Kuorma-autot
Tapa, jolla ajoneuvoja ohjataan, on muuttunut autoteollisuuden kehittyessä. Ohjauslaite, joka oli 1800-luvulla pelkkä kahva, kehittyi vähitellen nykypäivän autoista tutuksi ohjauspyöräksi. Toinen merkittävä kehitysaskel oli hydraulinen tehostettu ohjaus eli niin kutsuttu ohjaustehostin, tukijärjestelmä, josta tuli sitä tärkeämpi mitä suuremmiksi ja raskaammiksi ajoneuvot kehittyivät. Kehityskulun seuraava edistysaskel on nyt täällä – Volvo Dynamic Steering -ohjausjärjestelmä.
– Pienillä nopeuksilla raskaasti kuormattua ajoneuvoa on niin helppo hallita, että sitä voi ohjata vaikka yhdellä sormella. Maantiellä tämä ohjausjärjestelmä puolestaan on suuntavakaudeltaan lyömätön, Volvo Trucksin järjestelmäsovellustiimin Jan-Inge Svensson kertoo.
Järjestelmä perustuu perinteiseen mekaaniseen ohjausratkaisuun, jossa yhdystanko kytkee ohjauspyörän ohjausvaihteeseen. Hydraulinen servojärjestelmä tuottaa ohjausvoiman, joka toimii kuljettajan apuna kuorma-auton pyörien kääntämisessä. Tärkein ero Volvo Dynamic Steering -ohjausjärjestelmän ja perinteisen ohjausjärjestelmän välillä on ohjausvaihteeseen kiinnitetty, elektronisesti ohjattu sähkömoottori.
Tämä sähkömoottori toimii yhdessä ohjausvaihteen kanssa. Pienillä nopeuksilla sähkömoottori tuottaa lisäohjausvoimaa, jonka ansiosta kuorma-autoa on uskomattoman helppo hallita. Suuremmilla nopeuksilla sähkömoottori säätelee ohjausta ja vaimentaa ohjauksen nykivät liikkeet automaattisesti.
Sanoin alusta saakka, että ajatus on täysin mahdoton eikä voi toimia käytännössä, mutta ohjaamosuunnittelun taitavien kollegoiden avustuksella toteutuksessa kuitenkin onnistuttiin.
Sähkömoottorin toimintaa säädellään hallintayksikön signaaleilla, ja hallintayksikkö sisältää niin kutsutun kulmalaskurin. Se toimii Volvo Dynamic Steering -ohjausjärjestelmän aivoina. Tämä hallintajärjestelmä kerää ajoneuvoon liittyviä tietoja kuorma-auton eri puolilla olevien anturien välityksellä.
– Nämä lukuisat eri paikkoihin sijoitetut anturit muodostavat kokonaisvaltaisen kuvan siitä, mitä kuorma-autolle kulloinkin tapahtuu. Ne mittaavat muun muassa kuorma-auton nopeutta ja valittua vaihdetta – onko käytössä ajovaihde vai peruutusvaihde, järjestelmälaitteiston kehittämisestä vastaava Sten Ragnhult kertoo.
Sähkömoottorin anturi on eräs järjestelmän tärkeitä osia. Tällä ohjaustankoon asennetulla anturilla mitataan kuljettajan ohjauspyörään kohdistamaa ohjausvoimaa sekä ohjauskulmaa. Näiden tietojen perusteella järjestelmän toiminnot vuorostaan luovat täydellisen ohjaustuntuman.
Järjestelmäohjelmisto analysoi hallintayksikköön välittyvät tiedot. Tämän jälkeen järjestelmä lähettää ohjaussignaaleja sähkömoottoriin, joka auttaa kuorma-autoa kompensoimaan anturien rekisteröimiä häiriöitä. Kaikki tämä tapahtuu alle millisekunnissa, ja tuloksena on optimaalinen ohjausvaste.
Eräs tärkeä hallintayksikköön liittyvä seikka on ohjauksen puoltamista ehkäisevä toiminto. Suoraan ajettaessa tehdään jatkuvia kompensointiliikkeitä, joten kuljettajan tarvitsee harvoin tehdä palauttavia ohjausliikkeitä epätasaisen tienpinnan tai jatkuvan sivutuulen takia.
– Yksi esimerkki tällaisesta tilanteesta on jarrutus, jossa kitka on erisuuruinen oikealla ja vasemmalla puolella. Kuorma-auto puoltaa tällöin jompaankumpaan suuntaan ja ohjauspyörä kääntyy, koska pyörien ja tienpinnan välillä vaikuttavat voimat ovat epäsuhtaisia.
Volvo Dynamic Steering on ikään kuin suodatin, joka parantelee kuljettajan ohjauspyörän välityksellä kokemaa todellisuutta. On sanomattakin selvää, että tällaisen järjestelmän tekeminen ei onnistu aivan käden käänteessä. Volvo Trucks aloitti kehitystyön kahdeksan vuotta sitten.
– Matkan varrella on koettu monia suuria haasteita. Pelkästään sähkömoottorin tarvitseman fyysisen ohjaamotilan löytäminen on ollut valtava haaste meille, jotka vastaamme mekaanisista järjestelmistä. Sanoin alusta saakka, että ajatus on täysin mahdoton eikä voi toimia käytännössä, mutta ohjaamosuunnittelun taitavien kollegoiden avustuksella toteutuksessa kuitenkin onnistuttiin, Sten Ragnhult kertoo ja hymyilee.
Muuten työn painopiste on ollut kehittyneiden järjestelmäohjelmistojen kehittämisessä. Yhteistyötä tekemällä kehitystiimi on onnistunut laskelmissa, joita hallintayksikön asianmukainen toiminta vaatii.
On mahtavaa pystyä ohjaamaan kuorma-autoa yhdellä ainoalla sormella tilanteissa, joissa ohjauspyörän hallinta ennen vaati molempien käsien käyttämistä.
Tiimin apuna on ollut joukko testikuljettajia, jotka ovat auttaneet projektin onnistumisessa. Nämä kuljettajat ovat suorittaneet valtavasti erilaisia testejä, joissa kehittäjät ovat olleet mukana selvittämässä, millaista ohjausvastetta kuljettajat toivovat.
– Olemme järjestäneet kuljettajien kokeiltaviksi lukuisia erilaisia skenaarioita, joissa ohjausvaste on vaihdellut eri tavoin. Kokoamalla kerätyt tiedot yhteen onnistuimme toisintamaan optimaalisen ohjausvasteen hallintayksikön ohjelmiston avulla, Jan-Inge Svensson kertoo.
Puutavara-auton kuljettaja Henrik Gustafsson on eräs kehitystyössä keskeisesti mukana ollut henkilö. Hän tekee joka päivä töitä uudella Volvo FH -kuorma-autolla syvällä Ruotsin metsien uumenissa. Kapeat ja usein mutaiset tiet ovat suunnaton haaste niin Henrikin ammattitaidolle kuin kuorma-autollekin.
– Olen ajanut tätä testikuorma-autoa nyt vuoden. On ollut jännittävää ja erittäin mukavaa olla mukana kehitystyössä. Kun havaitsen ja teen huomioita, tiedän oikeasti osallistuvani kuoma-auton kehittämiseen paremmaksi kaikille käyttäjille.
Täyteen kuormattuna Henrikin puutavara-auto painaa 60 tonnia. Tällaisen kuorma-auton hallinta kapeilla ja usein huonokuntoisilla teillä on fyysisesti vaativaa työtä. Pienetkin kivet ja juuret tuntuvat ohjauspyörässä, ja jatkuvat vastaohjausliikkeet aiheuttavat melkoisesti rasitusta, eivätkä vähiten kuljettajan hartioihin, selkään ja niskaan.
– Ajoin aikoinani kuorma-autoa Norjassa, jossa tiet ovat kapeita ja mutkaisia. Loukkasin vasemman olkapääni, ja kipu tuntui säteilevänä lapaluissa.
Kun Henrik ryhtyi ajamaan Volvo Dynamic Steering -ohjausjärjestelmällä varustettua kuorma-autoa, hän kertoo kivun hävinneen kokonaan.
– Nyt voin ajaa täysin rentona myös huonokuntoisilla teillä. On mahtavaa pystyä ohjaamaan kuorma-autoa yhdellä ainoalla sormella tilanteissa, joissa ohjauspyörän hallinta ennen vaati molempien käsien käyttämistä. En edes tunne kuoppia tiessä, koska järjestelmä kompensoi ja vaimentaa kuopat niin kuin niitä ei olisi olemassakaan.
Kapeat metsätiet eivät kuitenkaan ole ainoa paikka, jossa Henrik on huomannut ratkaisevan eron. Täyteen kuormatun puutavara-auton painopiste on korkealla, ja siksi se reagoi erityisen herkästi uraisiin teihin ja tuuleen. Koska järjestelmä kompensoi myös nämä epätasaisuudet, Henrik pystyy ajamaan täysin rentoutuneesti myös suurilla teillä.
– Metsässä, jossa nopeudet ovat pieniä, pienin mahdollinen ohjauspyörän vastus on toivottavaa, kun taas maantiellä suurempi vastus on paikallaan. Järjestelmä säätelee ohjauspyörän vastusta nopeuden mukaan, hän kertoo. – Olen jo sanonutkin, että seuraavaksi hankittavassa kuorma-autossa on aivan pakko olla Volvo Dynamic Steering, hän päättää hymyillen.