Elektrický autonómny roadster SIMROD

Keď Slovenská technická univerzita (STU) koncom minulého roka dostala na zapožičanie elektrický roadster Simrod, išlo o pomerne všedné vozidlo, ktoré sa pri prevádzke nezaobišlo bez vodiča. Zhruba o pol roka ten istý Simrod odviezol na pretekárskom okruhu Slovakia ring ministra dopravy Slovenskej republiky Andreja Doležala, a to úplne autonómne, čiže bez akéhokoľvek zásahu vodiča alebo operátora. Demonštračný elektromobil Simrod poskytla Strojníckej fakulte STU divízia Digital Industries spoločnosti Siemens, ktorá spolupracuje s vybranými partnermi z akademickej aj súkromnej sféry na výskumných a vývojových projektoch z rôznych odvetví priemyslu, aby ukázala, akú významnú rolu dnes pri návrhu a vývoji zohráva softvér SimCenter. Rovnaký cieľ mal pre Siemens aj projekt integrácie autonómnych technológií do elektromobilu v podaní STU.

Tím pod vedením Ľuboša Magdolena, má s výskumom a vývojom v oblasti automotive vrátane elektromobilov bohaté skúsenosti. Dlhodobo spolupracuje na rozličných projektoch s partnermi z oblasti automotive na Slovensku. Elektromobilite sme sa začali venovať ako prví v strednej a východnej Európe ešte pred desiatimi rokmi, keď o tejto téme málokto niečo tušil,“ ozrejmuje Ľ. Magdolen jeden z dôvodov, prečo si Slováci získali dôveru nemeckého koncernu.

 

Spojenie firmy s portfóliom špičkových softvérových nástrojov pre digitálny návrh, simulácie a testovanie prototypov produktov s tímom akademikov zanietených pre výskum a vývoj v automotive, sa od začiatku zdal byť ideálnou kombináciou.

Nielen z pohľadu cieľov Siemensu a STU, ktorá neustále hľadá príležitosti pre skvalitnenie vzdelávania študentov, ale aj celého slovenského hospodárstva, ktoré sa potrebuje posúvať k aktivitám s vyššou pridanou hodnotou.

 

Slovensko je dnes v počte automobilov vyrobených na tisíc obyvateľov svetová veľmoc. V ostatných rokoch sa však intenzívnejšie ozývajú hlasy, ktoré upozorňujú na chýbajúce výskumné a vývojové aktivity. Ekonomika krajiny je priveľmi závislá na jednom priemyselnom odvetví, čo sa naplno prejavuje v súčasnosti, keď pre pandémiu dopyt po nových autách výrazne ochabol.

 

Čo znamená autonómnosť

Autá sú dnes všednou súčasťou našich životov, preto si málokto uvedomuje ich technickú a konštrukčnú zložitosť. Autonómnosť však komplexnosť automobilov posúva na inú úroveň. Vozidlo, ktoré dokáže jazdiť samé, potrebuje množstvo snímačov, a to nielen pre lokalizáciu, ale aj pre detekciu a určenie polohy objektov. Musí mať tiež technológie pre identifikáciu rýchlosti, zrýchlenia, pre orientáciu automobilu na svetové strany podľa magnetických polí. Všetky vstupné dáta pritom treba pospájať do jedného dátového toku a vedieť ich počítačovo spracúvať.

 

Druhú časť technologickej výbavy tvoria takzvané akčné členy, čiže elektronické riadiace systémy pre ovládanie motora, volantu či bŕzd a asistenčné služby. Celý komplex technológií ovláda centrálny mozog – počítač s prvkami umelej inteligencie, ktorý určuje ako sa má auto správať a predikuje, čo sa bude diať.

Pred tímom STU, hoci vybaveného špičkovými softvérovými nástrojmi, preto nestála ľahká úloha. Obzvlášť preto, že elektromobil obdržali vlani v decembri a pôvodným plánom bolo predstaviť autonómneho Simroda už o štyri mesiace neskôr na veľkom technologickom festivale IXPO, ktorý sa mal konať v apríli v Bratislave.

 

Bez softvéru

Vývojári začali ešte pred Vianocami skúmať jednotlivé súčasti elektromobilu a oboznamovať sa s použitými rozhraniami, aby následne mohli vytvoriť koncepciu a začať postupne integrovať senzory aj autonómne technológie.

 

Kľúčovú rolu v projekte od začiatku zohrávali softvérové nástroje SimCenter. Vďaka nemu sa dá vo virtuálnom prostredí simulovať, ako sa vozidlo správa, čiže napríklad či má dostatočný výkon motora a aké účinné sú brzdy. Softvér umožňuje simulovať aj rozličné sily, ktoré na vozidlo pôsobia, napríklad prúdenie vzduchu, a podľa toho zistiť, ako sa počas jazdy vyvíjajú vibrácie, hlučnosť a iné detaily. V inom nástroji SimCenter sa simuluje správanie vozidla v špecifických situáciách, ako sú šmyk, alebo prechádzanie zákrut vo vyšších rýchlostiach, a to v súvislosti s pneumatikami.

 

Kľúčovou výhodou je možnosť testovať vo virtuálnom prostredí milióny rozličných situácií, vrátane nepatrných odlišností zdanlivo rovnakého scenára, napríklad s odlišnou rýchlosťou či iným počasím. „Môžete sa hrať s nekonečnými variantmi rozličných situácií, čo to by sa bez softvéru SimCenter nedalo. Obzvlášť dôležité to je pri vývoji autonómnych systémov, ktoré musia byť bezpečné a nemôžu sa spoliehať na externého operátora alebo záložného vodiča,“ vysvetľuje Matthieu Worm, riaditeľ autonómnych vozidiel, simulácie a testovanie z divízie Digital Industries v Siemense.

 

Tím STU si v softvéri SimCenter vytvoril aj celú trať pretekárskeho okruhu Slovakia ring, na ktorom vďaka tomu mohli so Simrodom jazdiť virtuálne, preverovať reakcie vozidla na prekážky, testovať rozličné scenáre a na základe toho dolaďovať nastavovanie senzorov aj autonómnych technológií. „Keďže sme do existujúce vozidla pridávali nové systémy, ktoré museli s tými existujúcimi fungovať ako celok, museli sme robiť množstvo experimentov aj virtuálnych simulácií. Digitálne nástroje nám umožnili množstvo krokov skrátiť a urýchliť, keďže akákoľvek technická zmena, ktorá sa urobí vo virtuálnej zložke, je oveľa rýchlejšia a lacnejšia, ako keby sa mala robiť priamo v aute,“ dodáva Ľ. Magdolen.

Výhodou balíka nástrojov SimCenter je, že pokrýva potreby vývojárskych tímov komplexne, takže nie je potrebné prechádzať z jedného vývojového prostredia do iného, alebo prepájať aplikácie od rôznych dodávateľov.

 

 

Úspešný debut

Prirodzene, integrácia autonómnych technológií sa neobišla bez technických výziev. Vývojárov potrápilo napríklad ovládanie volantu, keď museli elektronické riadenie z vozidla demontovať, aby v laboratóriu našli spôsob komunikácie cez špecifické rozhranie.

 

Počas vývoja museli riešiť úlohy stability vozidla v dynamických režimoch, napríklad počas testovania sa auto v autonómnom režime dostalo do šmyku a zašlo mimo trať (do výbehovej zóny) pre odchýlku v nastavení výkonových parametrov po 180 stupňovej otočke na trati. Našťastie, všetko sa zaobišlo bez akýchkoľvek materiálnych škôd či úrazov.

Celý proces vývoja skomplikovala aj jarná pandémia koronavírusu, ktorá niektoré kroky pozdržala a pre ktorú sa napokon neuskutočnil ani technologický festival IXPO, kde mal mať autonómny Simrod premiéru. Debutu sa napokon dočkal začiatkom júla na slovenskom pretekárskom okruhu Slovakia ring, kde za účasti médií bezpečne sám previezol slovenského ministra dopravy aj viaceré osobnosti slovenského priemyslu a akademickej obce.

Tím Strojníckej fakulty STU (na projekte sa podieľali aj pracovníci Stavebnej fakulty STU a Fakulty informatiky a informačných technológii STU) v spolupráci so Siemensom preukázali, že Slovensko má všetky predpoklady pre špičkový výskum a vývoj, vrátane šikovných ľudí schopných využívať najmodernejšie softvérové technológie pre digitalizáciu a vytváranie takzvaných digitálnych dvojčiat.

 

Úspešný projekt integrácie autonómnych technológií preto vyústil do spoločnej iniciatívy Strojníckej fakulty STU a firiem Siemens, Mobility & Innovation a Slovakia Ring Agency, ktoré chcú na Slovensku spolupracovať na výskume a vývoji inteligentných autonómnych vozidiel, alternatívnych pohonov a progresívnych konštrukciách dopravných prostriedkov. Svoj zámer potvrdili pri predvádzaní autonómneho Simrodu slávnostným podpisom memoranda o spolupráci, v ktorom deklarujú cieľ vybudovať spoločné moderné výskumno - vývojové pracovisko pre smart mobilitu s nadnárodným významom.

Potrebujeme sa posúvať od priemyselnej výroby k ekonomickým aktivitám s vyššou pridanou hodnotou a zároveň byť schopní mladých ľudí nielen kvalitne vzdelávať, ale zabezpečiť tiež, aby nám neodchádzali do zahraničia.
Vladimír Slezák, generálny riaditeľ slovenského Siemensu pripomína, že spolupráca na vývoji autonómneho vozidla a snaha o vznik vývojového centra pre inteligentné autonómne technológie reagujú na naliehavejšie potreby Slovenska. 

 

Predstavitelia Siemensu veria, že iniciatíva inšpiruje aj vznik nových firiem, alebo intenzívnejšie aktivity existujúcich podnikov, ktoré môžu v oblasti výskumu a vývoja využiť špičkové nástroje pre simuláciu a vytváranie digitálnych dvojčiat, aby tak R&D aktivity výrazne urýchlili a zefektívnili.