získaná data ze senzorů se zpracovávají v řídicí jednotce s obrovským výpočetním výkonem (srovnatelné s cca 15 notebooky)
Jaké důsledky má autonomní řízení pro konstrukci vozidel?
Provoz vozidla na úrovni 4 vyžaduje, aby řidič věnoval pozornost řízení pouze příležitostně a na požádání. Autonomní vozidlo úrovně 5 již nepotřebuje řidiče, ale má pouze pasažéry. Studie, které jsou v současné době k dispozici, ukazují, že to bude mít významný dopad na design a interiér vozidla.
Například u vozidla úrovně 4 lze volant sklopit do přístrojové desky. Vozidla úrovně 5 („skutečná“ autonomní vozidla) nebudou mít volant vůbec. Interiér byl různými výrobci koncipován tak, že nabízí například prostor pro pohovku ve tvaru U nebo pro dálková vozidla lůžko. V některých koncepcích lze sedadlo řidiče přeměnit na mobilní pracoviště nebo všichni cestující mohou sedět proti sobě.
A co otázka právní jistoty v oblasti autonomního řízení?
Důležitým krokem k právní jistotě byla změna celoevropsky uznávané „Vídeňské úmluvy o silničním provozu“ z roku 1968, která stanovila základní myšlenku, že každé vozidlo pohybující se v silničním provozu musí mít řidiče. Tato dohoda byla v roce 2016 změněna tak, aby poprvé povolila systémy vozidla, které mají vliv na řízení vozidla (systémy pro podporu řidiče, asistenční systémy řidiče nebo automatizované funkce řízení).
Získat úplné schválení na celém světě je obtížné, protože právní rámcové podmínky jsou složité. Příkladem je skutečnost, že v tomto případě neexistuje žádný řidič a vzniká otázka, kdo nese odpovědnost v případě nehody. V současné době nemůže být za autonomní vozidlo odpovědný ani jeho majitel, ani výrobce.
Intenzivně se diskutuje hlavní etická otázka. Jak se autonomní vozidlo (řízené algoritmem) rozhodne, když nastane následující situace: Jeden chodec vstoupí do vozovky, skupina chodců jde po okraji v protisměru a blíží se vozidlo. Odbočí vozidlo a vjede do protisměru, nebo se srazí s chodcem, aby se vyhnul srážce se skupinou chodců?
Jaký je aktuální stav vývoje u autonomního řízení?
Stále více známých výrobců automobilů nabízí modely střední a nejvyšší třídy s asistenčními systémy až do úrovně 3. Na vozidlech pro úroveň 4 a 5 se intenzivně pracuje. Příslušné prototypy už představili různí výrobci OEM, někteří z nich již před několika lety.
Zde je několik příkladů známých OEM:
- Společnost Tesla uvedla na trh systém „Autopilot“. Takzvaný „FSD“ (Full Self Driving) funguje na úrovni 2, s níž mohou vozidla samostatně navigovat k cílům z navigačního systému.
- Společnost Mercedes představila na veletrhu Mobility Show 2021 pojízdný autonomní prototyp s inovativním designem interiéru. Jak již bylo popsáno, třída S bude od roku 2022 automatizovaná až do rychlosti 60 km/h.
- Společnost VW vyvinula autonomní závodní vozidlo (ID Pikes Peak) a se studií koncepce vozu Sedric chce dobýt trh autonomních kompaktních vozidel.
- Volvo testuje na okruhu u Göteborgu 100 automatizovaných vozů XC90.
- Dceřiná společnost GM „Cruise“ vypustila v roce 2021 do ulic San Franciska vozidlo úrovně 5 bez záložního řidiče.
Jakou roli hraje umělá inteligence?
V současnosti používané systémy již ukazují, že značná část požadavků je splněna, pokud jsou podmínky prostředí pro vozidlo příznivé. Pokud nastanou obtížné podmínky (např. sněžení, chybějící značení jízdních pruhů, nepřehledná dopravní situace), nelze je současnými systémy dostatečně bezpečně zvládnout. V budoucnu se k tomu bude využívat umělá inteligence. Někteří výrobci používají umělou inteligenci ve spojení s neuronovými sítěmi a analyzují data získaná z testovacích vozidel pomocí algoritmů „hlubokého učení“. Toto opatření zvyšuje bezpečnost správného rozhodování v obtížných situacích (např. rozlišování mezi osobami a předměty).
Jak se bude vyvíjet trh pro autonomní řízení?
Pokud budeme věřit prognózám renomovaných společností (Statista 06.02.2020), bude podíl autonomních vozidel v roce 2030 činit již 10 %. Podle společnosti Bain se očekává, že podíl autonomních vozidel vzroste do roku 2040 na 40 % trhu. Lze tedy předpokládat, že tato technologie pronikne na masový trh za zhruba 10 let.
Helmut Pritz
Helmut Pritz je produktový manažer pro optický přenos dat ve společnosti MD Elektronik. S více než dvacetiletou praxí v oboru přináší pro rozvoj této pokrokové technologie velké množství odborných znalostí. Jeho profesním cílem je vyvíjet inovativní řešení pro automobilový průmysl ve spolupráci se zákazníky, startupovými firmami, výrobci řídicích jednotek a dodavateli. Po svém působení v roli projektového manažera, kde byl zodpovědný za vývoj zásuvných komponent a souvisejících automatizačních systémů, vybudoval jako manažer vývoje RF technologií vývojové oddělení, které se zabývalo především vysokofrekvenčními technologiemi. Mezi činnosti, kterých si na své pozici obzvláště cení, patří široký kontakt se zákazníky, dodavateli a globálním týmem MD.