Så ska Volvo EX90 se, känna och förstå allt som händer

Nästa generations lidar, massvis av sensorer och en ny typ av chip i bilen. Här är tekniken som hjälper kommande elsuven EX90 att se och analysera allt som händer – med ambitionen att vi snart ska kunna släppa taget om ratten.

EX90 är Volvos första modell på den nya plattformen SPA2. Den är dessutom designad för en framtid med självkörande fordon. EX90 har en tilläggsfunktion som kallas ”ride pilot” som innebär att föraren kan släppa ratten helt under körning. 

Målet är att funktionen ska frigöra tid åt föraren, som i stället för att köra ska kunna ägna sig åt att läsa, umgås eller bara att vila ögonen. Först ut att få använda tekniken skarpt blir EX90-förare i Kalifornien, där lagstiftningen tillåter den typen av funktioner. Exakt när tekniken är redo att rullas ut skarpt kan Volvo inte säga i dagsläget.  

Redan från start har dock Volvo stora förhoppningar om att EX90 ska bli den säkraste bilen företaget någonsin byggt. 

För att lyckas med allt detta har fordonstillverkaren byggt in en hel svit av komponenter för övervakning, analys och beräkning. Så här ska EX90 bli den mest intelligenta bil Volvo någonsin konstruerat. 

 

EX90:s ögon 

Det grafiska formspråket var noga utvalt. Jim Rowan, Volvo Cars vd, gick omkring i ett moln av punkter, illustrerade som dansande, svävande pingisbollar. Molnet av punkter ändrade skepnad medan Rowan promenerade – på ett sätt som bara storbolagschefer gör – genom marknadsföringsvideon på väg mot framtiden. Pingisbollarna förvandlades till elbilar, till cyklister, till ett helt landsvägslandskap med vilt som passerar körfältet. 

Skälet till videons visuella design sitter strax ovanför vindrutan på Volvo EX90, väl synlig i taklinjen: en lidarsensor. Bilens ögon, som kan skapa en 3d-representation av världen. Ett punktmoln.

Jim Rowan, vd på Volvo Cars. Foto: Volvo Cars

– Designmässigt var det en utmaning att integrera lidar på ett sätt som både ser bra ut och som är optimalt för dess säkerhetsapplikationer. Även om den skulle kunna placeras runt grillen – vilket skulle motsvara om vi hade ögonen i knähöjd – så är det mycket mer logiskt att ögonen sitter så högt upp som möjligt på huvudet så att man ser så mycket som möjligt. Det är därför som vi, tillsammans med våra tekniker, har valt att integrera tekniken i taklinjen för att maximera effektiviteten, har Jon Mayer, Volvo Cars chef för exteriördesign, berättat.

Läs mer: Nu ska elbilen drifta ditt liv – här är allt om V2G

Det är ingen vanlig lidar som pryder EX90, men låt oss först ägna några rader åt vad just vanlig lidar är. Lidar – ”light detection and ranging” – är en sammanslagning av orden light och radar. Det är en typ av sensor som bygger på ”time of flight”-teknik. Sådana sänder ut en infraröd ljuspuls som träffar objekt på olika avstånd i ett rum. Tiden det tar för ljuset att reflekteras (flyga) tillbaka till sensorn kommer att skilja sig åt beroende på var i rummet ljuspulsen studsat mot ett objekt. En klocka med noggrann avläsning kan därpå återge en koordinat för varje enskild pixel som återvänt till sensorn. På så sätt blir det möjligt att med stor precision rita upp den där tredimensionella modellen.

Lidar på Volvo EX90. Foto: Volvo Cars

Lidar är särskilt bra för tillämpningar utomhus. Sensorns riktade ljuspulser har lång räckvidd och kan hantera ströljus. Den lidar som sitter på EX90 innebär dock en ny milstolpe för tekniken. Den är utvecklad av Luminar, ett Silicon Valley-bolag som leds av den blott 27-årige entreprenören Austin Russell. Han grundade Luminar redan som 17-åring. Den lidarsensor hans företag utvecklat använder en infraröd våglängd på 1 550 nanometer, jämfört med mer traditionella 905 nanometer. 

Den längre våglängden innebär att lidartekniken i en Volvo EX90 kan återge små och mörka objekt på över 250 meters avstånd och större och ljusare föremål på 500 meters avstånd. Tidigare har 1 550 nm ansetts vara olämplig för fordonstillämpningar eftersom kvaliteten sjunkit vid regn, dimma och snö. Uppenbarligen anser Volvo – med sitt fokus på säkerhet och sin nollvision för kollisioner – att Luminar löst de problemen.

 

Läs mer: Volvos revansch – sålde flest elbilar i oktober

– Lidarn för med sig saker som vi inte varit bra på tidigare som exempelvis mörkerseende. Men den bidrar även med noggrannhet som en radar inte har – såsom hörn på objekt, säger Joachim de Verdier, chef för en avdelning inom fordonssäkerhet och automation på Volvo Cars. 

Historiskt sett har 1 550 nanometer-lidar varit dyr eftersom vanliga kiselhalvledare då inte kan användas som dioder för att detektera ljus. På den våglängden krävs det andra material, som indiumgalliumarsenid (InGaAs). Även på den punkten har Luminar emellertid tagit stora kliv och nått en prisbild som fått mer eller mindre hela fordonsbranschen att teckna avtal med startupbolaget. Enligt en artikel i The Verge kostar en Luminar-sensor nu 1 000 dollar, men företagets mål är att nå 500 dollar. 

Till och med Tesla tycks ha charmats av Luminar och har enligt The Verge inlett ett partnerskap med bolaget. I fjol publicerades bilder på en Tesla Model Y utrustad med Luminars sensorer. Det är uppseendeväckande med tanke på att Elon Musk sagt att alla biltillverkare som förlitar sig på lidar är ”dömda att misslyckas” om självkörande fordon är målet. 

Elon Musk anser att kameror och neuronnät – som bilens ögon respektive intelligens – är tillräckligt. Teslas tidigare ai-chef, Andrej Karpathy, uppger i en färsk intervju att hans före detta chef inte ändrat ståndpunkt, trots partnerskapet med Luminar. Karpathys argument är att extra sensorer bara ökar graden av komplexitet i systemet, både vad gäller uppdatering av hårdvara och implementering av mjukvara. 

– Elon säger att den bästa komponenten är ingen komponent alls, säger Andrej Karpathy i ett avsnitt av Lex Fridman podcast.

Volvo EX90 har många komponenter. Utöver lidar har fordonet utrustats med åtta kameror, fem radarsensorer och åtta ultraljudssensorer för att skapa en ”realtidsbild av världen i 360 grader”. För att dra vinning av alla dessa rika dataströmmar har Volvo utrustat EX90 med nya kraftfulla processorer. 

Grafik: Jonas Askergren Fakta: Felix Björklund Källa: Volvo Cars Bilder: Volvo Cars

Hjärnan i EX90 

EX90 blir Volvos första bil att vara utrustade med systemchip (system-on-a-chip, soc) tillverkade av grafikkortstillverkaren Nvidia. Soc-chip har funnits länge i smarta mobiltelefoner, och är konstruerade så att flera olika sorters processorer, som cpu, gpu och signalprocessor, sitter på en och samma krets. 

I bilen finns dels Nvidias Drive Orin-chip för självkörning, dels Nvidia Drive Xavier-chip, som tar hand om centrala funktioner som basmjukvara, energihantering och förarassistans.

Nvidia Drive Orin. Foto: Nvidia

Att Volvo, och andra biltillverkare, nu börjar använda systemchip beskrivs som en ”game-changer” av Mikael Östling, professor i mikroelektronik och prorektor för KTH.  

Den här typen av chip har länge använts av dator- och mobiltelefontillverkare, som Apple och Samsung, och rymmer stora mängder beräkningskraft – samtidigt som kretsarna är energisnåla. Egenskaper som är mycket viktiga i en elbil, där varje förbrukad kilowattimme räknas. 

– Chipen löser en massa problem för biltillverkarna. Det sker en snabb teknikutveckling kring övervakningssystem, självkörning och energieffektivitet i alla dess former. Då behövs riktigt avancerade chip, säger Mikael Östling. 

Systemchipen från Nvidia är inte de enda datorprocessorna som går att hitta i EX90. Volvo samarbetar också med bland andra kretstillverkaren Qualcomm, vars soc-chip (Snapdragon Cockpit Platforms) används för att driva bilens informations- och underhållningssystem. Därtill återfinns Infineons Aurix-mikrokontroller, en liten dator som används för navigation i självkörande bilar.

Grafik: Jonas Askergren Fakta: Felix Björklund Källa: Volvo Cars Bilder: Volvo Cars

 

Läs mer: BMW:s utvecklingschef: Ingen lidar – ingen självkörande bil

Antalet chip och processorer ökar stadigt i takt med att fler och fler funktioner i bilar digitaliseras – något som ställer nya krav på fordonstillverkarna. Detsamma gäller kraftelektroniken, som blivit en stor fråga för industrin i och med elektrifieringen. 

– Bilfabrikanterna har länge inte behövt bry sig om chip. Det har gjort att det saknas kunskap i branschen, och att många inte förstår hur exempelvis chipen tillverkas. Alla stora tillverkare har börjat förstå nu att man måste ta eget ansvar här. Man anställer egna chipdesigners och sätter sig in i hela produktionskedjan, säger Mikael Östling. 

– Det är ett paradigmskifte att fordonsindustrin börjar bli en del av halvledarbranschen. Slutsatsen är att vi behöver mycket mer kompetens på halvledarområdet med superavancerade chip men också med väldigt avancerad och energieffektiv kraftelektronik. Det är en utmaning för bilbranschen att kunna rekrytera duktiga ingenjörer eftersom hela halvledarindustrin går på högvarv, fortsätter han.

Läs mer: Polestar 3: Bilen världen vill ha men inte behöver 

Tillbaka till Nvidia, och Drive Orin-chipet som finns i EX90. Systemchipet har en kapacitet på 254 tera (eller 254 biljoner) operationer per sekund (tops). På chipet finns bland annat 17 miljarder transistorer och tolv Hercules arm cpu-kärnor.  

Som jämförelse har Teslas egenutvecklade ”Full Self Driving”-chip 6 miljarder transistorer, och en toppkapacitet på 144 tops. Den typen av jämförelse är dock något vansklig, eftersom den inte säger särskilt mycket om hur väl systemen presterar i verkligheten. Men det ger en bild av hur kraftfulla elbilarnas nya systemchip faktiskt är. 

 

Analysen i EX90 

Hårdvara är inte allt när det gäller självkörande funktioner. För att Volvo EX90 ska kunna förstå vad den ser via lidar och kameror och analysera vad som finns runt bilen krävs också specialanpassad mjukvara. Den står Volvoägda Zenseact för. Bolaget, som är sprunget ur Zenuity, har på uppdrag av Volvo utvecklat en helt egen uppsättning programvaror för bland annat datorseende, och insamling och bearbetning av lidardata. Företaget har ett nära samarbete med lidarbolaget Luminar. 

Systemchipen som finns i nya Volvo EX90 är helt avgörande för den typ av mjukvara och funktioner för aktiv säkerhet och självkörning som Zenseact utvecklar.  

Det säger Erik Coelingh, produktansvarig hos Zenseact, och adjungerad professor i mekatronik på Chalmers. 

– Jag har jobbat med många generationer av aktiva säkerhetssystem. Tidigare fick vi lägga mycket energi på att optimera kod för att överhuvudtaget få plats med den på mindre chip, som mikrokontroller. Nu får vi för första gången jobba på en hårdvara som har otroligt mycket mer beräkningskraft. Det är fundamentalt annorlunda än tidigare, säger Erik Coelingh.

Erik Coelingh, produktansvarig hos Zenseact, och adjungerad professor i mekatronik på Chalmers. Foto: Zenseact

Datorseende är en beräkningstung teknik. Därför är systemchip särskilt lämpliga för att köra kod för självkörande teknik. Grafikprocessorerna, gpu:erna, på systemchipen har en särskild betydelse här. 

– Det handlar bland annat om stora dataströmmar från flera kameror och 3d-punktmoln från lidarsystemet. Alla dessa data går in i våra neuronnät, och exekveras på gpu:erna. Grafikprocessorerna skapades ursprungligen för att hantera stora mängder bilder på skärm i speldatorer. Det behovet är ganska likt vad neuronnäten har. På sikt kommer det hända mycket på chipsidan för bilar – till exempel när det gäller energisnåla chip som är specialdesignade för specifika neuronnät. Vi är precis i början på den här resan, säger Erik Coelingh. 

 

Inlärningsförmågan i EX90 

Fem terabyte – det vill säga 5 000 gigabyte. Så mycket data kan komma att skickas mellan en aktivt självkörande bil och molnet under en timme i framtiden, enligt uppskattningar från fordonsbranschen.  

Volvo EX90 blir inget undantag på den fronten. Data som samlas in från bilarna kommer att spela en viktig roll i vidareutvecklingen och förbättringen av mjukvaran som används för exempelvis självkörande funktioner. Det framgår tydligt när Ny Teknik talar med Erik Coelingh på Zenseact:  

– Vi har testkört vår mjukvara på allmän väg, men de allra flesta testerna har gjorts med datorsimuleringar, eftersom det skalar bättre. Vi kan nå en viss nivå av validering av tekniken i den typen av försök, men sedan gäller det att använda fordonsflottan för att samla in information. Det behövs 100 miljontals kilometer av trafikdata för att säkerställa att en funktion som självkörning i köer på motorväg är tillräckligt säker, säger han.

Även det Volvoägda mjukvarubolaget Zenseact använder illustrationer av punktmoln för att visualisera sin teknik. Foto: Zenseact

När Ny Teknik ber om ett exempel på hur insamlade data skulle kunna användas för att vidareutveckla självkörningen, nämner Erik Coelingh bilarnas förmåga att upptäcka cyklister i mörkret på vägarna. Eller snarare – hur svårt det är för sensorsystemen att detektera den typen av objekt i utmanade miljöer och körsituationer.  

– När vi vet att viss detektionsprestanda inte är tillräckligt bra än, då kan man använda kundflottan för att samla in den typen av data. Vi lägger ett neuronnät i ett antal bilar som ska titta efter bilder som potentiellt visar cyklister i mörkret. Sedan tar vi hem bilderna från bilarna, annoterar dem, tränar om våra neuronnät och skickar ut en uppdatering som gör bilar bättre på att upptäcka cyklisterna.  

Att samla in kunddata på det sättet kan vara en kontroversiell fråga. 

– Ja, och det är en sak som biltillverkarna måste komma överens om med sina kunder. Det handlar heller inte om någon kontinuerlig datalagring. Vi är intresserade av få en aggregerad nivå få kunskap om tekniken fungerar i riktig trafik, så att vi kan fortsätta att uppdatera mjukvaran för att addera ett större kundvärde och göra körningen säkrare. 

 

Intelligensen i EX90 

För att bearbeta, tolka och använda data för att förstå vad som finns i bilens omgivning, används den stora beräkningskraften hos gpu, cpu, hårdvaruacceleratorer och andra komponenter på systemchipen i Volvo EX90. 

All analys sker dock inte ombord på bilen. Den självkörande tekniken bygger på maskininlärning med självlärande algoritmer i neuronnät. Dessa neuronnät måste tränas på uppgifterna som ska utföras – som att lära sig identifiera saker som andra fordon, fotgängare och cyklister – innan de kan användas.  

Zenseact, som utvecklar Volvos mjukvara för självkörning, har tränat sina datamodeller med djupa neuronnät i en så kallad gpu-farm i ett enormt datacenter. Neuronnäten exekveras sedan på gpu:erna i bilens chip. På sätt blir det möjligt för EX90 att detektera objekt i den omgivande trafiken – och veta hur man ska förhålla sig till gångtrafikanter och andra bilister, exempelvis. 

Kalle Wiklund

Peter Ottsjö

Kommentarer

Välkommen att säga din mening på Ny Teknik.

Principen för våra regler är enkel: visa respekt för de personer vi skriver om och andra läsare som kommenterar artiklarna. Alla kommentarer modereras efter publiceringen av Ny Teknik eller av oss anlitad personal.

  Kommentarer

Debatt