Výzkumné záměry

Zaměření výzkumného záměru

Výzkumným záměrem je zkoumat nové koncepce subsystémů EPWT zahrnující především vysokootáčkové rotační stroje. Tyto rotační stroje mohou sloužit jako elektrické motory pohonných jednotek, elektrické kompresory pro palivové články, chladicí systémy elektrických bateriových vozidel nebo převodové ústrojí elektrických vozidel. Součástí je výzkum možností koncentrace výkonu u elektrických pohonných jednotek s popisem souvisejících dopadů. Zkoumány budou energetické účinnosti, akustické emise vysokootáčkových rotačních strojů, proudění provozních tekutin v převodovkách se zohledněním vlivu pohybu vozidla a koncepce bezolejových uložení rotorů. Záměrem je významné zlepšení v simulacích spojených tepelně-mechanicko-tekutinově-elektromagnetických problémů a v možnostech experimentálního ověření těchto problémů. Výsledky umožní zlepšit technické, technologické a ekonomické vlastnosti budoucích EPWT.

Výzkumné cíle

• Koncepce bezolejového uložení vysokootáčkového rotačního stroje jako subsystému pohonné jednotky s možnou aplikací u palivových článků: Cílem je vyvinout nové koncepce radiálně axiálního uložení rotorů rotačních strojů, kde provozní tekutina v mazacích subsystémech nebude založena na bázi mazacích olejů. Tyto bezolejové koncepce umožní aplikaci těchto rotačních strojů ve vysokovýkonných pohonných jednotkách s extrémně náročnými požadavky na čistotu pracovních médií. Bezolejová koncepce uložení musí zajistit zaručené radiální a axiální únosnosti velmi hmotných rotorů pracujících při přechodových provozních podmínkách, extrémně nízké mechanické ztráty rotačního stroje a musí přirozeně omezovat nežádoucí vibrace a související hluk celého subsystému.

• Pokročilá schopnost predikce dynamického chování vysokootáčkových strojů: Výzkumným cílem je pokročilá schopnost předpovědět chování vysokootáčkového rotačního stroje se zohledněním současně působících multifyzikálních dějů. Tato schopnost umožní provádět citlivostní studie, studie proveditelnosti a posléze i spolehlivou optimalizaci bez nákladů na výrobu a zkoušky mnoha uvažovaných variant. Předpokládané jsou interakce mezi jednotlivými komponenty subsystému prostřednictvím tekutinového a elektromagnetického působení. Tato pokročilá schopnost musí následně umožnit vyvinutí budoucích EPWT se sníženou hmotností a akustickou emisí o desítky procent proti současnému stavu.

• Schopnost predikce proudění oleje v převodových ústrojích u pohybujících se vozidel: Cílem je vytvořit experimentálně ověřenou metodiku, která umožní simulovat a následně vyhodnotit proudění vícefázových provozních tekutin v časově a prostorově proměnných doménách odpovídajících vnitřním prostorům převodových ústrojí a bude zohledňovat dynamiku vozidla při jízdních manévrech. Predikce proudění oleje umožní návrh nové koncepce převodovky se sníženým množstvím oleje a vysokou stabilitou olejové náplně v dynamických provozních podmínkách ve vozidle.

Výzkumné aktivity

• A1.1 Výzkum koncepcí bezolejových systémů uložení rotorů vysokootáčkových rotačních strojů: Aktivita zahrnuje návrh a ověření nových koncepcí uložení rotoru a výzkumu výpočtového popisu proudění provozních tekutin v mazacích a těsnicích systémech s důrazem na specifické transientní podmínky v subsystémech elektrických pohonných jednotek. Předpokládají se analytické činnosti, numerické simulace proudění, vývoj specializovaných numerických modelů, návrh strategie optimalizačních metod, optimalizace tvaru a vlastností mazacích a těsnicích systémů, analýzy vlivů uložení na energetické ztráty a akustické emise rotačních subsystémů. Systémy bezolejových uložení budou navrhovány se zohledněním budoucí specifické aplikace u palivových článků. Na aktivitě se bude podílet výzkumný tým ÚADI-RS a tým PBST.

• A1.2 Výzkum chování vysokootáčkových rotačních strojů s bezolejovým uložením rotorů za provozních podmínek: Aktivita spočívá v testování koncepcí bezolejového uložení rotačních strojů v provozních podmínkách blízkých reálným provozním podmínkám. Aktivity zahrnují vývoj specifické koncepce testování, analýzy interakcí komponent prostřednictvím uložení rotoru, provádění testů nových konceptů uložení a analýzy experimentálně získaných výsledků. Na aktivitě se bude podílet výzkumný tým ÚADI-RS a tým PBST.

• A1.3 Výzkum chování vysokootáčkových elektrických strojů se zohledněním multifyzikálních dějů: Aktivita zahrnuje tvorbu analytických a numerických výpočtových modelů efektivně popisujících mechanické, tepelné, tekutinové a elektromagnetické děje a jejich vzájemné interakce při provozu vysokootáčkových rotačních strojů. Předpokládají se teoretické studie, výpočtové numerické analýzy, vývoj vlastních numerických modelů a experimentální ověřování u průmyslových partnerů. Činnosti budou zohledňovat specifické podmínky související s elektrickými pohonnými jednotkami v EPWT pro uplatnění v motorových vozidlech. Na aktivitě se budou podílet výzkumné týmy ÚADI-RS, ÚAEE a Garrett.

• A1.4 Vývoj a ověření metodiky pro analýzu interakcí pohyblivých komponent a tekutiny v převodových ústrojích: Aktivita spočívá v numerických simulacích proudění vícefázových tekutin a její interakci s pohybujícími se komponenty. Budou analyzovány a rozvíjeny nové metody řešení proudění tekutin jako například Lagrangeovské bezsíťové metody typu SPH (smoothed particle hydrodynamics). Numerické simulace budou ověřovány experimentálně pomocí optických metod a metodami následné analýzy po odběru provozních tekutin. Metodika umožní stanovení množství a specifikaci olejové náplně potřebné pro dané převodové ústrojí napříč provozními stavy. Na aktivitě se budou podílet výzkumné týmy ÚADI-RS, SVS FEM a WIKOV.

• A1.5 Výzkum interakcí pohyblivých komponent a tekutiny převodových ústrojích se zohledněním dynamiky vozidla: Aktivita zahrnuje využití numerických simulací SPH pro simulace vlivu dynamiky vozidla na pohyb olejové náplně v převodovce. Předpokládají se teoretické studie, výpočtové numerické analýzy, navržení a výroba funkčního vzorku zkušebního stavu a jeho softwarového řízení pro zohlednění dynamiky vozidla a experimentální ověřování u průmyslových partnerů. Činnosti budou zohledňovat specifické podmínky u převodovek v EPWT při jízdních manévrech vozidel (zrychlení, zpomalení, průjezd zatáčkou). Na aktivitě se budou podílet výzkumné týmy ÚADI-RS, SVS FEM a WIKOV.

Milníky výzkumných aktivit

• M1.1 Ověřený výpočtový model vzduchového ložiska pro uložení rotoru vysokootáčkového rotačního stroje.

• M1.2 Ověřená schopnost simulace dynamiky vysokootáčkového stroje na bezolejových ložiscích v provozních podmínkách.

• M1.3 Nová koncepce uložení rotoru elektrického kompresoru na bezolejových ložiscích.

• M1.4 Ověřená schopnost simulace dynamiky elektrické pohonné jednotky se zohledněním mutlifyzikálních interakcí.

• M1.5 Ověřená schopnost simulace spojeného multifyzikálního chování elektrické pohonné jednotky.

• M1.6 Ověřená schopnost simulace strukturálně tekutinových dějů v převodovce při reálných provozních podmínkách a zohledňující vlivy komplikované tvary vnitřního prostoru.

• M1.7. Ověřená metodika pro analýzy interakcí klíčových komponent s tekutinou v převodových ústrojích.

• M1.8 Schopnost experimentálního popisu chování oleje v převodovce při reálných provozních stavech zohledňujících jízdní manévry automobilu.

• M1.9 Ověřená metodika pro popis chování oleje v převodovce při reálných provozních stavech a simulující převodové ústrojí v automobilu při jízdních manévrech typu zrychlení, zpomalení a průjezd zatáčkou.

Výsledky výzkumných aktivit

Výsledkem výzkumných aktivit budou nové schopnosti uplatnitelné při vývoji subsystémů budoucích EPWT. Výsledky výzkumu jako jsou patent (G), software (SW) a funkční vzorky (G) umožní popsat, analyzovat a ověřit výzkumné cíle. Výsledky výzkumu budou otevřeně prezentovány v publikacích v odborných časopisech (Jimp) a na světových konferencích (D) tak, aby umožnily široký dopad na rozvoj nízkoemisní mobility. Plánované výsledky zahrnují:

• Patent definující nový typ axiálně radiálního uložení rotoru.

• Software pro analýzu silového zatížení roástorů vysokootáčkových rotačních strojů.

• Software pro řízení průběhu testovaní na testovacím stavu s využitím dat z virtuálního prostředí, které respektuje fyzikální model automobilu.

• Funkční vzorek zkušebního stavu pro testování rotačních strojů.

• Funkční vzorek zkušebního stavu pro testování chování oleje v převodovce při provozních stavech odpovídajících pohybu automobilu při jízdních manévrech.

• Článek v impaktovaném časopisu zaměřený na uložení rotorů vysokootáčkových strojů.

• Články (2x) v impaktovaném časopisu zaměřený na multifyzikální popis rotačních strojů.

• Článek v impaktovaném časopisu zaměřený na interakci pohybujících se komponent převodovky a tekutiny.

• Článek v impaktovaném časopisu zaměřený na proudění oleje v převodovce při pohybu vozidla.

• Články ve sbornících světových konferencí prezentující výzkumné činnosti a významné výsledky dosažené v rámci projektu.

Zaměření výzkumného záměru

Výzkumný záměr zahrnuje několik výzkumných cílů a aktivit. Vzhledem k povaze a rozsahu zkoumané problematiky budou jako výzkumný nástroj použity počítačové simulace. Simulační modely budou vytvořeny řešitelským kolektivem. Vstupní data pro modely budou získána především z literárních zdrojů (včetně dostupných statistických údajů). Zkoumané scénáře budou respektovat omezení vyplývající z geografické polohy České republiky (vnitrozemská poloha s minimálními možnostmi zvýšení produkce elektřiny z vodních elektráren). První z výzkumných aktivit (A1) je zaměřena na vliv (přínos) obnovitelných zdrojů energie pro snižování produkce skleníkových plynů v silniční dopravě. Pozornost bude zaměřena především na energii využívanou pro pohon vozidel, ale zohledněny budou také energetické nároky spojené s vybudováním potřebné energetické infrastruktury. V současnosti je zvládnuto využití elektrické energie z OZE pro pohon BEV a v pilotních provozech byla ověřena možnost výroby vodíku pomocí OZE. Krátkodobě lze elektrickou energii skladovat v bateriových úložištích, ale dlouhodobé (sezónní) skladování elektrické energie zatím vyřešeno není. Pro dlouhodobé skladování připadají v úvahu různé nosiče energie. Při každé konverzi energie se však celková účinnost energetického řetězce snižuje. Problematika konverze obnovitelné energie na různé energonosiče bude řešena v rámci druhé výzkumné aktivity (A2). Na problematiku konverze energie naváže aktivita A3 zaměřená na dimenzování energetických úložišť pro čistou mobilitu, kde bude řešena potřebná kapacita úložišť s ohledem na různé energetické nosiče a možnosti jejich skladování a přepravy. Protože jsou BEV v současnosti nejrozšířenější vozidla, neprodukující při provozu skleníkové plyny, bude ukládání elektrické energie věnována samostatná výzkumná aktivita (A4) a tato problematika bude řešena na detailnější úrovni.

Výzkumné cíle

• Analyzovat možnosti využití OZE v silniční dopravě.

• Stanovit přínos OZE ke snižování emisí skleníkových plynů v silniční dopravě v ČR.

• Vytvořit software pro hodnocení vlivu OZE na snižování emisí skleníkových plynů v silniční dopravě v ČR.

• Posoudit různé nosiče energie z hlediska jejich vhodnosti (bezpečnost, přeprava, skladovatelnost) pro použití v silniční dopravě v ČR.

• Stanovit konverzní účinnosti “well-to-wheel" od výroby energie z OZE po užití nosičů energie ve vozidlech.

• Vytvořit metodický postup pro hodnocení účinnosti energetického řetězce v silniční dopravě založené na OZE.

• Analyzovat potřebu různých nosičů energie vyrobených z OZE v silniční dopravě v ČR.

• Analyzovat potřebu energetických úložišť pro různé nosiče v silniční dopravě v ČR.

• Vytvořit metodický postup dimenzování bateriových úložišť pro silniční dopravu v podmínkách ČR.

• Analyzovat potřebu bateriových úložišť v silniční dopravě v ČR.

• Vytvořit postup dimenzování bateriových pro silniční dopravu v podmínkách ČR.

• Vytvořit software pro dimenzování bateriových úložišť.

Výzkumné aktivity

A2.1 Vliv obnovitelných zdrojů na snižování produkce skleníkových plynů v silniční dopravě: V rámci výzkumné aktivity bude pozornost zaměřena na možnosti a způsoby využití OZE v silniční dopravě. Hlavním cílem bude stanovení přínosu OZE ke snižování produkce skleníkových plynů v silniční dopravě. Cílem výzkumné aktivity je vytvořit podpůrný simulační nástroj pro analýzy a rozhodování při implementaci OZE v silniční dopravě. Výstupem výzkumné aktivity bude software pro analýzu vlivu OZE (a odvozených nosičů energie) na snižování produkce skleníkových plynů ze silniční dopravy.

A2.2 Konverze obnovitelné energie na různé energonosiče: Výzkumná aktivita A2.2 úzce souvisí s výzkumnou aktivitou A2.1. Konverze jedné formy energie na jinou formu (např. přeměna elektrické energie na jiné energonosiče) vede ke snížení účinnosti celého energetického řetězce. Konverze elektrické energie z OZE na jiné nosiče energie bude v oblasti čisté mobility nezbytná, protože elektrickou energii nelze ekonomicky dlouhodobě (v řádu měsíců) skladovat a pro potřeby dlouhodobého skladování budou nezbytné jiné nosiče energie. Cílem výzkumné aktivity je analýza konverzí obnovitelné energie na jiné nosiče energie v podmínkách České republiky. Výstupem aktivity bude metodika pro hodnocení účinnosti energetického řetězce v oblasti čisté mobility s využitím různých nosičů energie.

A2.3 Dimenzování energetických úložišť pro čistou mobilitu: Efektivní využití obnovitelných zdrojů energie je podmíněno možností ukládání (skladování) energie. Do budoucna lze předpokládat, že primární energie z OZE bude především ve formě elektrické energie, kterou nelze přímo dlouhodobě skladovat. Pro dlouhodobé skladování energie budou sloužit jiné nosiče energie. Tyto nosiče energie (vodík, metan, amoniak apod.) mohou být následně použity přímo pro pohon vozidel v silniční dopravě. Cílem výzkumné aktivity je vytvořit metodiku pro dimenzování úložišť pro zmíněné energonosiče se zohledněním požadavků na jejich využití v silniční dopravě.

A2.4 Bateriová úložiště v silniční dopravě: Výzkumná aktivita je úžeji zaměřena na ukládání elektrické energie pro potřeby silniční dopravy. BEV mají v současnosti v EU (a také v ČR) největší podíl mezi vozidly s nulovými provozními emisemi skleníkových plynů. V roce 2022 tvořily BEV 1,19 % flotily osobních vozidel v EU, přičemž podíl vozidel poháněných palivovými články (vodíkem), byl zanedbatelný (v celé EU bylo v roce 2022 v provozu méně než 10000 vozidel poháněných palivovými články). Ze současných trendů je velmi pravděpodobné, že během příštích nejméně deseti let budou BEV tvořit největší část vozidel s nulovými emisemi skleníkových plynů. Proto má v současnosti největší praktický význam budování energetické infrastruktury pro BEV. V rámci výzkumné aktivity A4 bude pozornost zaměřena na infrastrukturu bateriových úložišť, která bude nezbytná s ohledem na krátkodobou proměnnost výkonu OZE.

Milníky

• M2.1 Metodika posuzování vlivu OZE na snižování emisi skleníkových plynů v silniční dopravě 

• M2.2 Výpočetní model vlivu OZE na snižování emisi skleníkových plynů v silniční dopravě 

• M2.3 Postup hodnocení celkové konverzní účinnosti energie z OZE na různé nosiče energie 

• M2.4 Metodika dimenzování energetických uložišť pro čistou mobilitu

• M2.5 Postup dimenzování bateriových úložišť pro silniční dopravu M2.6 Výpočetní model pro dimenzování bateriových úložišť

Výsledky výzkumných aktivit

• Konferenční příspěvek na téma využití OZE v silniční dopravě.

• Software pro hodnocení vlivu OZE na emise skleníkových plynů v silniční dopravě v ČR.

• Článek o potenciálu OZE ke snižování emisí skleníkových plynů ze silniční dopravy v ČR publikovaný ve vědeckém časopise zařazeném do Q1 podle impakt faktoru.

• Konferenční příspěvek na téma hodnocení konverzní účinnosti v energetickém řetězci OZE v podmínkách ČR.

• Článek o hodnocení konverzní účinnosti energie z OZE na různé energonosiče v podmínkách ČR publikovaný ve vědeckém časopise zařazeném do Q1 podle impakt faktoru.

• Metodický postup hodnocení celkové konverzní účinnosti energie z OZE na různé nosiče energie.

• Konferenční příspěvek na téma úložišť nosičů energie pro silniční dopravu v podmínkách ČR.

• Článek o dimenzování uložišť pro různé energonosiče v podmínkách ČR publikovaný ve vědeckém časopise zařazeném do Q1 podle impakt faktoru.

• Metodika dimenzování energetických uložišť pro čistou mobilitu.

• Konferenční příspěvek na téma bateriových úložišť v silniční dopravě v podmínkách ČR.

• Článek o dimenzování bateriových uložišť pro silniční dopravu v podmínkách ČR publikovaný ve vědeckém časopise zařazeném do Q1 podle impakt faktoru.

• Software pro návrh infrastruktury bateriových úložišť.

Výzkumné cíle

• • dojezd inteligentním řízením chlazení a řízení spotřeby energie vozidla se zapojením samoučících se mechanismů.

  • Analyzovat možnosti komunikace V2X ve vyšších frekvenčních pásmech až do oblasti milimetrových vln, které umožní zajistit velmi nízkou latenci a vysoký datový tok.

  • Výzkum v oblasti bezpečnosti elektrických vozidel spolu se začleněním postupného navyšování míry autonomie, a to pomocí pokročilých technologií v podobě hlubokého učení či virtuálního světa. Základní body popisující cíl jsou:

  • Na základě v současné době využívaných konstrukčních a bezpečnostních prvků stanovit mezních stavy, pro které je možné tuto konstrukci využít.

  • Provést validaci výpočtového modelu na základě jak částečných crash testů, tak i z dostupných crash testů celých vozidel se zaměřením na bezpečnost posádky.

  • Rozšířit aplikovatelnost výpočtových modelů i za současně aplikované okrajové podmínky včetně ověření pomocí technických experimentů.

  • Vytvořit koncepty interiérů s rozšířeným pohybem posádky ve vozidle, přičemž bude zohledněna pravděpodobnost termínu začlenění do sériové výroby (relaxovaná pozice je předpokládána v horizontu několika let – výchozí bod, následně částečné pootočení sedaček až po úplné otočení).

  • Vytvořit virtuální svět, který bude sloužit k výzkumu rozdílných koncepcí interiérů a stanovení potřebných zkoušek, jež budou odlišné právě v důsledku nové konstrukce interiéru.

  • Vytvořit nástroj pro realizaci rozsáhlých numerických simulačních studií, jež budou vycházet právě ze simulací z virtuálního světa a validovaného výpočtového modelu. Nástroj bude využívat deep learningu a bude tak realizovat simulace, které jsou pro daný koncept klíčové.

  • Vytvořit znalostní databázi pro jednotlivé koncepty interiérů, které bude možné využít pro identifikaci fyzických (kritických) testů.

Výzkumné aktivity

• A3.1. Management energetického toku elektrických vozidel: Vytvořit sofistikovaný systém pro monitorování a řízení energetických toků v elektromobilu s využitím pokročilých deep learning algoritmů, který bude schopen se adaptovat 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.

• A3.2. Metodika pro hledání kritických stavů s ohledem na koncepci interiéru vozidla: Na základě v současné době využívaných konstrukčních a bezpečnostních prvků stanovit mezní stavy, pro které je možné tuto konstrukci využít. Provést validaci výpočtového modelu na základě jak částečných crash testů, tak i z dostupných crash testů celých vozidel se zaměřením na bezpečnost posádky. Rozšířit aplikovatelnost výpočtových modelů i za současně aplikované okrajové podmínky včetně ověření pomocí technických experimentů.

• A3.3. Výzkum bezpečnostních prvků koncepcí interiérů autonomních vozidel: Vytvoření možných konceptů interiérů s rozšířeným pohybem posádky ve vozidle, přičemž bude zohledněna pravděpodobnost termínu začlenění do sériové výroby (relaxovaná pozice je předpokládána v horizontu několika let – výchozí bod, následně částečné pootočení sedaček až po úplné otočení). Vytvořit virtuální svět, který bude sloužit k výzkumu rozdílných koncepcí interiérů a stanovení potřebných zkoušek, jež budou odlišné právě v důsledku nové konstrukce interiéru. Vytvořit nástroj pro realizaci rozsáhlých numerických simulačních studií, jež budou vycházet ze simulací z virtuálního světa a validovaného výpočtového modelu. Nástroj bude využívat deep learningu a bude tak realizovat simulace, které jsou pro daný koncept klíčové.

• A3.4. Metodika práce s daty: Vytvořit znalostní databázi pro jednotlivé koncepty interiérů, které bude možné využít pro identifikaci fyzických (kritických) testů.

Milníky výzkumných aktivit

• M3.1 Koncepční návrh, systémová specifikace sběru a zpracování dat

• M3.2 Dokončen sběr dat z experimentálního vozu

• M3.3 Modifikace měřicí pracovišť podle aktualizované scénáře měření

• M3.4 Dokončení analýzy vlastností šíření, simulace vytvoření modelu

• M3.5 Prezentace výsledků měření konference

• M3.6 Dokončen vývoj výpočtových modelů

• M3.7 Dokončen virtuálního světa pro provoz modelů

• M3.8 Řídicí systém s AI včetně experimentálního ověření

• M3.9 Články v odborných časopisech

• M3.10 Funkční vzorek

• M3.11 Publikace na konferenci

• M3.12 Publikace – článek v odborném časopise

• M3.13 Dokončen software

• M3.14 Publikace na konferenci

• M3.15 Publikace – článek v odborném časopise Q1

• M3.16 Tvorba metodiky pro práci s daty z numerických simulací a experimentů tvorba datových

• M3.17 Publikace na konferenci

• M3.18 Publikace – článek v odborném časopise Q1

Výsledky výzkumných aktivit

Výsledkem výzkumných aktivit budou schopnosti měřit a vyhodnocovat velké množství data z energetického systému elektrických vozidel včetně tepelného managementu a dále pasivní bezpečnosti elektromobilů. Výsledky budou software (2xSW), funkční vzorek (G) a necertifikovaná metodika (O). Výsledky budou otevřeně prezentovány v publikacích v časopisech (Jimp) včetně výzkumných dat a na světových konferencích. Předpokládá se také publikování balíčků trénovacích dat pro hluboké učení, které budou otevřeně dostupné. Plánované výsledky zahrnují:

• Software řídícího systému s AI

• Funkční vzorek tepelného managementu elektromobilu s AI

• Software pro vyhodnocování bezpečnosti v interiéru autonomních vozidel

• Metodika práce s daty při zkouškách bezpečnosti vozidel

• Publikace na konferencích a v časopisech Q1

Výzkumné cíle

Výzkumným cílem VZ4 je komplexní výzkum nevýfukových částic emitovaných elektromobily v průběhu jízdy, studium charakteristik těchto části, jejich produkce, modelování disperze částic do okolí a hodnocení expozice obyvatel v blízkosti silničních komunikací. Činnosti v rámci VZ4 jsou rozděleny do 3 výzkumných aktivit.

Výzkumné aktivity

• A4.1 Laboratorní identifikace a charakterizace částic z brzd automobilů: V laboratorních podmínkách bude pozornost věnována částicím emitovaným z brzd automobilů, na které je aktuálně upřena velká společenská pozornost (EURO 7). Rozsáhlý experimentální výzkum bude zaměřen na odběr částic uvolňovaných z brzd, jejich kategorizaci a analýzu. Pro tyto účely bude navržena a zbudována vlastní experimentální aparatura s komerční brzdou. Současně budou probíhat laboratorní abrazivní odběry částic z povrchů materiálů brzdných elementů. Výsledky experimentů povedou k získání nových poznatků o charakteru emitovaných částic (tvar, velikost, koncentrace, složení), vlivu dílčích parametrů na charakter emitovaných částic (intenzita brždění, okolní teplota, teplota brzd, použité materiály atd.). Získané poznatky budou užity pro vývoj prediktivního výpočtového modelu emise částic z brzd elektromobilů při různých režimech jízdy s detailním zohledněním aktuální rychlosti a okamžitého zrychlení automobilů (akcelerace i brždění). Tento model bude následně využit v rámci aktivity A4.3.

• A4.2 Imisní částice a nepřímá identifikace částic z automobilů: Aktivity jsou zaměřeny na komplexní hodnocení částic z imisních odběrů v reálných podmínkách a návazné postupy inverzní identifikace zdroje částic a jeho intenzity ve vztahu k dopravnímu proudu. Využity budou údaje z dlouhodobého monitoringu imisních koncentrací částic, které budou s aplikací statistické analýzy a metod počítačového učení využity pro identifikaci charakteristik resuspenze částic v sledovaných lokalitách. Dále budou realizovány odběry imisních částic v okolí dopravních proudů, částice budou analyzovány z pohledu složení a velikostní distribuce. Na základě prvkového složení bude analyzován potenciální zdroj částic a propojením s výpočtovými modely vyvinutými v rámci A4.3. bude inverzně kvantifikována intenzita potenciálních zdrojů částic. Odběry částic budou probíhat přednostně v lokalitách, které budou využity pro vývoj výpočtových modelů v A4.3. Odběr částic bude realizován v různých částech denního cyklu a v různých částech roku, což povede ke korektnímu hodnocení problematiky emise částic emitovaných automobily v běžném rozsahu meteorologických parametrů a celoroční údržby komunikací.

• A4.3 Výpočtové modelování rozptylu částic a expozice obyvatel: Aktivity zahrnují vývoj výpočtových modelů disperze částic v okolí automobilů, kdy bude pozornost věnována věrnému zahrnutí vlivu pohybu automobilů a generování související turbulentní stopy jedoucího automobilu. Pro řešení budou využity výpočtové nástroje založené na metodě konečných objemů (tzv. CFD). Vybrány budou typové oblasti pro zpracování do podoby výpočtových modelů a pro zadané meteorologické a dopravní podmínky řešena rychlostní pole vzduchu v okolí automobilů a dopravních komunikací. Na vypočteném rychlostním poli vzduchu bude řešena disperze částic od automobilu do blízkého okolí. S využitím informací o dynamice pohybu automobilů v reálných prvcích dopravní infrastruktury budou modely emise částic (vytvořené v rámci A4.1) užity pro následnou výpočtovou identifikaci imisního zatížení v okolí dopravních komunikací. Rozšíření řešené problematiky o modely pohybu lidí v blízkém okolí dopravní komunikace umožní komplexní posouzení potenciální expozice obyvatel nevýfukovými částicemi. Dílčí kroky řešení umožní získat nové poznatky a komplexní pohled na problematiku vzniku a šíření nevýfukových částic emitovaných dopravním proudem a potenciální expozici obyvatel v okolí vybraných prvků dopravní infrastruktury.

Milníky výzkumných aktivit

• M4.1 Zbudování experimentální aparatury pro záchyt částic z brzd automobilů. 

• M4.2 Charakterizace morfologie částic z brzd automobilů.

• M4.3 Identifikace velikostní distribuce částic emitovaných z brzd automobilů.

• M4.4 Vytvoření modelu emise nevýfukových částic respektující okamžité chování vozidla. 

• M4.5. Identifikace charakteristik resuspenze částic z dat imisního monitoringu.

• M4.6 Charakterizace imisních částic odebraných v okolí dopravních komunikací.

• M 4.7 Inverzní identifikace potenciálních zdrojů imisních částic ve vztahu k dopravě. 

• M4.8 Vývoj modelu zohledňující reálné dynamické chování automobilů.

• M4.9 Výpočtová identifikace disperze částic z dopravního proudu do okolí v typových oblastech. 

• M4.10 Validace vytvořeného modelu na konkrétní městské oblasti.

• M4.11 Vývoj modelu expozice osob dopravou emitovanými částicemi.

Výsledky výzkumných aktivit

• Funkční vzorek zařízení pro odběr částic z brzd.

• Model produkce částic z brzd automobilem.

• Experimentální identifikace a charakterizace částic generovaných dopravním proudem.

• Model rozptylu částic z dopravního proudu.

• Model expozice osob dopravou emitovanými částicemi v intravilánu.

 Zaměření výzkumného záměru

Výzkumný záměr se zabývá výzkumem a vývojem algoritmů pro sesazování snímků z Lidaru a rekonstrukce scény při pohybu vozidla je jednou ze stěžejních úloh. Lze využívat sesazování snímků založené na minimalizaci vzdálenosti, dále na metodě založené na statistickém vyhodnocování okolí a metodách hledajících důležité informace v mračnech bodů (tzv. feature). Ty pak lze sesadit například pomocí algoritmu RANSAC. Tyto metody založené na tzv. feature detection jsou vstupem pro další možnosti sesazování a mohou být využity také v algoritmech SLAM. Nejnovější přístup pro autonomní řízení je založen na mapách prostředí, které obsahují přesný popis dráhy společně s informacemi z různých senzorů. Ty v současné době slouží jako podklady pro navigaci a testování autonomních dopravních jednotek.

Kamery na autonomních vozidlech jsou důležitými senzory, které slouží pro vizuální vnímání okolí. Jejich hlavním účelem je získávání obrazových dat. Tato obrazová data je možné využít pro detekci, klasifikaci a sledování objektů v okolí autonomních vozidel. Kamery jsou klíčovým prvkem pro detekci a klasifikaci široké škály objektů, jako jsou vozidla, chodci, cyklisté, dopravní značky, semafory a další překážky. Získané informace umožňují vozidlům reagovat dynamicky na okolní objekty a adaptovat svou jízdu podle aktuální situace.

Důležitou funkcí kamer je také sledování pohybu objektů v okolí autonomního vozidla. Tato schopnost sledování je klíčová pro předvídání budoucího pohybu objektů a zajišťuje bezpečnou interakci vozidla s okolním prostředím. Dále je možné využít kamery pro lokalizaci vozidel v prostředí tím, že kamery rozpoznávají obrazy budov, značek a terénu, autonomní vozidla budou schopna určit svou polohu na digitální mapě. Tato lokalizační schopnost je klíčová pro správné navigování vozidel a zajištění bezpečného a spolehlivého provozu.

Výzkumné cíle

• Algoritmy pro zpracování a využití informace ze senzorů vozidla: Návrh nových algoritmů pro sesazování snímků z mnoha senzorů vozidel (LiDAR, Radar, kamery) a rekonstrukce scény při pohybu vozidla. Výstupy jsou ve formě 3D bodů, tzv. point cloudy nebo jako 2D obrazové matice. S těmito daty je možné provádět různé analýzy a zpracovávat je.

• Systém pro plánování trasy vozidel, který umožní uživatelům specifikovat typ svého vozidla, včetně rozměrů, hmotnosti a dalších specifických parametrů: Systém bude následně vyhodnocovat trasy, které jsou pro daný typ vozidla vhodné, minimalizují rizika pro překážky a umožňují plynulou jízdu. Dále je v rámci vývoje možná integrace navrženého řešení s dostupnými zdroji dat, jako jsou GPS, meteorologické informace a další, k zahrnutí aktuálních informací například o stavu silnic, provozu nebo počasí. Systém by měl být schopen dynamicky reagovat na tyto události a navrhovat alternativní trasy.

Výzkumné aktivity

• A5.1 Zpracování obrazové informace z okolí vozidla: Zahrnuje získání dat, návrh algoritmu, testování – využití dat z Katalogu testovacích oblastí CDV).

• A5.2 Využití algoritmů strojového učení a neuronových sítí pro detekci a přesný popis okolí: Využití algoritmů s možností vyhodnocení, absolvování školení pro aplikaci pokročilých metod umělé inteligence.

• A5.3 Analýza okolí vozidla s použitím informací ze senzorů: Využití informací poskytovaných vozidly, zpracování dat, návrh vhodného algoritmu, testy na obtížných datech, např. pro křižovatky.

• A5.4 Tvorba inteligentního systému pro plánování tras: Výzkum algoritmů, které jsou schopny automaticky a dynamicky navrhovat optimální cesty pro různé typy dopravních prostředků s ohledem na jejich specifické parametry, například aktuální dopravní podmínky, povětrnostní vlivy nebo aktuální průjezdnost cest.

• A5.5 Optimalizace inteligentního systému pro plánování tras: Optimalizovat navržený systém tak, aby maximalizoval efektivitu, bezpečnost cestování a poskytoval uživatelům spolehlivý a flexibilní způsob navigace v reálném čase.

Milníky výzkumných aktivit

• M5.1 Zpracování obrazových dat a vyhodnocení výsledků

• M5.2 Zhodnocení výsledků s použitím metod umělé inteligence 

• M5.3 Příspěvek na konferencích o zpracování dat ze senzorů 

• M5.4 Vizualizace okolí vozidla – zhodnocení algoritmů

• M5.5 Publikace článku týkající se mapování 3D okolí vozidla 

• M5.6 Příspěvek na konferencích o zpracování dat ze senzorů 

• M5.7 Publikace v časopisech Q1

• M5.8 Sběr datových podkladů a návrh algoritmu

• M5.9 Prezentace na konferenci, semináře, event. publikace M5.10 Optimalizace algoritmů a testování navržených metod M5.11 Publikace výsledků z oblasti optimalizace

Výsledky výzkumných aktivit

• V rámci tohoto výzkumného záměru budou vytvořeny celkem 4x software (R)

• Bude publikováno 10 časopiseckých publikací (Jimp)

• Výsledky výzkumu budou prezentovány na čtyřech konferencích (D)