Témata
Foto: Miroslav Martínek

Stroje v pohybu – Autonomní studentská formule

Prostřednictvím našich článků už jsme vám na stránkách časopisu představili mezinárodní soutěž Formula Student a také několik týmů z českých technických univerzit, jež se do ní každoročně zapojují s vlastnoručně postavenými závodními auty. Tentokrát bude řeč o novince – prvním českém samořiditelném monopostu, s nímž se tým eForce z ČVUT účastní této soutěže v nové kategorii Driverless.

Tento článek je součástí seriálu:
Stroje v pohybu
Díly
Ivan Heisler

V redakci časopisu MM Průmyslové spektrum zastává pozici odborného redaktora. Vystudoval obor Stavební údržba a rekonstrukce tratí na Vysoké škole dopravy a spojů v Žilině. Po ukončení studia pracoval jako projektant ve Státním ústavu dopravního projektování, poté jako redaktor odborných publikací pro uživatele osobních počítačů a jako šéfredaktor časopisu Počítač pro každého. Do MM Průmyslového spektra nastoupil v roce 2021.

Reklama

Soutěž Formula Student se pořádá od roku 1981, kdy byla založena v USA pod záštitou profesního sdružení Society of Automotive Engineers (SAE). Do Evropy pronikla v roce 1998 a v současnosti se závody konají na všech kontinentech s výjimkou Afriky a Antarktidy. Jde o největší světovou soutěž studentů techniky, každoročně se jí účastní více než 800 univerzitních týmů z celého světa, včetně České republiky. Od roku 2017 soutěž zahrnuje i kategorii Driverless – soutěž autonomních monopostů.

Monopost DV-01 (vpředu) je prvním českým samořiditelným strojem v soutěži Formula Student. (Foto: Miroslav Martínek)

V právě končící letošní sezoně se do soutěže zapojila i první česká autonomní formule. Tým eForce FEE Prague Formula připravil pro účast v prestižní kategorii Driverless samořiditelný monopost, který dostal typové označení DV.01.

Základem nového, autonomního auta je předloňská úspěšná verze pilotovaného elektrického monopostu FSE.07. Konstruktéři tento vůz vybavili množstvím různých senzorů a také výkonným palubním počítačem. Kromě potřebné elektroniky bylo nutné vyvinout i software, který vyhodnocuje data z kamer a navigačních systémů, a na základě těchto dat vozidlo řídí.

Reklama
Reklama

Navigační systém, stereokamery a chytré senzory

Navigační systém vozu má tři hlavní součásti. Pohyb vozidla a jeho aktuální poloha jsou snímány pomocí inerciálního navigačního systému, což je zařízení využívající přijímač satelitního polohovacího systému GPS, akcelerometr a sestavu gyroskopů. Prostor kolem formule snímá několik stereokamer, což jsou kamery, které kromě barevného obrazu poskytují i hloubkový kanál. Třetím nástrojem pro sběr dat o okolí vozu je senzor LiDAR, který pomocí odrazu laserových paprsků dokáže poměrně přesně určit vzdálenost okolních objektů. Algoritmy potom data z navigačních systémů zpracovávají a pomocí umělé inteligence a neuronových sítí vyhodnocují. Výsledné informace jsou následně posílány do volantu, který formuli řídí sám.

Okolí vozu nepřetržitě snímá systém stereokamer. (Foto: Andrej Kružiak)

LiDAR

Důležitým smyslovým orgánem, jímž si auto „osahává“ terén, je senzor LiDAR, namontovaný vpředu, konkrétně uprostřed předního křídla vozu. LiDAR skenuje prostor před autem prostřednictvím měření odrazů laserového paprsku. Předává palubnímu počítači souřadnice velkého počtu bodů, z nichž příslušný software vytvoří digitální model terénu. V takto vytvořeném virtuálním prostoru se pak vozidlo pohybuje po trase, kterou mu palubní počítač určuje na základě zadání.

Uprostřed předního křídla vozu je umístěna důležitá část navigačního systému – laserový prostorový skener LiDAR. (Foto: Andrej Kružiak)

Palubní počítač

Výkonný palubní počítač Nvidia Jetson Xavier vyhodnocuje data ze všech senzorů a na základě vytvořeného digitálního modelu terénu a údajů o poloze vozu a jeho rychlosti počítá optimální dráhu pohybu. Optimalizuje a koordinuje rovněž výkon motorů a natočení předních kol při průjezdech zatáčkami, aby monopost projel trať co nejvyšší rychlostí a nedostal se při tom do smyku. Do výpočtů je třeba zahrnout i stav nabití baterie a spotřebu energie. Na výkonu počítače a na optimalizaci výpočetních algoritmů pak závisí to, zda a v jakém čase vůz projede předepsanou dráhu nebo vytyčenou trať.

Sedm disciplín soutěže

Samořiditelné monoposty (kategorie Driverless) a jejich týmy soutěží v sedmi disciplínách. Oproti pilotovaným formulím v tomto případě odpadá hromadný závod na okruhu a pořadatelé kladou větší důraz na takzvané statické disciplíny.

Statické disciplíny spočívají v prezentacích, v nichž jednotlivé týmy prokazují svoje teoretické znalosti a obhajují technický návrh vozu. Představují svoje auta porotě složené z odborníků z Formule 1, z předních firem automobilového průmyslu a z největších světových technologických firem. V této části porota hodnotí technické aspekty a konstrukční vlastnosti vozidla (Engineering Design), finanční plánování vývoje a výroby vozu, včetně možné sériové výroby, (Cost and Manufacturing) a podnikatelský plán (Business Plan). Při poslední jmenované prezentaci je úkolem týmu přesvědčit potenciálního investora o smysluplnosti fiktivního obchodního modelu zahrnujícího studentskou formuli.

Reklama
Český tým eForce FEE Prague Formula se samořiditelným monopostem DV-01 se v srpnu 2021 zúčastnil závodů Formula Student Spainv Barceloně. (Foto: Miroslav Martínek)

Když vůz úspěšně projde technickými přejímkami, během nichž se zjišťuje, jestli je auto bezpečné a zda odpovídá přísným pravidlům soutěže, může absolvovat čtveřici tzv. dynamických disciplín.

Při vytrvalostním závodě se hodnotí množství spotřebované energie v poměru k dosaženému času na trati (Efficiency), v závodě na 75 metrů s pevným startem se hodnotí zrychlení (Acceleration) a na rovinné trati plné ostrých zatáček se prověřuje chování auta v zatáčkách (SkidPad). Pro kategorii Driverless je unikátní disciplína nazvaná Track Drive, která prověřuje schopnosti autonavigace. Během ní má každé auto za úkol co nejrychleji projet 10 kol na předem zcela neznámé trati.

Úspěch týmu tedy nezáleží jen na rychlosti monopostu a na schopnostech konstruktérů a závodníků, ale významný podíl mají i další disciplíny, jako jsou plánování rozpočtů a zpracování marketingových plánů. Proto se tým skládá nejen z techniků a programátorů, ale uplatňují se v něm i studenti dalších oborů, a to nejen z různých fakult ČVUT, ale i z jiných univerzit.

Hlavním smyslem soutěže Formula Student je zapojit studenty do praxe a umožnit jim vyzkoušet si práci s moderními technologiemi při řešení komplexních inženýrských problémů.

Bez sponzorů by to nešlo

Tak náročný projekt by studentský tým nedokázal úspěšně realizovat bez podpory sponzorů. Nejde zdaleka jen o finance, spolupráce s partnerskými firmami a institucemi má různé formy. Prvním z generálních partnerů týmu eForce je pochopitelně jeho mateřská univerzita, ČVUT v Praze, konkrétně elektrotechnická fakulta. Dalšími generálními partnery jsou firmy Škoda Auto, Porsche Engineering Services a JHV. 

(Foto: Pavla Lásková)
Autonomní formule DV-01 dosáhla zatím největšího úspěchu v srpnu 2021 na závodech Formula Student Germany v německém Hockenheimu. (Zdroj: Formula Student Germany)

Hlavními partnery jsou výrobce obráběcích strojů a nástrojů Misan a společnost SBG Systems, která se mimo jiné specializuje na navigační systémy a elektronické vybavení pro vozidla, včetně vozidel autonomních. Tyto a další firmy studentům poskytují svoje znalosti a technologie, případně výrobní prostředky. Například v dílnách technologické společnosti ZF Engineering v Plzni byly metodou 3D tisku z hliníku vyrobeny těhlice, jejichž tvar je příliš složitý na to, aby mohly být vyrobeny pomocí standardního obrábění. Vybavit vůz kamerovými a navigačními systémy zase pomohla společnost VM Engineering z Klášterce nad Ohří. Úzká spolupráce s firmami umožňuje studentům nejen navrhnout a vyrobit závodní auto, ale především získat praktické zkušenosti s využíváním moderních technologií. Zapojování studentů do praxe a propojování akademické sféry s průmyslem je totiž hlavním cílem celé soutěže Formula Student.

Související články
Závěrečné oponentní řízení CK-SVT

V dubnu 2012 byl na půdě Fakulty strojní ČVUT v Praze oficiálně zahájen osmi letý projekt Centrum kompetence - Strojírenská výrobní technika v rámci dotačního programu Technologické agentury ČR. Projekt byl úspěšně ukončen ke konci roku 2019 a v červnu 2020 proběhlo Závěrečné oponentní řízení ve firmě TOS Varnsdorf, jednoho ze spoluřešitelů.

Další veletržní postřehy z EMO 2019

Z pohledu technika lze veletrh EMO v roce 2019 považovat za zdařilý, protože byl více o invenci, kreativitě, vylepšování stávajícího i hledání nových cest. Na veletrhu bylo možné vysledovat několik řekněme fenoménů, které se objevovaly napříč veletrhem. Přitom bych je přímo nepovažoval za trendy, protože obdobné počiny, technika, software i smýšlení byly (u asijských výrobců) k vidění o šest měsíců dříve na veletrhu obráběcích strojů v Pekingu. Nedávám tímto záminku k mezikontinentální diskusi o tom, kdo trendy určuje. V tomto textu zazní několik dalších veletržních postřehů.

Jak vytvořit draka

Už několikrát jsme v našem časopise představili formule, které jsou dílem studentů českých technických univerzit. Mezi nimi rozhodně nesmí chybět ta, která spatřila světlo světa na VUT v Brně – dravý i elegantní Dragon 9.

Související články
Pod dvou letech opět na EMO do Hannoveru

Od 16. do 21. září 2019 se uskuteční 22. ročník největšího světového veletrhu zpracování kovů EMO. Megaakce se koná opět v Německu, které je po Číně a USA třetím největším trhem obráběcích strojů na světě. Veletrhu se účastní téměř 2 100 vystavovatelů ze 47 zemí světa. Z České republiky se očekává účast 28 firem na ploše necelých 1 700 m2. Na minulý veletrh v roce 2017 přijelo do Hannoveru z České republiky přes 2 200 odborníků.

Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Související články
CIMT Peking, Část 1. Obecný pohled

V předvelikonočním týdnu se v Pekingu uskutečnil veletrh obráběcích strojů CIMT 2019. V asijském regionu se jedná o obdobu veletrhu EMO Hannover. A stejně jako EMO je velkou měrou národní výstava německé výrobní techniky, tak CIMT je převážně čínský. V tomto prvním vstupu se podíváme na letošní ročník trochu s odstupem, aniž bychom se zaměřili na konkrétní exponáty.

Názorové fórum odborníků

Na tomto místě budeme pravidelně přinášet názory odborníků k tématům, která se objeví v aktuálním vydání MM Průmyslového spektra. V březnovém vydání jsme zástupcům firem položili následující otázku:

I ti nejlepší stále zlepšují

Každoročně ještě před začátkem vánočních svátků pohody a rodinných setkání se koná ještě jedno příjemné setkání v prostorách showroomu pražské společnosti Trumpf, která v prosinci pravidelně pořádá Dny otevřených dveří. I tentokrát byly dveře otevřené technické veřejnosti, zákazníkům a zájemcům o technologie zpracovávající plechy a profily po tři dny. Součástí programu byl také přednáškový blok, kde byly mj. představeny novinky Trumpf z loňského veletrhu Euroblech 2018 konaném v Hannoveru.

Kontakt s regionálními firmami je pro mě obrovskou inspirací

V cyklu podnikatelských příběhů jsme tentokrát měli možnost vyzpovídat Ing. Jiřího Holoubka, jehož profesní kariéra byla spojena především se společnosti ELCOM. V současné době se Jiří Holoubek vrcholově věnuje problematice Průmyslu 4.0.

Strojírenské fórum 2018: Inteligentní výroba

Další z již tradičních setkání odborníků (nejen) z oblasti výroby – podzimní Strojírenské fórum – se odehrálo 8. listopadu, tentokrát v prostorách Ústavu výrobních strojů a zařízení a RCMT FS ČVUT v Praze.

V nejisté době je univerzálnost řešením

Automatizace průmyslových procesů řeší problémy s nedostatkem kvalifikované pracovní síly, nahrazuje fyzicky namáhavou či zdravotně škodlivou činnost, snižuje chybovost lidského faktoru, zkracuje výrobní časy a v konečném důsledku přispívá ke zvýšení kvality a zisku. Nejen toto je pro ředitele společnosti Acam Solution Ing. Pavla Bortlíka a jeho tým motivace, ale i zábava. Za relativně krátkou dobu na trhu se firma stala, ať už napřímo, či přes své obchodní partnery, dodavatelem společností jako Volkswagen, Toyota, Olympus, Škoda Auto, Edwards, TE, BOSH, Heinze Gruppe, Woco STV či Fanuc a nyní přichází s řešením vhodným nejen pro velké výrobce, ale také pro malé a střední podniky – s univerzální robotickou buňkou HXG. Důležitým komponentem v této buňce je mimo jiné systém pro upínání nulového bodu VERO-S od společnosti Schunk.

Technologie roku 2018

Další z řady odborných seminářů společnosti Misan v jejím sídle v Lysé nad Labem s názvem Technologie roku 2018 se uskutečnil v únoru ve spolupráci se společností Tungaloy. Hlavními tématy byly automatizace výrobních procesů, monitorování a propojování výrobních strojů a systémů a představení nových výrobních zařízení, nástrojů a technologií, které pak byly následně předvedeny v praktické části semináře při ukázkách obrábění. Bonusem na semináři byla přítomnost chairmana a CEO Okuma Europe a Okuma America Corporation Takeshiho Yamamota a senior manažera z oddělení obchodu Okuma Europe Ralfa Baumanna, kteří poskytli MM Průmyslovému spektru exkluzivní rozhovor.

Cena MM Award na EMO

Ocenění MM Award od našich německých kolegů z časopisu MM MaschinenMarkt je specialitou veletrhů pořádaných nejen v Evropě, ale po celém světě. Nejinak tomu bylo i na letošním hannoverském EMO, kde proběhlo slavnostní předání exponátům, které odbornou porotu zaujaly. Ceny jsou udělovány ve spolupráci se svazem VDW. Protože se jedná o jediné oficiální ceny udělované na veletrhu EMO a značky MM, VDW a EMO jsou dobře známé v oboru výrobní techniky, věnujeme jim svoji pozornost v retrospektivě veletrhu.

Hlavní trendy EMO Hannover 2017 očima výzkumníků

Hannoverský veletrh EMO je právem považován za výkladní skříň toho nejlepšího, co inovační týmy světových leaderů i jejich následovníků navrhli a v prototypech či již sériově nabízejí. Sektor výrobních strojů bývá na špici technického pokroku v oblasti strojírenství a udává směr dalším oborům, které jej následují. U nás má velkou tradici a není proto s podivem, že letos do Hannoveru zavítalo na 2 200 českých návštěvníků.

Co naznačila největší továrna na světě

Záruka dobrých obchodů, výkladní skříň pro mezinárodní trh, ukázka budoucnosti ve strojírenství – tak hodnotí vystavovatelé veletrh EMO Hannover 2017. Pod heslem Connecting systems for intelligent production představilo své novinky více než 2 200 vystavovatelů z 43 zemí. Tematické těžiště spočívalo v digitalizaci a propojení výrobních procesů. V centru pozornosti byly především výrobní postupy, stroje a zařízení pro zpracování a opracování kovů.

Reklama
Předplatné MM

Dostáváte vydání MM Průmyslového spektra občasně zdarma na základě vaší registrace? Nejste ještě členem naší velké strojařské rodiny? Změňte to a staňte se naším stálým čtenářem. 

Proč jsme nejlepší?

  • Autoři článků jsou špičkoví praktici a akademici 
  • Vysoký podíl redakčního obsahu
  • Úzká provázanost printového a on-line obsahu ve špičkové platformě

a mnoho dalších benefitů.

... již 25 let zkušeností s odbornou novinařinou

      Předplatit