Češi chystají revoluci v řízení aut. Volant už nemá otáčet koly

• Šéf centra Tomáš Haniš si přináší inspiraci z leteckého průmyslu

• Technologie „steer-by-wire“ by měla umožnit plnou kontrolu nad jízdními vlastnostmi vozu

• Podle Haniše je na čase přestat vnímat volant jako něco, co přímo otáčí předními koly

• Platforma FAVEC by otevřela zcela nové možnosti ovládání aut cestou individuálního řízení hnacích, brzdných i směrových sil na každém kole

Představte si auto, ve kterém neexistuje žádné mechanické spojení mezi volantem a koly. Které samostatně natáčí každé jednotlivé kolo a rozděluje mezi ně hnací sílu, aniž by řidič měl nad těmito procesy přímou kontrolu a vlastně vůbec tušil, co se pod ním zrovna odehrává. Přibližně taková je vize Tomáše Haniše. Mladý inženýr vede na Fakultě elektrotechniky ČVUT nově založený tým třinácti vědců, kteří chtějí zásadně změnit princip ovládání aut, respektive v širším smyslu silničních vozidel. Inspiraci si přitom berou v leteckém průmyslu.

Zleva: vedoucí katedry řídicí techniky FEL ČVUT prof. Michael Šebek, doc. Martin Hromčík a Ing. Tomáš Haniš stojí za vznikem střediska Smart Driving Solutions. Jejich ambicí je přivést do autoprůmyslu „by-wire“ revoluci, která v letectví proběhla už před desítkami let

Volant, respektive jeho obdoba, není v Hanišově vizi nástrojem k natáčení předních kol, ale prostředkem, jehož pomocí řidič signalizuje autu svoje záměry. Podobně fungují systémy fly-by-wire v Airbusech a ještě extrémněji v bojových letadlech. Na základě jednoho pohybu ovládacího sidesticku nebo kniplu zajistí řídící elektronika pokročilou souhru pohybů řady hlavních i pomocných ovládacích ploch, u některých stíhaček provázenou i natáčením směrových trysek. Přitom dbá na to, aby nedošlo k překročení tzv. letové obálky, neboli konstrukčních limitů stroje. „Podívejte se třeba na ‚kobra’ manévr Suchoje Su-27,“ říká Haniš. „Já si ani nedokážu představit, co všechno by pilot musel dělat, kolik by musel mít rukou a nohou a jak nadpřirozenou senzoriku, aby něco takového zvládl ručně!“

Filozofie jednotlivých systémů fly-by-wire se liší. Boeing se chová více jako konvenční letadlo a umožní pilotovi „přetlačit“ ochranu letové obálky. Airbus je přísnější. Ve standardním provozu (tzv. normal law) rizikový manévr jednoduše neumožní. Haniš nezastírá, že pro běžná silniční vozidla se mu zdá vhodnější filozofie Airbusu. Mluví o „Full Authority Vehicle Control“, neboli řízení vozu s plnou autoritou. (Není náhoda, že zkratka FAVEC nápadně připomíná zkratku FADEC, full authority digital engine control neboli plně automatizované počítačové řízení motorů v letadlech. Haniš působil kromě Porsche Engineering také v letecké divizi Rolls-Royce.)

„Proč by měl řidič kroutit volantem jako zběsilý?“

„Extrémní, ale velmi názorný příklad je rallye, kde řidiči otáčejí volantem jako zběsilí. Snadno si dokážeme představit, že soutěžní auto nejede v každém okamžiku právě tam, kam zrovna ukazuje volant,“ vysvětluje sugestivně Haniš. „Soutěžní jezdci dělají korekce volantem prakticky neustále, ale proč by totéž měl dělat třeba řidič autobusu? Když náhle najede do kaluže nebo na náledí, proč bychom po něm měli chtít, aby náhle začal dělat s volantem takové cavyky?!“ V tento okamžik by měla podle Haniše vstoupit do hry řídicí vrstva, která stabilitu vozidla obstará. „Řidič drží volant rovně, tedy říká, že chce jet rovně, a řídicí systém by mu to měl zajistit.“

Schéma principu řídící vrstvy FAVEC. Řidič udílí ovládacím prvkem pokyny, které řídicí vrstva interpretuje a automaticky reguluje brzdnou sílu, hnací sílu i úhel natočení na každém kole zvlášť. Zdroj: Smart Driving Solutions

Tady to začíná být zajímavé. Haniš se totiž ve svých plánech neomezuje pouze na natáčení kol. Ze způsobu, jakým o své vizi mluví, je dokonce znát, že to je pro něj téměř podružná technikálie. V jeho představě obstarává řídicí vrstva podobně komplikovanou harmonii úkonů jako u té stíhačky. K ovládání směru jízdy, rychlosti stáčení okolo svislé osy a zajištění komfortu v každém okamžiku reguluje natočení každého jednotlivého kola; rozdělení hnací síly; rozdělení brzdné síly; a možná dokonce i geometrii kol!

Něco zdánlivě podobného funguje i v dnešních autech. Moderní sportovní auto nebo luxusní SUV může mít dva aktivní diferenciály, elektromechanické řízení schopné korigovat poryvy větru či asistovat při vyhýbacím manévru, systém rozdělování brzdné síly, adaptivní podvozek, armádu asistenčních systémů a samozřejmě ESC, které intervenuje v kritických situacích. Jenže míra integrace těchto systémů je velmi nízká. Což platí i o experimentu Infiniti s řízením steer-by-wire. Média ani veřejnost ho příznivě nepřijala. „Takové řešení totiž kombinuje nevýhody obou přístupů,“ říká Haniš. „Připraví řidiče o zpětnou vazbu, aniž by mu na oplátku dalo něco navíc.“

Přečtěte si také:

Zkusil jsem asistovanou jízdu v BMW X5. A normální řízení mě teď vysloveně obtěžuje

Podle Haniše je problém v tom, že z historických důvodů se řídicí elektronika v automobilkách chápe jako jakási nadstavba k mechanice podvozku a řízení, jehož základní princip se za celou historii automobilu příliš nevyvinul. A obráceně. Ve start-upech zaměřených na vývoj autonomních vozů nerozumějí komplexní dynamice podvozků. „Když to hodně zjednoduším, myslí si, že když otočím volantem doprava, auto pojede vždycky doprava. Tak to přece funguje a všichni ho tak používáme,“ přibližuje Haniš, že vývojáři zaměření na elektroniku si ne vždy umí představit tu situaci jezdce rallye nebo řidiče autobusu, který právě dostal smyk. Hanišova „vrstva“ by se měla postarat o integraci obou přístupů. A to nejen fyzicky, ale také organizačně. Haniš v nadsázce říká, že chce naučit obě skupiny spolu mluvit. Jak ve výzkumu, tak v praxi.

Airbus řady A320 (zde kratší A319 se shodným kokpitem) byl prvním sériově vyráběným dopravním letadlem s ovládáním fly-by-wire. Foto: Wikimedia Commons

Některé otázky, které Hanišův tým řeší, jsou téměř filozofické a dotýkají se samé podstaty ovládání aut. „Když jsme v simulaci ‚rozvolnili‘ všechna kola (ve smyslu umožnění jejich volného pohybu, pozn.), najednou jsme stáli před zajímavou otázkou. Jak vlastně chceme, aby auto zatáčku projelo? Má se stočit okolo svislé osy jako dnešní auta, nebo má jet bokem jako krab?“ Ze simulací vyplynulo, že dnešní auto spotřebovává velké množství energie jen na změnu směru. Model s rozvolněnými koly mohl daleko intenzivněji brzdit i akcelerovat přímo v zatáčce. Kdyby se tedy podařilo uvést jeho vizi do praxe, otevřelo by to úplně nové možnosti jízdních vlastností.

Odpadly by kompromisy

„Konvenční auto musí mít zásobu stability pro extrémní situace, takže prostě musí být nedotáčivé. Podobně geometrie. V zatáčce by se mi hodila víc rozbíhavost. Při brzdění ale potřebuji sbíhavost. A protože to nelze dynamicky přenastavovat a kritické je brzdění, tak máme sbíhavost. Nedá se nic dělat.“ Naladění podvozků je podobných kompromisů plné. Aerodynamika zrovna tak. Ale nemuselo by to tak být. Haniš se opět vrací k příkladu stíhaček a připomíná, že moderní bojová letadla se v zájmu ovladatelnosti konstruují jako primárně nestabilní a je to právě fly-by-wire, co jim zajišťuje stabilitu.

Analogie s bojovým letadlem je přinejmenším z pohledu nás, nadšených řidičů, vlastně vhodnější než ten Airbus. Úmyslem Hanišova týmu není připravit řidiče o možnost užít si jízdní vlastnosti auta, ale naopak je rozšířit, vylepšit, posunout dál. Koncept počítá s uplatněním ve sportovních vozech i v dopravních prostředcích řízených profesionály, jako jsou nákladní auta nebo autobusy. A samozřejmě i všude mezi těmito dvěma mezními polohami.

Přečtěte si také:

Test asistovaného řízení: Žádné dnešní auto nenabízí autonomní řízení. Ani Tesla ne

Je zřejmé, že k uvedení FAVEC do praxe nebude krátká cesta. Haniš předpokládá, že dříve než u klasických automobilek by se jeho vize mohla ujmout ve společnostech vyvíjejících autonomní vozy. (Z jeho pohledu je vlastně jedno, jestli směrové pokyny přicházejí přes joystick od živého řidiče nebo od řídicího systému autonomního vozu, o to v konceptu nejde.) Z krátkodobého pohledu má v plánu zhotovit funkční demonstrační platformu, která by principy a přednosti jeho vrstvy předvedla názorně. „I v akademické sféře platí, že když jste schopni prezentovat své výsledky fyzicky, má to větší váhu než vědecký článek založený na simulacích. Ale v praxi, v průmyslu, je tenhle faktor ještě mnohem silnější.“

Tomáš Haniš před budovou elektrotechnické fakulty ČVUT na pražském Karlově náměstí. „Po 130 letech od vynálezu auta už není důvod, proč by řidič měl stále ovládat kola, brzdy a motor přímo,“ říká inženýr se zkušenostmi z Porsche Engineering nebo Rolls-Royce Aerospace. Foto: Libor Fojtík

Centrum Smart Driving Solutions sídlí v budově Fakulty elektrotechnické ČVUT na Karlově náměstí a tvoří ho mezinárodní skupina 13 vědeckých pracovníků, kteří se věnují modelování a simulaci, návrhům řídicích systémů a v neposlední řadě experimentální validaci a verifikaci výsledků. Centrum se dále chystá navazovat partnerství s významnými komerčními partnery v oblasti automobilového a leteckého průmyslu.