MOŽNOSTI APLIKÁCIE SIMULÁTOROV VEDENIA VOZIDIEL CESTNEJ DOPRAVY

So simulátormi jazdy (trenažérmi) sa stretli skoro všetci držitelia vodičských preukazov ako súčasti praktického výcviku vedenie motorového vozidla. Aj podľa smernice 2003/59/ES EP a Rady o základnej kvalifikácii a pravidelnom výcviku vodičov určitých cestných vozidiel nákladnej a osobnej dopravy, každý uchádzač o získanie kvalifikačnej karty vodiča musí osobne viesť aspoň 20 hodín vozidlo príslušnej kategórie [3].

Počas osobného vedenia vozidla musí uchádzača sprevádzať inštruktor, ktorý je zamestnancom schváleného výcvikového strediska. Každý vodič môže viesť vozidlo maximálne osem hodín z 20 hodín v špeciálnom teréne alebo na výkonnom trenažéri tak, aby sa mohlo zhodnotiť racionálne vedenie vozidla založené na bezpečnostných predpisoch, najmä z hľadiska ovládania vozidla v rôznych podmienkach cestnej premávky a pri rôznom stave vozovky podľa poveternostných podmienok, ako aj nočného alebo denného času.

Kurzy povinného pravidelného výcviku musí organizovať schválené výcvikové stredisko. Ich trvanie musí byť 35 hodín každých päť rokov, minimálne v sedemhodinových časových úsekoch. Tento pravidelný výcvik sa môže uskutočniť sčasti na výkonných trenažéroch.

Z uvedeného vyplýva, že výkonný trenažér môže nahradiť časť praktickej jazdy. Pri praktickej jazde v cestnej premávke, nie je možné vždy odskúšať správanie sa vodiča pri jazde za dažďa a pri rôznych poveternostných podmienkach, prípadne správanie sa v kritických situáciách. Smernica EÚ ani náš zákon NR SR č. 280/2006 Z .z. o povinnej základnej kvalifikácii a pravidelnom výcviku niektorých vodičov nespresňuje konkrétne technické požiadavky na výkonný trenažér [4]. Dokonca v zákone je použitý pojem len trenažér.

Technické požiadavky na trenažéry stanovuje Metodický pokyn č. 22/2005 Ministerstva dopravy, pôšt a telekomunikácií SR, ktorý bol vydaný v septembri 2005 [5]. Metodický pokyn sa vzťahuje na kurzy výcviku nových vodičov podľa zákona NR SR č. 93/2005 Z. z. o autoškolách.

Čiže v legislatíve SR máme dva pojmy na simulátory jazdy: trenažér a výkonný trenažér. Požiadavky na trenažér sú uvedené nižšie na výkonný trenažér nie sú požiadavky podľa dostupných informácií doteraz špecifikované.

Technické požiadavky na trenažéry – simulátory jazdy v SR

Technické požiadavky na trenažéry stanovuje Metodický pokyn č. 22/2005 Ministerstva dopravy, pôšt a telekomunikácií SR, ktorý bol vydaný v septembri 2005. Metodický pokyn sa vzťahuje na kurzy výcviku nových vodičov podľa zákona NR SR č. 93/2005 Z. z. o autoškolách. Z požiadaviek na trenažér vyberáme: priestor pre vodiča je vybavený stacionárnou alebo pohyblivou základňou a zodpovedá konštrukcii typovo schválených motorových vozidiel, ktorých ovládacie prvky zodpovedajú ovládacím prvkom v súčasnosti vyrábaných vozidiel, ovládacie prvky vozidla reálne simulujú činnosť v skutočnom motorovom vozidle, vrátane na ne pôsobiacich síl vodičom, umožňuje generovanie obrazu dopravných situácií so simuláciou vedenia motorového vozidla dopredu a dozadu pomocou výpočtovej techniky, pričom prenášanie na projekčnú plochu minimálne o veľkosti 180×130 cm je prostredníctvom projektora alebo projektorov zabezpečujúcich riešenie dopravných situácií v súlade s platnou právnou úpravou upravujúcou premávku na pozemných komunikáciách, umožňuje generovanie a prenos obrazu dopravných situácií do spätných zrkadiel pomocou výpočtovej techniky, zvuk motora je generovaný zvukovým procesorom simulujúcim zvuk motora skutočného motorového vozidla v jednotlivých situáciách, dynamika vozidla je spracovaná procesorom pre dosiahnutie optimálnych vlastností, simulujúcich dynamiku skutočného motorového vozidla.

Programové vybavenie trenažéra umožňuje simuláciu vedenia motorového vozidla v cestnej premávke s možnosťou nacvičovania základných zručností vodiča a zložitých dopravných situácií s dôrazom na dodržiavanie jednotlivých ustanovení pravidiel cestnej premávky a zásad bezpečnej jazdy: v jednom jazdnom pruhu, vo viacerých jazdných pruhoch v otvorenej krajine a v meste, s vodorovným a zvislým dopravným značením, za zníženej viditeľnosti a v rôznych klimatických podmienkach, s vyhodnotením chybných úkonov v jednotlivých situáciách bez zásahu inštruktora.

Interaktívne vozidlové simulátory

Vozidlový simulátor nie je len zariadenie určené pre simuláciu jazdy vozidlom v podmienkach napodobňujúcich reálne podmienky na cestách. V súčasnej dobe sa najkvalitnejšie vozidlové simulátory považujú nie len za efektívny nástroj pre výcvik vodičov bežných a špecializovaných vozidiel, ale aj za nástroj k realizácií rôznych výskumných činností, spojených s interakciou človek- stroj (vozidlo), k riešeniu veľkého množstva problémov tejto interakcie, ale tiež k zdokonaleniu kabíny vozidla a asistenčných systémov. Uplatnenie majú pre celý reťazec práci, spojených s vývojom, výrobou automobilov a zaistenia ich spoľahlivej a bezpečnej prevádzky. Systémy súčasných vozidlových simulátorov sa stávajú stále zložitejšími, od predchádzajúcich sa výrazne líšia svojou komplexnosťou a obsahujú tiež podstatne viac rozmanitých elektronických a informačných komponentov. Napríklad v rámci Ústavu dopravných prostriedkov, Fakulty dopravní, ČVUT Praha bola vytvorená výskumná skupina DSRG (Driving Simulation Research Group), ktorá sa zaoberá stavbou výskumných vozidlových simulátorov a ich využitím pre experimenty

Vozidlové simulátory s implementovanými pokročilými technológiami (teda takými, ktoré sú vhodné pre experimentálne používanie a môžu poskytovať zodpovedajúce objektívne výstupy) sú vždy veľmi drahé. Jedeným z dôvodov ich pomerne vysokej ceny je požiadavka na veľmi kvalitné technické spracovanie. Druhým dôvodom, a to veľmi podstatným je, že systémy vozidlových simulátorov nie sú vyrábané sériovo, ale sú vždy vyvíjané individuálne a realizované na zákazku. Ďalším dôvodom sú samozrejme nemalé nároky na priestor. Z týchto dôvodom je ich vývoj uskutočňovaný väčšinou v spolupráci univerzít či výskumných centier s výrobcami automobilov. Vozidlové simulátory sú neustále využívané a zdokonaľované všetkými významnejšími výrobcami automobilov na svete.

„Ľahké“ simulátory predstavujú medzi krok medzi kompletnou virtuálnou realitou a použitím celého vozidla u plnohodnotných simulátorov. Tento koncept v sebe združuje určité výhody oboch spomenutých postupov. Technický základ „ľahkého“ simulátoru vždy predstavuje kabínu vozidla (alebo jej časť). Samotný simulačný systém je potom prepojený s touto kabínou s pomocou CAN zbernice (Controller Area Network), toto spojenie je obojsmerné, smerom k simulačnému systému sú odosielané informácie o aktuálnych polohách volantu, pedálu alebo zaradenom rýchlostnom stupni a späť sú odosielané informácie o rýchlosti, otáčkach či nastavení vlastností volantu (moment, tuhosť, pružnosť) v závislosti na aktuálnej rýchlosti. Na rozdiel od plnohodnotného simulátoru je možné tento typ simulátoru veľmi ľahko prestavať podľa požiadaviek experimentov alebo vybaviť prídavnými zariadeniami. Virtuálna scéna sa premieta na plátna alebo je zobrazovaná na veľkoplošných LCD umiestnených pred kabínou vozidla.

Pri „plnohodnotných“ simulátoroch sa používa celé vozidlo, je táto koncepcia bližšie realite. Testovaná osoba sedí v kabíne reálneho vozidla a virtuálna scéna sa premieta na projekčné plátna, ktoré sú umiestnené pred a po stranách vozidla. Tieto simulátory bývajú často vybavené aj zadnou projekciou. Výsledky merania by nemali byť zaťažené chybou, ktorá býva spôsobená rozdielom medzi simulátorom a reálnym vozidlom, práve preto, že vodič sedí vo vozidle a vo výhľade má len projekciu virtuálnej reality. Pokiaľ je simulátor dobre vyladený, tak sa vodič cíti ako v reálnom vozidle. Nevýhodou je, že táto koncepcia je ťžšie prestaviteľná pre potreby špecifických experimentov.

Základné softwarové vybavenie simulačného systému

Pokročilý simulátor by mal reprodukovať všetky vnemy, ktoré človek (vodič) využíva pri riadení vozidla. Základné softwarové vybavenie predstavuje:

• –      matematický model chovania sa vozidla,
• –      virtuálna realita- obraz a zvuk,
• –      riadenie behu scén/ generátor udalostí,
• –      riadenie pohybu plošiny,
• –      záznam jazdy,
• –      nástroje na vyhodnotenie výkonu vodiča [2].

Základom simulačného systému je matematicko- fyzikálny model a modul vizualizácie virtuálneho prostredia spolu s generátorom priestorového zvuku. Matematicko-fyzikálny model reaguje na vstupy z ovládacích prvkov a určuje nasledujúci stav vozidla (poloha, rýchlosť, atď.). Jednotlivé parametre vozidla je možné nastaviť, napr. zmena výkonnostnej krivky motoru, prípadne náhon 4×4 či funkciu niektorých bežne používaných bezpečnostných a asistenčných systémov, ako napr. ABS, adaptívny tempomat, signalizácia opustenia jazdného pruhu, automatické vedenie v jazdnom pruhu a pod. v základe sa spravidla jedná o vozidlo so štyrmi kolesami, nezávislými nápravami, náhonom predných kolies [2]. Pri simulátoroch nákladnej dopravy je možné simulovať rôzne rozloženie nákladu, prípadne aj jazdu s cisternovým vozidlom.

Modul simulácie virtuálnej reality sa skladá z dvoch základných komponentov: obrazového generátoru, ktorý vytvára obraz scény na základe údajov o polohe vozidla a dát z terénnej databázy (virtuálneho sveta – cestné trate obklopené reálne pôsobiacimi objektmi), a zobrazovacieho systému, ktorý premieta obraz na projekčnú plochu obklopujúci kabínu vozidla. Systém vizualizácie virtuálneho prostredia je sprevádzaný generátorom priestorového zvuku, ktorý dáva vodičovi ďalšie doplňujúce informácie. Zo zvukovej informácie simulovaného vozidla môže vodič rozpoznať napríklad rýchlosť vozidla, otáčky motoru a jeho zaťaženie, interakciu kolies s rôznymi typmi povrchu, zvukové vlastnosti okolitého prostredia (otvorená krajina, ulica, mosty, lesy, atď.), okolitú premávku a iné zvuk vydávajúce objekty, stav vozidla [2], [7].

Do základného softwarového vybavenia patrí aj podpora pre vyhodnotenie aktuálneho výkonu vodiča, a to pomocou vyhodnotenia zaznamenaných jázd (záznamový modul). Táto matica je exportované zo simulátora a je možné ju ďalej spracovávať vyhodnocovacím softwarom (analýza reakčných časov, analýza trajektórie vozidla a jeho rýchlosti- jazda v rámci daného jazdného pruhu, radenie a ďalej napríklad vhodnosť riešení situácií vodičom a pod.).

Vybrané druhy simulátorov jazdy

Simulátory jazdy sú dostupné aj na internete napríklad Simulator 2009. Umožňujú napríklad trénovať jazdy do autoškoly alebo si len tak zajazdiť po fiktívnom meste. Simulátor dbá na presné dopravné značenie, ktoré verne kopíruje skutočné značenie na európskych cestách. Všadeprítomná cestná premávka potom dáva pocit skutočnej jazdy veľkomestom. 3D Driving School umožňuje simulovať jazda v daždi, snehu a noci v mestskej premávke napr. v Berlíne ale aj na diaľniciach [8].

Pre autobusovú dopravu a mestskú autobusovú dopravu sú k dispozícii simulátory, ktoré umožňujú simulovať niekoľko typov autobusov, meniace sa počasie, striedanie dňa a noci, jazda cez rôzne mestské štvrte a autobusové zastávky [10]. Potom sú rôzne druhy simulátorov jazdy využívané napríklad                            v autoškolách SR až po simulátory vybudované na významných zahraničných univerzitách ako napríklad NADS. NADS – National Advanced Driving Simulator, poskytuje nástroj pre výskum a testovanie správania sa vozidiel a vodičov na úrovni reálnych podmienok, ktoré by nebolo nemožné, alebo by bolo príliš nákladné či nebezpečné v reálnom svete. Umožňuje posúdenie fyzických schopností, získavanie poznatkov o výkone a správaní sa vodičov, testovanie dizajnu vozidiel a školenia vodičov. NADS je súčasťou CCAD (Center for Computer Aided Design), multidisciplinárneho výskumného strediska v rámci College of Engineering, ktoré sa špecializuje na realizáciu aplikovaného výskumu v dizajne, optimalizácie, modelovania a simulácie materiálov, štruktúr, vozidiel a mechanických, kognitívnych a biomechanických systémov na univerzite v Iowe v USA. Výskum a vývoj tohto simulátora je podporovaný rôznymi organizáciami, armádou aj vládou USA [1], [7], [9].

NADS v súčasnosti disponuje niekoľkými simulátormi rôznej úrovne.

• –      NADS-1 – svetovo najpokrokovejší simulátor
• –      NADS-2 – simulátor s fixovanou základňou
• –      NADS MiniSim™ – nízkonákladový, PC – prenosný simulátor

NADS-1 (National Advanced Driving Simulator)

Práve tento simulátor preslávil toto centrum. Je to simulátor s najväčšou slobodou pohybu základne na svete a je považovaný za najprepracovanejší simulátor na svete. Jedinečné vlastnosti a schopnosti pohybového systému sa odlišujú od ostatných existujúcich simulátorov, čo umožňuje NADS-1, aby presne reprodukoval pohyb pre trvalé zrýchlenie a brzdenie, pohyb cez viaceré jazdné pruhy a interakcie s rôznymi povrchmi vozoviek. Realistické reprodukcie týchto kombinovaných manévrov nie sú možné na simulátoroch s v pevnou základňou alebo simulátoroch s obmedzeným bočným pohybom. Pohyby NADS-1 sú korelované s inými zmyslovými podnetmi a poskytujú tak najvyššiu vernosť skutočného zážitku z jazdy v simulovanom prostredí.

Konštrukciu simulátora tvorí uzavretý kryt, ktorý je uchytený pomocou sústavy 6 hydraulických ramien (hexapod) na pojazdnej platforme, ktorá s ním pohybuje translačne v dvoch na seba kolmých osách, na dĺžke približne 20 m, v obidvoch smeroch. Kryt môže navyše rotovať o 660˚ okolo svojej osi. Celý pohybový systém by mal vernejšie simulovať pohyby vozidla a silové účinky, nastávajúce pri reálnej jazde (v porovnaní napríklad s konštrukciou využívajúcou iba hexapod). Mechanizmus ako taký má spolu deväť stupňov voľnosti, ak nerátame uchytenie samotnej kabíny pre užívateľa (pozri nižšie), ale z hľadiska polohy a orientácie v trojrozmernom priestore sa stále jedná o pohyb v šiestich nezávislých osách (obr.2) [1] a [7].

Samotný užívateľský priestor, ktorý tvorí upravená kabína reálneho vozidla je umiestnený vo vnútri krytu, takže užívateľ nemá vizuálny (teoreticky ani audiálny) kontakt s vonkajším okolím (pozri obr.1). Kabína je uchytená k podlahe krytu na štyroch hydraulických aktuátoroch umiestnených namiesto kolies, ktoré simulujú vibrácie od vozovky. Vizualizácia virtuálneho prostredia je zabezpečená pomocou 8 LCD projektorov ktoré premietajú virtuálnu scénu v 360 ˚ zornom poli užívateľa, teda po celom obvode krytu (obr.3) [1] a [7].

NADS-2

NADS-2 je verziou NADS-1 a odlišuje sa tým, že má pevne fixovanú základňu s obmedzeným predným zorným poľom výhľadu. Tento simulátor je vybavený grafikou s vysokým rozlíšením, ktorú zabezpečujú projektory so schopnosťou simulácie oslnenia svetlometmi protiidúcich vozidiel. Používajú sa rovnako zameniteľné kabíny ako pre NADS-1.

NADS MiniSim™

NADS MiniSim ™ je prenosný, vysoko výkonný simulátor, určený pre výskumné, vývojové, klinické a školiace aplikácie. Tento simulátor je založený na najmodernejšej technológii simulácie jazdy, ktorá sa vyvíjala v priebehu desaťročia výskumu v National Advanced Driving Simulator a na Iowskej univerzite. MiniSim ™ využíva technológie vyskytujúce sa v najvyspelejšom simulátore NADS-1, v menšom rozsahu ale aj za nižšiu cenu.

Záver

V SR sú požiadavky na simulátor resp. „trenažér“ v autoškolách už zastarané napríklad požiadavka na prenášanie obrazu na projekčnú plochu minimálne o veľkosti 180×130 cm prostredníctvom projektora alebo projektorov ja v súčasnej dobe LCD monitorov a iných typov projekcie nepotrebná a obmedzujúca. Ako bolo zistené nemáme v zákone NR SR č. 280/2006 Z .z. o povinnej základnej kvalifikácii a pravidelnom výcviku niektorých vodičov konkrétne technické požiadavky na tzv. „výkonný“ trenažér.

Aj v rámci Univerzitného vedeckého parku ŽU je snaha vybudovať výskumné pracovisko zamerané na špecializovaný simulátora orientovaný na nákladné vozidla cestnej dopravy. Toto pracovisko bude mať možnosti spolupráce v rámci výskumu s ďalšími pracoviskami Žilinskej univerzity, s inými zahraničnými univerzitami resp. výskumnými pracoviskami napr. Centrum dopravního výskumu v Brne, ale tiež s odbornou praxou aj v oblasti pravidelného výcviku vodičov nákladnej dopravy a pod.

 

---

Autori

Jozef Gnap¹, Miroslava Mikušová²

Tituly a pôsobisko autora:

¹ prof. Ing. Jozef Gnap, PhD., Žilinská univerzita v Žiline, Fakulta prevádzky a ekonomiky dopravy a spojov, Katedra cestnej a mestskej dopravy, Univerzitná 1, 010 26 Žilina

² Ing. Miroslava Mikušová, PhD., Žilinská univerzita v Žiline, Univerzitný vedecký park, Fakulta prevádzky a ekonomiky dopravy a spojov, Katedra cestnej a mestskej dopravy, Univerzitná 1, 010 26 Žilina

---

 

 

Literatúra

KUBEŠ, : Návrh jizdního simulátoru, Diplomová práca, VUT, Brno, 2014

 NOVOTNÝ, S.: Interaktívni simulátory dopravních prostředků pro analýzu spolehlivosti interakce řidiče s vozidlem, ČVUT Praha, 2014, ISBN 978-80-01-05622-6

Smernica 2003/59/ES EP a Rady o základnej kvalifikácii a pravidelnom výcviku vodičov určitých cestných vozidiel nákladnej a osobnej dopravy

Zákon NR SR č. 280/2006 Z .z. o povinnej základnej kvalifikácii a pravidelnom výcviku niektorých vodičov

Metodický pokyn č. 22/2005   o technických požiadavkách na trenažéry, Ministerstvo dopravy, pôšt a telekomunikácií SR, 26.9.2005, Bratislava

 http://www.uolds.leeds.ac.uk/

 http://www.nads-sc.uiowa.edu

 http://www.gratissoftware.de/sk/windows-downloads/pc-games/simulation/3d-fahrschule/index.htmlň

 http://autoskolaportal.sk/index.php?_zaujimavosti_&pid=14&spravaID=6

http://sim.wgz.cz/rubriky/bus-driver

 https://cs-cz.facebook.com/pages/CDV-Centrum-dopravn%C3%ADho-v%C3%BDzkumu-vvi/244056892293674

http://www.dsrg.eu/DSRGnew/contact.html

 

Tento článok vznikol s podporou projektu „Univerzitný vedecký park Žilinskej univerzity v Žiline“ (ITMS:26220220184) v rámci OP Výskum a vývoj spolufinancovaný zo zdrojov Európskeho fondu regionálneho rozvoja.