Tämän päivän autot ovat turvallisempia kuin koskaan aikaisemmin. Merkittävä osa turvallisuudesta perustuu puolijohteisiin, joiden määrä ajoneuvoissa kasvaa koko ajan.

Maailman väestömäärän kasvaessa ja autojen määrän lisääntyessä maanteillä kaikki toimenpiteet kulkuneuvojen turvallisuuden parantamiseksi ovat tarpeen. Vaikka liikenteessä tapahtuvien kuolemantapausten määrä on enemmän kuin puolittunut vuoteen 2000 verrattuna – WHO:n vuoden 2018 raportin mukaan 135:stä 64:een tapaukseen 100 000 ajoneuvoa kohti – kuolemien kokonaismäärä jatkaa kuitenkin kasvuaan. Yhdysvaltain tieviranomaisen vuonna 2016 tekemän arvion mukaan onnettomuuksista 94 prosenttia arvioidaan olevan seurausta kuljettajan tekemistä toimenpiteistä.

Turvatyynyt, pakolliset turvavyöt ja suunnitteluvaiheessa tehdyt ajoneuvojen rakenteelliset ja toiminnalliset parannukset tähtäävät siihen, että kuljettajat ja matkustajat selviäisivät mahdollisimman vähäisin vammoin onnettomuustilanteissa. Jarrutus- ja ohjausjärjestelmät yhdessä tutumpien keksintöjen kuten lukkiutumattomien jarrujen (ABS) tai elektronisten ajonvakautusjärjestelmien (ESC) kanssa tarvitsevat luotettavia antureita turvallisuuden parantamisessa, ja edistyneet ajoavustinjärjestelmät (ADAS) vähentävät onnettomuuksien todennäköisyyttä.

Autojen itseohjautuvuuden lisääntyessä ajatuksena on vähentää onnettomuusriskiä entisestään ja lopullinen tarkoitus on aikaansaada ajotapahtuma täysin autonomiseksi, mikä tavoite tunnetaan nimellä ”Level 5”, jolloin inhimillisten virheiden vaikutus poistuisi yhtälöstä kokonaan. ”Vision Zero” on monikansallinen aloite, jonka tähtäimenä on, että vältyttäisiin kokonaan kuolemantapauksilta ja vaikeilta loukkaantumisilta tieliikenneonnettomuuksissa. Yksi merkittävimmistä vuorovaikutustekijöistä ajoneuvojen turvallisuuden parantamisessa on elektroniikan lisääntyminen autoissa. Esimerkinomaisesti ON Semiconductor arvioi, että jokaisessa valmistettavassa autossa on keskimäärin yli 230 sen toimittamaa komponenttia maailmanlaajuisesti.

Jos Vision Zero halutaan saavuttaa, työtä on vielä paljon tehtävänä. Vaikka autojen turvallisuus onkin lisääntynyt, ainakin kehittyvissä maissa tieliikenneonnettomuus on edelleen yleisin kuolinsyy 5-29-vuotiaiden keskuudessa ja siellä tapahtuu 1,35 miljoonaa tieliikennekuolemaa joka vuosi WHO:n vuoden 2018 raportin mukaan.

Anturien asentaminen

Parikymmentä vuotta sitten autoissa käytetyt anturit olivat yksinkertaisia. Antureilla mitattiin polttoainemäärää tankissa ja moottorin lämpötilaa. Lisäksi antureilla toimi nopeusmittari ja muutama varoitusvalo sekä mahdollinen kierroslukumittari.

Tänä päivänä käytössä on suuri määrä elektronisia antureita parantamassa ajoneuvon turvallisuutta. Esimerkiksi kameroita ja kuva-antureita käytetään monissa tehtävissä, kuten ajoavustinjärjestelmissä, peruutuksen ja pysäköinnin turvaavissa järjestelmissä sekä erilaisissa näyttöjärjestelmissä. Näin ollen on tärkeää, että autonvalmistajien, OEM-valmistajien ja Tier-1-toimittajien yhteistyökumppanina oleva puolijohdevalmistaja pystyy tarjoamaan laajan tuotevalikoiman, josta he voivat poimia kuhunkin sovellukseen parhaiten soveltuvan anturin. Anturit pitää olla suunniteltu siten, että toiminnan kannalta välttämättömät tehtävät saadaan turvallisesti suoritettua myös kriittisissä olosuhteissa ja että ne säilyvät toimintakuntoisina hyvin laajalla lämpötila-alueella.

Kuva 1: Kuva-anturien sovelluskohteita autoelektroniikassa.

Myös suorituskyky on tärkeä – anturien resoluution tulee olla riittävän suuri, jotta ADAS- ja muista turvajärjestelmistä saadaan kerättyä riittävästi yksityiskohtaista tietoa ja jotta anturien kuvantamiskyky on riittävän laadukasta myös pimeässä, huonossa kelissä, häikäisevissä ja muissa haastavissa olosuhteissa. Esimerkiksi hyvälaatuinen dynaaminen alue parantaa merkittävästi laadultaan kuvaa, joka lähetetään anturilta ADAS-järjestelmän prosessorille (kts. kuva 2). Ei ole liioiteltua todeta, että tuo parannus pelastaa elämän kuolemalta, jos sen ansiosta auto havaitsee ja tunnistaa edessä olevan potentiaalisen onnettomuuden nopeammin kuin ihminen.

Kuva 2: Dynaamisen alueen vaikutus – huomatkaa, että tunnelin päässä olevat yksityiskohdat eivät ole erotettavissa vasemman puoleisessa kuvassa.

Kuva-anturien lisäksi tutka- ja LiDAR-anturit ovat merkittävässä asemassa tämän päivän autoissa. Tutka-anturi soveltuu käytettäväksi lyhyen, keskipitkän ja pitkän kantaman alueen sovelluksissa, kuten väistöliikkeen ohjauksessa, risteysajon avustamisessa ja mukautuvassa vakionopeudensäädössä havainnoimalla edessä olevia kohteita aina 250 metriin saakka. Valitsemalla kuhunkin käyttökohteeseen oikeanlainen tutkalähetinvastaanotin saadaan optimaalinen suorituskyky.

LiDAR-antureilla voidaan täydentää tutka-antenneja, jolloin valoilmaisimilla tuotetaan kuvia ja 3D-malleja lentoaikamittaukseen (TOF, Time-of-Flight) perustuen. Tällä tavoin LiDARin avulla voidaan tuottaa suuren resoluution dataa mahdollistaen sellaistenkin kohteiden ilmaisun, jollaisten kohteiden havainnointi ei ole mahdollista tutkalla tai kameroilla.

Paras ratkaisu ajoneuvoissa on tosiasiassa useimmiten yhdistellä erilaisia anturointitapoja: kuvantaminen, tutka ja LiDAR sekä ultraääni-ilmaisu. Kun käytetään useamman tyyppisiä antureita, saadaan niiden vahvuudet toimimaan yhdessä ja toiminta turvattua vian ilmaantuessa.

Yli sata miljoonaa kuva-anturia tositoimissa

Subarun EyeSight on esimerkki ajoavustinjärjestelmästä, jossa käytetään ON Semiconductorin valmistamia 1,2 megapikselin AR0132AT-sarjan CMOS-kuva-antureita. EyeSight asennettiin ensimmäisen kerran Subarun vuoden 2014 Levorg-malliin ja sen jälkeen se on ollut saatavissa Legacy-, Forester-, Impreza- ja Subaru XV -malleissa.

Kuva-anturi on osana EyeSightin stereokamerajärjestelmää toteuttamassa seuraavia turvatoimintoja: mukautuva vakionopeudensäätö, kaistavahti, tärinävaroitus, törmäystä ennakoiva jarrutus ja törmäystä ennakoiva kaasutuksenhallinta. Järjestelmä on saanut tunnustusta monilta tahoilta; muun muassa Japanin autokehitysohjelmassa JNCAP:ssä sillä on kärkisija Advanced Safety Vehicle Triple Plus (ASV+++) -listauksessa.

Ajoavustinjärjestelmät alkavat nykyisin olla enemmän sääntö kuin poikkeus myös alemman hintaluokan autoissa. Tällainen johtopäätös on vedettävissä myös ON Semiconductorin kuva-anturien toimitusmääristä: se on toimittanut yli sata miljoonaa AR0132AT-kuva-anturia ajoavustinjärjestelmiin, kun mukaan luetaan myös toimitukset EyeSightiin.Techno System Researchin joulukuussa 2018 tekemän markkinatutkimuksen mukaan ON Semiconductorin osuus ajoavustimien kuva-anturien markkinoista oli 81 prosenttia, jolloin sen toimitusmääristä voidaan päätellä kyseisen teknologian käyttöönoton yleistymistä markkinoilla (koska muiden toimittajien osuus markkinoista on niin pieni).

Väsyneenä ajaminen on myös merkittävä onnettomuuksien aiheuttaja. Teknologian avulla on mahdollista valvoa kuljettajan toimintakykyä ja antaa heräte tai varoitus epävakaasta ja arvaamattomasta käyttäytymisestä. Eräs vaihtoehto on käyttää kamerapohjaista järjestelmää havainnoimaan kuljettajan vireystilaa ja antaa hälytys, jos merkkejä väsymyksestä ja uneliaisuudesta, kuten silmien räpsymisestä tai pään nuokkumisesta on havaittavissa. Äskettäin on demonstroitu järjestelmää, johon on integroitu useita erilaisia kuva-antureita, mukana myös esimerkiksi ON Semiconductorin yhden megapikselin AR0144AT-antureita, joka järjestelmä tuottaa kuvia ajoneuvon näyttöyksikköön tekoälyyn perustuvalla ohjelmalla.

Entistä turvallisempaa autoilua

Yhdysvalloissa tapahtuvista yhteentörmäyksestä johtuvista onnettomuuksista 28 prosenttia olisi estettävissä ADAS-ajoavustinjärjestelmillä, ilmenee Boston Consulting Groupin vuonna 2015 tekemästä kartoituksesta. ON Semiconductor puolestaan arvioi, että sen autoelektroniikan anturit ovat jo pelastaneet vuosittain yli 81 000 henkeä. Tilanne on hyvä, mutta aina pitää pyrkiä parempaan, ja niinpä ON Semiconductor jatkaa kehitystyötä yhä parempaa turvaa maanteillä antavien anturien kehittämiseksi yhteistyössä autonvalmistajien sekä tieviranomaisten kanssa. Kustannuksilla on myös merkitystä, sillä onnettomuudet ovat paljon yleisempiä pienemmän tulotason maissa, ja turvajärjestelmien laaja käyttöönotto siellä onnistuu vain, jos kustannukset pysyvät järkevällä tasolla.

Sen lisäksi, että turvajärjestelmät suojelevat kuljettajia ja matkustajia, niiden tulee myös edesauttaa vähentämään jalankulkijoiden, pyöräilijöiden ja moottoripyöräilijöiden kuolemantapauksia ja loukkaantumisia. Säännöt ja standardit ovat noteeranneet nämä pyrkimykset, kuten esimerkiksi Euroopan autonkehitysohjelma EuroNCAP 2020 on tehnyt. Tässä työssä anturiteknologialla on suuri rooli olla turvaamassa vaaralle alttiina olevia maanteiden käyttäjiä.

Pitkällä tähtäyksellä alan toimijoiden tavoitteena tulee olla kuolemantapausten saaminen nollaksi ja jopa kaikkien uhri- ja onnettomuuslukujen saaminen nollaksi. Matkaa siihen on vielä kuljettavana, mutta tavoitteet pyritään saavuttamaan niin nopeasti kuin mahdollista.