Výuka, vývoj a výzkum na VŠB – Technické univerzitě Ostrava: Pomáháme vyvíjet auta, která poslouchají

7. 9. 2022 / Na Fakultě elektrotechniky a informatiky VŠB – Technické univerzity Ostrava běží studijní program orientovaný na oblast automobilové elektroniky už dvanáct let. Zdejší vývojový tým, do kterého se zapojují i studenti, pracuje na řadě projektů souvisejících především s autonomním řízením. To nejpokrokovější představuje podle docenta Petra Šimoníka, proděkana pro spolupráci s průmyslem, vývoj třetí generace Drive‑by‑Wire systému, na kterém spolupracují s firmou Valeo.

Jak se v poslední době změnila výuka na vaší fakultě v souvislosti s novými trendy v automotive?

Už před 12 lety jsme začali vnímat, že roste integrace elektroniky v automobilech, a založili jsme studijní obor Automobilová elektronika, který se před pěti lety transformoval na studijní program Automobilové elektronické systémy. S postupným vývojem sektoru došlo ve výuce k integraci odborných segmentů jako například Functional Safety, Automotive Spice, senzorika a strategie autonomní jízdy, e‑mobilita, HIL simulace a testování a dalších. Zaměřujeme se jak na hardwarová, tak i softwarová řešení. Komunikujeme s celou řadou hlavně Tier 1 společností, které nám dávají informaci, kam vývoj postupuje a jaké výukové prostředky má smysl používat. Společně tak tvoříme curriculum v rámci tohoto studijního programu.

Zásadní pro rozvoj studijního programu a synergických výzkumných aktivit je trvalá podpora vedení fakulty a univerzity a vedle toho odborná kvalita a osobní angažovanost mých nejbližších spolupracovníků Tomáše Mrověce, Tomáše Kleina a Tomáše Haracha, kterým patří velký dík za úroveň, ve které se nacházíme. Nicméně výčet důležitých kolegů pedagogů a vědců by byl mnohem delší. Sledujeme trendy a postupně rozšiřujeme naši odbornou fokusaci pro výuku, vývoj a výzkum automobilových elektronických systémů.

Doc. Ing. Petr Šimoník, Ph.D. je proděkanem Fakulty elektrotechniky a informatiky na VŠB – Technické univerzitě Ostrava od září 2017. Na snímku v jedné z laboratoří na testování automobilové elektroniky. Foto: archiv autora

Znamená to, že se náplň studijního programu mění třeba každý rok?

Záleží to na každém pedagogovi, jak dalece je ochoten dělat úpravy v programu. Studijní náplň každého předmětu můžeme každý rok změnit o 30 procent, aniž bychom si to museli nechat složitou administrativní cestou schvalovat. A to se ve většině případů do určité míry děje. Pedagogové chtějí mluvit o nejaktuálnějších věcech.

Jsou pedagogové v tomto studijním oboru většinou lidé z praxe?

Jsou to pedagogové a vědci s vazbou na praxi v autoprůmyslu. Takto jsme před pěti lety studijní program transformovali. Zkušenosti lidí, kteří aktivně pracují na komerčních projektech a jsou součástí aplikační sféry či se jako vědci opakovaně podílí na vývoji některých systémů pro průmyslové partnery z této oblasti, jsou pro nás důležité. Já jsem garantem studijního programu a často se ptám studentů, jak jsou spokojeni s výukou toho kterého pedagoga. A často mám pak chuť sám s nimi hovořit.

Nový obsah studia vyvolal jistě i potřeby nových laboratoří a nového technického vybavení. Jak je na tom vaše fakulta v tomto směru?

My jsme už před těmi 12 lety přebudovali dvě laboratoře na výuku automobilové elektroniky, diagnostiky a testování vozidel. S dalšími projekty, které jsme získali, přicházely i finance na inovaci laboratoří a jejich vybavení. Když se postavila nová budova Fakulty elektrotechniky a informatiky, už jsme si tam mohli nadesignovat laboratorní plochy dle svých představ. Ale ten nejdůležitější krok přišel před dvěma lety, kdy vznikl úplně nový průmyslový testebed s Automotive Lab. Při jeho vzniku jsme uplatnili všechny minulé zkušenosti a hodně jsme přitom komunikovali s Tier 1 firmami, protože chceme, aby s námi spolupracovaly na projektově orientované výuce, kdy se studenti podílí na řešení projektů. Do laboratoří investujeme kontinuálně i dál.

Jakými zařízeními je Automotive Lab vybavena?

Poslední infrastruktura, kterou jsme dobudovali, obsahuje část, kde můžeme provádět jízdní integrační testy vozidel s elektrickým pohonem i v jejich rekuperačním modu. Máme tam prostory pro virtuální vývoj vozu, kde je několik stanovišť s virtuálními programovatelnými řídicími systémy, v další části poskytujeme výuku na takzvaných Hardware in the Loop testovacích systémech, které pro výuku vyvíjíme ve spolupráci s aplikační sférou, a další. Laboratoře vybavujeme tak, aby odpovídaly potřebám pro vývoj automobilových platforem 2030+. To znamená koncepci využívající vysoce výkonný počítač s možností přenosu dat na výpočetní cloud, kde probíhá pokročilý data processing a data se pak zase přenášejí zpět do automobilu, například s využitím 5G sítí.

Vyvíjíme vlastní koncepty – třeba predikce závad ještě předtím, než závada nastane. Vyvinuli jsme vlastní platformu carsharingu s možností analýzy provozních dat a behaviorálních analýz řidičů. Ve spolupráci se zahraničními vědci vyvíjíme aplikace hlubokého strojového učení pro nahrazení signálů snímačů při jejich selhávání, což je v případě autonomních vozidel zásadní odbornou oblastí. Naše koncepce představujeme zástupcům aplikační sféry a snažíme se o publikování výsledků ve vědeckých časopisech, kde ještě paradoxně máme značné rezervy.

Vybavení v laboratořích se stále zdokonaluje, aby odpovídalo potřebám pro vývoj automobilových platforem 2030+. Foto: VŠB‑TUO

Kolik studentů se hlásí na obor Automobilové elektronické systémy?

V posledních letech je to přibližně 60 až 70 ročně. Do druhého ročníků postoupí nejvýš polovina.

Je to tak náročné studium?

My jsme se léta zaměřovali zejména na autotroniky, tedy absolventy učebních oborů s maturitou. Postupně se více zaměřujeme na nadané absolventy gymnázií. Ti mají sice v prvním a druhém ročníku trochu problém s odborností, ale jsou zvyklí učit se víc doširoka a studium pak lépe zvládají. Chceme se nyní zaměřovat na ty nejlepší a máme jim co nabídnout v rámci projektově orientované výuky. Od loňska pořádáme se středními školami projektové dny, zveme studenty k nám a s těmi, kdo mají největší zájem, zůstáváme v kontaktu.

My nebudeme nikdy poskytovat masovou výuku elektroniky vozu. Pro nás je optimálních 30 studentů v jednom ročníku, tedy 150 v celém bakalářském a magisterském studijním programu dohromady. Důvodem je i to, že při práci v laboratořích musíme z bezpečnostních důvodů dělit studenty na skupiny po deseti, a to je navíc nanejvýš vhodné, abychom se jim mohli kvalitně věnovat.

Studijní obor Automobilové elektronické systémy běží už 12 let, takže řada studentů už našla uplatnění v praxi. Máte zhruba přehled kde?

Setkáváme se s nimi, oni se k nám totiž relativně často vracejí. Jejich zaměstnavatelé tyto bývalé absolventy třeba využívají jako kontaktní osoby, takže s námi spolupracují nebo i dělají přednášky. Pro nás je to užitečné, protože máme přístup k informacím, kam se vývoj posouvá.

Pokud bych měl jmenovat zástupce aplikační sféry, se kterými diskutujeme o budoucnosti, je to například ŠKODA AUTO, HELLA AUTOTECHNIK NOVA, Valeo, Vitesco Technologies, Porsche Engineering Services nebo Varroc Lighting Systems. Nově připravujeme zajímavou spolupráci se společností TATRA TRUCKS. V našem regionu mají tyto společnosti většinou své vývojové kapacity a pracují tam naši absolventi.

Na vaší fakultě probíhá i komerční vývoj. S jakou firmou na něm spolupracujete a čeho se týká?

Náš vývojový tým je relativně malý, čítá 15 osob včetně studentů. V tomto počtu nejde dělat pro mnoho společností. Zásadní vývojově výzkumné a inovační projekty jsme začali dělat hned s transformací studijního programu před pěti lety, nejprve s jednou německou společností. Díky dobrým vztahům s ředitelem společnosti Valeo Leošem Dvořákem, a zejména jeho důvěře, jsme pak dostali nabídku a finanční podporu na dlouhodobou spolupráci formou smluvního výzkumu.

Aktuálně společně pracujeme na externím mikropočítačovém systému, který je připojený na několik sběrnic ve vozidle a zajišťuje kompletní ovládnutí vozu. Jde o systém Drive‑by‑Wire, což je koncept řízení, při kterém řidič neovládá vozidlo přímo, ale prostřednictvím počítače se senzorickým systémem, který má plnou kontrolu nad vozidlem v podélném i příčném směru, včetně řazení a nouzového brzdění. Valeo toto využívá při vývoji asistenčních systémů, jako je adaptivní tempomat, systém udržování jízdy v pruzích a další. S využitím vyvinuté technologie se navíc například společně podílíme na testování na polygonu v Milovicích, kde zkoumáme reakce řidičů při výpadcích autonomních režimů řízení vozidla.

Postupně jsme s experty z vývoje Valeo, Janem Frydrýškem a Ondřejem Kozákem, díky jejich osobnímu přístupu dovedli úroveň spolupráce do několika paralelních projektů a aktuálně připravujeme vizi na tři roky dopředu. Hodláme například komercializovat proof of concept systému Drive‑by‑Wire, který se chystáme spolu s Valeem dodávat komerčně pro jejich testovací vozy do Německa a do Japonska.

Jaké vozy k testování používáte?

Využíváme vozy ŠKODA AUTO a nově VW, které díky sofistikovaným systémům takové ovládnutí umožňují. Z čehož plyne, že tato auta v podstatě umožňují autonomní jízdu.

Pokud vím, se ŠKODA AUTO také spolupracujete na nějakém vývoji. Týká se také DrivebyWire?

Ano, tato spolupráce je pro nás zásadní i díky jejich podpoře spolupráce s univerzitami. Ve ŠKODA AUTO navrhli asistenční systém Follow the Vehicle a my ho na VŠB‑TUO v širším týmu vyvíjíme. Jedno auto jede s řidičem, druhé bez a Drive‑by‑Wire interface slouží k ovládnutí toho vozu bez řidiče. Sledujeme přitom pozici vozidla i okolí, sbíráme data, vyhodnocujeme je a díky aplikaci C2C komunikace provádíme řízení vozidla v reálném čase, včetně strategie pro nouzové zastavení.

Co váš vlastní vývoj? Máte na něj čas a prostředky?

Pokud jde o finance na vývoj a výzkum, tak samozřejmě můžeme čerpat z programů MŠMT a MPO. Když dospějeme k názoru, že něco má smysl dále vyvíjet, požádáme o příspěvek a výsledky práce někomu nabídneme. Také se stává, že nás zástupci autoprůmyslu osloví sami poté, co výsledky publikujeme či jinak veřejně prezentujeme.

Teď například pod vedením profesora Snášela, který je v současné době rektorem VŠB‑TUO, spolupracujeme s jednou anglickou univerzitou na zdokonalování systému rozpoznávání objektů, což souvisí zase s autonomní řízením. Uvedu příklad. V areálu naší univerzity jezdíme autonomním vozidlem a náhodně jsme zjistili, že systém rozpoznává jeden plastický betonový květináč jako zvíře. To může být slabé místo softwaru kamery a vývoj tady dává smysl.

Nebo si představte, že před vozidlem vám začne hacker „nalhávat“ falešný obraz, aby auto změnilo směr. I to musí systém rozpoznat. My jsme za tímto účelem podali v konsorciu s českými a korejskými partnery projekt, který se zaměří na cyber security právě z pohledu nalhávání. Úkolem našeho týmu je vyvinout pro tyto účely testovací auto.

Pokud jde ještě o naši vlastní činnost, za zmínku rozhodně také stojí vývoj takzvaných Automated Guided Vehicles, které mají využití v průmyslové logistice.

V areálu univerzity se jezdí, jak jinak, elektrickými vozy. Foto: VŠB‑TUO

Co je zatím váš největší úspěch? Co se povedlo zavést do praxe?

U nás pracujeme hlavně na dílčích věcech, které jsou dost často součástí třeba specifické řídicí jednotky nebo specifického softwarového řešení. Mezi ty nejzajímavější a určitě nejpokrokovější věci, na kterých aktuálně děláme, patří bezesporu už zmíněný Drive‑by‑Wire systém, na kterém spolupracujeme s Valeem. A tato společnost chce být dodavatelem těchto testovacích vozidel, „která poslouchají“. Když si libovolná firma takové vozidlo objedná, my do něj dodáme interface.

Za účelem této spolupráce vznikne v září tohoto roku na VŠB‑TUO spin‑off společnost. Role mého týmu na univerzitě bude nadále ve výuce a výzkumu, ale výsledky výzkumu budeme komercializovat jako spin‑off společnost univerzity.

Necháváte si výsledky svého vývoje patentovat?

Zrovna teď jsme poprvé v procesu patentování jedné technologie, kterou řešíme s HELLOU a která se týká testování světlometů. Připravujeme se pak na patentování třetí generace Drive‑by‑Wire, kterou nyní začínáme vyvíjet.

Většina vaší vývojové činnosti v laboratořích se týká autonomního řízení. Jakou v něm vidíte budoucnost, kdy se stanou autonomní vozy realitou v širším měřítku?

Určitě je fajn, že se vyvíjejí asistenční systémy, které zajišťují komfort a bezpečí, to dává smysl. Co se týče plně autonomního řízení, tak zde je ještě řada otázek. My jsme před nedávnem mimo jiné také testovali na polygonu reakce řidičů, kteří jsou hands off, eyes off a brain off. Člověk, který se nevěnoval řízení a k tomu si ještě četl určený text, měl pak velký problém s převzetím řízení. Pokud jste jen hands off a eyes off, ještě nějak periferně vše sledujete, ale je‑li váš mozek soustředěný na jinou konkrétní úlohu, je to velmi nebezpečné. Výsledky se připravují k publikaci ve vědeckém časopise.

Jak už jsem říkal, některá dnešní vozidla už autonomní řízení vlastně umožňují, ale nepovoluje to legislativa a popravdě řečeno, není na to ani infrastruktura. A jak ukázaly testy, při dlouhodobém využívání asistentů může nastat problém.

Praxe ukáže, jak se to bude dál vyvíjet. Myslím, že napřed vzniknou vybrané koridory, kde bude autonomní jízda povolená, kde bude instalovaná výkonná technologie a zajištěna bezchybná konektivita. A tam třeba nebudete muset mít ruce na volantu.

Něco takového se už u nás buduje?

Od loňska se ve spolupráci s Bavorskem začíná budovat 5G koridor Mnichov – Praha. My spolupracujeme se společností T‑Mobile Czech Republic na přípravě určitých technologií pro 5G sítě, které zajistí komunikaci a výměnu dat mezi jednotlivými vozidly a mezi vozidlem a infrastrukturou. Tady se pak budou testovat různí asistenti jízdy a autonomní jízda vůbec. Jdeme krok za krokem a nějakou dobu to ještě potrvá. Je to vývoj na několik dekád.

Libuše Bautzová