Mercedes-Benz třídy S INTELLIGENT DRIVE: autonomní jízda

Realizace dalšího průkopnického počinu: Autonomní jízda na dlouhou vzdálenost v mimoměstském a městském provozu.

Mercedes-Benz ukázal v srpnu 2013, jako první výrobce automobilů na světě, že autonomní jízda je možná i v mimoměstském a městském provozu, a to na historické trase s výzkumným vozidlem S 500 INTELLIGENT DRIVE. Trasa s Mannheimu do Pforzheimu, dlouhá přibližně 100 kilometrů, sledovala stopy průkopnice Berthy Benz, která se před přesně 125 lety odvážila podniknout na této trase první automobilovou dálkovou jízdu. V hustém provozu 21. století musel samočinně jedoucí vůz třídy S autonomně zvládnout velmi komplexní situace se semafory, kruhovými objezdy, chodci, cyklisty a tramvajemi. A co je obzvlášť zajímavé: Tento úspěch nebyl realizován prostřednictvím extrémně drahých speciálních technologií, nýbrž pomocí techniky blízké sériové výrobě, která je již dnes v obdobné podobě k dispozici v nových vozech třídy E a S. Ambiciózní projekt tak představuje milník na cestě od automobilové (samohybné) k autonomní (samočinné) jízdě.

Bertha Benz vyjela v srpnu 1888 na svou slavnou první automobilovou dálkovou jízdu z Mannheimu do Pforzheimu. Manželka Carla Benze tak prokázala každodenní využitelnost patentovaného motorového vozidla Benz (Benz Patent-Motorwagen) a připravila cestu pro celosvětový úspěch automobilu. Přesně o 125 let později, v srpnu 2013, se značce Mercedes-Benz zdařil na stejné trase neméně senzační průkopnický počin: Výzkumné vozidlo S 500 INTELLIGENT DRIVE, vyvinuté na základě nové generace modelové řady Mercedes-Benz třídy S, ujelo samočinně přibližně 100 kilometrů mezi Mannheimem a Pforzheimem – a to nikoli jako kdysi Bertha Benz „sama širými poli“, nýbrž ve velmi hustém silničním provozu s komplexními dopravními situacemi.

„S třídou S ukazujeme, kam se chceme s přístupem ‚Intelligent Drive‘ dostat a jak velký potenciál vězí v již dnes dostupné technice,“ říká Dr. Dieter Zetsche, předseda představenstva společnosti Daimler AG a vedoucí divize Mercedes-Benz Cars. „Samozřejmě by bylo pro autonomní jízdu mnohem snadnější dojet z Mannheimu do Pforzheimu po dálnici. Pro nás však bylo mimořádnou motivací absolvovat autonomní jízdu právě na této trase, 125 let po Berthě Benz. Nebyli bychom Mercedes-Benz, kdybychom si nekladli náročné cíle a následně je neplnili.“

Autonomní jízda se senzory blízkými sériové výrobě

Výzkumné vozidlo Mercedes-Benz S 500 INTELLIGENT DRIVE bylo pro tento projekt vybaveno soustavou senzorů blízkých sériové výrobě. Jedná se o další vývojový stupeň již dnes v nové třídě S používané techniky senzorů, který umožňuje vozidlu znát svou polohu, analyzovat, co vidí, a rozhodovat, jak má samočinně reagovat. Vůz si razí zcela sám cestu hustou dopravou v městských ulicích i na silnicích mimo město díky vysoce automatizovanému „autopilotu“.

„Autonomní vozidla jsou pro nás důležitým krokem na cestě k jízdě bez nehod,“ říká Zetsche. „Přinesou další zvýšení komfortu a bezpečnosti pro všechny účastníky silničního provozu. Autonomní vozidla reagují totiž i v situacích, kdy je řidič nepozorný nebo něco přehlédne, a přebírají za řidiče nepříjemné nebo těžké úkoly.“

„Úspěšnými zkušebními jízdami ve stopách Berthy Benz jsme dokázali, že vysoce automatizovaná jízda je možná i za hranicemi uzavřených polygonů nebo nad rámec relativně přehledných situací,“ říká Prof. Dr. Thomas Weber, člen představenstva společnosti Daimler AG zodpovědný za koncernový vývoj a vedoucí vývoje divize Mercedes-Benz Cars. „Získali jsme – a to bylo cílem tohoto projektu – důležité poznatky o tom, jakým směrem musíme vyvíjet naše současné systémy, abychom mohli autonomně jezdit i mimo dálnici. Sami jsme byli téměř udiveni, jak daleko jsme již došli s naší současnou senzorovou technikou, ale nyní také víme, kolik času a úsilí je nutné ještě vynaložit, abychom vozidlo naučili správnému chování v mnoha různých dopravních situacích – každá jízda na této trase byla totiž jiná,“ uvedl dále Weber. Tyto zkušenosti budou nyní zahrnuty do plánování budoucích generací vozidel, které mají být vybaveny těmito inovativními a dále zdokonalenými funkcemi. Člen představenstva společnosti Daimler, zodpovědný za vývoj, zdůrazňuje: „S novou třídou S jsme první, kdo dokáže autonomně jezdit v dopravní koloně. Chceme být první v sériové výrobě také s dalšími autonomními jízdními funkcemi. A předpokládáme, že to dokážeme ještě během této dekády.“

Odstupňovaná autonomní jízda

Zásadní přednosti autonomní jízdy jsou zřejmé: Dostat se do cíle rychle, bezpečně a pohodlněji. Autonomní vozidlo může řidiči usnadnit řízení při rutinních jízdách, v dopravní zácpě, na plných dálnicích s omezením rychlosti a na úsecích s velkou nehodovostí. Nemá to však znamenat konec nezapomenutelných zážitků z jízdy, ani radosti z vlastního řízení. „Naše autonomní systémy nabízejí řidičům podporu a usnadnění. Kdo bude chtít řídit sám, bude tak moci činit v budoucnosti, stejně jako dnes,“ zdůrazňuje Weber, člen představenstva společnosti Daimler zodpovědný za vývoj. „Jisté je ale rovněž i to, že autonomní jízda nepřijde ze dne na den, nýbrž se stane realitou postupně, krok za krokem. S takovouto jízdou jsme nyní udělali další důležitý krok do budoucnosti.“

Rozlišují se tři stupně autonomní jízdy, které byly definovány pracovní skupinou VDA společně se Spolkovým úřadem pro silniční dopravu BASt (Bundesanstalt für Straßenwesen): částečně, vysoce a plně automatizovaná jízda.

Při částečně automatizované jízdě musí řidič neustále sledovat automatické jízdní funkce a nesmí se věnovat jiné činnosti než řízení.
Při vysoce automatizované jízdě nemusí již řidič systém trvale sledovat. V omezeném rozsahu jsou myslitelné jiné činnosti než řízení. Systém sám rozpozná své hranice a včas předá úkol řídit zpět řidiči s dostatečně velkou časovou rezervou.
Při plně automatizované jízdě dokáže systém autonomně zvládat všechny situace. Řidič nemusí systém kontrolovat a může se věnovat jiným činnostem než řízení. Na tomto stupni je rovněž možná jízda bez řidiče.

Řidiči vozů Mercedes-Benz si mohou částečně automatizovanou jízdu užívat již dnes v nových modelech třídy E a třídy S. Nový adaptivní tempomat DISTRONIC PLUS s asistentem řízení a funkcí Stop & Go řídí vozidlo dalekosáhle automaticky při jízdě v dopravní zácpě. Tento systém tak tvoří jádro konceptu „Mercedes-Benz Intelligent Drive“, inteligentního propojení všech bezpečnostních a komfortních systémů na cestě k jízdě bez nehod a následně až k autonomní jízdě.

Výzkumníci koncernu Daimler získali důležité zkušenosti v nyní úspěšně absolvovaných autonomních zkušebních jízdách na trase Berthy Benz, z nichž je patrné, jaké výzvy je nutné ještě překonat na cestě k vysoce a plně automatizované jízdě, a co musí být například ještě vykonáno, aby se automobil dokázal bezpečně pohybovat i ve vysoce komplexních situacích se semafory, kruhovými objezdy, chodci a tramvajemi.

První jízdní zkoušky s prototypy na základě třídy E a třídy S

Bez pozornosti veřejnosti, zato však s odpovídajícími povoleními výjimek od úřadů a s certifikáty TÜV byly začátkem roku 2012 zahájeny zkoušky „silničního autopilota“ na trase Berthy Benz s celkem třemi prototypy na základě třídy E a třídy S, jejichž výbava zahrnuje všechny dostupné systémy aktivní a pasivní bezpečnosti.

V uvedených zkušebních prototypech byly použity jen takové technologie senzorů, které se v podobném stavu uplatňují již dnes v sériově vyráběných vozech Mercedes-Benz. Tyto technologie jsou již v praktickém provozu prověřené a cenově dostupné, což usnadňuje jejich případné využití v budoucích sériově vyráběných vozech. Optimalizace se týkala především počtu a rozmístění senzorů, aby bylo zajištěno rozsáhlé pokrytí okolí vozidla ve všech směrech a získávání většího množství informací o okolí vozidla.

Na základě dat senzorů v kombinaci s informacemi digitálních mapových podkladů je určována vlastní poloha vozidla a zároveň v autonomně jedoucím automobilu probíhá analýza sjízdného volného prostoru a plánování vlastní trasy. Potřebné algoritmy vyvinula skupina výzkumníků značky Mercedes-Benz ve spolupráci s institutem pro měřicí a regulační techniku v rámci technického institutu v Karlsruhe (KIT: Karlsruher Institut für Technologie).

V porovnání se sériově vyráběnou verzí vozu Mercedes-Benz třídy S byly provedeny následující technické úpravy:

Základní šířka (vzdálenost objektivů) stereokamery byla zvětšena, aby bylo možné rozpoznávat objekty ve větší vzdálenosti nejen radarem, ale i kamerou.
Do postranních částí předního nárazníku byly uloženy dva doplňkové radarové senzory s dlouhým dosahem, které včas rozpoznávají na křižovatkách vozidla přijíždějící z levé a pravé strany. Další radarový senzor s dlouhým dosahem sleduje dopravní situaci za vozem.
Čtyři radarové senzory s krátkým dosahem v rozích vozidla zlepšují rozpoznávání bližšího okolí a ostatních účastníků silničního provozu.
Sledování semaforů má na starosti barevná kamera za čelním oknem s úhlem snímání 90 stupňů.
Další kamera hledí směrem dozadu skrz zadní okno za účelem lokalizace vozidla v okolí na základě známých skutečností, které jsou zaneseny v digitálních mapových podkladech. Porovnávání právě viděného s uloženými daty umožňuje výrazně přesnější lokalizaci vozidla, než by tomu bylo v případě použití samotné technologie GPS.

Mercedes-Benz sestavil pro jízdu na trase Berthy Benz trojrozměrnou digitální mapu cesty z Mannheimu do Pforzheimu ve spolupráci s KIT a HERE, divizí společnosti Nokia, která se specializuje na výrobu digitálních map a místně vztažených služeb. Tato mapa byla speciálně přizpůsobena potřebám autonomního vozidla. To znamená, že musí být nejen mimořádně přesná, ale jsou v ní zaznamenány kromě průběhu silnice, počtu a směru jízdních pruhů a dopravních značek také polohy semaforů. Takové digitální mapy jsou předpokladem pro autonomní jízdu. Mercedes-Benz a HERE budou proto i v budoucnosti spolupracovat na vývoji „inteligentních“, trojrozměrných digitálních map pro autonomní vozidla.

Silniční autopilot reaguje na rozmanité dopravní situace

Silniční autopilot ve výzkumném vozidle musí zvládat všelijaké výzvy na silnicích i v městském provozu: kruhové objezdy, zúžení silnice vedoucí obcí s protijedoucími vozidly, cyklisty na silnici, odbočovací manévry, vozidla parkující zčásti na vozovce nebo ve druhé řadě, tramvaje, červené semafory, přednost zprava i přecházející chodce.

Autonomně jedoucí třída S byla v rámci zkušebních jízd kontrolována speciálně vyškolenými „zabezpečujícími“ řidiči, kteří mohli v případě chybného rozhodnutí systému okamžitě zasáhnout a převzít řízení vozidla. Protože reálný provoz není předvídatelný a žádná jízdní situace nebyla stejná jako předchozí, bylo každé nezbytné převzetí otěží bezpečnostním řidičem zdokumentováno. Tyto informace byly vyhodnoceny vývojovým týmem, který následně patřičně rozšířil katalog manévrů vozidla. Tímto způsobem se zkušební prototyp v rámci pokračujícího vývoje učil zvládat stále více dopravních situací.

Zkušební jízdy na 100 kilometrů dlouhé trase poskytují důležité poznatky pro další technický a produktový vývoj. „Ukázalo se například, že rozpoznávání světla na semaforech a správné přiřazení jednotlivých semaforů k jízdním pruhům představuje v různých světelných podmínkách velkou výzvu,“ vysvětluje Prof. Ralf Herrtwich, vedoucí oddělení asistenčních a podvozkových systémů v koncernovém výzkumu a předběžném vývoji společnosti Daimler AG a v této funkci iniciátor projektu autonomní jízdy. „Naším cílem však není dosažení stavu, kdy vozidlo vyřeší úplně všechny situace vlastními silami. Pokud například blokuje silnici popelářské vozidlo, nechceme, aby ho naše vozidlo automaticky předjelo, když je navíc v takové situaci omezen také výhled senzorů vozidla. V těchto situacích předává vozidlo řízení zpět do rukou řidiče.“

Pro společnost Mercedes-Benz spočívá úspěch autonomní jízdy především v poznání témat, jimž se musí vývojový tým v budoucnosti intenzivněji věnovat. „Nyní víme, v jakých oblastech můžeme naprogramovaný katalog manévrů vozidla, to znamená ovládací povely pro řízení, motor a brzdy v závislosti na situaci, ještě více vylepšit a zdokonalit, například při autonomním průjezdu po kruhovém objezdu.“ Další výzvou je správná lokalizace vozidla na silnici, například pro určení přesného místa, kde má vozidlo na křižovatce zastavit, aby mělo přehled o křižujících vozidlech.

Mimořádně náročné jsou pro autonomní vozidla koordinace a interakce s ostatními účastníky silničního provozu. Domluvit se s protijedoucím vozidlem na tom, jaké z nich projede jako první zúženým místem, vyžaduje velkou míru situační analýzy. „Tam, kde by se lidský řidič odvážně vklínil do mezery, chová se naše autonomní vozidlo spíše zdrženlivě,“ říká Herrtwich. „To pak někdy vede ke komickým situacím, například když vozidlo zastavuje na přechodu pro chodce, ale chodci nám signalizují, abychom pokračovali v jízdě – a naše auto dál klidně čeká, protože jsme při programování nepočítali s tak velkou zdvořilostí.“

Aby mohli vývojáři vysledovat rozhodnutí autonomního výzkumného vozidla v jednotlivých jízdních situacích, zaznamenává vůz všechna data ze senzorů. Přitom jen z obrazů stereokamery vzniká 300 GB dat za hodinu. I v pozdějších sériově vyráběných systémech se bude vždy část těchto dat ukládat. Kdyby se totiž stalo autonomní vozidlo někdy účastníkem dopravní nehody, lze na základě těchto informací zjistit, jak k ní došlo.

Výzvy na cestě k autonomní jízdě

Před dosažením cíle vysoce a plně autonomní jízdy je nutné ještě překonat překážky, které se netýkají jen technického vývoje. Mnohé, co by bylo již nyní technicky realizovatelné, není ještě všude legislativně dovoleno.

Mezinárodní směrnice OSN/EHK R 79 (zařízení pro řízení) povoluje například jen korigující zásahy do řízení, nikoli však automatické řízení při rychlostech vyšších než 10 km/h. Pro právo EU závazná Vídeňská úmluva o silničním provozu nařizuje, že řidič musí mít své vozidlo trvale pod kontrolou s možností kdykoli zasáhnout. Protože v době přijetí této úmluvy nebyla autonomní vozidla ještě myslitelná, je nezbytné upřesnění, co tento požadavek znamená ve vysoce a plně automatizovaném provozu vozidel. V některých amerických státech, jako je Nevada, bylo takové upřesnění již schváleno alespoň pro testovací provoz autonomních vozidel. Dalším předpokladem pro přechod z částečně k vysoce automatizovaným systémům je jejich společenská akceptace. Podobně jako v době vynálezu automobilu se musí nejprve zvýšit důvěra v technické schopnosti systémů. To potvrzuje i aktuální studie výzkumného střediska Mercedes-Benz Customer Research Center, jíž se zúčastnilo přibližně 100 pokusných osob ve stáří od 18 do 60 let. Počáteční skepse účastníků studie se téměř rozplynula po autonomní jízdě na jízdním simulátoru. Dokonce i u osob, jejichž postoj byl zpočátku odmítavý, se projevilo po simulační jízdě výrazné zvýšení akceptace.

Řešením pro udržování aktuálnosti mapových podkladů a informací o trase je „komunikace car-to-x“, tedy výměna informací mezi vozidlem a ostatními subjekty v okolí. Vozidla by si tak mohla v budoucnosti při vytváření map v reálném čase vzájemně pomáhat, protože teoreticky může každý automobil zaznamenávat jím projetou trasu a ukládat ji do databází. Informace o červeném semaforu by mohla být předávána čekajícími vozidly ostatním účastníkům silničního provozu, nebo to může být samotný semafor, kdo bude vysílat signál vozidlům v jeho blízkosti. Mercedes-Benz pracuje už mnoho let na komunikaci vozidel vzájemně mezi sebou i se svým okolím a již letos uvede na trh jako první výrobce „funkce komunikace car-to-x“.

PROMETHEUS – průkopnická práce na cestě k autonomní jízdě

Úspěchy značky Mercedes-Benz na trase Berthy Benz jsou nejnovějším výsledkem dlouholetého výzkumu na poli autonomní jízdy. Dřívějším milníkem se přitom stal výzkumný projekt EUREKA-PROMETHEUS („PROgraMme for European Traffic with Highest Efficiency and Unprecedented Safety“), který byl v roce 1986 iniciován společností Daimler-Benz. Testovací vozidla se postarala o palcové titulky v roce 1994, kdy ujela dalekosáhle autonomně přibližně 1000 kilometrů v normálním provozu po víceproudých dálnicích pařížské aglomerace. O rok později dojela tato vozidla z Mnichova do Kodaně. Mercedes-Benz tak již před téměř dvaceti lety dokázal, že je automatizovaná jízda na dálnicích technicky realizovatelná, a to včetně změny jízdního pruhu, předjíždění a udržování bezpečného odstupu.

Jako plod projektu PROMETHEUS byl například v roce 1998 uveden do sériové výroby ve vozech třídy S adaptivní tempomat DISTRONIC. Mercedes-Benz vyvinul na základě systému DISTRONIC další asistenční systémy, které rozpoznávají nebezpečné situace, varují řidiče a stále častěji dokážou automaticky zasahovat také do řízení. Výsledkem projektu je také systém rozpoznávání dopravních značek, který se dostal do sériové výroby v roce 2005. Průběžné zdokonalování snímání okolí stereokamerou, která byla poprvé vyzkoušena právě v rámci projektu PROMETHEUS, položilo základy pro vznik stereokamery „6D Vision“, jež byla nyní zavedena v nových modelech třídy E a třídy S. Tato společností Daimler patentovaná technika umožňuje předvídat v reálném čase pohyb ostatních účastníků silničního provozu v okolí vozidla.

Mezi vozidly původního projektu PROMETHEUS a současným vozidlem Mercedes-Benz S 500 INTELLIGENT DRIVE leží z technického hlediska celé světy. „Za pokrok vděčíme především modernímu hardwaru a softwaru, který byl v průběhu let cílevědomě optimalizován,“ vysvětluje šéf vývoje značky Mercedes-Benz Weber. „Tehdejší technické moduly byly pro sériové aplikace v automobilech příliš velké, příliš drahé a v neposlední řadě jim chyběl potřebný výkon a spolehlivost. Zcela jiná je současná situace. Naše moderní systémy lze umístit do kompaktních řídicích jednotek, které jsou mimořádně výkonné, ale i cenově dostupné. Jen tak může z autonomních vozidlových funkcí profitovat největší možný počet zákazníků – a právě to je i naším cílem.“

Asistenční systémy Mercedes-Benz s částečně automatizovanými jízdními funkcemi v sériově vyráběných vozidlech

Adaptivní tempomat DISTRONIC/DISTRONIC PLUS (1998/2005)

Adaptivní tempomat byl zaveden v roce 1998 a v roce 2005 dostal vylepšený radarový senzor. Tento systém automaticky udržuje bezpečný odstup od vpředu jedoucího vozidla a dokáže vůz automaticky brzdit a zrychlovat.

PRE-SAFE Bremse (2006)

Tato funkce automaticky zpomalí vozidlo při hrozícím nárazu do překážky vpředu (autonomní částečné a maximální brzdění).

Aktivní asistent pro sledování slepého úhlu (2010)

Systém pozná, je-li vedlejší jízdní pruh obsazen, a může snížit riziko kolize při změně jízdního pruhu přibrzděním kol na jedné straně vozidla.

Aktivní asistent pro jízdu v jízdním pruhu (2010

Asistent propojený s ESP může při nechtěném přejetí plné nebo přerušované čáry přibrzdit kola na opačné straně a nasměrovat vozidlo zpět do svého jízdního pruhu.

Aktivní parkovací asistent (2010)

Díky elektromechanicky ovládanému řízení zajistí zaparkování vozidla do zvolené mezery.

DISTRONIC Plus s asistentem řízení a autopilotem Stop & Go (2013)

Podporuje řidiče nejen udržováním požadovaného odstupu od vpředu jedoucího vozidla, ale i udržováním vozidla uprostřed jízdního pruhu. Díky tomu umožňuje autonomní jízdu v popojíždějící koloně.