Autonomisen ajon tilannekatsaus:
L3-järjestelmät osoittautuneet hankaliksi – panostus L2+-tason järjestelmissä ja ylemmissä tasoissa
Osittaisen ja ehdollisen autonomisen ajon (L3) esteenä olivat pitkään lainsäädäntö ja etenkin tyyppihyväksyntään liittyvät yhteensopimattomuudet. Juridiset vaatimukset on kuitenkin saatu selätettyä täydentämällä liitteillä tiettyjä yhdenmukaisuuteen liittyviä säädöksiä, kuten ohjausjärjestelmiä koskevaa säädöstä UNECE R79. Ensimmäinen L3-autonominen järjestelmä saapui sarjatuotantoon jo lähes tarkalleen kaksi vuotta sitten.
Kertaus autonomisen ajon tasoihin
Yhdysvaltalainen SAE (Society of Automotive Engineers) luokittelee autonomisen ajon J3016-standardissaan viiteen luokkaan. Tasot ovat seuraavanlaiset:
Taso 1 (L1): Avustava järjestelmä, joka kykenee ajoneuvon pitkittäis- tai sivuttaissuuntaiseen hallintaan, kuitenkin niin, että ajoneuvon kuljettaja on aina vastuussa ajosuoritteesta ja avustavien järjestelmien oikeanlaisen toiminnan valvonnasta. Esimerkiksi kaistallapitoavustin tai adaptiivinen vakionopeuden säädin.
Taso 2 (L2): Avustava järjestelmä, joka kykenee ajoneuvon pitkittäis- ja sivuttaissuuntaiseen hallintaan – joissain tapauksissa jopa erittäin hienostuneesti ja kokonaisvaltaisestikin – mutta kuitenkin niin, että vastuu ajosuoritteesta ja avustavan järjestelmän oikeanlaisen toiminnan valvonnasta on aina kuljettajalla. Esimerkiksi kaistallapitoavustimen ja adaptiivisen vakionopeudensäätimen yhdistelmä tai muu vastaava järjestelmä.
Taso 3 (L3): Ensimmäinen taso, joka mahdollistaa kuljettajan siirtymisen matkustajan rooliin ehdollisesti, kuitenkin niin, että kuljettajalla tulee olla valmius ottaa vastuu ajosuoritteesta lyhyellä varoitusajalla. Esimerkiksi ruuhka-avustin, joka voi vapauttaa kuljettajan ajosuoritteeseen liittyvästä vastuusta ja järjestelmän oikeanlaisen toiminnan valvonnasta tietyissä hyvin kapeissa toimintaolosuhteissa.
Taso 4 (L4): Mahdollistaa täyden autonomisen ajon laajan mutta ennalta määritellyn toimialueen sisällä. Ei mahdollisesti enää rattia tai polkimia. Täysi autonomia ei välttämättä olisi mahdollinen ääriolosuhteissa, kuten yöllä tai vaikeissa sääolosuhteissa, tai ajoneuvon sijaitessa esimerkiksi tietyn karttadatan ulkopuolella. Tällöin kuljettajalla voisi olla mahdollisuus ajaa ajoneuvoa perinteisesti. Esimerkiksi ”robotaksi”.
Taso 5 (L5): Täysin autonominen ajo kaikissa olosuhteissa. Matkustajilla ei ole mahdollisuutta ajaa ajoneuvoa tai ottaa vastuuta ajosuoritteesta.
L3-tason järjestelmien toiminta
L3-tason järjestelmät ovat ruuhka-avustimia, jotka kykenevät toimintaan ainoastaan tietyissä hyvin kapeissa toimintaolosuhteissa. Vaatimuksia ovat esimerkiksi selkeä ruuhkatilanne (paljon havaittuja ajoneuvoja lähiympäristössä), moottoritie, jossa on vähintään kaksi samansuuntaista kaistaa ja erisuuntaiset kaistat on eristetty turvakaiteella, ja ajonopeus, joka saa olla suurimmillaan 60 km/h.
Näiden olosuhteiden – ja muiden järjestelmän kannalta olennaisten edellytysten – täyttyessä ajoneuvo viestii kuljettajalle, että järjestelmä voidaan kytkeä päälle. Tämän jälkeen kuljettaja voisi luovuttaa vastuun ajosuoritteesta kokonaisuudessaan ajoneuvolle ja esimerkiksi siirtyä lukemaan kirjaa tai selaamaan puhelinta. Kuljettajan tulee kuitenkin olla täydessä valmiudessa ottamaan ajoneuvo takaisin hallintaansa ainoastaan sekuntien viiveellä ajoneuvon niin ilmoittaessa. Käytännössä tämä rajoittaa laajasti autossa harjoitettavia aktiviteetteja sillä välin, kun ajoneuvo vastaa ajosuoritteesta.
Transitio ajoneuvolta ihmiselle aiheuttaa päänvaivaa
L3-järjestelmien toimintaan kohdistunut kritiikki ja järjestelmien suunnitteluun liittyvät suurimmat päänvaivat kohdistuvat tilanteeseen, jossa ajosuoritevastuu siirretään ajoneuvolta kuljettajalle. Tällainen tilanne saattaa ilmetä milloin tahansa ja lukuisista syistä, joiden ymmärtäminen voi olla kuljettajalle haastavaa. Kun kuljettajan tulisi yhtäkkisesti ottaakin vastuu ajoneuvon kuljettamisesta, ei kuljettajalla ole välttämättä mitään tietoa siitä, miksi näin on tai minkälainen liikennetilanne autoa sillä hetkellä ympäröi. Reagointi pyyntöön ottaa ajoneuvo haltuun, käsityksen muodostaminen senhetkisestä liikennetilanteesta ja reagointi potentiaaliseen poikkeustilanteeseen vie eittämättä aikansa. Tilanne on ihmiselle luontaisesti haastava ja myös autonkuljettajalle täysin uudenlainen.
Määritelmä onnistuneelle transitiolle on epämääräinen, kuten on myös se, kuinka nopeasti transition tulisi tapahtua ja miten – puhumattakaan siitä, miten edetä, mikäli onnistunutta transitiota ei syystä tai toisesta (esimerkiksi kuljettajan tajuttomuudesta tai välinpitämättömyydestä johtuen) tapahdu. Näissä tilanteissa ajoneuvo usein pysähtyisi ajokaistalleen ja kytkisi hätävilkut päälle.
L3-tason järjestelmien konsepti kokonaisuudessaan ontuu, ja todennäköisesti tästä syystä useat auto- ja järjestelmävalmistajat ovat panostaneet L2+-tason järjestelmien kehittämiseen ja L4-tasoon. Molemmissa päästään eroon ongelmallisesta ihmisen ja koneen välisestä interaktiosta sen suhteen, kuka on vastuussa.
L2+ on L2-tason järjestelmä, joka vapauttaa kuljettajan kädet
Termit L2+ tai L2 ”Hands-Off” kuvaavat J3016-tason 2 autonomista järjestelmää, jossa kuljettajan ei ole pakollista pitää käsiä ohjauspyörällä järjestelmän ollessa aktiivinen ja tiettyjen toimintaedellytysten täyttyessä.
Yleisesti L2-tasolle keskeistä on se, että kuljettaja on aina vastuussa ajosuoritteesta ja järjestelmän oikeanlaisen toiminnan valvonnasta, tarvittaessa myös interventiosta. L2+ ei tee tähän poikkeusta. Tarkemmin ottaen termi ajosuorite (J3016-standardissa ”Dynamic Driving Task”) jaetaan kahteen osaan: ajoneuvon pitkittäis- ja sivuttaissuuntaiseen hallintaan ja ajoneuvon ympäristön, liikenteen ja avustavan järjestelmän toiminnan seuraamiseen.
L2-tason järjestelmissä ensimmäisenä mainitusta osuudesta voi ainakin osittain vastata ajoneuvo, mutta jälkimmäisenä mainitusta vastuu on aina kuljettajalla. L2-tason järjestelmän tuleekin kyetä tarkkailemaan sitä, onko kuljettaja läsnä, aktiivinen ja pitääkö hän katseena tiessä. Aiemmin tämä on toteutettu tarkkailemalla sitä, pitääkö kuljettaja kiinni ohjauspyörästä. Tapa on ollut monella tapaa ongelmallinen, eikä se anna ajoneuvolle todellista kuvaa kuljettajan tilasta.
DMS – Driver Monitoring System
Osin L2-järjestelmien kehittämiseen liittyvistä syistä ja etenkin tyyppihyväksyntään liittyvän lainsäädännön muutosten vuoksi autovalmistajat ovat siirtyneet käyttämään DMS-järjestelmää, joka perustuu kuljettajan kasvoja ja etenkin silmiä tarkkailevaan sisäkameraan. Kameran ohjelmiston algoritmit mahdollistavat tarkan analyysin kuljettajan tilasta. Kuljettajan tilan valvonta kameran avulla mahdollistaa myös sen, ettei kuljettajan tarvitse enää indikoida omaa läsnäoloaan pitämällä kiinni ohjauspyörästä.
DMS-järjestelmällä on olennainen rooli myös autonomisten ja avustavien järjestelmien ulkopuolella. Sillä voidaan tarkkailla kuljettajan tilaa kaikissa ajoneuvon käyttötilanteissa ja hälyttää kuljettajaa esimerkiksi, mikäli vaikuttaa, että kuljettaja olisi nukahtamassa rattiin.
Esimerkkejä L2+-järjestelmistä
Tunnetuimpia ja hienostuneimpia L2+-järjestelmiä lienevät GM:n SuperCruise, Fordin BlueCruise ja luonnollisesti Teslan FSD / Autopilot. Kaikkiin järjestelmiin on saatavissa myös OTA-päivityksiä (Over-the-Air), joiden myötä järjestelmän toiminnallisuutta voidaan parantaa ja laajentaa huomattavastikin ajoneuvon elinkaaren aikana.
Jokainen näistä järjestelmistä on varsin hienostunut ja kykenee laajaan ajoneuvon pitkittäis- ja sivuttaissuuntaiseen hallintaan pitkään yhtäjaksoisesti, laajalla toimialueella ja moottoritienopeuksissa. Verrattuna noin kymmenen vuoden takaisiin ensimmäisiin L2-tason järjestelmiin on kehitystä tapahtunut valtavasti.
L2+-järjestelmät mahdollistavat lukuisia alitoimintoja, kuten automaattisen keskittämisen ajokaistalle, hidastamisen mutkissa, automaattisen sopeutumisen muuttuviin nopeusrajoituksiin ja automaattisen kaistanvaihdon. Järjestelmät perustuvat tuttuihin erilaisten tunnistimien, kuten kameroiden, tutkien ja LiDARien (Light Detection and Ranging), fuusioon.
Nämä järjestelmät ovat hyötyneet merkittävästi uudenlaisesta ohjausyksikkötekniikasta (kuten HPC eli High Perfomance Computer), uusista ohjelmistoarkkitehtuureista ja konsepteista (kuten SDV eli Software Defined Vehicle) ja luonnollisesti myös nopeista harppauksista tekoälyn ja koneoppimisen (AI / ML) rintamalla.
Ovatko L2+-järjestelmät turvallisia?
Olennaista L2+-järjestelmissä ovat luotettavasti toimiva DMS-järjestelmä, joka kykenee tunnistamaan muutokset kuljettajan tilassa riittävän nopeasti, sekä helposti ymmärrettävä HMI-järjestelmä (Human-Machine Interface), jonka kautta kuljettajaa voidaan t arvittaessa hälyttää ja joka viestii kuljettajalle ymmärrettävästi esimerkiksi sen, onko ajoneuvo sellaisissa olosuhteissa, joissa käsien vapauttaminen ohjauspyörästä on mahdollista.
Etenkin ajoneuvoissa, joissa yhdistyy L2+- ja L3-tason järjestelmiä, HMI:n merkitys korostuu. Tällaisissa ajoneuvoissa erilaisia tiloja on useita: tila, jossa ajovastuu on kokonaisuudessaan ajoneuvolla, sekä tila, jossa ajovastuu liikenteen seurannan osalta on kuljettajalla mutta vastuu ajoneuvon pitkittäis- ja sivuttaissuuntaisesta hallinnasta autolla ja jossa kuljettaja tilanteen mukaan voi tai ei voi vapauttaa kätensä ohjauspyörästä. Tällaisen kokonaisskenaarion oikeanlainen hahmottaminen voi olla ihmiselle hankalaa.
Lisäksi useat L2+-järjestelmät toimivat jo niin hienostuneesti ja monissa (jopa useimmissa) olosuhteissa ja tilanteissa, että se on omiaan aiheuttamaan liiallista luottamusta järjestelmään, jonka oikeanlaisen toiminnan valvonnasta kuljettaja on kuitenkin jatkuvasti vastuussa.
Se, ettei kuljettaja vastaa ajoneuvon hallinasta, vaan ainoastaan autonomisesti ajavan järjestelmän oikeanlaisen toiminnan valvonnasta – ja vielä niin, ettei fyysiseen ajosuoritteeseen tarvitse osallistua enää edes nimellisesti pitämällä käsiä ohjauspyörässä – on ihmiselle täysin uusi ja vieras rooli, jossa ihminen ei välttämättä ole luontaisesti parhaimmillaan.
L4-tason ajoneuvojen sarjatuotantoon liittyy yhä useita ongelmia
Laajasti autonomisten L4-tason ajoneuvojen toteuttamiseen vaadittava tekniikka on jo täysin olemassa, mutta laajempaa sarjatuotantoa tieliikenteeseen jarruttavat edelleen samat kipukohdat.
Vaadittava tekniikka – etenkin prosessointiin liittyvä – on yhä liian kallista sarjatuotantoon. Lisäksi vastatuulta aiheuttavat juridiset ja vastuukysymykset sekä tyyppihyväksyntään liittyvät kysymykset järjestelmien yhdenmukaisuuden osalta. Myös näiden kannalta relevantit testaus ja validointi aiheuttavat yhä haasteita, samoin ulkoinen verkkoon ja kommunikaatioon liittyvä infrastruktuuri ja sen kattavuus. L4-tason autojen laaja yleistyminen tieliikenteessä globaalisti ei ole vielä näillä näkymin aivan nurkan takana.
Kirjoittaja: Valtteri Härkönen
