Mercedes-Benz svojim výskumným vozidlom S 500 INTELLIGENT DRIVE v auguste 2013 na historickej trati ako prvý výrobca automobilov na svete ukázal, že autonómna jazda je možná aj v prímestskej a mestskej doprave. Približne 100 kilometrová trasa z Mannheimu do Pforzheimu sledovala stopy priekopníčky Berthy Benz, ktorá sa presne pred 125 rokmi na tejto trati odvážila vydať na prvú diaľkovú jazdu automobilom.
V hustej doprave 21. storočia musela samočinne jazdiaca trieda S autonómne zvládnuť komplexné situácie – so semaformi, s kruhovými objazdmi, chodcami, cyklistami a električkami. Čo je na tom osobitné: tento priekopnícky úspech nebol dosiahnutý použitím extrémne drahej špeciálnej technológie, ale pomocou techniky veľmi blízkej tej, aká je už dnes k dispozícii v novej triede E a S. Projekt sa tak stal míľnikom na ceste od vodičom riadeného auta k samočinne jazdiacemu (autonómnemu) autu.
V auguste 1888 odštartovala Bertha Benz svoju slávnu prvú automobilovú diaľkovú jazdu z Mannheimu do Pforzheimu. Manželka Carla Benza tým dokázala, že Benzovo patentované motorové vozidlo je vhodné aj na dlhšie trate a pripravila tak cestu celosvetovému úspechu automobilu. Presne o 125 rokov neskôr, v auguste 2013, sa automobilke Mercedes-Benz na rovnakej trase podaril nemenej pozoruhodný priekopnícky kúsok: Výskumné vozidlo S 500 INTELLIGENT DRIVE, vyvinuté na báze novej triedy S Mercedes-Benz, išlo na približne 100 kilometrov dlhej trase medzi Mannheimom a Pforzheimom samočinne – nie ako voľakedy Bertha Benz „sama v šírom chotári“, ale za vysokej hustoty premávky a v komplexných dopravných situáciách.
„S touto triedou S ukazujeme, kam chceme technológiou „Intelligent Drive“ smerovať a aký veľký potenciál je v už dnes dostupnej technike“, povedal Dr. Dieter Zetsche, predseda predstavenstva Daimler AG a vedúci divízie Mercedes-Benz Cars. „Určite by bolo omnoho jednoduchšie použiť na autonómnu jazdu z Mannheimu do Pforzheimu diaľnicu. Pre nás to bola osobitná motivácia absolvovať autonómnu jazdu práve na tejto trase a 125 rokov po Berthe Benz. Neboli by sme Mercedes-Benz, ak by sme si nekládli náročné ciele, ktoré by sme potom splnili.“
Autonómna jazda s vyspelou senzorikou
Výskumné vozidlo Mercedes-Benz S 500 INTELLIGENT DRIVE bolo v rámci projektu vybavené senzorikou veľmi blízkou sériovej produkcii. Opierajúc sa o zdokonalenie techniky snímačov, ktorá sa v súčasnosti používa v novej triede S, inžinieri nosič technológii naučili zistiť, kde sa nachádza, identifikovať to, čo vidí a ako má samočinne reagovať: Auto so svojim vysoko automatizovaným „traťovým pilotom“ si našlo cestu cez hustú mestskú a prímestskú premávku úplne samo.
„Autonómne vozidlá sú pre nás dôležitý krok na ceste k jazde bez nehôd“, pokračuje Zetsche. „Ešte viac zvýšia komfort a bezpečnosť všetkých účastníkov premávky. Pretože autonómne vozidlá reagujú aj vtedy, keď je vodič nepozorný alebo keď niečo prehliadne a vezmú mu z pliec nepríjemné alebo ťažké jazdné úlohy.“
„Úspešnými skúšobnými jazdami po stopách Berthy Benz sme dokázali, že vysoko automatizovaná jazda je možná aj mimo tratí uzavretých pre verejnosť alebo porovnateľne prehľadných situácií“, hovorí profesor Dr. Thomas Weber, v predstavenstve Daimler AG zodpovedný za výskum koncernu a vedúci vývoja divízie Mercedes-Benz Cars. „Získali sme – a to bol náš cieľ projektu – dôležité poznatky, ktorým smerom musíme zdokonaliť naše súčasné systémy, aby sme mohli jazdiť autonómne aj mimo diaľnice. Nás samotných prekvapilo, ako ďaleko sme sa už s našou súčasnou technikou snímačov dostali. Teraz však vieme aj to, koľko času a úsilia stojí naučiť vozidlo správne reagovať na dianie v premávke – pretože každá jazdná situácia na trase bola iná“, pokračuje Weber. Tieto skúsenosti sa premietli do plánovania generácií budúcich automobilov, ktoré majú byť vybavené týmito inovatívnymi, zdokonalenými funkciami. Šéf výskumu koncernu Daimler zdôrazňuje: „S novou triedou S sme prví, kto v zápche dokáže jazdiť autonómne. Chceme byť prví aj v ďalších sériových funkciách autonómnej jazdy. A vychádzajte z toho, že to dokážeme ešte v tejto dekáde.“
Autonómna jazda vo viacerých stupňoch
Hlavné výhody autonómnej jazdy sú na dlani: rýchlo, bezpečne a uvoľnene doraziť do cieľa. Najmä v prípade rutinných jázd, v zápche, na plnej diaľnici s obmedzením rýchlosti a na nehodových úsekoch môže autonómne vozidlo pomôcť vodičovi a prevziať nepohodlné rutinné úlohy. Vodiči však nemajú stratiť zážitok z jazdy a potešenie môcť vozidlo viesť sami. „Naše autonómne systémy ponúkajú vodičom podporu a odľahčenie. Kto chce jazdiť sám, môže to urobiť dnes i kedykoľvek v budúcnosti“, zdôrazňuje Weber, šéf vývoja koncernu Daimler. „Jasné je však aj to, že autonómna jazda sa nestane skutočnosťou z večera do rána, ale v postupne zavádzaných krokoch. Touto jazdou sme spravili ďalší dôležitý krok do budúcnosti.“
Rozlišujeme tri stupne autonómnej jazdy, ktoré boli zadefinované pracovnou skupinou VDA spolu so Spolkovým úradom pre cestnú dopravu (BASt): čiastočne automatizovaná, vysoko automatizovaná a plne automatizovaná.
• V prípade čiastočne automatizovanej jazdy musí vodič ustavične dohliadať na automatické funkcie a nesmie sa venovať činnostiam iným ako je vedenie vozidla.
• V prípade vysoko automatizovanej jazdy vodič už nemusí ustavične dohliadať na systém. V obmedzenom rozsahu sa môže venovať aj činnostiam iným ako je vedenie vozidla. Systém sám rozpoznáva svoje hranice a zavčasu a s dostatočným predstihom vráti úlohu vedenia vozidla vodičovi.
• V prípade plne automatizovanej jazdy dokáže systém autonómne zvládnuť všetky situácie; vodič nemusí dohliadať na systém a smie sa venovať činnostiam iným ako je vedenie vozidla. V tomto stupni je možná aj jazda bez vodiča.
Čiastočne automatizovanú jazdu si vodiči mercedesov môžu vychutnať už dnes na nových modeloch triedy E a S: Nový DISTRONIC PLUS s asistentom riadenia a so systémom Stop&Go Pilot riadi vozidlo v zápche do značnej miery automaticky. Tento systém tak tvorí jadro technológie „Mercedes-Benz Intelligent Drive“, inteligentného prepojenia všetkých bezpečnostných a komfortných systémov na ceste k jazde bez nehody až po autonómnu jazdu.
Počas týchto úspešne vykonaných autonómnych pokusných jázd na trase Berthy Benz získali inžinieri koncernu Daimler dôležité skúsenosti a informácie o tom, ktoré výzvy je ešte potrebné zvládnuť na ceste k vysoko a plne automatizovanej jazde a čo ešte napríklad treba spraviť, aby sa auto dokázalo pohybovať bezpečne aj v komplexných situáciách so semaformi, kruhovými objazdmi, chodcami a električkami.
Prvé jazdné pokusy nosičmi technológie na báze triedy E a triedy S
Mimo pozornosti verejnosti, no s príslušnými výnimkami povolenými zo strany úradov a certifikátmi zo skúšobní, sa začalo odskúšanie „autopilota“ na trase Berthy Benz začiatkom roka 2012 s celkovo troma nosičmi technológie na báze triedy E a S, ktoré boli vybavené všetkými dostupnými aktívnymi a pasívnymi bezpečnostnými systémami.
V týchto skúšobných nosičoch boli použité iba také technológie senzorov, ktoré sú podobné technológiám už teraz používaným v sériovo vyrábaných vozidlách Mercedes-Benz. Pretože tieto technológie sú už osvedčené v každodennej prevádzke, nie sú drahé a zjednodušujú tak možný prenos do neskorších sériových modelov. Zmenil sa však počet a usporiadanie snímačov na dosiahnutie komplexného pokrytia okolia vozidla vo všetkých smeroch a získanie ďalších informácií o okolí vozidla.
Na základe údajov týchto snímačov, určenia vlastnej polohy vozidla a na základe informácií digitálnej mapy si autonómne jazdiace vozidlá analyzujú voľný zjazdný priestor pred sebou a plánujú samotnú jazdnú dráhu. Potrebné algoritmy boli vyvinuté výskumnou skupinou Mercedes-Benz v spolupráci s Ústavom pre meraciu a regulačnú techniku pri Ústave pre technológie v Karlsruhe (KIT).
V porovnaní so sériovou verziou triedy S majú vozidlá nasledujúce technické úpravy:
• Základná šírka (vzdialenosť očí) stereokamery bola zväčšená, aby sa objekty vo väčšej vzdialenosti dali rozpoznať okrem radaru aj kamerou.
• Dva ďalšie radary ďalekého okolia boli umiestnené do bočných častí predného nárazníka, aby v zónach križovatky dokázali včas rozpoznať vozidlá prichádzajúce zľava a sprava. Ďalší radar ďalekého okolia sleduje dopravné dianie smerom dozadu.
• Štyri radary blízkeho okolia v rohoch vozidla zlepšujú rozpoznávanie bližšieho okolia a iných účastníkov premávky.
• Na sledovanie semaforov slúži farebná kamera pod čelným sklom s uhlom záberu 90 stupňov.
• Ďalšia kamera je cez zadné okno nasmerovaná dozadu, aby na základe známych charakteristík okolia lokalizovala vozidlo. Tieto charakteristiky okolia boli predtým uložené do digitálnej mapy: porovnanie aktuálne videného s uloženým umožňuje vozidlu lokalizovať sa oveľa presnejšie, ako by to bolo možné iba s GPS.
Na jazdu na trase Berthy Benz Mercedes-Benz v spolupráci s KIT a HERE, dcérskou spoločnosťou Nokie, ktorá sa špecializuje na výrobu digitálnych máp a miestnych služieb, vytvoril trojdimenzionálnu digitálnu mapu trasy z Mannheimu do Pforzheimu, špeciálne prispôsobenú požiadavkám autonómneho vozidla. Na tejto mape, ktorá musí byť mimoriadne presná, sú okrem priebehu cesty, počtu a smeru jazdných pruhov a dopravných značiek zaznamenané aj pozície semaforov. Takéto digitálne mapy sú dôležitý predpoklad autonómnej jazdy. Mercedes-Benz a HERE budú preto aj v budúcnosti spolupracovať pri vývoji „inteligentných“, trojdimenzionálnych máp pre autonómne vozidlá.
[youtube]http://youtu.be/CKqJccK_EkM[/youtube]
Autopilot reaguje na rozmanité dopravné situácie
Autopilot vo výskumnom vozidle musí zvládnuť rôznorodé výzvy na cestách a v mestskej premávke: kruhové objazdy, zúžené miesta v obciach s protiidúcimi vozidlami, cyklistov na ceste, odbočovacie manévre, vozidlá parkujúce napoly na vozovke alebo vozidlá parkujúce v druhom rade, červené semafory, pravidlo pravej ruky, križujúcich chodcov a križujúce električky.
Na autonómne jazdiacu triedu S v rámci skúšania dohliadali špeciálne vyškolení bezpečnostní vodiči, ktorí v prípade chybného rozhodnutia systému ihneď zasiahli a prevzali vedenie vozidla. Pretože reálna doprava nie je predvídateľná a žiadna jazdná situácia nie je taká istá ako predchádzajúca, každé potrebné prevzatie kontroly bolo zdokumentované bezpečnostným vodičom. Vývojový tím tieto informácie neskôr vyhodnotil a na základe výsledkov rozšíril katalóg manévrov vozidla. Takýmto spôsobom si nosič technológie v rámci svojho pokračujúceho vývoja dokázal poradiť so stále väčším počtom dopravných situácií.
Skúšobné jazdy na trase dlhej 100 kilometrov poskytujú dôležité poznatky pre ďalší vývoj technológie a produktov. „Ukázalo sa napríklad, že rozpoznávanie fáz semaforov v rôznych situáciách osvetlenia a správne priradenie jednotlivých semaforov k jednotlivým jazdným pruhom predstavuje veľkú výzvu“, vysvetľuje Prof. Ralf Herrtwich, riaditeľ asistenčných systémov vodiča a systémov podvozka vo výskume koncernu a v predvývoji Daimler AG a v tejto funkcii iniciátor projektu autonómnej jazdy. „Nemáme ambíciu vyvinúť vozidlo, ktoré musí zvládnuť všetky situácie samostatne. Ak napríklad cestu blokuje auto na zber a odvoz odpadu, nechceme, aby ho vozidlo automaticky obehlo, už preto nie, lebo výhľad senzoriky vozidla je vtedy obmedzený. V takýchto situáciách vozidlo vráti kontrolu vodičovi.“
Spoločnosť vníma úspech autonómnych jázd najmä v tom, že zistila, ktorým témam sa vývojový tím musí v budúcnosti venovať vo zvýšenej miere. „Teraz vieme, v ktorých oblastiach musíme naprogramovaný katalóg manévrov vozidla, to znamená riadiace príkazy v závislosti od situácie pre riadenie, motor a brzdy, zlepšiť a spresniť, napríklad v prípade autonómneho prejazdu kruhových objazdov.“ Ďalšou výzvou je správna lokalizácia vozidla na ceste, napríklad na zistenie, kde presne musí vozidlo vo vyústení cesty zastať, aby získalo prehľad o priečnej doprave.
Osobitnou výzvou pre autonómne vozidlá je napríklad dohoda a interakcia s inými účastníkmi premávky. Dohodnúť sa s protiidúcim vozidlom na tom, ktoré auto má ako prvé prejsť cez zúžený úsek, si vyžaduje maximálnu mieru analýzy situácie. „Tam, kde by ľudský vodič už dávno odvážne vyrazil do voľnej medzery, sa naše autonómne vozidlo správa skôr zdržanlivo“, hovorí Herrtwich. „Niekedy to potom vedie ku komickým situáciám, napríklad ak vozidlo zastane pred priechodom pre chodcov, chodci však signalizujú, aby prešlo – a naše auto pokojne čaká, pretože v programe sme jednoducho nepočítali s toľkou zdvorilosťou.“
Aby mohli vývojári overiť rozhodnutia autonómneho výskumného vozidla v jednotlivých jazdných situáciách, vozidlo zaznamenáva všetky údaje zistené zo snímačov. Pritom iba z obrázkov stereokamery vzniká každú hodinu 300 gigabajtov údajov. Aj v neskoršej sériovej prevádzke sa časť týchto údajov bude vždy ukladať. Pretože ak by sa stalo, že autonómne vozidlo bude zapletené do nehody, na základe týchto informácií bude možné zistiť, ako k nehode došlo.
Výzvy na ceste k autonómnej jazde
Kým dosiahneme cieľ vysoko a plne automatizovanej jazdy, je potrebné odstrániť nielen technické prekážky vývoja. Mnohé z toho, čo by bolo možné zrealizovať už teraz, v súčasnosti nie je všade právne dovolené.
Napríklad medzinárodný predpis UN/ECE R 79 (systémy riadenia) dovoľuje iba korigujúce zásahy do riadenia, nie však automatické riadenie pri rýchlosti vyššej ako 10 km/h. Viedenský dohovor o cestnej premávke, relevantný pre právo EÚ, predpisuje, že vodič musí svoje vozidlo ustavične kontrolovať a kedykoľvek vedieť zasiahnuť. Pretože v okamihu uzatvorenia tohto dohovoru sa o autonómnych vozidlách vôbec neuvažovalo, je potrebné spresniť, čo to vo vysoko alebo plne automatizovanej prevádzke vozidiel znamená. V niektorých štátoch USA ako Nevada bolo takéto spresnenie už vykonané, prinajmenšom na testovaciu prevádzku autonómnych vozidiel . Ďalším predpokladom prechodu z čiastočných na vysoko automatizované systémy je ich spoločenská akceptácia. Podobne ako voľakedy pri vynáleze automobilu musí najskôr vzrásť dôvera v technické schopnosti systémov. Potvrdzuje to aj aktuálna štúdia strediska pre prieskum u zákazníkov u Mercedes-Benz vykonaná približne na 100 probandoch vo veku od 18 do 60 rokov. Počiatočná nedôvera účastníkov štúdie sa takmer celkom rozplynula po autonómnej jazde v jazdnom simulátore. Ešte aj u osôb, ktoré mali spočiatku odmietavý postoj, sa po jazde v simulátore ukázalo významné zvýšenie akceptácie.
Riešenie, ako mať údaje digitálnych máp a informácie o trati vždy aktuálne, ponúka systém vzájomnej komunikácie „Car-to-X“. Takto by si vozidlá v budúcnosti dokázali vzájomne pomôcť v aktualizovaní máp v reálnom čase, pretože teoreticky každé auto môže snímať údaje o trase, ktorú prešlo a vkladať ich do databázy. Informácie o červených semaforoch by autá čakajúce pred semaforom mohli odovzdať ďalším účastníkom premávky alebo samotný semafor by mohol poskytovať údaje o sebe vozidlám v blízkosti. Na komunikácii vozidiel navzájom a so svojim okolím pracuje Mercedes-Benz už niekoľko rokov a už tento rok ako prvý výrobca na svete priniesol na trh funkcie „Car-to-X“.
PROMETHEUS – priekopnícka práca na ceste k autonómnej jazde
Úspechy Mercedes-Benz na trase Berthy Benz sú najnovším výsledkom mnohoročného výskumu v oblasti autonómnej jazdy. Skorším míľnikom bol výskumný projekt EUREKA-PROMETHEUS („PROgraMme for European Traffic with Highest Efficiency and Unprecedented Safety“), ktorého vznik inicioval Daimler-Benz v roku 1986. Skúšobné vozidlá sa postarali o titulky na prvých stranách, keď v roku 1994 v normálnej prevádzke prešli približne 1 000 kilometrov do značnej miery autonómne na viacpruhovej diaľnici v aglomeračnom území Paríža a v roku 1995 išli z Mníchova do Kopenhagenu. Mercedes-Benz tak už pred takmer dvadsiatimi rokmi poskytol dôkaz, že automatizovaná jazda po diaľnici vrátane zmeny jazdného pruhu, obiehania a udržiavania odstupu je technicky realizovateľná.
Výsledok projektu PROMETHEUS sa premietol napríklad v roku 1998 do zavedenia systému tempomatu s reguláciou odstupu DISTRONIC do sériovej výbavy triedy S. Na báze systému DISTRONIC Mercedes-Benz postupne vyvinul asistenčné systémy, ktoré dokážu zistiť nebezpečné situácie, upozorniť vodiča a stále častejšie aj automaticky zasiahnuť. Aj rozpoznávanie dopravných značiek je výsledkom projektu a od roku 2005 sériové. Ustavičné zdokonaľovanie snímania okolia pomocou stereokamery, takisto prvý raz úspešne odskúšané v rámci projektu PROMETHEUS, položilo základ stereokamery „6D Vision“, ktorá bola teraz zavedená v novej triede E a S. Táto technológia, patentovaná koncernom Daimler, umožňuje v reálnom čase predvídať, ako sa budú pohybovať iní účastníci premávky v okolí vozidla.
Z technického pohľadu sú PROMETHEUS a Mercedes-Benz S 500 INTELLIGENT DRIVE dva rôzne svety. „Za pokrok vďačíme najmä modernému hardvéru a softvéru, ktoré sa počas rokov cieľavedome vylepšovali“, vysvetľuje Weber, šéf vývoja v Mercedes-Benz. „Vtedajšie technické súčiastky boli na sériové použitie v automobile priveľké, pridrahé a v neposlednom rade aj málo výkonné a spoľahlivé. V súčasnosti je celkom iná situácia. Naše moderné systémy možno umiestniť do kompaktných riadiacich jednotiek, ktoré sú mimoriadne výkonné a pritom cenovo dostupné. Pretože iba vtedy môže z funkcií autonómnej jazdy profitovať čo najviac zákazníkov – a presne to je náš cieľ.“
Asistenčné systémy Mercedes-Benz s čiastočne automatizovanými jazdnými funkciami v sériových vozidlách
• Tempomat s reguláciou odstupu DISTRONIC/DISTRONIC PLUS (1998/2005) V roku 1998 zavedený a v roku 2005 vylepšenou radarovou senzorikou zdokonalený tempomat s reguláciou odstupu automaticky udržiava bezpečný odstup od vozidla idúceho vpredu. Dokáže samočinne zabrzdiť a zrýchliť.
• Brzda PRE-SAFE (2006)
V prípade hroziaceho nárazu do prekážky dokáže vozidlo automaticky zabrzdiť (autonómne čiastkové brzdenie a brzdenie naplno).
• Aktívny asistent sledovania mŕtveho uhla (2010)
Zistí, či je vedľajší jazdný pruh obsadený a jednostranným brzdným zásahom dokáže znížiť nebezpečenstvo zrážky pri zmene jazdného pruhu.
• Aktívny asistent udržiavania v jazdnom pruhu (2010)
Prepojením so systémom ESP dokáže asistent v prípade nežiaduceho prekročenia plnej alebo prerušovanej čiary pribrzdiť kolesá na odvrátenej strane a vrátiť vozidlo späť do jazdného pruhu.
• Aktívny asistent parkovania (2010)
Prostredníctvom elektromechanického priameho riadenia preberie priečne riadenie vozidla pri zaparkovaní.
• DISTRONIC Plus s asistentom riadenia a systémom Stop&Go Pilot (2013)
Pomáha vodičom nielen udržiavať odstup od vozidla idúceho vpredu, ale aj ostať v strede jazdného pruhu. Takto umožňuje autonómne sledovanie vozidla idúceho vpredu v zápche.
• Asistent brzdenia BAS PLUS s asistentom prejazdu križovatkou (2013)
Dokáže rozpoznať aj priečnu dopravu a chodcov a zosilniť brzdovú požiadavku vodiča.
Iľja Majda
Zdroj: Daimler, Mercedes-Benz Slovakia
