Asistenční systémy řidiče

Cílem asistenčních systémů řidiče je částečná (do budoucna úplná) automatizace řízení vozidla v podélném směru a snížení vytížení řidiče, varovat řidiče před potenciálním nebezpečím pohybu souběžně jedoucích vozidel, sběr informací z infrastruktury, automatické poskytování těchto informací do vozidel a operátorům dopravních systémů, varovat řidiče před neúmyslným výjezdem z jízdního pruhu, varovat řidiče před přítomností překážek, varovat řidiče před nepřiměřenou rychlostí vozidla, asistenční funkce pro autonomní parkování.

Využití norem z této oblasti lze spatřit pro výrobce motorových vozidel, dodavatele originálního příslušenství, autorizované zkušebny silničních vozidel, certifikační či homologační laboratoře a další. Z pohledu legislativního je pro tyto subjekty obsah norem limitující. Z pohledu dopravní infrastruktury jsou normy důležité pro projektanty pozemních komunikací, správce pozemních komunikací, dodavatele telematických systémů, poskytovatele dopravních informací, tvůrce dopravních informačních a bezpečnostních systémů.

Nadskupina: Inteligentní dopravní systémy

Podskupiny:

• Popis aplikačního rozhraní, metody testování a jejich vyhodnocení  (ČSN ISO 15622, ČSN ISO 15623, ČSN ISO 17361, ČSN ISO 17386, ISO 17387, ISO 22179, ISO 22839, ISO 22840, ISO 11270, ISO 11067, ISO 16787, ISO 22178)
• Referenční architektura, metody navádění na trase (ČSN ISO TS 15624, ISO TR 17384, ISO 18682)
• Obecný popis systému (ISO 20545)

Formát pro výměnu dat (ISO 26684)

vozidlové asistenční systémy – toto označení je užíváno pro popis souhrnu systémů a jejich aktuálního technického řešení sloužící k prohloubení praktických zkušeností řidiče. Hlavním cílem vozidlových asistenčních systémů je předcházení dopravním nehodám, snížení počtu smrtelných a vážných zranění při dopravních nehodách. Jedním z důvodů zavádění vozidlových asistenčních systémů je předpokládaný růst počtu a pohybu vozidel

pokročilé asistenční systémy pro řidiče (ADAS) – systémy napomáhající řidiči v procesu řízení. Společně s navrženým bezpečným rozhraním HMI přispívají ke zvýšení bezpečnosti posádky vozidla a bezpečnosti v dopravě

jízdní manévry  –  opatření, pohyb nebo úkon charakterizující dynamiku pohybu vozidla

funkční stavy systému  –  jeden nebo více stavů či fází činnosti systému

zóna pokrytí  – celá oblast monitorovaná varovným systémem podpory sledování překážek. Cílové vozidlo nacházející se uvnitř zóny pokrytí bude systémem detekováno. Systémově se zóna pokrytí skládá z definované podmnožiny následujících zón: levá přilehlá zóna, pravá přilehlá zóna, levá zadní zóna a pravá zadní zóna

Inteligentní dopravní systémy (ITS) – jsou systémy, ve kterých jsou použity informační a komunikační technologie, v oblasti silniční dopravy (včetně infrastruktury, vozidel a uživatelů) a s rozhraními s jinými druhy dopravy

Zařízení na pozemní komunikaci (RSE) – poskytuje dopravnímu signalizačnímu zařízení informace o blížícím se předmětném vozidlu a přispívá  k rozhodnutí o stanovení polohy vozidla a směru jízdy

Palubní zařízení (OBE) – vozidlové zařízení, které může poskytovat řidiči informace/varování založené na informacích přijatých z RSE a vozidla

Předmětné vozidlo – vozidlo vybavené příslušným vozidlovým asistenčním systémem

Pokročilé asistenční systémy ve vozidle zaznamenaly za poslední roky významný vzestup. Do popředí se dostávají nejen systémy na zvýšení aktivní a pasivní bezpečnosti účastníků silničního provozu jako jsou systémy pro zvýšení stability jízdy, ale i systémy pro zvýšení komfortu cestujících či ekologických parametrů jízdy. Tyto systémy procházejí dlouhým vývojem od stádia výzkumných projektů až po proces standardizace v rámci standardizačních orgánů CEN, CENELEC, ETSI, ISO a dalších. Například v rámci TC22 se řeší zejména samostatné řídící systémy, tak TC204 řeší systémy ve vazbě na okolí jako varovné systémy před neúmyslným výjezdem z jízdního pruhu, pomoc při manévrování při nízkých rychlostech či varovné systémy podpory sledování bočních překážek. Řešená problematika zahrnuje specifikace důležitých parametrů pro návrh, instalaci a zkoušení vozidlových asistenčních systémů, doporučení pro umístění proměnného dopravního značení, specifikace senzorů nebo definice vyšší úrovně funkcionality.

Klasifikace vozidlových asistenčních systémů je členěna s ohledem na řadu kritérií: použité akční prvky, součinnost vozidlových a infrastrukturních informací, sledovanou oblast okolo vozidla, druh komunikace, specifikace HMI rozhraní, topologické parametry pozemní komunikace, koncept interaktivního a multimodálního navádění po trase.

1 Vozidlové systémy

Minulý a potencionální budoucí vývoj asistenčních systémů řidiče je znázorněn na obrázku 1.

Mezi hlavní cíle vozidlových systémů patří zvyšování bezpečnosti dopravy prostřednictvím stabilizace dynamiky pohybu vozidla, poskytování informací a varovných zpráv, zvyšování komfortu jízdy, využívání prvků automatizovaného a kooperativního řízení.

2 Vozidlová data a senzory

Jedná se o data dostupná na vozidlové sběrnici např. CAN, MOST, LIN, FlexRay aj., jež jsou dostupná prostřednictvím nejrůznějších vozidlových senzorů a snímacích prvků. Na základě vyhodnocení těchto dat pak dochází k realizaci jednotlivých funkcí vozidlových systémů. Vozidlové senzory v zásadě dělíme do dvou skupin. Proprioceptivní senzory umožňují měřit vnitřní stav vozidla, jako je rychlost kol, akcelerace nebo úhlová rychlost. Tyto umožňují kontrolu dynamiky vozidla s cílem co nejlépe následovat trajektorii vybranou řidičem. Jedním z prvních aktivních asistenčních systémů, založených na proprioceptivních senzorech, byl antiblokovací systém ABS  Druhou skupinou jsou exteroceptivní  senzory zahrnují ultrasonické, radarové, lidarové nebo video senzory a do jisté míry i přijímače GNSS (globální navigační satelitní systém). Tyto senzory poskytují informace o situaci vně vozidla, o přítomnosti ostatních účastníků silničního provozu, stejně jako o poloze vozidla. Základním požadavkem na všechny integrované senzory je fungující systém (vzniklý vzájemnou komunikací subsystémů), jehož výstupy jsou spolehlivé, snadno dostupné a jednoznačné.

3 HMI

Za interakci člověka s dopravním prostředím je obecně označována situace, kdy člověk (např. řidič vozidla) oboustranně komunikuje s elektronickými zařízeními a to např. v podobě přijímání varování nebo informací, ovládání dopravního prostředku a jeho vybavení, dále pak jeho interakce s dopravní infrastrukturou (s dopravním značením, světelným signalizačním zařízením, ostatními účastníky silničního provozu).  Z pohledu vývoje vozidla je otázka HMI považována za klíčovou. Původně byla omezena jen na poskytování primárních instrukcí řidičem vozidlu jako je úhel natočení volantu, zrychlení, aktivace brzd ale po krátkém čase se pro řidiče stalo podstatné získávat stavové informace o vozidle jako je rychlost či stav paliva. HMI je také definován jako mechanismus vzájemného působení mezi uživatelem a zařízením, zahrnující sadu vstupů, výstupů a dialogových protokolů, které se týkající všech zobrazení, zvukových signálů a povelů uživatele, ČSN 73 6100-1. Na základě výsledků evropských výzkumných projektů došlo ke srozumitelnému vymezení konceptu HMI "přirozené interakce", vymezující pravidla kdy a jaké informace by měly být poskytovány řidiči: prioritní řízení zpráv na základě kontextu řízení za využití nových technologií, například dotykové, akustické, vibrační či hlasové rozpoznávání. Tyto nové koncepty umožnují zvládat řidiči zatížení na přijatelné úrovni, snižovat odpoutání pozornosti, a tak zvyšovat bezpečnost. Rozhodování o druhu informace, které jsou sdělovány řidiči na základě postupů pro určování priorit těchto informací je definováno dle ISO/TS 16951: 2004.

4 Systémy dopravní infrastruktury

V zemích Evropské unie má do roku 2020 počet osobních vozidel vzrůst o 25 až 35% a nákladních dokonce o 55 až 75%. Takový nárůst je nutné alespoň částečně eliminovat různými prostředky s rozdílnou dobou realizace: výstavba kapacitních komunikací, budování dopravně-telematických systémů apod.

Dopravní infrastruktura zahrnuje systémy, ve kterých jsou použity informační a komunikační technologie v oblasti silniční dopravy s ohledem na aktuální technické řešení (včetně vozidel a uživatelů) a s rozhraními s jinými druhy dopravy s cílem zvýšit přepravní výkony, bezpečnost a psychickou pohodu cestujících. V současnosti dostupné infrastrukturní systémy se používají zejména k monitorování a řízení, například prostřednictvím kamer a radarů. Komunikace mezi vozidlem a infrastrukturou (V2I) je realizovaná prostřednictvím datové výměny informací o stavu světelné signalizace, omezené rychlosti aj. s cílem stabilizovat jízdu vozidla. Příkladem je varovný systém v případě jízdy na červenou nebo nezastavení u značky STOP. Do budoucna se předpokládá, že veškeré dopravní značení i návěstí světelné signalizace budou muset komunikovat on-line, z důvodu determinace možných zrychlení a zpomalení autonomních vozidel.

1 Detekce a odstup okolních vozidel a překážek vč. detekce dalších účastníků silničního provozu

Jedná se o skupinu asistenčních systémů, jež detekují a varují řidiče před objekty nacházející se v dráze vozidla a to při jízdě vpřed, vzad a to při různých rychlostech. Příkladem takových systémů jsou:

Systémy pro zmírnění kolize s vpředu jedoucími vozidly (FVCMS), pro svou činnost vyžadují informace o odstupu vpředu jedoucích vozidel, jejich pohybu, pohybu předmětného vozidla, instrukcích řidiče a jeho činnosti. Systém FVCMS detekuje vpředu jedoucí vozidla, stanovuje, zda detekovaná vozidla představují potenciální riziko a varují řidiče v případě, že jsou splněny podmínky pro varování. Systém rovněž odhaduje, zda řidič má přiměřené možnosti reagovat na vzniklé nebezpečí. V případě, že dostupný čas na reakci řidiče není přiměřený aktuálním podmínkám a současně jsou splněna příslušná kritéria, systém rozhodne o bezprostřední hrozbě srážky. V návaznosti na toto rozhodnutí systém aktivuje brzdný systém vozidla ke zmírnění závažnosti následků srážky.

V případě varovných systémů předsunutých překážek (FVCWS) by měly být splněny následující funkce: detekce přítomnosti vpředu jedoucího vozidla; stanovení rozsahu, rozmezí rychlosti a úhlu azimutu pro detekci vpředu jedoucího vozidla; stanovení rychlosti předmětného vozidla; stanovit předpokládaného zakřivení pozemní komunikace.

Varovné systémy podpory sledování bočních překážek (LCDAS) varují řidiče před nehodou z důvodu změny jízdního pruhu. Záměrem systému LCDAS je doplnit vnitřní a vnější zpětná zrcátka vozidla, při zachování jejich významu a sledovat pohyb souběžně jedoucích vozidel a to po stranách předmětného vozidla nebo za ním při jízdě na dálnici.

V neposlední řadě sem patří i systémy adaptivního udržování rychlosti jízdy (FSRA), jež umožňují přizpůsobení rychlosti vozidla vůči vozidlu jedoucímu před ním. Řízení je založeno na následujících informacích: odstupu od vpředu jedoucího vozidla, pohybu předmětného vozidla (vybaveného FSRA) a příkazech od řidiče. Řídicí jednotka zasílá příkazy do ovládacích prvků, které potom uskutečňují samotnou strategii řízení podélného odstupu a současně zasílá stavové informace k řidiči.

2 Detekce vodorovného/svislého dopravního značení a stavu světelné signalizace

Jedná se o skupinu asistenčních systémů, jejichž hlavní funkcí je podpořit řidiče v udržení vozidla v daném jízdním pruhu. Systém získává informace o poloze vozidla vzhledem k jízdnímu pruhu a v případě, že je to vyžadováno, posílá příkazy k ovládacím prvkům s cílem ovlivnit pohyb vozidla v příčném směru. V případě systémů asistovaného parkování podpora začíná hledáním vhodného parkovacího místa, získáním informací o okolí vozidla (mapa prostředí), výpočtem trajektorie a následným podélným vedením vozidla. Systém musí rovněž napomáhat řidiči při rozpoznávání překážek během manévrování vozidla do volného parkovacího místa. Systém zajišťuje varování v souladu s viditelným vodorovným dopravním značením. U systémů poskytujících křižovatkové signální informace (CIWS) by měla být zachována alespoň jedna z následujících dvou funkcí, viz. obr. 2:

- systém poskytuje informaci o aktuální fázi světelné dopravní signalizace předmětnému vozidlu pro potřeby zobrazení na displeji řidiče

- systém poskytuje informaci o fázi světelné dopravní signalizace předmětnému vozidlu blížícímu se ke křižovatce pro potřeby varování řidiče před bezprostřední hrozbou nerespektování světelného signalizačního návěstí.

3 Detekce nepřiměřené rychlosti a podpora strategie řízení předmětného vozidla

Jedná se o skupinu asistenčních systémů, jejichž hlavní funkcí je varovat řidiče před nebezpečím způsobeným nepřiměřenou rychlostí vozidla. Příkladem takového systému je systém CSWS (Curve Speed Warning Systems), jehož základní funkcí je varovat řidiče před nebezpečím způsobeným nepřiměřenou rychlostí vozidla před blížícím se směrovým obloukem. Systém vypočítá aktuální polohu vozidla s ohledem na nadcházející směrový oblouk a stanoví varovnou limitní rychlost, při níž ještě může vozidlo tento směrový oblouk bezpečně projet. Jestliže rychlost vozidla tuto limitní hodnotu překročí, systém varuje řidiče za účelem snížení rychlosti předmětného vozidla na takovou hodnotu, která umožní bezpečný průjezd tímto směrovým obloukem.

Jiným příkladem systému je interaktivní řízené navádění na trasu, jehož základní funkce jsou:

1. systém umožňuje interaktivní obousměrnou komunikaci mezi vozidlem a infrastrukturou
2. s využitím dat přijatých z vozidel stanoví administrátoři řízení provozu či poskytovatelé služeb trasu do cíle vozidla
3. tato doporučená trasa, stanovená poskytovatelem služeb, je založena na preferencích řidiče a/nebo poskytovatele pro tuto cestu. Jednou z priorit řidiče může být zkrácení předpokládaného času příjezdu do cíle
4. systém navrhne doporučené trasy takovým způsobem, aby omezil vznik dopravních kongescí
5. systém poskytuje službu jak vozidlům vybaveným mapovými databázemi, tak těm, která vybavena nejsou

4 Varovné a informační funkce HMI

Funkční prvky jsou znázorněny na obr. 3 a zahrnují následující logické celky:

1. funkce detekce
2. funkce vyhodnocení
3. funkce označované jako interakce člověk-stroj
4. komunikační funkce

Detekční blok vyhodnocuje nebezpečné podmínky s využitím senzorů nebo uložených dat a poskytuje výstupy vyhodnocovacímu bloku. Vyhodnocovací blok tyto informace následně zpracuje a vydá stanovisko k předání varovných a informačních zpráv do interakčního bloku, který na základě těchto dat vydá varovnou zprávu řidiči. Čas potřebný k distribuci informací mezi vozidlovými jednotkami musí být zahrnut do výpočetního času každé funkce. Rizikové podmínky jsou rozlišeny nejen z pohledu jednoduchého záznamu měřených hodnot ale zároveň s ohledem na časovou značku, ostatní měřené hodnoty a další zdroje informací.

- Klaus Bengler, Klaus Dietmayer, Berthold Färber, Markus Maurer, Christoph Stiller, Hermann Winner, IEEE Intelligent Transportation Systems Magazine vol. 6, no. 4, Winter 2014, Three Decades of Driver Assistance Systems

- Vídeňská úmluva o dopravní bezpečnosti a Vídeňská úmluva o dopravním značení a signálních návěstí z roku 1968