Kiedy ustąpienie jest oznaką siły

W kolizjach z udziałem pojazdów mechanicznych najwyższą cenę płacą zazwyczaj piesi i rowerzyści. Ponad 90% wypadków drogowych spowodowanych jest błędem człowieka, a ich konsekwencje są często śmiertelne. Firma 4activeSystems została utworzona w 2014 roku przez grupę technologiczną 4a, skupiającą swoje zainteresowania na problemach czynnego bezpieczeństwa w ruchu drogowym. W swoich zakładach w Traboch w Austrii firma opracowuje i produkuje zarówno mobilne, jak i stacjonarne urządzenia do testów systemów autonomicznego hamowania awaryjnego (Autonomous Emergency Braking, AEB) przeprowadzanych poza pojazdem, a także manekiny do badań zderzeniowych, służące do testowania predykcyjnych systemów zapobiegania kolizjom. Firma B&R została wybrana już na samym początku jako preferowany dostawca komponentów automatyki.

Martin Fritz, dyrektor zarządzający 4activeSystems, wciąż dobrze pamięta pierwszy projekt: „Pierwszy opracowany przez nas system był przeznaczony dla produkcji samochodów Audi. Naszym celem było zaprojektowanie i zbudowanie złożonego urządzenia do testów, wykonanego z kompozytu wzmocnionego włóknami. ” W ramach tego projektu, manekin testowy był przeprowadzany przez jezdnię, a następnie katapultowany w górę za pomocą lin bungee z bardzo dużą prędkością ‒ dosłownie na moment (50 ms) przed spodziewanym uderzeniem przez nadjeżdżający pojazd. „Firma B&R dysponowała jedynym na rynku systemem napędu i sterowania, który mógł sprostać temu zadaniu” ‒ mówi Fritz. „To właśnie podczas realizacji tego projektu firma B&R zyskała nasze pełne zaufanie. Wiedzieliśmy, że możemy polegać na jakości ich produktów i usług”.

Projekt stawiał przed realizatorami wiele wyzwań. Manekin nie tylko musiał w jak największym stopniu przypominać prawdziwego pieszego ‒ nie można było również dopuścić do tego, aby stosowane wyposażenie techniczne uruchomiło któryś z systemów czujników samochodu. Korzyści rozwiązania były oczywiste: brak uszkodzeń samochodu i manekina podczas testu oznaczał możliwość ich ponownego użycia – rzecz o niebagatelnym znaczeniu, biorąc pod uwagę koszt manekina sięgający 15 000 EUR. „Potrzebowaliśmy rozwiązania, które byłoby niewidoczne dla systemów radarowych, skanerów na podczerwień i termicznych” ‒ wyjaśnia Fritz. „System ten pierwotnie miał być prototypem używanym przez rok lub dwa lata. Choć minęło już jedenaście lat, nadal jest on używany w firmie Audi.”

Oprócz manekinów o wyglądzie pieszych, 4activeSystems produkuje i testuje również makiety dwukołowe i czterokołowe w kształcie rowerów, motocykli i samochodów. Firma jest jedynym na świecie certyfikowanym producentem manekinów do badań zderzeniowych. W dziedzinie platform samobieżnych ich konkurentami jest stosunkowo niewielka grupa firm z USA, Wielkiej Brytanii i Austrii.

Przepisy bezpieczeństwa obowiązujące producentów samochodów są niezwykle surowe. Nie wystarczy tylko chronić przed skutkami wypadku pasażerów znajdujących się w pojeździe. W przypadku kolizji pojazd musi również w jak największym stopniu chronić rowerzystów i pieszych. Wymaga to stosowania autonomicznych systemów hamulcowych, które są w stanie automatycznie wykrywać ludzi, aby w pierwszej kolejności zapobiegać zderzeniom. Systemy te są testowane w ramach określonych scenariuszy opracowywanych na podstawie statystyk dotyczących wypadków. Scenariusze te uwzględniają na przykład dzieci i dorosłych wchodzących na jezdnię zza zaparkowanego pojazdu. Autonomiczny system hamowania awaryjnego samochodu musi być w stanie natychmiast wykryć i prawidłowo ocenić sytuację za pomocą kamer.

Na potrzeby testowania takiego systemu firma 4activeSystems skonstruowała swój trójwymiarowy pojazd symulacyjny, 4activeC2. Ten realistycznie odtworzony trójwymiarowy model samochodu może przyspieszać do 85 km/h i wytrzymać bez uszkodzenia zderzenia przy prędkości 65 km/h. Ważnym kryterium przy projektowaniu pojazdów symulacyjnych 3D była łatwość obsługi i szybki ponowny montaż po każdej kolizji testowej. Model 4activeC2 zachowuje swój kształt podczas jazdy na ruchomej platformie. W przypadku kolizji, trójwymiarowy model ulega deformacji, ale może być ponownie zmontowany w ciągu zaledwie dwóch minut przez dwie osoby, które spinają poszczególne części za pomocą specjalnych zamków.

Obiekt używany do symulacji (trójwymiarowa makieta samochodu lub rowerzysty) powinien reagować w sposób zgodny z rzeczywistością, ale sprzęt, który go porusza musi być niewidoczny dla wszelkich czujników. Aby uzyskać ten efekt, firma 4activeSystems opracowała samobieżną platformę poruszającą manekiny, którą nazwała Freeboard. Z uwagi na prędkość, z jaką pojazdy przejeżdżają przez autonomiczne platformy ‒ do 100 kilometrów na godzinę ‒ jednym z największych wyzwań jest skonstruowanie takich platform, które nie będą działać jak garby spowalniające. Aby tego uniknąć, firma 4activeSystems ustaliła dla platform maksymalną wysokość: pięć centymetrów. Oznacza to jednak, że wszystkie użyte komponenty – w tym elementy technologii napędów, sterowania i akumulatorów – muszą nie tylko pasować do ciasnej przestrzeni montażowej (30-40 mm), ale także zapewniać doskonałe odprowadzanie ciepła. Podczas testów w napędach i silnikach generowane są duże ilości ciepła, dlatego 4activeSystems dokłada wszelkich starań, aby zapewnić rozpraszanie tego ciepła, a w konsekwencji absolutne bezpieczeństwo obsługi platform.

Najnowszym osiągnięciem 4activeSystems jest platforma „4activeFB” ‒ niezwykle płaska, sterowana za pomocą GNSS/INS (globalny system nawigacji satelitarnej) i napędzana przez trzy potężne jednostki napędowe o mocy 3x14 kW. Jeśli chodzi o oprzyrządowania platform Freeboard, to trudno porównywać GNSS z konwencjonalnymi systemami GPS stosowanymi w smartfonach i urządzeniach nawigacyjnych. Dokładność systemów GPS wynosi od jednego do ośmiu metrów, natomiast GNSS zapewnia precyzję rzędu jednego lub dwóch centymetrów. System oferuje bardzo wysoką częstotliwość taktowania i jest połączony z systemem przyspieszania. Dwie anteny GNSS służą do pomiaru kąta nachylenia platformy oraz do obliczania jej położenia. Informacje te są niezbędne dla systemu sterowania. Podczas badania pojazd musi trzymać się określonych punktów zderzenia z tolerancją ±5 centymetrów i bardzo szybko dokonywać korekt sterowania, niezbędna jest zatem szybka komunikacja między pojazdem i stanowiskiem sterowania.

Platforma 4activeFB wykorzystuje Power Panel C70, sterownik X20 z I/O i rozwiązaniami bezpieczeństwa firmy B&R. Bezpieczne moduły I/O serii X20 B&R oferują szerokie spektrum bezpiecznych wejść cyfrowych i analogowych, np. niezawodny moduł wejściowy temperatury dla termopar. To sprawia, że nadają się idealne do zastosowań o wysokim poziomie generowania ciepła, a z takim właśnie ma do czynienia 4activeSystems. „Opracowanie funkcji bezpieczeństwa dla tego projektu pozostawiliśmy w gestii B&R” ‒ zaznacza Fritz. „Zdefiniowaliśmy wymogi bezpieczeństwa, a firma B&R zajęła się opracowaniem i wdrożeniem. Proces przebiegał sprawnie, a komponenty B&R okazały się niezwykle niezawodne – wymagania specyfikacji były zawsze spełniane zgodnie z naszymi oczekiwaniami” – zapewnia Fritz.

W niedalekiej przyszłości autonomiczne pojazdy poziomu 4 i 5 staną się zwykłymi uczestnikami ruchu drogowego. W branży zdefiniowano pięć różnych poziomów pojazdów autonomicznych. Poziom 4 dotyczy tego typu w pełni zautomatyzowanego samochodu, który będzie dostępny do 2022 roku. Przez większość czasu samochody te będą prowadzić się samoczynnie. Będą same parkować i poruszać się samodzielnie po drogach zamiejskich lub w mieście. Pozwoli to kierowcom koncentrować się na innych sprawach, bez konieczności obserwowania przez cały czas ruchu drogowego. Samochody będą również komunikować się z otoczeniem. Światła uliczne, na przykład, będą wysyłać sygnał przed zmianą koloru na czerwony lub zielony, a inne pojazdy będą sygnalizować zamiar zmiany pasa ruchu.

Aby to wszystko było możliwe, samochody muszą być w stanie komunikować się ze sobą i ostrzegać nawzajem. Pojazdy muszą również wchodzić w interakcję z otaczającym je środowiskiem. Sygnalizacja świetlna musi informować o zmianach faz, bariery na przejazdach kolejowych muszą wysyłać sygnał przed zamknięciem ‒ wreszcie systemy transportu publicznego muszą być również w pełni zintegrowane. Pojazdy muszą również wiedzieć, kiedy zrobić miejsce policji i pojazdom ratunkowym. Zasadniczo całe środowisko ruchu drogowego musi zatem zostać poddane digitalizacji. Konieczne będą mapy o wysokiej rozdzielczości, ponieważ samochody muszą zawsze znać swoją lokalizację. Wydaje się to dość skomplikowane i takim rzeczywiście jest. Z wymagań tych wynika konieczność zmierzenia każdej ulicy na świecie z centymetrową dokładnością. Na poziomie 5 samochody będą na tyle autonomiczne, że nie będą nawet wyposażone w kierownicę.

Upłynie trochę czasu, zanim takie samochody pojawią się na drogach, niemniej z realistycznych szacunków wynika, że stanie się to około 2025 roku. Autonomicznym samochodom towarzyszyć będą poważne zmiany w naszej infrastrukturze transportowej. Aby osiągnąć wskazane poziomy autonomicznej jazdy, należy najpierw przetestować niezliczoną ilość scenariuszy ruchu drogowego. „Wielu naszych klientów jest zaangażowanych w badania i rozwój autonomicznej jazdy, m. in. producenci samochodów, dostawcy i znani operatorzy usług” ‒ zapewnia Fritz.

B&R uczestniczy w każdym projekcie realizowanym w 4activeSystems, czy to jako partner we wspólnym przedsięwzięciu, czy jako dostawca komponentów. „Firma B&R cieszy się u nas doskonałą opinią ‒ cenimy ją jako lojalnego partnera. Jesteśmy niezwykle zadowoleni z jakości ich kompleksowej obsługi ‒ począwszy od produktów i dostaw po zapewniane nam wsparcie. Bardzo cenimy jakość, której symbolem jest hasło „Made in Austria”” ‒ mówi Fritz.