ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V PRAZE FAKULTA DOPRAVNÍ

ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V PRAZE FAKULTA DOPRAVNÍ Pavel Matějka VYUŽITÍ KOOPERATIVNÍCH SYSTÉMŮ KE SNÍŽENÍ SPOTŘEBY VOZIDEL Bakalářská práce 2014

Čestné prohlášení Prohlašuji, že jsem tuto písemnou studii disertační práce vypracoval samostatně, pouze za odborného vedení vedoucího práce Ing. Zdeňka Lokaje, Ph.D. Dále prohlašuji, že veškeré podklady a zdroje, ze kterých jsem čerpal, jsou uvedeny v seznamu použité literatury v souladu s Metodickým pokynem o etické přípravě vysokoškolských závěrečných prací. Nemám závažný důvod proti užívání tohoto školního díla ve smyslu 60 Zákona č.121/2000 Sb., o právu autorském, o právech souvisejících s právem autorským a o změně některých zákonů (autorský zákon). Pavel Matějka V Praze dne... podpis... 4

Poděkování Chtěl bych poděkovat všem, jejichž rady mi pomohli ke zpracování této bakalářské práce. Zvláště pak děkuji vedoucím projektu Člověk a globální komunikace, především Ing. Martinu Šrotýřovi za odborné konzultace, názory a připomínky. Také bych chtěl poděkovat svým rodičům a blízkým za projevenou podporu a trpělivost při zpracovávání této práce a po celou dobu mého studia. 5

Abstrakt Autor: Pavel Matějka Název bakalářské práce: Využití kooperativních systémů ke snížení spotřeby vozidel Škola: České vysoké učení technické v Praze, Fakulta dopravní Rok vydání: Praha 2014 Počet stran: 70 Tato bakalářská práce pojednává o kooperativních systémech a jejich uplatnění při snižování spotřeby fosilních paliv v dopravě. Zabývá se částmi, přenosovými technologiemi a aplikacemi kooperativních systémů, zejména aplikacemi cílenými na těžká nákladní vozidla, elektromobily a aplikacemi určenými pro snížení spotřeby paliv. Dále podává přehled o evropských realizovaných projektech z oblasti kooperativních systémů. Také v této práci analyzuji konstrukční parametry ovlivňující spotřebu, a jaký vliv na spotřebu vozidla má řidič a organizace dopravního proudu. Poslední část práce tvoří návrh, jak snížit spotřebu pohonných hmot pomocí aplikací kooperativních systémů. Klíčová slova: C2X, C2C, C2I, Kooperativní systémy, OBU, RSU, ITS, Spotřeba pohonných hmot 6

Abstract Author: Pavel Matějka Name of bachelor thesis: Usage of Cooperative systems for vehicle fuel consumption reduction School: Czech Technical University in Prague, Faculty of Transportation Sciences Year of Publication: Prague 2014 Pages: 70 This bachelor thesis deals with the cooperative systems and their use in reducing consumption of fossil fuels in transport. Thesis deals with the parts, transmission technologies and applications of cooperative systems, especially applications targeted for heavy goods vehicles, electric vehicles and applications designed to reduce fuel consumption. In addition in this thesis is an overview of European projects implemented in the area of cooperative systems. Also, in this work we analyze the structural parameters affecting consumption and the impact on consumption of the vehicle, caused by the driver and organization of traffic flow. The last part consists of a proposal to reduce fuel consumption by applications of cooperative systems. Key words: C2X, C2C, C2I, Cooperative systems, OBU, RSU, ITS, Fuel Consumption 7

Obsah 1. Seznam použitých zkratek... 10 2. Seznam tabulek a obrázků... 12 2.1. Seznam tabulek... 12 2.2. Seznam obrázků... 12 3. Úvod... 13 3.1. Cíl práce... 14 4. Úvod do kooperativních systémů... 15 4.1. Části kooperativních systémů... 17 4.2. Přenosové technologie... 18 4.2.1. IEEE 802.11p... 18 4.2.2. DSRC... 19 4.2.3. IEEE 802.16e... 19 4.2.4. IEEE 802.20... 19 4.2.5. Mobilní datové sítě LTE A... 20 4.3. Aplikace kooperativních systémů... 20 4.4. Projekty v oblasti kooperativních systémů... 21 4.4.1. SIM TD... 21 4.4.2. COOPERS... 24 4.4.3. Ecomove... 26 4.4.4. Drive C2X... 28 4.4.5. Compass4D... 30 4.4.6. BaSIC... 33 4.4.7. TE-VOGS... 34 4.4.8. ecall... 35 5. Telematické aplikace... 38 5.1. Aplikace pro těžká nákladní vozidla... 38 5.1.1. Mýtné systémy... 38 5.1.2. Predikce volných parkovacích míst... 39 5.1.3. Navigace pro nákladní vozidla... 41 5.2. Aplikace pro elektromobily... 42 5.2.1. Smart Highway... 42 5.2.2. Navigace pro elektromobily... 45 5.3. Aplikace určené pro snížení spotřeby vozidel... 46 5.3.1. GLOSA... 46 8

5.3.2. Učební aplikace... 47 5.3.3. Aplikace pro efektivní řízení dopravního proudu... 47 6. Parametry ovlivňující spotřebu vozidel... 49 6.1. Konstrukce vozidla... 49 6.1.1. Vývoj a výroba motorů s důrazem na efektivitu motoru... 50 6.1.2. Zvýšení efektivity převodu krouticího momentu mezi motorem a převodovým ústrojím 51 6.1.3. Snižování celkové hmotnosti vozidla... 52 6.1.4. Snižování aerodynamických odporů... 52 6.1.5. Snižování valivých odporů... 53 6.2. Řidič... 54 6.3. Řízení dopravy... 55 6.4. Vyhodnocení parametrů ovlivňujících spotřebu... 57 7. Možnosti snížení spotřeby pomocí kooperativních systémů... 59 7.1. Špatný výběr trasy... 60 7.1.1. Analýza problému... 60 7.1.2. Řešení problému... 60 7.1.3. SWOT analýza... 61 7.2. Špatné nastavení SSZ... 62 7.2.1. Analýza problému... 62 7.2.2. Řešení problému... 62 7.2.3. SWOT analýza aplikace GLOSA... 63 7.3. Kongesce... 63 7.3.1. Analýza problému... 63 7.3.2. Řešení problému... 64 7.3.3. SWOT analýza... 64 7.4. Špatné řidičské schopnosti... 65 7.4.1. Analýza problému... 65 7.4.2. Řešení problému... 65 7.4.3. SWOT analýza... 66 8. Závěr... 67 9. Použité zdroje... 69 9

1. Seznam použitých zkratek Zkratka Anglický název Český název ADSL Asymmetric Digital Subscriber Line Asymetrická digitální účastnická linka ASFINAG Die Autobahnen- und Rakouská dálniční společnost Schnellstraßen-Finanzierungs Aktiengesellschaft C2C Car to Car Komunikace auto auto C2I Car to Infrastracture Komunikace auto - infrastruktura C2X Car to X Komunikace auto - X CGW Communication Gateway Komunikační brána CO 2 Carbon Dioxide Oxid uhličitý COOPERS Cooperative Systems for Intelligent Road Safety Výzkumný projekt zaměřený na kooperativní systémy CSC COOPERS Control Centre COOPERS řídící středisko CVIS Cooperative vehicle Infrastracture systems Kooperativní systémy vozidlo - infrastruktura ČR Czech Republic Česká republika DITCM Dutch Integrated Test site for Cooperative Mobility Německá integrovaná zkušební oblast pro kooperativní systémy DSRC Dedicated Short Range Communications 10 Dedikovaná komunikace s krátkým dosahem ecall Emergency Call Automatické tísňové volání Ecomove Ecology Movement Ekologická doprava EU European Union Evropská unie FCD Floating Car Data Data od plovoucích vozidel FDD Frequency Division Duplexing Frekvenčně dělený duplex GLOSA Green Light Optimized Speed Advisory Aplikace pro optimální rychlost na signál volno GNSS Global Navigation Satellite Globální navigační satelitní systém System GPRS General Packet Radio Service Paketový radiový přenos dat GPS Global Positioning System Globální poziční systém GSM Groupe Spécial Mobile Globální systém pro mobilní komunikaci HeERO Harmonised ecall European Pilot Evropský projekt řešící ecall HMI Human-Machine Interface Rozhraní člověk - stroj IEEE Institute of Electrical and Electronics Engineers Profesní sdružení elektrických a elektronických inženýrů ITS Inteligent Transport System Inteligentní dopravní systém IZS Integrovaný záchranný systém LŘD Liniové řízení dopravy LTE Long Term Evolution Vysokorychlostní mobilní technologie pro přenos dat LTE - A Long Term Evolution Advanced Vylepšení mobilní technologie pro

přenos dat LTE MAN Metropolitan Area Network Metropolitní síť MBWA Mobile Broadband Wireless Access Bezdrátová technologie MHD Městská hromadná doprava MSD Minimální soubor dat o nehodě OBB Österreich Bundes Bahn Rakouské dráhy OBE On-Board Equipment Palubní vybavení OBU On-Board Unit Palubní jednotka OFDM Orthogonal Frequency Division Multiplexing Ortogonální multiplex s frekvenčním dělením PC Personal Computer Osobní počítač PDZ Proměnné dopravní značení RSE Road-Side Equipment Vybavení infrastrukturní komunikační jednotky RSU Road-Side Unit Infrastrukturní komunikační jednotka Sevecom Secure Vehicle Communation Zabezpečená komunikace mezi vozidly Sim TD Sichere Intelligente Mobilität Testfeld Deutschland Bezpečná inteligentní doprava zkušební oblast Německo SMS Short Message Service Služba krátkých textových zpráv SOKP Silniční okruh kolem Prahy SP Sub- project Sub projekt SSZ Světelné signalizační zařízení TCC Řídící dopravní centrum Traffic Control Centre TDD Time Division Duplexing Časově dělený duplex UMTS Universal Mobile Telecommunication System Univerzální mobilní telekomunikační systém V2I Vehicle to Infrastracture Komunikace vozidlo-infrastruktura V2V Vehicle to Vehicle Komunikace vozidlo-vozidlo V2X Vehicle to X Komunikace vozidlo - X WAVE Wireless Access in Vehicular Environment Bezdrátový přístup v prostředí vozidla Wi-Fi Wireless Fidelity Bezdrátový přenos ve sdíleném pásmu WiMAX Worldwide Interoperability for Bezdrátová technologie Microwave Access ZPI Zařízení pro provozní informace 11

2. Seznam tabulek a obrázků 2.1. Seznam tabulek Tab. 1 - Obsah MSD... 36 Tab. 2 - SWOT analýza řešení pomocí inteligentní navigace... 61 Tab. 3 - SWOT analýza řešení pomocí aplikace GLOSA... 63 Tab. 4 - SWOT analýza řešení pomocí adaptivního dopravního značení... 65 Tab. 5 - SWOT analýza řešení pomocí učební aplikace... 66 2.2. Seznam obrázků Obr. 1 - Penetrace vozidel schopných komunikace... 15 Obr. 2 - Zkušební lokace projektu SimTD... 22 Obr. 3 - architektura SimTD OBU jednotky... 23 Obr. 4 - Prvky systému COOPERS... 25 Obr. 5 - Zkušební lokace projektu COOPERS... 26 Obr. 6 - architektura systému Ecomove... 28 Obr. 7 - Zkušební lokace projektu Drive C2X... 29 Obr. 8 - Zkušební lokace projektu Compass4D... 31 Obr. 9 - Testování aplikace o pohybu vozidel IZS... 34 Obr. 10 - ukázka palubní jednotky vozidla... 35 Obr. 11 - Schéma služby ecall... 37 Obr. 12 - Mýtná brána mikrovlnného systému... 39 Obr. 13 - ukázka mobilní aplikace Parckr... 40 Obr. 14 - Zadáváni parametrů vozidla na navigaci... 41 Obr. 15 - Svítící nátěr... 42 Obr. 16 - Dynamický nátěr... 43 Obr. 17 - Pruh pro elektromobily... 43 Obr. 18 - Interaktivní osvětlení... 44 Obr. 19 - Větrné osvětlení... 44 Obr. 20 - Dynamické pruhy... 45 Obr. 21 - Navigace v elektromobilu BMW i3... 46 Obr. 22 - GLOSA... 46 Obr. 23 - Srovnání průběhu krouticích momentů elektromotoru a spalovacího motoru... 51 Obr. 24 - Příklady hodnot aerodynamického součinitele... 52 12

3. Úvod Kooperativní systémy jsou systémy založené na výměně dat mezi vozidly samotnými, vozidly a infrastrukturou a vozidly a dalšími zařízeními. Tyto systémy mj. výrazně snižují dobu, za kterou můžou být relevantní dopravní informace řidiči k dispozici (pokud vůbec dokáže některé tyto informace při dnešních technických podmínkách získat) a zvyšují kvalitu a spolehlivost těchto informací. Historie kooperativních systémů sahá až do 80. let, ale vývoj těchto systémů a aplikací na nich postavených byl limitován technickými omezeními. Prvním průkopnickým projektem, který zkoumal možnosti kooperativních systémů, byl Wolfsburger Welle projekt (1981 až 1983). Tento projekt řešil přenos informací mezi vozidlem a komunikačním uzlem umístěným u světelného signalizačního zařízení a dával řidiči informaci o době, která zbývala do signálu Volno nebo Stůj. Od tohoto projektu uplynuli již přes třicet let a v dnešní době toho kooperativní systémy zvládají mnohem více, od aplikací pro podporu bezpečnosti, zefektivnění řízení dopravního proudu, tak i z oblasti zábavy (sociální sítě, video atd.). Kooperativní systémy nejsou tedy žádná novinka a v dnešní době širokému nasazení systémů a aplikací brání jejich velká finanční náročnost a zdlouhavá standardizace a vyvíjení norem pro celosvětovou kompatibilitu. Inteligentní asistenční systémy toho zvládají opravdu mnoho, je zde tedy potenciál široké základny uživatelů, kteří budou mít o tyto systémy zájem. Hlavní motivací pro implementaci kooperativních systémů je právě zvýšení bezpečnosti na silnicích. Většina dopravních nehod se zraněnými nebo mrtvými je způsobena neukázněnými nebo nezkušenými řidiči. Mezi nejčastější příčiny nehod patří neúplné věnování se řízení (posílání SMS zpráv, ladění autorádia, telefonování atd.), nedodržení rychlosti, nedodržení bezpečné vzdálenosti za vozidlem, nedání přednosti v jízdě nebo předjíždění bez dostatečného bočního odstupu. Většině těchto příčin se dá použitím inteligentních asistenčních systémů vyhnout. Mezi další přínosy patří snížení kongescí na silniční infrastruktuře, čímž se sníží i ekonomické ztráty. Dalšími přínosy jsou: kratší a spolehlivější jízdní doby, zvýšení kapacity silniční sítě a zvýšení efektivity systému hromadné dopravy. Kooperativní systémy jsou také jednou z cest, pomocí nichž lze snížit spotřebu vozidel a emise CO 2 způsobené dopravou, což je pro dnešní stav, kdy 71 % světových emisí pochází z dopravy, nesmírně důležité. Jelikož doprava je také jedním z odvětví, které velkým dílem může za ztenčující se zásoby ropy (podle odhadů 1 odborníků vydrží zhruba dalších 50 let), je každá úspora v této oblasti vítaná. Kromě kooperativních systémů je také možné snížit 1 Odhady zásob ropy se velice liší, vzhledem k tomu, že se jedná o strategickou surovinu a její vyčerpatelné množství je tak tajná informace. Ropná firma BP uvádí ve své ročence, že ropa vydrží při současných podmínkách ještě 46 let a toto číslo se dlouhodobě nemění. 13

závislost na ropě zaváděním alternativních druhů pohonů motorových vozidel, jako např. elektromobilů. Aplikacemi pro ně určené se budu v této práci také zabývat. V současné době dochází k mohutnému rozvoji těchto systémů, především prostřednictvím mnoha evropských a světových iniciativ a aktivit, kteří tvoří hybnou sílu v oblasti vývoje, standardizace, uplatňování kooperativních systémů v dopravě a šíření povědomí o těchto systémech mezi širokou veřejnost. 3.1. Cíl práce Cílem práce je shrnutí problematiky kooperativních systémů, jejich vlastnosti a důvody proč je v budoucnosti nalezneme v téměř každém vozidle. Dalším bodem práce budou některé z velkého množství projektů z oblasti kooperativních systémů, kdo je tvořil a čím se zabývaly. Práci bude také tvořit shrnutí a analýza aplikací pro kooperativní systémy, zejména těch, které jsou určené ke snížení spotřeby vozidel, pro elektromobily a pro těžká nákladní vozidla. Poté se v práci budu zabývat důvodem zvýšené spotřeby vozidel, jak z konstrukčních tak i z ostatních hledisek a navrhnout řešení pomocí aplikací kooperativních systémů. 14

4. Úvod do kooperativních systémů Silniční doprava se od ostatních druhů dopravy liší v několika ohledech: Jedním z nich je, že na pozemní komunikaci najdeme mnoho typů dopravních prostředků, od autobusů až po jízdní kola. Dalším rozdílem je, že většinu těchto prostředků neřídí profesionálové, ale amatéři všech věkových skupin a o různých dovednostech. Podobně technický stav se u jednotlivých vozidel může značně lišit a finanční náročnost na pořízení dopravního vozidla je na rozdíl od letecké či železniční dopravy velmi malá. V silniční dopravě tak dochází k velkému počtu incidentů, které je nutné zpracovávat a řídit v reálném čase a účastníkovi dopravního provozu důležité informace, plynoucí z těchto incidentů, zasílat ve formě doporučení. K šíření informací jsou určeny tři základní druhy bezdrátové komunikace [1] [3] [21]: Vozidlo Vozidlo Komunikace Vozidlo Vozidlo (anglicky Car to Car C2C 2 ) dovoluje vozidlům komunikovat přímo mezi sebou. Tento způsob komunikace je vhodný zejména pro bezpečnostní aplikace, kdy rozhoduje každá vteřina. Dále se uplatní v místech, kde není žádný přístupový bod k dispozici (z důvodů, že tam fyzicky chybí, je nefunkční nebo je zahlcen velkým množstvím informací). Komunikace C2C je decentralizovaná, není tedy závislá na páteřní síti. Aby byl tento typ komunikace v praxi uplatnitelný a úspěšný, je důležité, aby byl dostatek vozidel vybavený OBU jednotkami, tedy aby byl trh dostatečně penetrován. Jako minimální bezpečnostní hranice se uvádí míra penetrace 10 %. Obr. 1 - Penetrace vozidel schopných komunikace [2] 2 V některé literatuře se používá místo C2C výraz V2V (Vehicle to Vehicle) 15

Vozidlo Infrastruktura Komunikace Vozidlo Infrastruktura (anglicky Car to Infrastructure - C2I 3 ) spolu propojuje vozidlo s přístupovými uzly umístěnými podél pozemních komunikací a zprostředkovává tak připojení na páteřní síť, na kterou jsou připojeny všechny komunikační uzly a dovoluje tak napojení na ethernetovou síť. Tato komunikace se primárně používá na efektivní řízení dopravního proudu, typicky na varování o koloně před řidičem, varování o dopravní nehodě před námi nebo o počasí na vozovce atd. Největší omezení komunikace C2I spočívá v nákladném budování infrastruktury podél silnice. Vozidlo X Komunikace Vozidlo X (anglicky Car to X, C2X 4 ), kde X je jiný typ komunikačního zařízení, než je vozidlo nebo komunikační prvek u infrastruktury, propojuje vozidlo např. s mobilními telefony nebo tablety. Je tak velký potenciál v oblasti zábavy, ale také bezpečnosti, vzhledem k tomu, že většina chodců je vybavena mobilními telefony, dokáže vozidlo zjistit polohu tohoto zařízení a varovat tak řidiče před případnými nebezpečími, např. když chodec přechází v místě, kde má řidič vozidla omezený výhled. Nicméně je tento druh komunikace oproti ostatním dvěma nejméně vyzkoušený a probádaný. Pomocí těchto druhů komunikací se přenáší dva druhy zpráv [1]: Jednorázová zpráva Informuje řidiče o událostech vyvolaných nebezpečnou situací, jako např. kritické brzdění vozidla před řidičem nebo varování před překážkou na silnici. Jedná se tedy o lokální nebezpečí detekované vozidly, využívající k informování především komunikaci C2C. Opakující se zpráva Tento typ zprávy informuje řidiče o méně dynamických událostech, odehrávající se před ním. Typickým příkladem může být vznikající kolona nebo omezení na silnici z důvodu rekonstrukce vozovky. K šíření tohoto typu zpráv se využívá ve většině případů komunikace C2I. 3 V některé literatuře se používá místo C2I výraz V2I (Vehicle to Infrastructure) 4 V některé literatuře se používá místo C2X výraz V2X (Vehicle to X) 16

4.1. Části kooperativních systémů Každý kooperativní systém se skládá minimálně z 3 základních částí, které musí být ke správnému fungování systému mezi sebou komunikovat. Jedná se o [21]: Řídící a kontrolní dopravní centrum Dopravní centrum má v kooperativních systémech důležitou úlohu, musí shromažďovat, třídit, zpracovávat a rozesílat ohromné množství dat. Data shromažďuje pomocí vozidel vybavených OBU jednotkami, dopravních senzorů, komunikačních uzlů u infrastruktury nebo také pomocí meteorologických stanic. Na základě těchto dat centrum řídí a kontroluje dopravu v oblasti, jež byla centru přidělena. Všechny data vyhodnotí a informace z nich plynoucí posílá ve formě doporučení jednotlivým účastníkům dopravního provozu pomocí telekomunikačních sítí, ke kterým jsou připojeny komunikační uzly podél infrastruktury. OBU OBU (On Board Unit palubní jednotka) je komunikační zařízení umístěné ve vozidle. Má za úkol získávat data z interních senzorů ve vozidle, zpracovávat je, rozesílat je dalším vozidlům v okolí a uzlům umístěným podél komunikace. Obdobně musí data z ostatních vozidel také přijímat. Je zřejmé, že kdyby se data rozesílali úplně všem vozidlům v okolí, došlo by snadno k zahlcení těchto jednotek a také by zbytečně jednotky musely zpracovávat data, které pro ně nemusí být relevantní. V této oblasti probíhají testy, aby se ověřilo, jaký způsob filtrování (jakým vozidlům data zasílat) bude nejúčinnější. Dalším úkolem je dávat řidiči k dispozici relevantní informace pomocí HMI 5. RSE (RSU) RSE (Road Side Equipment) jsou prvky kooperativních systémů umístěné podél pozemních komunikací, kdežto RSU (Road Side Unit) jsou samotné komunikační zařízení. Účelem těchto komunikačních uzlů je bezdrátové zasílání dat OBU jednotkám ve vozidlech, dalším komunikačním uzlům připojeným na páteřní a ethernetovou síť, pomocí které dokáží komunikovat s okolním světem. RSE je tedy třeba vybavit RSU, aby bylo schopné komunikace. Pro správnou a úplnou funkčnost systému je potřeba dostatečné pokrytí silniční sítě těmito komunikačními jednotkami. 5 HMI Human-Machine interface rozhraní mezi člověkem a strojem. 17

4.2. Přenosové technologie Obecně se telekomunikační sítě, které mají poskytovat různé typy služeb, skládají ze tří základních částí: Zařízení síťových uzlů slouží k poskytování služeb, jedná se o informační zdroje (servery) a spojovací zařízení (router, switch, ústředna) Páteřní síť slouží k přenosu dat mezi komunikačními uzly a telekomunikačními sítěmi Přístupová síť slouží k přenosu dat mezi účastníky a komunikačními uzly Páteřní síť je tvořena spojnicemi a uzly, spojnice tvoří fyzické přenosové cesty v dnešní době realizované především optickými kabely. S využitím páteřního systému WDM 6 nabízí tak přenosovou kapacitu až desítky Tb/s. Přístupová síť zajišťuje účastníkovi připojení do telekomunikační sítě, v případě kooperativních systému se tak musí jednat o bezdrátovou síť schopné zajistit spojení uživatele za pohybu.[4] Na přenosové technologie určené pro kooperativní systémy jsou kladeny velké nároky, zejména z důvodu, že jedním z jejich primárních úkolů je zabránit nebezpečí ohrožující člověka. Mezi požadavky na přenosové technologie tedy patří zpoždění, přenosová rychlost, dostatečné pokrytí, přesnost, spolehlivost, dostupnost a integrita. Tyto požadavky, včetně požadavku na mobilitu, splňují následující bezdrátové standardy. V současné době není v provozu technologie, která by byla vhodná pro všechny aplikace kooperativních systému, proto se pro různé aplikace využívá jiné komunikační technologie [16]. 4.2.1. IEEE 802.11p IEEE 802.11p je standard z rodiny IEEE 802.11. Standardy 802.11 patří k nejrozšířenějším bezdrátovým technologiím přístupových sítí na trhu. Takovému rozšíření vděčí faktu, že je provozována v bezlicenčním pásmu pouze na základě veřejného oprávnění. Stinnou stránkou tohoto rozšíření je, že bezlicenční pásmo je přeplněné a nelze na něm tak garantovat kvalitu služby, proto standard 802.11p pracuje v licencovaném pásmu 5,9 GHz. IEEE 802.11p je určený pro mobilní zařízení (WAVE Wireless Access in Vehicular Environment). Norma rozšiřuje standardy IEEE 802.11 o podporu pro mobilní telematické aplikace. Pracovní skupina pracující na tomto standardu započala svoji činnost v roce 2004 a ukončila ji v roce 2010. V roce 2010 byl tento standard také schválen jako základ technologie DRSC. V současné době je to nejpoužívanější technologie pro projekty z oblasti kooperativních systémů. Šířka kanálu je 10 MHz oproti typickým 20 MHz pro technologie Wi- 6 WDM (Wavelength Division Multiplex) vlnový multiplex 18

Fi a také tento standard používá multiplexovou metodu OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing), stejně jako třeba IEEE 8022.16 nebo ADSL Mobilitu garantuje až do rychlosti 200 km/h a dosah se pohybuje v řádu jednotek kilometrů. [6] [34] 4.2.2. DSRC DSRC je mikrovlnná technologie speciálně vyvinutá pro využití v dopravě. Pracuje ve dvou pásmech 5,8 GHz (Evropa a Japonsko) a 5,9 GHz (Severní Amerika), obě pásma mají svojí sadu standardů a protokolů, zařízení pracující v jednom pásmu tak není kompatibilní se zařízením pro druhé pásmo. V Evropě (kromě Německa a Slovenska) DSRC najdeme aplikované v mýtných branách, první elektronický mýtný systém na této technologii byl spuštěn v Rakousku v roce 2004 Tato technologie je poměrně stará, její standardizace začala v roce 1992 a skončila v roce 1997 v Severní Americe a 1999 v Evropě. Výhodou DSRC je její nízké zpoždění, odolnost vůči klimatickým podmínkám a vysoká mobilita (udávána do 250 km/h). Maximální teoretická přenosová rychlost 27 Mb/s (5,9 GHz) resp. 20,48 Mb/s (5,8 GHz) je pro využití v kooperativních systémech dostačující. [7] 4.2.3. IEEE 802.16e IEEE 802.16e patří mezi standardy 802.16, označovanými jako WiMax (Worldwide Interoperability for Microwave Access). Počátky IEEE 802.16 sahají do roku 1999, kdy byla založena pracovní skupina, která měla za cíl vytvořit standard pro levný a jednoduše rozšířitelný bezdrátový přístup k internetu pro MAN (Metropolitan Area Network metropolitní síť). První verze standardu byla vydána v roce 2001 (802.16). Standard 802.16e pracuje v pásmu 2 6 GHz a poskytuje přenosovou rychlost až 15 Mb/s, přičemž umožňuje bezproblémové připojení až do rychlosti 150 km/h. Teoretický dosah je až 50 km v terénu a 10 km v městské zástavbě. 802.16e umožňuje používat dvě duplexní schémata FDD (Frequency Division Duplexing) a TDD (Time Division Duplexing), přičemž v ČR ještě nebylo Českým telekomunikačním úřadem TDD schváleno, nesmí se tedy u nás zatím používat. [6] 4.2.4. IEEE 802.20 Standard 802.20, neboli MBWA (Mobile Broadband Wireless Access), byl vyvinut jako bezdrátové širokopásmové rozhraní pro mobilní zařízení. Tvořen byl od roku 2002 do 2008, v současnosti ale není dále vyvíjen. Může poskytovat připojení až do rychlosti vozidla 250 km/h s asynchronní rychlostí přenosu (rozdílná rychlost uploadu a downloadu). Pracuje v licencovaném pásmu 3,5 GHz a může používat kanály o šířce 5 MHz, 10 MHz nebo 20 MHz. Obdobně jako standardy 802.16 i IEEE 802.20 umožňuje použití dvou duplexních schémat, FDD a TDD. [21] 19

4.2.5. Mobilní datové sítě LTE A Jako zástupce mobilních datových sítí jsem vybral nejnovější technologii v této oblasti, LTE- A (Long Term Evolution - Advanced). LTE A navazuje na předešlou technologii LTE, která byla vyvíjena od roku 2004 a prvního komerčního nasazení se dočkala v roce 2009, a která byla ještě sítí 3. generace. Vývoj LTE A ještě stále nebyl ukončen, nicméně první testy proběhly již v roce 2010. Jako síť 4. Generace musí splňovat podmínku přenosové rychlosti, konkrétně 1 Gb/s pro stacionární zařízení a 100 Mb/s pro mobilní zařízení. LTE A je schopna bezproblémově poskytovat připojení zařízením až do rychlosti 350 km/h. LTE A stejně jako LTE využívá OFDM multiplex. Velkou výhodou LTE A a dalších mobilních sítí je v tom, že výstavbu infrastruktury zajišťují telekomunikační společnosti na své náklady z poplatků od uživatelů. Další výhodou je jejich popularita mezi obyvatelstvem a velké pokrytí území. [6] 4.3. Aplikace kooperativních systémů Aplikací pro kooperativní systémy je velké množství, v této kapitole bych se chtěl věnovat aplikacím jen obecně. V dalších kapitolách se podrobně seznámíme s aplikacemi pro elektromobily, těžká nákladní vozidla a aplikacemi určenými pro snižování spotřeby vozidel. Podle funkce lze rozdělit aplikace kooperativních systému rozdělit do 6 kategorií. Konkrétně [21]: Bezpečnostní aplikace Aplikace z této oblasti jsou v současné době nejvíce testovány a zkoumány. Jejich účelem je varovat řidiče v krizových situacích a zabránit tak dopravním nehodám nebo alespoň snížit jejich následky. Mezi takovéto aplikace se řadí například elektronické brzdová světla, varování před překážkou na silnici, asistent při předjíždění, asistent jízdy na křižovatce nebo varování o nebezpečné rychlosti v zatáčce. Aplikace pro řízení dopravy Aplikace určené pro řízení dopravy mají za úkol zvýšit efektivitu řízení dopravního proudu a zabránit tak zdržení na cestě v podobě kongescí nebo zbytečnému čekání na křižovatkách vybavených SSZ. Příkladem těchto aplikací může být dynamické přidělování jízdních pruhů nebo navigace na základě dopravních informací 20

Ekologické aplikace Aplikacím zaměřením na ekologii se budu podrobněji věnovat v dalších kapitolách. Aplikace pro logistiku nákladní dopravy Aplikacím určením pro nákladní vozidla se budu podrobněji věnovat v dalších kapitolách. Servisní aplikace Jedná se o aplikace určené ke zkvalitnění údržby vozidla, využívají k tomu připojení k servisnímu středisku a informace z interních senzorů ve vozidle. Takové typické aplikace jsou například vzdálená kalibrace nebo hlídání servisních intervalů. Aplikace pro zábavu Tyto aplikace slouží ke zvětšení pohodlí posádky vozidla. Využívají přístup k internetové síti a mohou tak uživatelům nabídnout například propojení se sociálními sítěmi, stahování audio a video souborů nebo video hovory. 4.4. Projekty v oblasti kooperativních systémů V Evropě bylo již realizováno několik projektů věnující se především C2X a C2I komunikaci. V této kapitole se věnuji jen pár projektům, které se v Evropě a České republice událi. Vybral jsem projekty, které dle mého názoru, patří ke stěžejním, a které se nejvíc zasadily o pokrok v této oblasti, ať už v evropském nebo českém kontextu. Mezi další projekty, o kterých se nezmiňuji, ale také se podílejí na vývoji, patří například PReVENT, Safespot, SEVECOM, CVIS nebo ecodriver. 4.4.1. SIM TD Sim TD 7 byl společný projekt převážně německých společností, podíleli se na něm výrobci automobilů, dodavatelé automobilových komponent, telekomunikační společnosti a vědecké instituce. Hlavní úlohu v projektu hráli především automobilky Daimler, Audi a BMW a telekomunikační společnost Deutsche Telekom. Celý projekt byl financován německými ministerstvy a spolkovým státem Hesensko. Projekt započal svoji činnost v roce 2009 a ukončil ji po čtyřech letech, v červnu minulého roku. Projekt byl koncipován z 3 jednotlivých fází. První fáze měla za úkol vymezit požadavky na prvky a specifikovat funkci a architekturu jednotlivých prvků a osadit vozidla a infrastrukturu prototypy těchto systémů. Ve druhé fázi už měla být vozidla a infrastruktura vybavena hotovými produkty a mělo začít první testování, 7 Sim TD z německého Sichere Intelligente Mobilität Testfeld Deutschland. 21

zatím jenom mezi jednotlivci. Zkoušky ve velkém počtu účastníků, analýza těchto testů a vydání výsledků a doporučení bylo úkolem třetí fáze. Testování Sim TD se odehrávalo v reálném provozu v okolí Frankfurtu nad Mohanem (viz. Obr. 2), na dálnicích a silnicích všech kategorií, ale i v samotném centru města, ve kterém bylo instalováno 24 komunikačních uzlů na stožárech světelného signalizačního zařízení, což umožnilo sbírat data na osazených silnicích po 200 až 500 metrech. Obr. 2 - Zkušební lokace projektu SimTD [5] Testovací řidiči plnili specifické a předem naplánované jízdní scénáře. Zkušební centrum Sim TD bylo umístěno v dopravním centru spolkového státu Hesensko. V tomto centru se sbírala veškerá data ze systému Sim TD a byla zde slučována s ostatními daty z provozu. Na základě těchto dat centrála zasílala doporučení všem vozidlům v terénu. Tyto data použilo také centrum řízení provozu ve Frankfurtu nad Mohanem k řízení dopravního proudu pomocí světelného signalizačního zařízení a proměnlivého dopravního značení. Vědci očekávali, že během sběru, zpracování a ověřování se jim nahromadí 60 TB dat. Hlavním cílem projektu bylo zvýšit bezpečnost na pozemních komunikacích a zvýšit efektivitu existujících dopravních systémů pomocí komunikace mezi vozidly a mezi vozidlem a infrastrukturou. Toho chtěli dosáhnout vlastním vývojem a testováním OBU jednotky (viz. Obr. 3), komunikačních uzlů a bezpečnostních aplikací. 22

Obr. 3 - architektura SimTD OBU jednotky [5] Pro potřeby testování bylo podél pozemních komunikací v okolí Frankfurtu nad Mohanem vystavěno více než 100 komunikačních uzlů. Testování se účastnilo na 120 vozidel, které najeli v 41 000 hodinách reálného provozu 1 650 000 kilometrů. Díky těmto číslům byl projekt Sim TD zatím největší, který se v Evropě odehrál. Celkem se zkoušek zúčastnilo 500 řidičů ve věku 23 až 65 let. Testy projektu Sim TD ukázaly, že tato technologie skutečně vede ke zvýšení bezpečnosti na pozemních komunikacích a ke zvýšení efektivity. Díky výsledkům z projektu vědci odhadli, že počet nehod se zraněním osob lze v Německu snížit z 288 297 v roce 2010 na necelých 200 000 v roce 2035. Také odhadli, že díky bezpečnostním aplikacím (hlídání dopravní značky, varování při brzděni vozidla před sebou atd.) by ušetřili celkově 6 411 miliónů Euro do roku 2035. Podobně by ušetřily díky aplikacím zvyšující efektivitu (dynamická navigace, časování dopravních signálů atd.) zhruba 4 900 miliónů Euro. [5] 23

4.4.2. COOPERS Projekt COOPERS 8 probíhal v letech 2006 až 2010. Projekt byl spolufinancován Evropskou Unií (9,8 miliard Euro) a účastnilo se ho na 40 dalších subjektů (např. BMW, Ascom, Swarco a Efkon), kteří dali dohromady rozpočet 16,8 miliard Euro. Cílem projektu bylo vyvinout dopravní kooperativní systém, spojující vozidla a infrastrukturu přes bezdrátovou síť a tento systém otestovat v provozu. V tomto systému mělo docházet k výměně dat a informací o okolí vozidla. Tento systém tak měl přispět ke zvýšení bezpečnosti na silnicích a efektivnější řízení dopravy. Vyvinutý systém se skládá z několika subsystémů (viz. Obr. 4): TCC Traffic Control Centre: Má za úkol řídit a kontrolovat dopravu. Zasílá dopravní informace cestujícím a poskytuje dopravní data přes síť do COOPERS Service Center. CSC COOPERS Service Center: Přijímá a dekóduje dopravní data z Traffic Control Centre, poskytuje COOPERS službu a rozesílá zprávy pomocí bezdrátových technologií RSU Road Side Unit: Přijímá a vysílá dopravní data do Traffic Control Centre a účastníkům dopravního provozu OBE on-board equipment set o In-vehicle HMI: Zobrazuje COOPERS služby o CGW communication Gateway: Přenáší zprávy a odesílá Floating Car Data (FCD) do Traffic Control Centre o Automotive PC: Řídí HMI a přijímá a dekóduje COOPERS služby 8 COOPERS - Cooperative Systems for Intelligent Road Safety. 24

Obr. 4 - Prvky systému COOPERS [9] Systém byl testován v roce 2010 (od ledna do června) na těžce zatížených komunikacích v západní Evropě (viz. Obr. 5), které byly vybaveny COOPERS systémy. Testy byly rozděleny do několika sekcí, ve kterých probíhaly zkoušky jiných částí systému. Test 1: Probíhal na silnicích v Německu, Rakousku a Itálii, proto zde také byly tři různí operátoři (Rakousko ASFINAG, Itálie Autostrada del Brennero, Německo - OBB). Zde se testovalo zvýšení bezpečnosti dopravy pomocí COOPERS a koncept zasílání dopravních informací. Kromě těchto dvou hlavních cílů v této lokaci zkoušeli také handover mezi operátory a přijatelnost systému z pohledu uživatelů. Test 2: Zde se zaměřily nejenom na efektivitu řízení dopravy, ale i efektivitu řídících systému uvnitř vozidla. Testování probíhalo v Nizozemí a Belgii. 25

Test 3: Při tomto testu ověřovaly funkčnost systému v městském prostředí. Zkoušky probíhaly v Berlíně. Test 4: V tomto testu testovaly COOPERS služby, jejich efektivitu, vliv na bezpečnost a přijatelnost ze strany uživatelů. Tyto testy probíhaly na území Francie. Obr. 5 - Zkušební lokace projektu COOPERS [9] Testy proběhly úspěšně a prokázaly zvýšení bezpečnosti a efektivity řízení provozu ale i přijatelnost systému uživateli. [9] 4.4.3. Ecomove Projekt byl realizován v letech 2010 až 2013 a podobně jako předchozí projekt byl spolufinancován z peněz Evropské Unie. Na projektu se podílelo mnoho subjektů z různých oborů (např. TomTom, Volvo, Continental, Bosch nebo BMW), kteří pracovali s celkovým rozpočtem 22,5 miliónů Euro (EU se podílela částkou 13,7 miliónů Euro). Ecomove na rozdíl od většiny projektů neřeší bezpečnost silniční dopravy, ale jeho cílem je pomocí C2X komunikace a zelených aplikací snížit spotřebu paliv. Projekt byl rozdělen do několika subprojektů (SP), které na sebe navazovali a řešili jednotlivé problémy. SP1 Plánování a koordinace účastníků. 26

SP2 Výzkum a vývoj klíčových technologií, které budou tvořit páteř systému a technická koordinace mezi subjekty. SP3 Vývoj aplikací pro podporu ekologické jízdy pro automobily. SP4 Vývoj aplikací pro podporu ekologické jízdy pro nákladní vozidla a pro logistiku nákladní dopravy SP5 Vývoj aplikací pro ekologické řízení a kontrolu dopravního proudu. SP6 Testování a posouzení vlivu Ecomove služeb na chování řidiče, efektivitu řízení dopravního proudu a na životní prostředí a také prozkoumání nákladů a výhod plynoucích z nasazení systému. V subprojektu 2 se výzkum zaměřil na technologie, které budou pro provoz systému (Obr. 6) nezbytné. Patří mezi ně: Vozidlo-Vozidlo a Vozidlo-Infrastruktura komunikační platformy, založené na výsledcích předchozích výzkumů. Zprávy, protokoly a rozhraní pro výměnu informací mezi kooperujícími entitami: floating car data, obsahující informace o poloze a spotřebě pohonných hmot vozidla jsou posílány ostatním vozidlům a do Traffic Control Centre. Digitální mapa, která je vybavena statickými i dynamickými atributy, jako sklon vozovky, spotřeba paliva a rychlost vozidel na konkrétních úsecích, dopravními daty a informacemi o ostatních vozidel. Kooperativní horizont, který poskytuje řidiči náhled, jaké podmínky panují na cestě před ním. Tyto informace jsou sesbírány z digitálních map, Traffic Control centre a ostatních vozidel. Situační model zahrnující chování řidiče a dynamiku okolního dopravního proudu. Tento model slouží k výpočtu optimální dopravní strategie a předvídání a jak se dopravní situace změní v závislosti na chování všech řidičů, kteří se nacházejí v okolí. Testování se účastnily muži i ženy ve věku od 20 do 69 let. Většinou se jednalo o profesionální řidiče, ale testovali i dobrovolníci, kteří se řízením vozidel neživí. Výsledky ukázaly, že pomocí tohoto systému lze snížit objem CO 2 vznikající vozidly (osobními i nákladními automobily) až o 25 %. Větší potenciál tohoto systému se ukázal být na městských silnicích, než mimoměstských, hlavně díky častější povinnosti zastavení 27

(dopravní značky, světelná signalizační zařízení). Řidiči vybaveni systémem jeli úsporněji a s menším počtem zastavení, než řidič, kteří systémem vybaveni nebyli, ale k cíli se dostali o něco pomaleji, hlavně kvůli pomalejší akceleraci a dřívějšímu řazení převodového stupně. Projekt neukázal, že by navržený systém měl nějaký negativní vliv na bezpečnost, naopak řidiči více dodržovali bezpečnou vzdálenost mezi vozidly a méně překračovali povolenou rychlost. Přijatelnost uživatelů byla též na vysoké úrovni, uživatelé považovali systém za užitečný a efektivní. Většina z nich by ráda podobný úsporný systém používala častěji. Přesto by většina uživatelů nezaplatila za systém více, než pomocí něho ušetří. [10] Obr. 6 - architektura systému Ecomove [10] 4.4.4. Drive C2X Projekt započal svoji činnost v lednu 2011 a trval 42 měsíců, do letošního června. Vznikal, jako většina evropských projektů, za podpory EU, konkrétně příspěvkem 12,4 miliónů Euro. Tím s partnery přispěla k celkové částce 18,6 miliónů Euro. Celkem na projektu spolupracovalo 34 institucí (např, Audi, BMW, Daimler, Ford, Volvo, Nokian). Drive C2X navazuje na předchozí projekty v této oblasti (COOPERS, PRE-Drive C2X, PReVENT nebo SAFESPOT). Cíl projektu je rozvinout v Evropě kooperativní systémy tím, že rozšíří povědomí o těchto systémech mezi širokou veřejnost a poskytnout standardizačním institucím zpětnou vazbu. Dosáhnout toho chtějí několika testy napříč Evropou (Obr. 7). [11] 28

Obr. 7 - Zkušební lokace projektu Drive C2X [11] Tampere, Finsko Zde se provádějí testy jen v malém měřítku (4 účastníci) na veřejných silnicích, jakož i na tratích pro veřejnost nepřístupných (např. trať pro testování pneumatik Nokian). Tampere bylo vybráno díky subarktickým klimatickým podmínkám, které zde panují. Je tak ideální lokace na testování aplikací spojených s počasím. Gothenburg, Švédsko V Gothenburgu se testuje už ve větším počtu uživatelů (20). Obdobně jako ve Finsku se zde zkouší na veřejných i neveřejných komunikacích (testovací trať Volvo). Gothenburg je druhé největší město Švédska, nachází se zde tak na 100 křižovatek vybavených SSZ. Na těchto komunikacích se zkouší funkce spojené s dopravou ve městě (časování SSZ, varování na dopravní kongesci, varování porouchaného vozidla). Helmond, Nizozemsko Testovací oblast v Nizozemí zahrnuje několik křižovatek vybavených SSZ a dálnici plně pokrytou 802.11p a kamerovým systémem. Toho se využívá při prvotním testování aplikací, ještě předtím, než se nasadí do ostatních 6 testovacích lokací. 29

Frankfurt, Německo Německá testovací lokace se nachází ve Frankfurtu nad Mohanem, důležitým dopravním uzlem. Tato lokace je charakteristická vysokým dopravním zatížením, což umožňuje experimentovat s bezpečnostními a řídícími funkcemi v reálných každodenních podmínkách. Proběhl zde také největší test v rámci DRIVE C2X s více než 100 testovacími vozidly. Lokace byla původně vybudována pro účely projektu Sim TD. Yvelines, Francie Testovací oblast ve Francii se nachází na několika místech departementu Yvelines, především v okolí Versailles. Oblast je budována v rámci francouzského projektu SCORE@F. Zprvu byl projekt budován kolem trati Versailles - Satory, poté se rozšířil i do přilehlých oblastí. Tato oblast je ideální ke zkoušení všech typů scénářů, jak bezpečnostních, tak i i oblasti efektivity a pohodlí. Brennero, Itálie Zkušební lokace se nachází na severu Itálie, poblíž města Trento. Oblast pro zkoušení DRIVE C2X je 49 km dlouhá část komunikace mezi městy Trento a Rovereto. Všechny testy se provádějí na veřejných komunikacích. Oblast nabízí plné pokrytí GPRS/UMTS. Vigo, Španělsko Španělská testovací oblast se nachází na severozápadě Španělska, ve městě Vigo. Je to zhruba 60 km dlouhá oblast s rychlostními silnicemi a dálnicemi s vjezdy do města. Oblast byla vytvořená v rámce Španělského projektu SISCOGA. Plánuje se rozšíření oblasti pro testy v městském prostředí. 4.4.5. Compass4D Projekt Compass4D probíhá od 1. ledna 2013 a trvat by měl do 31. prosince 2015. Celkem pracuje s rozpočtem 10 miliónů Euro a podílí se na něm 33 partnerů (např. Volvo, Siemens, Swarco nebo Telecom Italia). Projekt se zaměřuje na tři služby, které zvýší bezpečnost řidičů, jízdní komfort a sníží emisi CO 2 a spotřebu paliv. Jedná se o následující služby: varování o červeném světlu na SSZ, varování o nebezpečí na vozovce (kongesce, překážky) a energetické zefektivnění křižovatek (těžká nákladní vozidla a vozidla veřejné hromadné dopravy budou mít na křižovatkách vybavených SSZ možnost nastavit si na světelném signalizačním zařízení zelenou barvu). 30

Cílem projektu je tyto tři pilotní služby nasadit do provozu v 7 městech v Evropě (Obr. 8) a nechat je v provozu po skončení projektu. Autoři chtějí tímto projektem demonstrovat pozitivní účinky kooperativních systémů, zajistit životaschopnost aplikovaných služeb a systémů, stát se referenčním modelem pro ostatní města, zvýšit obecné povědomí o těchto systémech a podpořit mezinárodní kooperaci a standardizaci. [12] Obr. 8 - Zkušební lokace projektu Compass4D [12] Konkrétně se jedná o tyto lokace: Bordeaux Francouzská zkušební lokace se nalézá v Bordeaux, na jihozápadě země a zahrnuje městské i meziměstské komunikace. Oblast je řízena a kontrolována dvěma dopravními centry: Gertrude pro městské a Alienor pro meziměstské řízení provozu. Městská část se nalézá v oblasti s hustým dopravním provozem, zejména kvůli husté zástavbě a velkým obchodním zónám. Meziměstská část pokrývá obchvat města. Celkem se zde bude účastnit testů 40 nákladních vozidel, 34 osobních vozidel a 6 vozidel integrovaného záchranného systému, dohromady 120 řidičů. Na obchvatu bylo nainstalováno 7 komunikačních uzlů a v městské části 15 těchto uzlů. Kodaň V Dánsku se testuje v centru Kodaně. Silnice, zvolená pro testy, je jedna z nejrušnějších autobusových tras, spojující dvě důležité stanice. Probíhající výstavba podzemní dráhy a vysoký počet různých dopravních prostředků vede ke tvorbě kongescí, což je pro autobusy veřejné hromadné dopravy závažný problém. Pro 31

autobusy je energetické zefektivnění křižovatek primární službou a bude implementováno na 21 křižovatkách. Testů se bude účastnit 86 autobusů, 5 těžkých nákladních vozidel a 2 elektromobily, dohromady 190 řidičů. Helmond Nizozemská zkušební lokace se nachází ve dvou městech, Helmondu a Eindhovenu a jsou součástí DITCMu (Dutch Integrated Test site for Cooperative Mobility). Zde Compass4D navázal na již uskutečněné projekty (např. Ecomove, CVIS, DriveC2X). Všchny tři služby budou v této lokaci implementovány, se záměrem provádět zde zkušební scénáře na městských i mimoměstských komunikacích. Testů se zúčastní dohromady 52 řidičů v 7 nákladních automobilech, 25 elektromobilů, 5 autobusů a 5 vozidel integrovaného záchranného systému. 17 komunikačních uzlů bude implementováno v Helmondu, 11 na dálnici A270 a 7 v Eindhovenu. Newcastle Britská zkušební lokace se nachází na východě země, v Eindhovenu, zatímco oblast samotná se nachází na západě města. Hlavní komunikace spojující sever a jih města bude vybavena 20 komunikačními uzly. Komunikace je obklopena rezidenčními a obchodními nemovitostmi. Zde budou zkoušet 2 elektromobily z Newcastle University a 12 vozů ambulance. Thessaloniki Řecká zkušební lokace je v regionu Centrální Makedonie, ve městě Thessaloniki. Ve městě byly zvoleny dvě testovací oblasti, pro každou službu jedna. V ulici Tsimiski, jedním z hlavních tahů městem (50 000 vozidel denně) se bude testovat služba energetického zefektivnění křižovatek. Služba varování o nebezpečí na vozovce se bude testovat na okruhu kolem města (100 000 vozidel denně), kde dochází často k nehodám a tím pádem ke tvoření kongescí. V každé části bude instalováno po 7 komunikačních uzlech. Testů se zúčastní 35 vozidel taxi a 7 osobních automobilů. Verona Testy se také budou odehrávat v severní Itálii, ve městě Verona. Tyto zkoušky budou výjimečné tím, že se jich budou účastnit také dobrovolníci z řad veřejnosti. Těchto dobrovolníků bude 30, dohromady s 5 automobily taxi a 5 automobily patřící radnici, se testů zúčastní 40 osobních automobilů a 10 autobusů veřejné hromadné dopravy. Na strategických místech po městě bylo rozmístěno 25 komunikačních uzlů. Ke C2X komunikaci se zde poprvé v Evropě vyzkouší LTE. 32

Vigo Zkušební oblast nacházející se ve Španělsku je ve městě Vigo, v severozápadní části země. Město má zhruba 300 000 obyvatel. Kvůli bouřlivým aktivitám způsobené diverzifikovanou ekonomikou projede centrem města denně 480 000 vozidel, včetně velkého počtu nákladních automobilů. Díky tomuto faktu a velkým růstem města se stalo plánování a řízení dopravy velkou výzvou. Město průběžně rozmisťuje dopravní infrastrukturu pro kontrolu a řízení dopravního proudu v reálném čase. Ve městě bude nainstalováno 17 komunikačních uzlů. Testů se zúčastní 10 osobních automobilů, 20 autobusů, 2 vozidla integrovaného záchranného systému, 8 vozidel taxi. Všechny tyto vozidla bude řídit 68 řidičů. 4.4.6. BaSIC Nejnovějším projektem v oblasti kooperativních systémů v České republice je projekt Zvýšení bezpečnosti silničního provozu pomocí vozidlových spolupracujících systémů zajišťující komunikaci vozidla s ostatními vozidly nebo s inteligentní dopravní infrastrukturou (BaSIC). Projekt byl financován v rámci programu Beta Technologické agentury ČR. Firma INTENS Corporation s.r.o. a České vysoké učení technické Fakulta dopravní zahájili činnost na projektu 28. 11. 2012 a ukončili ji 31. 12. 2013. Předmětem řešení tohoto projektu je analýza současného stavu, pilotní testování a zavádění kooperativních systémů v České republice a v EU. Cílem projektu je navrhnout, ověřit a vyvinout nová komplexní opatření vedoucí ke zvýšení bezpečnosti silničního provozu prostřednictvím kooperativních systémů, navrhnout technické a organizační podmínky pro zavedení inteligentních spolupracujících systémů v České republice a napomoci překonat překážky zavádění spolupracujících systémů na mezinárodní úrovni do praxe. Dále chtějí napomoci České republice při vytváření rámcových podmínek pro bezpečnostně kritické aplikace využívající propojení vozidla s dopravní infrastrukturou tak, aby se koncoví uživatelé ITS mohli na tyto aplikace spolehnout. V rámci projektu BaSIC byl realizován také pilotní test (Obr. 9) komunikace mezi vozidly a komunikace mezi vozidlem a infrastrukturou. Pro testování byl vybrán vhodný úsek na R1 (SOKP silniční okruh kolem Prahy) mezi Vestcem a Jesenicí (km 80 3,6) kde je umístěno celkem 6 portálů LŘD a 1 portál ZPI/PDZ. Na základě požadavku Ředitelství silnic a dálnic byly pro testovací účely vybrány 2 aplikace, konkrétně zobrazování aktuálních informací z proměnných dopravních značek (umístěných na portálech) na displeji ve vozidle (tj. liniové 33

řízení dopravy a proměnné dopravní značení) a informování o pohybu vozidel integrovaného záchranného systému se zapnutým výstražným zařízením na displeji ve vozidle. [13] Obr. 9 - Testování aplikace o pohybu vozidel IZS [15] 4.4.7. TE-VOGS Projekt TE-VOGS v současné době řešený společnostmi Telematix services a.s. a Techniserv s.r.o. ve spolupráci s Českým vysokým učením technickým Fakultou dopravní navazuje na předchozí projekt CaMNA, který probíhal v letech 2004 až 2006. Oba dva projekty řešili problematiku monitorování a řízení pohybu pohyblivých objektů po ploše letiště pomocí GNSS. Zadáním projektu CaMNA bylo ověřit, zda je možné s dostupnými technologickými prostředky vytvořit telematickou aplikaci, která by monitorovala pohyb vozidel po letištní ploše. Byla vytvořena architektura řešení informačního a komunikačního systému, ale vzhledem k nedostatku financí k jeho implementaci nedošlo. TE-VOGS je identifikační a komunikační systém s funkcí navigace pro letištní vozidla, sloužícího především k celkovému posílení bezpečnosti provozu letiště. Systém je určen pro pracovníky obsluhující mobilní letištní prostředky, pracovníky dohledu a pracovníkům řízení letového provozu. Jednotka je vybavena mapou letiště a umožní pracovníkům dohledu a řízení sledovat pohyb vozidel (klientských stanic) po letištní ploše. TE-VOGS umožňuje 34

sledovat ve vozidlech na navigační obrazovce aktuální vlastní polohu vozidla, ostatních vozidel, pojíždějících letadel a zároveň umožňuje přenos dat mezi vozidlem a dispečerským stanovištěm, což zkvalitňuje a zefektivňuje práci řídících letového provozu a výrazně zvyšuje bezpečnost. Tento systém je případně možné využít i pro jiné než letištní sítě. [14] [16] Obr. 10 - ukázka palubní jednotky vozidla [14] 4.4.8. ecall ecall je projekt Evropské komise, který má za úkol navrhnout, otestovat a implementovat stejnojmennou službu do vozidel na území Evropské unie. O tomto projektu se mluví již od roku 2001, původně měla být povinně implementována v nově vyrobených vozidlech v roce 2009, vzhledem k nereálnosti tohoto termínu se zavedení odložilo na rok 2015, bylo však zase odloženo na rok 2017, který již by měl být definitivní. Testování systému ecall je prováděno v rámci evropského projektu HeERO (Harmonised ecall European Pilot), jež ukončil svoji činnost 31. 12. 2013. Ve vybraných zemí EU, včetně ČR, testovací vozidla simulovala dopravní nehody pro ověřování bezchybného přenosu dat a hlasového spojení mezi vozidlem a operátorem centra. Cílem projektu je pomoci motoristům, kteří se stali účastníky dopravní nehody. Systém ecall bude poskytován na území celé Evropské unie. Systém funguje na bázi jednotného evropského tísňového volání 112. ecall se skládá ze tří základních částí a to z: OBU jednotky, center tísňového volání a telekomunikační sítě. OBU jednotka má za úkol sledovat kritické veličiny vozu a obsahuje dvě základní komponenty, GPS modul, který poskytuje 35

přesnou informaci o poloze vozu v době aktivace a tuto informaci předává druhé komponentě, GSM modulu, který má za úkol komunikovat s centrem tísňového volání. Systém může být aktivován dvěma způsoby, manuálním a automatickým. Manuální způsob bude aktivovat sám řidič při vzniku výjimečných událostí např. při zdravotních obtížích posádky vozidla nebo se stane svědkem nehody v jeho okolí. Automatická aktivace se spustí při dopravní nehodě. Při těchto aktivacích se OBU jednotka spojí s nejbližším centrem tísňového volání, naváže hovor mezi operátorem v centru a řidičem vozidla a odešle minimální soubor dat o nehodě, tzv. MSD (Tab. 1). Na základě těchto informací, které bude mít operátor k dispozici cca za 15 sekund, se rozhodne o rozsahu záchranné akce a může tak eliminovat vážné zdravotní následky zraněných účastníků nehody. Systém ovšem způsobil strach o své soukromí mezi určitými skupinami lidí, jelikož obsahuje GPS modul, GSM modul a mikrofon. Je tedy teoreticky možné, aby systém mohl být zneužit ke sledování polohy vozidla nebo k odposlechům. Ovšem technické řešení základního systému vylučuje využití ecallu pro jiné účely, než je kontaktování záchranných složek. Systém je neaktivní, dokud nedojde k jeho manuální aktivaci, nebo automatické aktivaci způsobené dopravní nehodou. Systém však může být dovybaven o motoristické asistenční nebo dohledové (pokrádežové) služby, ale pouze na základě svobodného rozhodnutí zákazníka. Podle příslušné legislativy vyplývá, že znemožnění provozu systému, nebo dokonce jeho odstranění může být postihováno. [17] Název elementu ID Message Identifier Control VIN Propulsion storage Type Timestamp Vehicle Location Vehicle Direction Recent vehicle location Number of passangers Popis Verze formátu MSD Identifikátor ecall sady Typ aktivace, důvěryhodnost polohy a typ vozidla VIN kód vozidla Typ paliva Čas ecall události Poloha vozidla zeměpisná šířka a délka Směr jízdy před nárazem Nepovinný údaj; předchozí polohy vozidla Nepovinný údaj; počet zapnutých bezpečnostních pásů Tab. 1 - Obsah MSD 36

Obr. 11 - Schéma služby ecall [17] 37

5. Telematické aplikace Jak již bylo řečeno v úvodu, telematických aplikací určených pro vozidla je velké množství. V této kapitole se budu zabývat následujícími aplikacemi: Aplikace pro těžká nákladní vozidla Aplikace pro elektromobily Aplikace pro snížení spotřeby Jedná se o aplikace využívající jak komunikaci typu Vozidlo Infrastruktura, tak v menší míře také komunikaci Vozidlo Vozidlo. Hlavním požadavkem na komunikační technologie pro tyto aplikace je, aby byly dostatečně spolehlivé, správně pracovaly i ve vysokých rychlostech a dobře procházely překážkami v komunikační cestě a tím snížily chybovost přenosu. V současné době nejsou tyto aplikace příliš rozšířené (kromě mýtných systémů) z důvodů nízké rozšířenosti elektromobilů a kvůli nízkému zájmu uživatelů o aplikace snižující spotřebu, kdy je dlouhá doba, než se náklady na pořízení vyrovnají úsporám způsobené těmito aplikacemi. Jiná situace je u společností, které se silniční dopravou zabývají (například městské dopravní podniky nebo společnosti zabývající se kamionovou přepravou), pro které má i úspora v řádu procent velkou hodnotu. [21] 5.1. Aplikace pro těžká nákladní vozidla 5.1.1. Mýtné systémy Mýtné systémy mají za úkol vybírat poplatek za použití pozemní komunikace podle několika parametrů (ujetá vzdálenost, výkon motoru, ekologické zátěže atd.). V České republice fungují mýtné systémy od roku 2007 na dálnicích a rychlostních silnicích. V roce 2010 se mýto rozšířilo i na vybrané silnice I. třídy. V současné době mají povinnost platit mýto všechny vozidla s celkovou hmotností nad 3,5 tuny. V Evropě fungují dva druhy mýtných systémů, satelitní a mikrovlnný, který je zavedený i u nás. Satelitní mýtné systémy jsou založeny na principu určování polohy vozidla pomocí družicových polohových systémů. V současnosti se využívá systém GPS, po zprovoznění se počítá s přechodem na Galileo. Tento mýtný systém využívá virtuální mýtné brány, jejichž pozice je uložena v databázi OBU jednotek. Při průjezdu vozidla zpoplatněným úsekem OBU jednotka zaregistruje tuto skutečnost a vypočítá velikost mýtného poplatku. To klade velké nároky na hardwarové i softwarové vybavení vozidlové jednotky. Užívání palubních jednotek je povinná pro všechna vozidla podléhající mýtné povinnosti (to platí pro oba dva typy mýtných systémů). 38

Mikrovlnné mýtné systémy používají ke komunikaci na krátké vzdálenosti technologii DSRC. Tato komunikace probíhá mezi OBU jednotkou, ve který jsou uložena data potřebné k určení velikosti poplatku a data sloužící k jejímu jednoznačnému určení, a fyzickou mýtnou branou. Kromě přenesení těchto dat tím dojde k jednoznačné lokalizaci vozidla vzhledem k poloze mýtné brány. Je důležité, aby mýtné brány pokrývaly všechny dopravní pruhy ve všech dopravních směrech. Při použití mikrovlnného mýtného systému se musí také vybudovat kontrolní stanice, které mají za úkol detekovat vozidla, které podléhají mýtné povinnosti, ale z různých důvodů tuto povinnost narušují. K tomu používají několika senzorů včetně kamerového systému. [18] [19] Obr. 12 - Mýtná brána mikrovlnného systému [18] 5.1.2. Predikce volných parkovacích míst Predikcí volných parkovacích míst pro nákladní vozidla se v České republice zabýval projekt Zvýšení využití parkovací kapacity na dálnicích za pomocí predikčních modelů, který v současné době pořád probíhá. Česko a další evropské státy mají nedostatek parkovacích míst pro těžká nákladní vozidla v dálniční síti, proto se hledá způsob, jak zvýšit parkovací kapacity, bez nutnosti nákladného budování dalších odstavných ploch. Cílem projektu je vytvořit systém, který bude na základě vstupních dat z mýtného systému predikovat obsazenost jednotlivých parkovacích míst tak, aby poskytoval informace pro optimalizování využití stávajících parkovacích ploch na dálniční síti a tuto informaci poskytl řidiči prostřednictvím mobilní aplikace. Dalším důvodem, proč tyto informace poskytovat řidičům, 39

je zvýšení bezpečnosti na dálnicích, kdy za 35 40 % dopravních nehod může nedostatek spánku a řidiči jsou také nuceni parkovat v místech, kdy ohrožují další účastníky dopravního provozu (např. na výjezdech a odjezdech z odstavných ploch). Tato aplikace také sníží spotřebu a emise způsobené nákladními vozidly, protože nebudou nuceni objíždět dálniční síť a hledat volné místo. Obdobné systémy pro informování řidiče o počtu volných míst již existují v několika evropských státech (např. Francie, Rakousko, Německo nebo Norsko), ale většina jich funguje na principu detekce obsazenosti parkovacích míst pomocí senzorů umístěných v odstavných plochách a zobrazování informace o počtu volných míst na proměnnou tabuli. Cestou podobnou té naší se vydali v Nizozemsku, kde funguje první mobilní aplikace tohoto typu, jménem Parckr (Obr 13). Parckr slouží k nalezení ideálního parkovacího místa v daném čase a na daném místě. Informuje řidiče o nejbližších parkovacích plochách, jejich vzdálenosti od aktuální pozice nákladního vozidla, vybavenosti, ceně pohonných hmot, aktuálním stavu obsazenosti a predikci stavu obsazenosti v době příjezdu vozidla. Pro aplikaci byl vyvinut matematický model pro predikování obsazenosti odstavných ploch, model odhaduje počet volných míst na základě následujících dat [20]: Kapacita parkovacích míst v parkovacích plochách pro nákladní vozidla Historická data z Floating Car Data (o rychlostech a pozicích nákladních vozidel) Aktuální Floating Car Data (o rychlostech a pozicích nákladních vozidel) Aktuální obsazenost na parkovacích plochách Obr. 13 - ukázka mobilní aplikace Parckr [20] 40

5.1.3. Navigace pro nákladní vozidla Inteligentní navigace pro nákladní vozidla se od obyčejných navigací určených pro řidiče osobních vozidel liší v několika ohledech. Nákladní vozidlo má velice odlišné parametry na rozdíl od osobního automobilu. Musí tedy brát v potaz následující omezení nákladního vozidla, které musí řidič zadat do systému (viz Obr. 14): Výška vozidla Šířka vozidla Délka vozidla Hmotnost vozidla Hmotnost nápravy Navigace musí tudíž obsahovat nosnost mostů, rozměry podjezdů a další informace, aby byla schopná určit pro nákladní vozidlo ideální cestu. Inteligentní navigace dále musí brát ohledy na následující skutečnosti: Obtížné projíždění ostrých zatáček Preference levých odboček z bezpečnostních důvodů Nižší rychlost nákladního vozidla Takovéto navigace, zohledňující specifikace nákladních automobilů, již v současné době jsou na trhu. Navigační systémy lze ještě vylepšit započítáním převýšení, čili zavedením z- osy. Řidiči nákladních vozidel by tak věděly, jak jimi vybraná trasa ovlivní spotřebu vozidla a hlavně, jestli dokáží vůbec nějaké převýšení vyjet, což se hodí zejména v zimním období, kdy je nutno počítat s přítomností náledí na povrchu vozovky. Navigace (mapové podklady) s tímto připočtením z-osy nejsou ještě k dispozici. [22] Obr. 14 - Zadáváni parametrů vozidla na navigaci [22] 41

5.2. Aplikace pro elektromobily 5.2.1. Smart Highway Projekt Smart Highway probíhá v Nizozemí a spolupracuje na něm umělec a inovátor Daan Roosegaarde s výzkumnou firmou Heijmans. V současné době probíhá testování na 500 m nizozemské dálnice N329. Koncept Smart Highway se zaměřuje na zvýšení bezpečnosti a efektivity dopravního provozu, úsporu energie a podporu elektromobilů. Systém Smart Highway se skládá z několika částí [23]: Svítící pruhy Jedná se o nátěr, který přes den absorbuje světelnou energii a v noci ji vyzařuje. Tento nátěr se využije na horizontální značení na komunikaci, stane se tak za zhoršených světelných podmínek lépe viditelné. Nátěr by měl vydržet vyzařovat světelnou energii až 10 hodin. Obr. 15 - Svítící nátěr [23] Dynamický nátěr Tento nátěr za běžných teplot nic nezobrazí, ale jakmile klesne teplota k bodu mrazu, zobrazí se na vozovce symboly, které varují řidiče o možné námraze na povrchu vozovky. Účastnící dopravního provozu tak vědí, kde přesně hrozí tento typ nebezpečí. 42

Obr. 16 - Dynamický nátěr [23] Pruh pro elektromobily Tato součást konceptu se specializuje na elektromobily. Pruh má být pomocí nátěru odlišný od ostatních pruhů, a obsahovat speciální vrstvu, která by pomocí indukce za jízdy dobíjela elektrovozidla, která by jela v tomto pruhu. Obr. 17 - Pruh pro elektromobily [23] Interaktivní osvětlení Interaktivní osvětlení je řízeno pomocí senzorů, které detekují přítomnost vozidlo v daném úseku pozemní komunikace a osvětlení se tak zapíná, jenom v případě 43

projíždějícího vozidla. Interaktivní osvětlení tak bude šetřit energie, oproti stavu, kdy osvětlení musí být zapnuto nepřetržitě. Obr. 18 - Interaktivní osvětlení [23] Větrné osvětlení Součást konceptu větrné osvětlení počítá s využitím větrné energie. Malé větrné elektrárny se umístí podél komunikace. Tyto větrné elektrárny se budou roztáčet vlivem větru a turbulencemi způsobenými projíždějícími vozidly, a budou tak vyrábět elektrickou energii, která bude použita k rozsvěcení lamp umístěných uvnitř větrných elektráren. Osvětlí se tak úsek komunikace přímo před vozidlem. Obr. 19 - Větrné osvětlení [23] 44

Dynamické pruhy Dynamické pruhy umožní flexibilně nastavovat vodorovné dopravní značení na vozovce. Možnost měnit dopravní značení ze souvislé čáry na přerušovanou a naopak umožňuje efektivněji řídit dopravní proud a zvyšovat tak kapacitu pozemní komunikace. Obr. 20 - Dynamické pruhy [23] 5.2.2. Navigace pro elektromobily Navigace pro elektromobily je již v současnosti pro některé elektromobily k dispozici. Průkopníkem v této oblasti je firma TomTom, která ve spolupráci s Renaultem vyvinula první navigaci tohoto druhu a montuje je do automobilů Renault Fluence Z. E od roku 2011. Takovéto navigační systémy dostávají informace o stavu nabití baterie, podle které vypočítají vzdálenost, kterou je schopen elektromobil s tímto stavem nabití ujet. Informace o vzdálenosti je poté zobrazena na displeji navigačního systému a je porovnána se vzdáleností do cílového místa kam chce řidič jet. Jestliže je vzdálenost do cílového místa větší než dojezd s aktuálním dobitím baterie, navigace určí alternativní trasu, podél které jsou dostupné dobíjecí stanice a pomocí kterých se řidič dostane do cíle. Systém je také schopen vypočítat čas dojezdu i s pauzami na dobití baterie. Inteligentní navigační systémy počítají trasu podle průměrných rychlostí naměřených na komunikacích a dokáže tak nabídnout nejrychlejší trasu a velmi přesný odhad času příjezdu. Navigace je také schopna nabídnout uživateli alternativní způsob dopravy, z důvodu že může být rychlejší (zvláště v případě 45

městského provozu) nebo z důvodu, že cílová destinace je mimo dojezdový dosah a s pauzami na dobití elektromobilu bude čas strávený na cestě větší, než při použití jiného druhu dopravy. V současnosti se podobně jako u navigací pro nákladní automobily nepřipočítává převýšení, což pořád brání ve výběru té skutečně nejméně náročné trasy [24]. Obr. 21 - Navigace v elektromobilu BMW i3 [24] 5.3. Aplikace určené pro snížení spotřeby vozidel 5.3.1. GLOSA GLOSA (z anglického Green Light Optimized Speed Advisory) je systém optimalizace rychlosti vozidla na křižovatkách vybavených světelným signalizačním zařízením. GLOSA poskytuje řidiči informaci o velikosti rychlosti, jakou má jet, aby stihl zelený signál. Pokud svítí červený signál, tak uživateli zobrazuje zbývající čas do zeleného signálu. Řidič tedy ví, kdy padne jaký signál a může tomu přizpůsobit svůj styl jízdy. Systém tak snižuje časy stání vozidel a jejich zbytečné zrychlování což v důsledku snižuje spotřebu paliva a množství emisí.[25] Obr. 22 GLOSA [25] 46

5.3.2. Učební aplikace Učební aplikace poskytují řidiči dynamické vedení v řízení vozidla a nastavení funkcí vozidla pro co nejnižší spotřebu pohonných hmot. Primárně je aplikace určena pro profesionální řidiče, ale nic nebrání jejímu využití i pro řidiče, které se řízením vozidla neživí. Aplikace využívá komunikace C2C a C2I. Systém pracuje v následujících třech módech: Před řízení vozidla Řidič si vyzkouší systém na virtuálním simulátoru, kde bude k dispozici několik dopravních simulací. Řidič se tak seznámí s aplikací a naučí se základy úsporné jízdy. Při řízení vozidla Aplikace při jízdě řidiči radí, jak snížit spotřebu paliva na základě informací, které dostává od okolního prostředí. Také řidiči poskytuje dynamické informace o tom, jakou má udržovat rychlost jízdy, kdy má na jaký převodový stupeň zařadit, jak má akcelerovat atd. Po řízení vozidla Záznamy z jízdy jsou analyzovány a odesílány do centrálního systému u zaměstnavatele (v případě profesionálních řidičů) nebo domů (obyčejných uživatelů). Řidič tak dostává zpětnou vazbu o jeho řidičských schopnostech a další tipy ke zlepšení. Aplikace má podle výsledků testování v rámci projektu Ecomove velký potenciál ke snížení spotřeby paliv a emisí, ale jen do té doby, než se řidič vrátí zpátky ke svým zažitým řidičským zvyklostem. [10] 5.3.3. Aplikace pro efektivní řízení dopravního proudu Tyto aplikace se snaží snížit spotřebu paliva vozidel efektivnějším řízením dopravního provozu. Zejména tím, že omezí počet zbytečných zastavení vozidla, zlepší koordinaci světelných signalizačních zařízení v dané oblasti a sníží čas strávený v kongesci. To bude možné s využitím kooperativních systémů, protože bude každý účastník dopravního provozu vědět o dění na okolní dopravní síti a také bude vědět, kam se chtějí ostatní řidiči dostat. Cílem aplikací zvyšující efektivitu je najít rovnováhu mezi společným zájmem operátorů optimalizovat dopravní proud na dopravní síti a individuálním zájmu uživatelů vozidel dostat se k cíli co nejrychleji s co nejmenšími náklady. Aplikace mají dvě následující části [10]: Adaptivní řízení Tato část dohlíží na dopravní poptávku a kapacitu dopravní sítě, distribucí dopravního provozu na jednotlivé pozemní komunikace řídí dopravní proud a lépe koordinuje SSZ. Zde hraje klíčovou úlohu komunikace Vozidlo Infrastruktura, 47

pomocí které získává řídící dopravní centrum informace o aktuálních spotřebách na jednotlivých komunikacích, na základě kterých řídící centrum doporučuje trasu ostatním řidičům. Součástí tohoto konceptu jsou aplikace typu adaptivní dopravní signalizace nebo zobrazování dynamických dopravních značek. Adaptivní podpora řidiče Podpora řidiče poskytuje řidiči individuální doporučení pro efektivnější řízení vozidla (např. do jakého pruhu je ideální se zařadit) v závislosti na aktuálních podmínkách na dopravní síti. 48

6. Parametry ovlivňující spotřebu vozidel Spotřebu vozidel ovlivňuje mnoho různých parametrů, od konstrukčních až po řidičovi schopnosti. Každý parametr také ovlivňuje každý druh vozidla (osobní automobil, nákladní automobil atd.) trochu jinak. V této kapitole budu tyto parametry zobecňovat na osobní vozidla. Důvody zvýšené spotřeby lze z hlediska zavinění rozdělit do tří kategorií: konstrukce vozidla, řidič a řízení dopravy. Pomocí kooperativních systémů nelze snížit spotřeba paliv u všech příčin. Kooperativní systémy tak například neovlivní, jestli často jezdíme s otevřeným bočním okénkem, jestli vozíme ve vozidle zbytečný náklad, nebo jestli máme podhuštěné pneumatiky. Dále v této kapitole se budu věnovat konkrétním příčinám a tomu, jak ovlivňují spotřebu pohonných hmot. [30] 6.1. Konstrukce vozidla Skupina příčin konstrukce vozidla obsahuje technické faktory, které řidič často nemůže ovlivnit, nebo může, ale jen v omezeném rozsahu. Řidič tak například může snížit spotřebu použitím kvalitního motorového oleje (kvalitní olej více snižuje tření uvnitř motoru a začíná mazat rychleji po nastartování než starý nebo nekvalitní olej) nebo tankováním kvalitního paliva. Kooperativní systémy nijak konstrukci automobilu neovlivňují, nelze tedy pomocí nich v této oblasti snížit spotřebu. Jedná se o následující faktory [30]: Výkon motoru Účinnost motoru Účinnost převodů Celková hmotnost automobilu Aerodynamické odpory Valivé odpory Zdokonalováním technických parametrů vozidel za účelem snížení spotřeby lze definovat do následujících oblastí konstrukce automobilů: Vývoj a výroba motorů s důrazem na efektivitu motoru Zvýšení efektivity převodu krouticího momentu mezi motorem a převodovým ústrojím Snižování celkové hmotnosti vozidla Snižování aerodynamických odporů Snižování valivých odporů 49

6.1.1. Vývoj a výroba motorů s důrazem na efektivitu motoru Jedním z významnějších způsobů snižování spotřeby pohonných hmot je zvyšování účinnosti spalovacích motorů, která se pohybuje mezi 30 a 40 % (účinnost elektromotorů je okolo 90 %). Výrobci se snaží o co nejefektivnější přeměnu energetického potenciálu obsaženého v palivu na tepelnou energii a dále na mechanickou práci. Existuje několik způsobů zvyšování účinnosti spalovacího procesu [30] [31]: Zvyšování účinnosti plnění motoru Motor pracující s chudou směsí dokáže lépe spálit palivo obsažené ve směsi. Toho lze dosáhnout například přeplňováním motoru (použití turbodmychadla) nebo zvětšování průtočných průřezů sacích a výfukových traktů a zlepšování proudění jejich vhodným tvarováním. Zlepšení karburátorů V karburátoru se uskutečňuje příprava směsi (paliva, vzduchu a oleje). Zlepšením karburátoru se myslí, aby byla v každém režimu činnosti motoru připravována ta nejoptimálnější směs. Ještě účinnějším řešením je přímé vstřikování paliva do pracovního prostoru válců, to umožňuje velmi přesné dávkování paliva v závislosti na provozních podmínkách motoru. Konstrukce motoru z nových materiálů Materiály vhodné ke konstrukci motorů jsou zejména keramické hmoty a kompozitní materiály (plasty vyztužené vlákny z jiných materiálů). V porovnání s kovy mají kompozity řadu výhod, lépe se tvarují, jsou několikrát lehčí, omezují přenos vibrací, jsou pružné a dobře izolují hluk. Keramické hmoty jsou také lehčí než kovy a vynikají vysokou pevností, odolnosti vůči vysokým teplotám a odolností vůči opotřebení. Použitím těchto materiálu se sníží hmotnost motoru a hlavně se zvýší provozní teploty motoru, což zlepší i účinnost motoru. Zlepšení zapalování Vedle složení směsi je zapalování hlavní optimalizační veličina, která ovlivňuje parametry motoru. Zlepšení se hledá v následujících parametrech zapalování: úhel předstihu zapalování, délka trvání jiskry, energie jiskry a počet opakování jiskry na jedno zapálení. Vhodné vlastnosti zapalování umožní spalování chudších směsí paliva a tím snížení spotřeby paliva. 50

6.1.2. Zvýšení efektivity převodu krouticího momentu mezi motorem a převodovým ústrojím Převodové ústrojí slouží k převodu rotačního pohybu (s jiným točivým momentem) mezi motorem a hnaným ústrojím. Vývoj osobních vozidel směrem k pohonu předních kol eliminoval hnací hřídel a diferenciál spolu se ztrátami s nimi spojenými. Pro zlepšení účinnosti převodu krouticího (točivého) momentu je zapotřebí zajistit ideální spolupráci mezi motorem a převodovkou. Zvýšením počtu převodů lze dosáhnout zvětšení efektivity mezi požadavkem na zatížení a režimem motoru. Ideálního vztahu mezi motorem a hnaným ústrojím (při všech zatížených) lze dosáhnout plynule měnitelným převodem. Jiná situace nastává u elektromotorů, u kterých je průběh krouticího momentu přímo ideální pro pohon vozidel a není tak zapotřebí převodového ústrojí, na rozdíl od spalovacích motorů, které nemají vhodný průběh ani velikost krouticího momentu pro pohon vozidel a je tak zapotřebí ho korigovat převodovým ústrojím. Elektromotor dokáže dosáhnout maximálního krouticího momentu prakticky už od nulových otáček. Převodovka se u elektromobilů používá z důvodu zvětšení účinnosti, jelikož elektromotor má nejnižší účinnost v malých otáčkách. [26] [30] Obr. 23 - Srovnání průběhu krouticích momentů elektromotoru a spalovacího motoru [26] 51

6.1.3. Snižování celkové hmotnosti vozidla Snížení hmotnosti vozidla je jedna z nejúčinnějších metod snižování spotřeby. Proto se konstruktéři snaží o co nejkompaktnější vůz a experimentuje se s použitím nových materiálů, které se už využívají v leteckém průmyslu. Snižování hmotnosti zahrnuje tzv. downsizing (zmenšování objemu motoru při zachování výkonových parametrů motoru), vývoj nových ocelových plechů pro karoserie nebo větší využití plastů. Pohon předních kol, který omezuje požadavky na přenos krouticího momentu (hnací hřídel, diferenciál, zadní nápravu) je jedním z produktů konstruktérů snažící se o redukci hmotnosti. Celkovou hmotnost vozidla může také ovlivnit řidič, tím, že nebude ve vozidle vozit zbytečnou zátěž. [30] 6.1.4. Snižování aerodynamických odporů Velikost aerodynamického odporu je charakterizována pomocí součinitele aerodynamického odporu vzduchu. Velikost tohoto součinitele nám říká, jak kvalitní je tvar vozu z hlediska obtékání jeho karoserie vzduchem. Součinitel aerodynamického odporu tělesa tvaru ideální kapky má hodnotu 0,09. Hodnota součinitele u moderních vozů 9 se pohybuje okolo 0,3. Při jízdě vozidla klade prostředí odpor proti jeho pohybu. Při nízkých rychlostech (do 50 km/h) je odporová síla relativně malá a je považována za přímo úměrnou rychlosti jízdy. Při vyšších rychlostech však odporová síla vzrůstá s druhou mocninou rychlosti. Ve vysokých rychlostech tak tvoří aerodynamický odpor největší odpor, proti kterému musíme vyvíjet pohyb, což má za následek zvýšenou spotřebu ve vysokých rychlostech. [30] [35] Obr. 24 - Příklady hodnot aerodynamického součinitele [35] 9 Osobní automobil Tatra T77 (vyráběna v letech 1934-1935) má součinitel aerodynamického odporu jen 0,21, byl tak první aerodynamický automobil na světě a z tohoto hlediska daleko předběhl svou dobu. Této hodnoty se nepřibližují ani dnešní automobily (např. Škoda Superb z roku 2005 má hodnotu součinitele 0,29) 52

Velikost aerodynamického odporu také může ovlivnit řidič tím, že bude rozumně otevírat boční okénko nebo že bude jezdit se střešním nosičem pouze v nutných případech (nebude z důvodu lenosti namontováno pořád). Odmontováním střešního nosiče lze ve vysokých rychlostech snížit spotřebu pohonných hmot až o 1,5 litru na 100 km. Negativně také působí na aerodynamiku vozu tuning (vzhledová úprava vozidla) některých uživatelů automobilů. Aerodynamický odpor je možné snížit vhodným tvarem karoserie, nebo také montáží vhodných doplňkových konstrukčních prvků. Další možností snížení jsou následující: Drsnost vnějších ploch Vhodná struktura spodní části karosérie Řešení spáru karosérie Řešení proudění vzduchu chladičem motoru 6.1.5. Snižování valivých odporů Snižování valivých odporů rovněž dokáže značně snížit spotřebu paliva. Čím více kol, tím větší valivý odpor bude. Snižování valivého odporu tak má velký význam u těžkých nákladních vozidel nebo autobusů. Musí se také brát ohled na správné nahuštění pneumatik, podhuštěná pneumatika je jednak nebezpečná, ale také negativně ovlivňuje valivý odpor. Vývoj pneumatik se v současnosti zaměřuje na: Vývoj nových směsí materiálu pro výrobu pneumatika Nové konstrukce pneumatik Při vývoji nových směsí pneumatik se musí hledat vhodný kompromis mezi bezpečností a úsporou paliva. Platí, že čím má pneumatiku nižší valivý odpor, tím má nižší spotřebu, ale také má větší brzdnou dráhu. [30] V oblasti konstrukce pneumatik se snižují valivé odpory optimálním řešením následujících faktorů: Průměr a šířka pneumatik Počet vrstev kordu Úhel kordu Vzorek běhounu 53

6.2. Řidič Také řidič zásadným vlivem ovlivňuje spotřebu pohonných hmot. Zde je situace horší, neboť řidič může mít za několik let řízení zažité velmi špatné návyky, co se úsporné jízdy týče. Těchto návyků se velice těžce zbavuje, naštěstí je toto oblast, ve které najdeme účinnou pomoc mezi kooperativními systémy (viz další kapitoly). Při testování kooperativních systémů se ukázalo, že řidič má tendenci se k těmto špatným návykům vracet, v případech kdy se s aplikací kooperativních systémů dostal ke kontaktu jen krátkodobě (v řádech týdnů). Při dlouhodobém používání aplikací se předpokládá, že řidič své staré zvyky opustí. Příčiny zvýšené spotřeby způsobené řidičem vozidla lze rozdělit do následujících oblastí [10]: Špatné volba převodového stupně Volba převodového stupně a s tím související otáčky motoru jsou pro spotřebu pohonných hmot klíčové. Nemalý počet řidičů motor zbytečně žene do vysokých otáček na nižší převodový stupeň, než je potřeba, protože na to byli zvyklý ze svých starých automobilů. Tyto starší vozidla nebyli tak výkonné a nebyli tak elektronicky vybaveni, proto pokud se nevytáčely do vysokých otáček, tak jim chyběl výkon. Řidiči si tento zvyk zachovali i po přesednutí do nových vozidel, kde již není zapotřebí. Nevhodná akcelerace a brzdění Pro ekonomický styl jízdy je důležité, aby se co možná nejvíce využívalo získané kinetické energie. Proto je v některých situacích nevhodné (např. zbytečná akcelerace před zatáčkou nebo před křižovatkou) akcelerovat, protože bude nutné ještě rychlost přizpůsobit brzděním. To samozřejmě negativně ovlivňuje spotřebu paliva. Je tedy důležité, aby řidič dokázal předvídat dopravní situace a uzpůsobil tomu svoje chování. Špatné využití vozidlových přístrojů Velký podíl na spotřebě mají také elektronické přístroje umístěné ve vozidle. Jedná se především o klimatizaci, vyhřívání sedaček, vyhřívání oken, lampy na svícení, ale i autorádio. O dodávání elektrické energie se totiž stará alternátor, který je přímo napojen na motor. Při velké spotřebě elektrické energie je tak motor více zatížen. Při vypnutí všech těchto elektronických systémů určených pro zvýšení pohodlí řidiče může spotřeba klesnout až o 20%. Je tedy důležité, aby si řidič uvědomil, jestli je nutné mít některý z těchto přístrojů zapnutý. 54

Špatný výběr trasy Další z faktorů, které ovlivňují spotřebu, je výběr trasy. Je velký rozdíl pro zatížení motoru a tím i pro spotřebu paliva, jestli jsem naplánoval svoji cestu kopcovitou nebo rovinatou krajinou. V kopcovité krajině se motor musí pohybovat ve větších otáčkách, než je tomu na rovině. Proto se v některých případech spíše vyplatí jet o několik kilometrů delší trasou, ale po rovinaté krajině, než si cestu zkrátit přes kopec. To platí zvláště v případech těžkých nákladních vozidel a elektromobilů. Pro elektromobily má také velký význam teplota na trase. Jelikož na kapacitu baterií, ve kterých je uložena elektrická energie pro elektromotor, má vliv také teplota. Záleží na druhu použité baterie, ale obecně se uvádí, že při teplotě nižší než 20 C klesá kapacita baterie zhruba o 1% s každým 1 C, s vyššími teploty naopak do určitého bodu kapacita narůstá. Při cestách na krátké vzdálenosti bude rozdíl minimální, ale při cestách na velké vzdálenosti již rozdíl bude markantnější. Je tedy nutné tyto informace řidičům dodávat, nejlépe přes kooperativní systémy. 6.3. Řízení dopravy Špatné řízení dopravy ve městech také přispívá ke zvýšené spotřebě pohonných hmot. Účelem efektivního řízení dopravy je umožnit řidiči vozidla projet městské komunikace s co nejmenším počtem zastavením a udržet vozidlo, pokud možno, v konstantní rychlosti, bez brzdění a zrychlování. Zlepšit organizaci ve městech lze následujícími možnostmi: Omezení kongescí Dopravní zácpa může být způsobena jednak chybou řidiče (dopravní nehoda), nedostatečnou kapacitou komunikací nebo špatným řízením dopravy. Špatným řízením dopravy se má hlavně na mysli špatná distribuce dopravního proudu po pozemních komunikacích ve městech. To je především způsobeno nedostatkem informací o dopravní situaci přenesených do dopravního řídícího centra. S dostatečnými informacemi by se dala dopravní situace předvídat a nemuselo by tak ke kongescím ani dojít, protože by se dopravní proud z rizikových úseků rozdělil na komunikace s ještě postačující kapacitou. Vhodné nastavení SSZ Nevhodné nastavení světelného signalizačního zařízení v oblasti zvyšuje spotřebu paliv zbytečnými zastaveními a rozjezdy vozidel. Špatné nastavení také zvyšuje riziko vzniku kongescí. SSZ nedokáže pružně reagovat na změnu dopravní situace. S pomocí kooperativních systémů lze zabezpečit komunikaci mezi vozidlem a SSZ. 55

Díky informacím získaným od vozidel by SSZ dokázal efektivněji distribuovat dopravní proud podle aktuální situace na komunikacích. [27] Liniové řízení dopravy Liniové řízení dopravy je telematický systém tvořený portály (umístěnými nad vozovkou) s proměnnými dopravními značkami. Tyto portály jsou od sebe vzdáleny 1000 m 1500 m (na D1 průměrně 1071 m, na SOKP 1200 m). Systém pomocí detektorů sleduje charakteristiky dopravního proudu (průměrná rychlost, hustota) a na jejich základě automaticky, podle aktuálního stavu, mění příkazovými nebo zákazovými značkami parametry dopravního proudu, tak aby byl co nejvíce harmonizován. Tím pádem v daném úseku projede vozidel více, plynuleji a rychleji (ale nižší rychlostí). Liniové řízení dopravy zvyšuje plynulost provozu a snižuje pravděpodobnost tvorby kolon a jejich rozsahu. Liniové řízení dopravy tedy nařizuje řidičům, jak se v daném úseku chovat, pro co nejefektivnější přepravu. [29] [32] Obr. 25 - Proměnné dopravní značky na D1 a SOKP [31] Zelená vlna Zelená vlna umožňuje synchronizaci fází SSZ, tak aby vozidlo jedoucí nejvyšší možnou povolenou rychlostí projelo všechny takhle synchronizované SSZ se zeleným signálem. Účelem zelené vlny tedy je, aby vozidla mohla projet co největším počtem křižovatek bez zastavení, přitom musí zelená vlna brát ohled na všechny účastníky dopravního provozu a zvýhodňovat hlavní dopravní směry. Tato možnost je využívána především v městském prostředí, kde se dá takhle sladit až desítky 56