Asistenční systémy řidiče: budoucnost automobilismu

Automobilky a jejich dvorní dodavatelé nyní intenzívně pracují na jejich vývoji, a výrobci automobilů, tzn. i řidiči, by se jich měli dočkat už v horizontu nejbližších let.
Zatímco v dobách jen nedávno minulých, zhruba před deseti lety, byla posádka automobilu odkázána na jezdecké umění a zkušenosti řidiče, v současné době už mnoho důležitých jízdních parametrů má pod kontrolou technika. K nejúspěšnějším inovacím patří systém elektronického programu stability - ESP: studie firmy Daimler Chrysler. Od zavedení sériového vybavení tohoto systému do vozidel zmíněného výrobce poklesl podíl nehod s vlastním zaviněním u vozidel této skupiny, nově uváděných do provozu, o 40 %. Jen v Německu od roku 1970 do současnosti poklesl (zjevně díky zavádění nových bezpečnostních prvků) počet osob usmrcených při dopravních nehodách z 19 200 na přibližně 5 000 - a to přesto, že se podstatně zvýšil počet obyvatel, vozidel i ujetý počet kilometrů jednotlivých řidičů v tomto období.
Systémy posilující provozní bezpečnost automobilů a ochranu jeho posádky, jako je např. protismyková ochrana ABS, nebo ESP, si již našly cestu do moderních aut, a řidiči si na ně rychle zvykli. Kdo je aspoň jednou zažil "v akci", už si jízdu bez nich sotva dokáže představit. Tím to však zdaleka nekončí, vývojáři pokračují v úsilí o maximální bezpečnost vozidel a lidí, včetně chodců, a v současné době se buď připravuje, nebo už nastupuje do reálného nasazení nová generace těchto řešení, označovaných souhrnně jako asistenční a podpůrné systémy řidiče.



Auta, která vidí a "přemýšlejí"
Inteligentní vozidla vybavená "samonavigací" a dalšími podpůrnými systémy by se podle odborníků měla dokázat účinně vyhýbat kolizím, bezdrátově mezi sebou komunikovat, využívat senzory zabudované v konstrukci vozidla - a to vše by mohlo přijít už během následujících 2 - 3 desetiletí. Mnohých výrazných vylepšení se však dočkáme zřejmě již mnohem dříve. Řada z nich je již ve fázi komerční využitelnosti, nebo těsně před uvedením na trh, a problémy, které je nutné vyřešit, už nejsou technického, ale spíše psychologického rázu. Jinými slovy: potřebné technologie jsou již k dispozici, technicky už je možné leccos, ale dokážeme si na nové vozy, které se dokáží ze značné části aktivně řídit samy v závislosti na provozních podmínkáh, zvyknout?
"Intenzivně pracujeme na senzitivním automobilu. Auto bude brzy vidět vše v okolí, naučí se ho znát a dokáže jej interpretovat, a přizpůsobit situaci," konstatoval na motoristickém kolokviu firmy Bosch v německém Boxbergu ředitel divize prodeje automobilové elektroniky Dr. Rainer Kallenbach.
Očima automobilu jsou v daném případě kamery, "hmatovými orgány" pak ultrazvuková a radarová čidla. Orientace v terénu je zajištěna informacemi z elektronických map a určováním aktuální pozice pomocí satelitů nebo navigačních systémů. S její pomocí získají zabudované asistenční systémy možnost vlastního pochopení jízdní situace, se získanými informacemi budou předávat řidiči pokyny a instrukce vhodné pro daný moment, budou jej podporovat a ulehčí mu jeho činnosti, v kritických okamžicích jej budou varovat a zlepší jeho pozornost. A v případě, že to bude situace vyžadovat, budou také schopny samočinně zasáhnout do manévrování vozidla, aby uchránily jeho posádku před nehodou, nebo se - v případě, že kolizi už nelze zabránit - minimalizovaly její následky.

Konec mrtvého úhlu
Zdánlivou drobností, ve skutečnosti velmi užitečnou pomůckou, která pomáhá zabránit jednomu z nejčastějších druhů kolizí, je systém varující před překážkami (tzn. vozidly) v tzv. mrtvém úhlu, který je mimo rozsah pohledu řidiče do zpětného zrcátka. Při přípravě na odbočení (zadání blinkru) automatika zkontroluje, zda je ve zmíněném prostoru po levé straně vozidla skutečně volno, a pokud ne, rozsvítí se u zpětného zrcátka varovný žlutý signál a zvuk řidiče okamžitě varuje, že aktuální situace neumožňuje bezpečné vyjetí do strany.
Další ze systémů sleduje, zda vozidlu nehrozí neúmyslné vybočení ze správného jízdního pruhu - jakmile k takovéto situaci dojde, je řidič akusticky či hapticky upozorněn - zvukovým signálem, vibracemi volantu, nebo sedadla po té straně, na kterou vůz vybočuje apod. Tyto systémy uplatnila ve svých nových modelech např. firma Renault. Systém vyvinutý firmou Bosch využívá signál videokamery napojený na senzory úhlů volantu. Pokud nesouhlasí průběh vozovky s nastaveným úhlem řízení, a není zapnuto směrové světlo pro změnu jízdní stopy, elektronika vyhodnotí situaci jako nebezpečnou a upozorní řidiče.

Lépe vidět, znamená jezdit bezpečněji
Inteligentní osvětlovací systémy vyvíjené firmou Hella, které uplatnil v některých svých modelech Mercedes v podobě tzv. adaptivních světlometů, pomáhají řidičům při jízdě v noci a ve zhoršených podmínkách, např. za mlhy - s těmito speciálními světly dohlédne řidič dále a má pod kontrolou výrazně větší prostor než se standardními reflektory. Díky speciální konstrukci mají tyto světlomety parametry přesahující možnosti běžných reflektorů, a umožňují výrazně rozšířit prostor osvětleného zorného pole, které má řidič k dispozici.
Dalším systémem ke zlepšení vizuálních možností řidiče, i když na jiných principech, je noční vidění umožňující včas zobrazit překážky, které lidský zrak potmě neobsáhne. Vvyvíjí je např. firma Siemens VDO, rovněž Bosch pracuje na podobném projektu.
Jedním z výzkumných projektů automobilového průmyslu je i moderní varovný systém pro řidiče, který by umožnil předcházet nehodám zaviněným v důsledku tzv. mikrospánku. Jde v principu o obdobný systém, jaký se používá na železnicích ke zjišťování bdělosti strojvedoucího - namísto toho, aby řidič v určitých intervalech potvrzoval, že má vozidlo pod kontrolou, je zde však do hry zapojena automatika: senzory snímají tvář řidiče, porovnávají ji s obrazem stavu bdělosti či únavy, neustále vyhodnocují a v případě, že řidič vykazuje znaky únavy (víčka zavřená mimo hranici daného intervalu, "klesající" hlava apod.), automaticky spouští varovný systém.
Pokročilé podpůrné a asistenční systémy se logicky objeví nejdříve ve výbavě vozidel nejvyšší kategorie, ale podle slov představitelů firmy Bosch lze jejich rozšíření "krok za krokem" - očekávat i ve střední kategorii automobilů. Klíčové pro tyto nové funkce jsou inteligentní polovodičové čipy. Požadavky na tyto prvky, určené pro vozidla, jsou však několikanásobně vyšší než na běžné čipy, používané u spotřební elektroniky. Proto si je mnozí výrobci z automobilového průmyslu vyrábějí sami - např. Bosch investuje 600 miliónů eur do nové továrny na výrobu polovodičů.

Kamery vidí i potmě
Pro každý účel je zvolen vhodný prostředek, podle požadovaných parametrů. Ultrazvukové senzory snímají blízké pole do 4 m kolem automobilu, videokamery dokáží sledovat prostor před vozidlem až do 80metrové vzdálenosti, a pro dálkové vidění se používají radarové technologie - tyto senzory jsou schopné snímat oblast vzdálenou až 200 m před vozidlem. Podstatné je však propojování těchto různých systémů do sítí, které umožňují si informace, získané z jednotlivých senzorů, vzájemně předávat, a tak vyhodnocovat situaci komplexněji.
Pomocí videokamer a senzorů se automobily naučily vidět, a to i v podmínkách, kdy lidské smysly, tzn. oči řidiče, jsou už nedostačující - ve tmě, za mlhy apod. Pokusy ukazují, že ve tmě je nebezpeční dvakrát tak vetší než za světla, ačkoli v noci je na silnicích zhruba jen pětinový provoz. K hlavním problémům patří omezení výhledu řidiče v noci. Příkladem pomůcky, která pomáhá odstranit tento handicap, je asistent pro nočním vidění, který se už od roku 2005 uplatňuje v Mercedesech nejvyšší třídy. Infračervený světlomet osvětlí zorné pole do vzdálenosti až 150 m před vozidlo - neviditelně pro lidi, a bez nepříjemného osvětlování protijedoucích vozidel. Videokamery však infračervený obraz situace před automobilem vidí, a výkonná elektronika převádí tyto signály na obraz viditelný pro člověka. Řidič tak může nebezpečné situace zjistit včas prostřednictvím displeje v centrálním zorném poli, a získá tak čas, aby se na ně mohl v potřebném předstihu připravit a reagovat.

Hrahe se hlavně o čas na reakci
Moderní videosenzory a kamery dokáží však mnohem více než jejich předchůdci. Ve spojení s počítačovými systémy umožňují stále výkonnější obvody a inteligentnější výpočetní algoritmy interpretovat jízdní situace a na tomto základě vytvářet zcela nové funkce. Pomocí videoobrazu bude možné např. ve dne i v noci identifikovat jak omezení jízdních stop, tak stojící nebo pohybující se objekty na vozovce, a reagovat odpovídajícím způsobem. To platí např. o cyklistech, kteří nečekaně vyjedou z vedlejší silnice, zrovna tak to může být zvíře nebo míč, který se najednou objeví na silnici - a za nímž by mohlo následovat dítě. Elektronika automaticky zjišťuje nebezpečí na vozovce, a dokáže reagovat rychleji (doslova v milisekundách) a přesněji než řidič - ve dne i v noci, i za špatného počasí, a zvolit adekvátní variantu.
Zatímco v prvních fázích se vývojáři snaží hlavně varovat řidiče v co nejkratším čase, nová generace ve spojení s citlivými senzory už bude schopná také automaticky brzdit. Do roku 2010 mají být podle vývojářů firmy Bosch zvýšeny výkonové schopnosti kamer a elektroniky spolu s vysoce inteligentními systémy zpracování obrazu tak, aby byly tyto systémy připraveny pro sériovou výrobu.
K perspektivním aplikacím, od nichž si automobiloví vývojáři hodně slibují, patří videosystémy, schopné kromě identifikace překážek rozeznávat a číst dopravní značky. Ty by měly dokázat zajistit, aby řidič žádnou podstatnou informaci nepřehlédl - promítání na displej umožní snadno zjistit, zda poslední omezení rychlosti bylo 60 či 80 km/h, systém dokáže také aktivně varovat při překročení povolené rychlosti apod. Na trhu by se měly tyto funkce objevit kolem roku 2009/2010.

Radar hlídá vzdálenost...
Asistenční a podpůrné systémy však nejsou určeny výhradně pro řešení kritických kolizních situací. Uplatňují se i při běžném provozu. Např. jako parkovací asistent, již používaný u automobilů vyšší a střední třídy, umožňující vozidlo automaticky navést do vhodné parkovací mezery. Tato funkce si získala velmi rychle mezi řidiči oblibu.
Podobně je tomu u systému ACC (Adaptive Cruise Control) Stop+Go, který uvedl Bosch na trh loni spolu s druhou generací senzorů ACC - udržuje samočinně bezpečnou vzdálenost od vpředu jedoucího vozidla. Systém podporuje řidiče až po fázi zastavení. Když se vpředu jedoucí vozidlo opět rozjede, je o tom řidič vizuálně a zvukově informován. Když chce následovat vozidlo jedoucí před ním, stačí jen krátce stisknout ovládací prvek s ACC, nebo krátce sešlápnout plynový pedál, a automobil, vybavený ACC systémem, začne sledovat vpředu jedoucí vozidlo. Řidič ovšem neztrácí kontrolu - může kdykoli zasáhnout a svůj vůz nechat zrychlovat nebo brzdit podle svého vlastního uvážení. Podle vývojářů firmy Bosch testy v provozu ukázaly, že vozidla se při důsledném využívání ACC v silničním provozu pohybovala velmi rovnoměrně, a tím dosahují i výrazně nižší spotřeby paliva, a vytvářejí i méně exhalací.

...a pomáhá varovat řidiče před kolizí
Podobné radarové senzory, jaké jsou využívány v systému ACC pro regulaci vzdálenosti mezi vozidly, jsou i základem dalšího systému, kterým jsou již od loňského roku vybavovány vozy Audi Q7. Nese označení Predictive Collision Warning - preventivní varování před kolizí - a jeho účelem je upozornit řidiče na riziko možné blížící se srážky. Když se jím vybavený automobil blíží vysokou rychlostí ke vpředu jedoucímu vozidlu, aniž by na to reagoval řidič, začne reagovat systém. Nejdříve varuje řidiče před hrozící kolizí (akustickým nebo optickým signálem, krátkým brzdovým cuknutím nebo přitažením napínače pásů - o druhu varování rozhoduje koncepce automobilu). Řidič je tak upozorněn v časovém předstihu, který mu dává možnost zareagovat a poskytuje čas pro nouzové brzdění, aby se zamezilo nehodě v případě nárazu.
Do roku 2009 slibuje Bosch vyvinout cenově výhodnou a výkonnější variantu radarových senzorů, schopnou sledovat různě velký prostor před vozidlem, která by umožnila jejich sériovou výrobu a tím dostat tyto nové bezpečnostní systémy i do vozů střední a kompaktní třídy.
Dalším stupněm je pak kombinace radarových senzorů a videosenzorů, která umožnila vyvinout systém prediktivního nouzového brzdění (Predictive Emergency Brake). Ten se uplatňuje zejména v situaci, kdy se vůz dostane do kritické situace a kolizi již nelze zabránit. Východiskem byly průzkumy ukazující, že u poloviny nehod způsobených najetím na překážku řidič vůbec nedokázal reagovat. A právě tady může významnou roli sehrát automatika: pokud systém zjistí předvídatelnou, a nevyhnutelnou kolizi, a řidič přes všechny varovné signály nereaguje, zařízení aktivuje automaticky nouzové brzdění - připraví se airbagy, předepnou bezpečností pásy, a ve zlomku sekundy dojde k řadě dalších operací, které připraví různé ochranné prvky na blížící se havárii. Čas, který se tím získá, výrazně zvyšuje šance posádky na přežití, a i když nelze nehodě zabránit, systém funguje tak, aby došlo ke značnému zeslabení nárazu a jeho účinků, takže následky nehody nejsou tak těžké, jak by tomu bylo v případě, že by ochranné prvky byly aktivovány běžným způsobem až v okamžiku kolize. Vývojáři firmy Bosch proto hovoří o systému PEB jako o přidání virtuální deformační zóny, a výzkumníci v oblasti nehod očekávají, že preventivní brzdné systémy, jejichž sériové nasazení se plánuje od roku 2009, by mohly přispět ke snížení počtu osob usmrcených při dopravních nehodách až o 35 %, tj. zachránit více než třetinu lidí, kteří zahynou ročně v autech.

CAPS - pasivní bezpečnost komplexně
Nehody, kterým nelze zamezit, a ochrana posádky vozidla při nich, jsou pro konstruktéry výzvou. Jejich pozornost se soustředila především na tři hlavní oblasti: struktury karosérie, zádržné systémy, a systémy pro ochranu cestujících. Moderní karosérie zachytí v případě kolize předem naprogramovanými deformacemi velké síly a chrání tak posádku, zatímco zádržné systémy, jako bezpečnostní pásy a airbagy, kontrolují zbývající síly tak, aby posádka vozu byla vystavena působení těchto sil, a rizikům zranění co nejméně. Šance na přežití tak výrazně vzrostly - ještě v roce 1970 bylo riziko smrtelného zranění při autonehodě ve srovnání se situací v loňském roce desetinásobné.
Důležité jsou pro vývojáře ohromné sbírky dat z reálných havárií. Ty se staly i zdrojem informací pro koncepci CAPS (Combined Active and Passive Safety), v jejímž rámci vyvíjí Bosch nové ochranné prvky a systémy. Jak už napovídá název, jsou při ní propojeny do sítě a vzájemně kombinovány jak aktivní, tak pasivní bezpečnostní systémy.
Např. stabilizační funkce ESP, která pomáhá odvrátit riziko smyku, je propojena s řídicí jednotkou airbagů. Jednotka ESP do ní vysílá své informace o smyku, a pokud jsou překročeny fyzické hranice, a ESP již nedokáže nepřímo pomoci, umožňuje to o zlomek času dříve připravit vůz (a airbagy) na hrozící náraz, a dává o několik sekund více času pro přípravu zádržného systému.

Inteligentní airbagy
Jsou připraveny např. nové generace airbagů, které díky nové řídicí jednotce, spínací centrále společné pro celou posádku, během několika milisekund rozpoznají závažnost nehody, vyhodnotí signály přicházející od senzorů rozložených po celém automobilu, a rozeznají dokonce pozici sedadel u chráněných cestujících ve vozidle - dokonce i to, že vedle řidiče sedí dítě, které potřebuje mimořádnou ochranu. Řídicí jednotka pak rozhoduje, jak budou cestující ve vozidle chráněni. O několik milisekund později spouští jednotka zádržné prostředky - podle závažnosti nehody jsou to vícenásobně použitelné napínače pásů, různé airbagy nebo ochrana při převrácení vozu apod.
Dalším klíčovým prvkem konceptu CAPS je funkce ochrany nárazu při smyku označovaná zkratkou EPCD, kterou lze dešifrovat jako Early Pole Crash Detection. Tento systém, připravovaný do sériové výroby pro rok 2008, přináší přídavnou ochranu při nárazu po smyku, kde má mimořádný význam právě rychlá reakce airbagů a napínačů pásů.
Podobně i další novinka je z vývojových dílen firmy Bosch - funkce SCM (Secondary Collision Mitigation). Jejím cílem je zamezit druhému nárazu, který u řady nehod následuje vzápětí za prvním. Typickým příkladem je kolize, při níž auto najede vysokou rychlostí do vozidla na konci dopravní zácpy - kinetická energie je tak velká, že se narážející vozidlo bočně vychýlí a s velkou energií naráží na svodidlo. Boční náraz je kvůli relativně slabé boční konstrukční ochraně vozu velmi nebezpečný. Úkolem jednotky SCM je zachytit díky řídicí jednotce airbagů první náraz, v případě nutnosti spustit zádržné systémy a předat v co nejkratší době signál, řídicí jednotce ESP. Ta reaguje automatickým nouzovým brzděním s plně účinnou funkcí ABS, a bez jakékoli nutné aktivity řidiče zastaví vůz se značnou stabilizací na nejkratší možné dráze. K druhému hrozícímu nárazu pak buď nedojde, nebo je jeho kinetická energie značně zeslabena. Důležité přitom je, že řidič může kdykoli záměrně přerušit automatické brzdění a sám aktivně jednat.



Člověk bude mít vždy "navrch"
Podstatná je koncepce rozhraní mezi člověkem a technikou - řidič musí z informací, které jsou získávány ze soustavy senzorů a připravovány společně, získat především ty, které mají ve vztahu k dané situaci prioritu, takže k řidiči se dostanou jen relevantní a prokazatelné informace. Nesmí být asistenčními systémy zatěžován, a v kritických situací v žádném případě přetěžován. Za ideální rozhraní považují výzkumníci takové, které řidiče intuitivně podněcuje k provedení správné reakce, aniž by nejdříve musel spustit komplikovaný proces myšlení a vyhodnocování informací. Nicméně za všech okolností musí být schopen (a mít možnost) přehlasovat systémové funkce a uplatnit vlastní zodpovědnost.
Ve výhledových projektech se počítá už i se systémem umožňujícím komunikaci vozidel mezi sebou (car-to-car), což je však podle odborníků nyní hlavně záležitost vhodného business modelu, jakým by tato funkce byla nabízena, nikoli technická. Automobilky, resp. vozy, které nyní vznikají ve vývojových střediscích se už na tuto éru připravují.