Mobilita osob a přeprava zboží, jako klíčové pilíře moderní společnosti, vyžadují existenci energeticky efektivních pohonných jednotek s minimálním negativním dopadem na okolní prostředí. V dohledné budoucnosti se v důsledku mnoha faktorů očekává masivní přechod z pohonných jednotek založených na přeplňovaných spalovacích motorech k elektrickým pohonným jednotkám. Tyto elektrické pohonné jednotky budou vybaveny různými subsystémy, z nichž každý hraje klíčovou roli ve splnění jejich primárních funkcí. Výzkumným záměrem je zkoumat nové koncepty subsystémů pro budoucí pohonné jednotky. Aktivity se zaměřují zejména na vysokootáčkové rotační stroje, které mohou sloužit jako kompaktní pohonné jednotky, elektrické kompresory pro palivové články, chladicí systémy elektrických vozidel, koncentrátory výkonu nebo převodové ústrojí elektrických vozidel. Cílem je prozkoumat bezolejová uložení rotorů a jejich dopady na celé subsystémy, ztráty v mazacích a těsnicích systémech, stabilitu a vibro-akustické chování vysokootáčkových rotačních strojů, využití pracovních médií pro chlazení a mazání rotačních strojů včetně těsnění a metody popisu interakcí pohybujících se těles v provozních tekutinách. Výsledkem výzkumu budou patenty, softwarové aplikace a funkční vzorky, které umožní popsat, analyzovat, ověřit a optimalizovat parametry budoucích pohonných jednotek. Tyto výsledky poskytnou nové schopnosti, které lze aplikovat při vývoji osobních a nákladních vozidel využívajících elektrické motory s bateriemi nebo palivovými články. Výsledky výzkumu budou otevřeně prezentovány v odborných časopisech a na konferencích, a to tak, aby měly významný dopad na rozvoj nízkoemisní mobility. 

Největší část emisní stopy spojené s dnešní mobilitou vychází z energie využívané k pohonu dopravních prostředků, která je získávána především z fosilních paliv. Cílem výzkumných aktivit v rámci výzkumného záměru VZ2 je posílení aplikací obnovitelných zdrojů energie a optimalizace ukládání energie pro podporu čisté mobility v České republice. Čistá mobilita je pouze tak čistá, jak čisté jsou zdroje energie, které využívá. Výzkumné aktivity jsou zaměřeny na využití pokročilých počítačových modelů a simulací s cílem integrovat obnovitelné zdroje energie do systému čisté mobility a integrovat ukládání energie do praktických aplikací pro čistou mobilitu. Úsilí je zaměřeno na inovace v oblasti energetických úložišť a zkoumání možných kombinací s alternativními metodami ukládání energie, jako je vodík a syntetická paliva. V rámci využívání obnovitelných zdrojů energie pro dosažení čisté mobility je cílem identifikovat nejvhodnější zdroje obnovitelné energie v České republice a podrobně analyzovat jejich potenciál a možnosti skladování. S důrazem na ekologickou efektivitu bude předmětem zkoumání celý energetický cyklus od výroby, transformace a skladování energie, až po její využití v pohonných systémech dopravních prostředků. S uvažovanými aplikacemi se pojí reálné inovace, které přispějí k výraznému snížení emisní stopy v oblasti mobility a podpoří udržitelný rozvoj.

Aktivity VZ4 jsou zaměřeny na podrobnou identifikaci emise nevýfukových částic vznikajících při jízdě automobilů. Pozornost bude konkrétně věnována charakterizaci částic (morfologie, velikost, množství, složení) generovaných z abrazivně významně opotřebovávaných komponent automobilů. Hlavní pozornost bude věnována identifikaci emise části z brzd automobilů, která bude uskutečněna jak v laboratorních podmínkách se zohledněním charakteristik brzdného procesu (počáteční rychlost, dynamika zpomalování), tak nepřímými postupy v reálném provozu. Na základě identifikace emise částic z automobilů bude přikročeno k vývoji simulačního modelu umožňujícího prediktivní kvantifikaci emise částic v závislosti na parametrech dopravního proudu a struktuře flotily automobilů. Řešení bude zahrnovat vývoj detailních výpočtových modelů pro hodnocení rozptylu částic generovaných silniční dopravou v geometricky komplexních oblastech. Pozornost bude zaměřena na tvorbu výpočtových modelů umožňujících postihnout vliv pohybu automobilů a dynamiky jízdy na rozptyl sledovaných emisí. Dále bude zahrnuto modelování resuspenze částic deponovaných na povrchových plochách, jako jeden z nejvýznamnějších emisních příspěvků dopravy ke koncentraci částic v ovzduší. Výpočtové modelování poskytne informace o koncentračních polích částic v okolí charakteristických městských dopravních prvků. Spojením identifikace koncentračních polí s modely pohybu osob v okolí dopravní infrastruktury bude využito k hodnocení expozice obyvatel emitovaným částicím v řešených městských konfiguracích v závislosti na charakteru dopravního proudu a jeho řízení.

V rámci realizovaných výzkumných činností budou rozvíjeny metody a postupy, které bude možné následně implementovat do portfolia softwarových řešení a které přispějí k zpřesnění predikce emise částic z vozidel.

Cílem záměru je zvýšit efektivitu při výzkumu a vývoji nejen oblastí spjatých s elektromobilitou, ale také elektromobilu jako celku. S rychlým nárůstem popularity elektromobilů a potřebou optimalizovat jejich energetickou spotřebu, zvýšit dojezd či efektivnost celého energetického procesu, jakož i zvýšit bezpečnost při nárazech, je při řešení této problematiky stále naléhavější a nutný komplexní přístup. V porovnání s klasickou koncepcí vozidel se spalovacím motorem je možné realizovat zásadní změny, které významnou měrou ovlivní atraktivitu elektrických vozidel. Při vývoji je však možné využít, kromě v současné době aplikovaných numerických modelů, jejichž úroveň se neustále významně zvyšuje, čímž zásadně přispívají ke snížení časové náročnosti vývoje vozidel obecně, i pokročilé technologie v podobě hlubokého učení či virtuálního světa.

V rámci VZ3 bude vytvořen sofistikovaný systém schopný monitorovat a řídit energetický tok v elektromobilu s využitím pokročilých deep learning algoritmů. Tento systém bude schopen reagovat na různé faktory, jako jsou aktuální provozní podmínky, stav baterie nebo situace v okolí vozidla, a bude schopen optimalizovat energii pro dosažení maximální účinnosti a dojezdu. K určení situace v okolí vozidla je nezbytná komunikace vozidla s okolím označovaná jako V2X (Vehicle-to-everything). Ta umožní například přenos informace o aktuální dostupnosti nabíjecích stanic a jejich typu nebo o aktuální dopravní situaci v okolí vozidla pro účely optimálního plánování trasy. V2X komunikace dále nabízí možnost vzdáleného ovládání některých funkcí vozidla (například předehřev baterií pro zrychlené nabíjení nebo předchlazení interiéru), dále může zprostředkovat vzdálenou aktualizaci softwaru nebo přenos diagnostických informací o stavu různých částí vozidla k výrobci nebo servisnímu středisku, což umožňuje získat velké množství dat pro vývoj pokročilejších algoritmů pro optimalizaci energetického toku. Dalším benefitem V2X komunikace je včasné varování před rizikovými stavy nebo hrozící havárií. Současně, vývoj elektromobilu bez využití základu z platforem se spalovacími motory v sobě přináší nové možnosti pro uspořádání kabiny, činností vykonávaných v kabině či uložení baterií, přičemž je však nutné zachovat nebo zvýšit požadavky na bezpečnost. S tím úzce souvisí využití výpočtového modelování, které proces návrhu a ověření významnou měrou urychluje. Vzhledem k absenci zkušeností v dané oblasti však vzniká enormní požadavek na počet citlivostních analýz, což není možné vykonávat manuálně. Z tohoto důvodu se nabízí využití umělé inteligence, která umožní identifikaci konceptů se zachováním či dokonce zlepšením míry bezpečnosti ve vozidle a jeho blízkém okolí.

Dalším důležitým aspektem je vytvoření virtuálního světa, který bude simulovat reálné podmínky pro elektromobil či jeho části. Tento virtuální svět umožní provádět rozsáhlé testy a simulace bez nutnosti provádět fyzické zkušební jízdy, což sníží náklady a zrychlí vývoj nových technologií v oblasti elektromobilů. 

Výzkumné aktivity se zaměřují na vývoj inteligentních autonomních dopravních systémů s cílem zpracovávat data z různých senzorů a optimalizovat trasy vozidel. Zaměřují se na zlepšení popisu okolí autonomních vozidel pomocí různých druhů senzorů při pohybu v různých prostředích a také v oblastech, kde GPS signál může být nedostatečný či nespolehlivý. Cílem této činnosti je navrhnout a implementovat prvky a techniky, které zajistí spolehlivější a rychlejší mapování okolí vozidel.

Nově navržené prvky budou stavět na kombinaci hloubkového vnímání, vizuálního zpracování a pokročilých algoritmů strojového učení, což umožní vozidlům s vysokou přesností identifikovat a interpretovat okolní prostředí. To by mělo vést k výraznému posílení bezpečnosti autonomních vozidel. Přesné mapování okolí umožní vozidlům lépe chápat a reagovat na okolní prostředí, minimalizovat riziko kolizí a zajistit bezpečnější provoz. Tato rozšířená schopnost autonomních vozidel operovat s přesným mapováním okolí bude klíčová pro maximalizaci bezpečnosti jak pro samotná vozidla, tak i pro ostatní účastníky silničního provozu a prostředí, ve kterém se pohybují.

Mapování okolí vozidla je možné použít také pro vylepšení chování autonomních vozidel na křižovatkách. Pro testování lze zahrnout například výběr různých typů křižovatek, šetření dopravní situace, segmentaci oblastí křižovatek, vytvoření bezpečného modelu pro průjezd vozidel a zkoumání vlivu vnějších faktorů na jízdní vlastnosti vozidel. Tímto propojením očekáváme zlepšení bezpečnosti a integrace autonomních vozidel do

komplexního dopravního prostředí.

Druhá část výzkumu inteligentního autonomního dopravního systému bude zaměřena na plánování tras. Snahou je navrhnout systém, který je schopen automaticky a dynamicky navrhovat optimální cesty pro různé typy dopravních prostředků s ohledem na jejich specifické parametry, např. aktuální dopravní podmínky nebo aktuální průjezdnost cest. Systém má za úkol maximalizovat efektivitu, bezpečnost cestování a poskytovat uživatelům spolehlivý a flexibilní způsob navigace v reálném čase.

Ve spolupráci s partnerem CDV bude možné využívat open source Katalogu testovacích oblastí, a to jak pro testování, tak pro jeho doplnění o získané informace. Předpokládá se, že výsledky výzkumného záměru budou dopracovány v rámci podaných dalších projektů a komercializovány dalšími firmami.