Volvon turvallisuusharppaus – uusi sähköinen Volvo EX90 näkee esteet laserilla

Volvo EX90

KAUPALLINEN YHTEISTYÖ: VOLVO / Uusi Volvo EX90 esittelee täysin uudenlaista turvallisuustekniikkaa. Laserskanneri on harppaus kohti Volvon turvallisuusvisiota.

Uusi, täysin sähkökäyttöinen Volvo EX90 katumaasturi edustaa monella tapaa uudenlaista premium-autoilun standardia sisätilojen, mukavuuden ja käyttöliittymän osalta. Erityisen kiinnostava osa autosta on kuitenkin tuotu auton ulkopuolelle tuulilasin ylälaitaan, peruutuspeilin kohdalle. Muutaman sentin korkuinen kyhmy on perinteiseen automuotoiluun tottuneelle uusi tuttavuus.

Volvo on aina raivannut tietä kohti turvallisempaa autoilua. Nyt katon kyhmy kätkee sisäänsä uutuuden, joka on seuraava askel turvallisemmalla tiellä: laserskannerin.

Laser näkee läpi pimeyden ja ohi häikäisevän auringon

Laserskanneri on laite, joka lähettää laservaloa. Kun valon heijastuma kohteesta havaitaan, voidaan valon kulkuajan perusteella mitata etäisyys kohteeseen. Kun tämän lisäksi laservalon suunta on tiedossa, voidaan kohteen tarkka sijainti autoon nähden mitata.

Volvo EX90:n laserskanneri lähettää hyvin suuren määrän laserimpulsseja tiiviisti noin 120 asteen sektorilla auton etualueelle. Näin auto muodostaa tarkan kolmiulotteisen mallin edessä olevasta tiestä ja kaikesta sen päällä ja ympärillä. Laserskannerin muodostamaa mallia kutsutaan yleisesti pistepilveksi.

Volvo EX90:n laserskanneri havainnekuvassa.
Volvo EX90:n laserkannerin tuottamassa pistepilvikuvassa erottuu esimerkiksi kaistaviivat. Muita havaittuja ajoneuvoja on korostettu laatikkokuvituksella.

Laservalon yksittäisen heijastuman voimakkuus vaihtelee. Esimerkiksi musta, kuminen autonrengas heijastaa heikosti valoa, mutta Volvo EX90 tunnistaa sen silti jopa 120 metrin päästä. Jalankulkija erotetaan paljon kauempaa, 250 metrin päästä. Ja mikä parasta, tunnistus toimii yhtä hyvin päivin ja öin ja se on täysin riippumaton valaistusolosuhteista. Laserskannerit eivät häikäise toisiaan eivätkä ne häiritse ihmisiä tai muita laitteita.

Koska Volvo EX90:n käyttämän laserskannerin mittaustarkkuus, eli resoluutio, on hyvin suuri, tunnistaa laserskanneri myös pieniä ja kapeita kohteita, kuten tien kaistaviivoja. Valkoisena niiden heijastavuus on suurempi kuin tumman asfaltin. Volvo EX90:n laserskannerilla voidaan siis hahmottaa maantien muoto jokaista hidastustöyssyä myöten, kaistan sijainti ja suunta satoja metrejä auton edessä, jopa täydellisessä pimeydessä. Tämä jos mikä on hyvä lähtökohta kuljettajaa avustaville järjestelmille. Ajovalot ovat kuitenkin luonnollisesti käytössä Volvo EX90:ssä pimeän aikaan.

Pidempi aallonpituus tuo turvaa ja kasvattaa mittausetäisyyttä

Laserskanneri ei sinänsä ole uusi keksintö, sitä on käytetty erilaisissa teollisuuden automaation kohteissa ja esimerkiksi maanmittauksessa jo vuosikymmeniä. 

Auto on kuitenkin toimintaympäristönä usein teollisuuskohteita haastavampi: autossalaserskannerin on toimittava kuumimmilla helteillä ja kylmimmässä pakkasessa. Sen on siedettävä tärinää ja pölyä ja sen on myös kestettävä koko auton elinkaaren ajan. Lisäksi autossa käytettävän laserskannerin on tavallisesti nähtävä paljon kauemmas kuin teollisuuslaserin. Volvo on ratkaissut nämä haasteet uuden Volvo EX90:n myötä.

Teknisesti Volvon käyttämän laserskannerin mittausetäisyys on kiinnostava. Suotuisissa olosuhteissa laserskanneri mittaa kohteita jopa 600 metrin päästä. Näin pitkät mittausetäisyydet vaativat huomattavan tehokkaita laserlaitteita, jolloin perinteinen 905 nanometrin aallonpituudella toimiva laser saattaisi olla vaarallinen silmälle. Volvo on ratkaissut ongelman siirtymällä pidempään 1550 nanometrin aallonpituuteen, jolloin valo on ihmiselle ja eläimille vaaratonta. 

Nyt ensimmäistä kertaa sarjatuotetussa autossa käyttöön otettava pidemmän aallonpituuden laserskanneri kuvaa teknologian nopeaa kehittymistä: Esimerkiksi Suomessa VTT testasi ensimmäisiä tämän aallonpituuden prototyyppejä vasta viime vuosikymmenen lopulla. 

Sensorifuusiolla mittausvarmuutta

Volvon toinen kiinnostava ratkaisu on käyttää pulssilaseria, jatkuvan aallonmuodon (CW-LIDAR, Continuous Wave LIDAR) sijasta. Jatkuvan aallonmuodon laserskannereita tutkitaan tällä hetkellä voimakkaasti, sillä jatkuva aaltomuoto tarjoaa paitsi tietoa mitatun kohteen sijainnista ja suunnasta, myös sen liikenopeudesta suhteessa laserskanneriin. Ajoneuvon hallinnan näkökulmasta kohteen liikesuunta olisi arvokas tieto.

Volvo on kuitenkin päätynyt pulssilaseriin ennen kaikkea mittausnopeuden takia. Yksittäinen valopulssi liikahtaa laserskannerista kohteeseen ja takaisin valon nopeudella, eikä mittaustulosta varten tarvita jatkuvalle aaltomuodolle tyypillistä pidempää mittausjaksoa. Kohteen liikkumisen aiheuttamaa muutosta hejastuvan laservalon taajuudessa ei siis tarvitse mitata.

Volvo EX90 hyödyntää laserskannerin lisäksi muun muassa viittä tutkaa asennettuna auton keulalle ja nurkkiin. Modernit autotutkat ovat kehittyneitä jatkuvan aaltomuodon radioantureita, jotka mittaavat paitsi etäisyyksiä ja suuntaa kohteisiin, myös niiden liikesuuntaa ja -nopeutta. 

Tutkan keskeisin etu on sen toimintakyky huonossa säässä ja kaikissa valaistusolosuhteissa: se mittaa kohteita niin kirkkaalla kelillä kuin öisessä vesisateessakin. Tutkan luoma kuva auton ympäristöstä on kuitenkin tarkkuudeltaan selvästi laserskannerin mittaustulosta epätarkempi ja radioteknisenä laitteena tutka tunnistaa parhaiten metallisia, sähköä johtavia kohteita. Tällöin esimerkiksi jalankulkijan havainnoiminen on haastavaa. 

Yhdessä tutka, laserskanneri ja myös kamerat ja konenäkö muodostavatkin ylivoimaisen mittalaiteyhdistelmän: laserskannerimuodostaa tarkan kolmiulotteisen mallin kaikesta auton edessä olevasta ja tätä näkymää tutkalaitteet täydentävät muiden kohteiden, erityisesti autojen liikesuunnan osalta. Tutka on myös paras huonon sään anturi. Konenäkö avustaa esimerkiksi nopeusrajoitusmerkkien tunnistuksella. 

Tällaista eri antureiden yhteispeliä kutsutaan sensorifuusioksi.

Kohteen tunnistus ja luokittelu ovat osa ratkaisua

Täydellisimmästäkään mittaustuloksesta ei ole hyötyä, jos sitä ei ymmärretä tai jos sillä ei ole vaikutusta ajamiseen tai ajoneuvon toimintaan.

Tätä varten Volvo onkin kehittänyt ohjelmistoja, joita käytetään Volvo EX90:n tehokkaissa NVIDIA DRIVE Orin -tietokoneessa. Sensorifuusion muodostamasta tilannekuvasta erotetaan muut tielläliikkujat, kuten ajoneuvot ja jalankulkijat, sekä tiellä mahdollisesti olevat vaaraa aiheuttavat esineet ja esteet. Auton turvajärjestelmä toimii tämän tunnistetiedon pohjalta, tarvittaessa se esimerkiksi jarruttaa autoa. 

Kuljettajalle laserskanneri, kamerat ja tutkat ovat äänettömiä, näkymättömiä oppaita, jotka auttavat ohjaamaan autoa yhä turvallisemmin ja varmemmin. Kehittyneet anturit ovat myös turvalaitteita, jotka reagoivat salamannopeasti yllättäviin tilanteisiin ja pelastavat ihmishenkiä. Paras onnettomuus on se, jota ei koskaan tapahdu.

Volvon aiemmista merkittävistäturvallisuutta parantavista keksinnöistä keskeinen on kolmipisteturvavyö, jonka Volvo kehitti ja avasi kaikille autovalmistajille vuonna 1959. Se on tämän päivän autoilijalle itsestään selvä passiivista turvallisuutta parantava keksintö. 

Nyt laserskannerista, muista antureista ja kehittyneistä tietokoneiden ohjelmistoista on vähitellen kehittymässä aktiivisen turvallisuuden järjestelmä, jolla yhä useampi onnettomuus voidaan välttää kokonaan. Tulevaisuudessa nämä anturit ja ohjelmistot mahdollistavat yhä kehittyneempiä kuljettajaa avustavia järjestelmiä ja lopulta täysin itsestään ajavat autot. 

Näiden teknologioiden ansiosta Volvo EX90 on turvallisempi auto tänään. Se on askel kohti Volvon turvallisuusvisiota, jonka mukaan kukaan ei menehdy tai loukkaannu vakavasti uudessa Volvossa.

Tämä artikkeli on toteutettu kaupallisessa yhteistyössä Volvon kanssa.

Teksti: Tuomas Sauliala
Kuvat: Volvo ja Luminar


Kirjoittaja on sähkötekniikan, viestinnän ja markkinoinnin ammattilainen, joka on kirjoittanut sähköautoista ja niiden latausjärjestelmistä sekä ajoneuvojen ohjelmistoista vuodesta 2013 alkaen.

Leave a Reply