第４話 自動運転の技術 ～「認知」「判断」「操作」を自動でするために～
こんばんは。営業の野本です。
年末年始特別編。第４話、最終回です。第４話では自動運転を実現するための技術について紹介したいと思います。
まずはおさらいです。
前回、自動運転はその程度に応じて、レベル0からレベル4に分かれることを紹介しました。
レベル0
人間が常に運転操作(アクセル,ブレーキ,ステアリング)をおこなう。
レベル1
運転操作のいずれかを自動化。
レベル2
運転操作の複数を自動化。
レベル3
緊急事態を除き、運転操作はすべて自動でおこなう。
レベル4
いかなる場合でもシステムが運転操作をおこなう。
上記の内、レベル3から運転の責任は、自動運転システムが負うことになるため、レベル2とレベル3の間には実現のための大きな壁が存在します。そして、現在の市販車はレベル2までです。以上を踏まえ、第４話では、レベル2と3の壁を突破し完全な自動運転を目指すには、どのような技術が必要なのか？について紹介していきます。
自動車教習所で習った方も多いと思いますが、車の運転は、「認知、判断、操作」の3つの動作の繰り返しです。そこで、人間に代わる自動運転についても、「認知、判断、操作」に関連付けて、必要な技術を見ていきたいと思います。
まずは認知です。
【認知】 周りの状況について知る。
クルマの場合では、
・自車の周りの環境（車、人、標識など）
・自車のいる位置（直進路、交差点など）
・自車の挙動（加速中、減速中など）
を知ることで、次の動作（加速、減速、曲がる）を決めることができます。それぞれを知るために、自動運転では何をしているのか？順を追って紹介していきます。
[自車の周りの環境を知る]
自動運転車では、周りの情報を集めるため、図１のように人間の目の役割をするカメラを搭載しています。このカメラにより、車や人、標識、信号、白線等を認識します。
カメラには、1台ですむ単眼タイプと、2台1組で使うステレオタイプがあります。皆さんも経験があるかと思いますが、片目をつぶると距離感がつかみにくくなるのと同様に、単眼タイプよりもステレオタイプの方が、対象物までの距離を認識しやすく、性能的に優れます。
しかし、コストや設置場所、単眼タイプでも高性能なモデルが出ていることから、どちらのタイプを選ぶかはメーカーによります。例えば、前回紹介した日産セレナの「プロパイロット」では、単眼タイプを採用しています。
また、このカメラは、人間の目と同じで夜間や悪天候の時に精度が落ちてしまいます。そのため、カメラを補助する目的として、周囲にあるモノとの距離などを広範囲に検知できる、赤外線レーザーやミリ波レーダーを使用している車両もあります。
そして、図２aの例のように、カメラなどから得られた情報を元に、その対象物が何かを認知するための画像処理技術も大変重要になります。
[自車のいる位置を知る]
自車の位置確認には、すでにカーナビ等で実用化されているGPSが活躍します。 しかし、今までのGPSの精度（メートル単位の誤差）に対し、自動運転ではさらに正確な位置情報（センチメートル単位の誤差）が要求されます。
また、地図に関しても、図２bのように今までのカーナビとは比較にならないほど、高精度かつリアルタイムに更新される3D地図情報が必須となります。昔のカーナビのように、地図の更新を怠っていたため、画面上で車が道なき道を走ってしまうような笑い話は、自動運転ではあってはならないことになります。
そのため、地図の作成を強化するため、日本では、三菱電機や地図大手のゼンリンなどの6社が共同出資し、自動運転向けの高精度地図の事業化を始めています。
[自車の状態を知る]
自動運転では、自車が、今加速中なのか？あるいは減速中なのか？、または曲がっている最中なのか？などを知る必要があります。そのため、自車の状態を把握するため、図３のようにX軸、Y軸、Z軸の加速度と角速度（ロール、ピッチ、ヨー）を検出できる６軸慣性センサが主に使われています。
自動運転では、得られたこれらの情報を元に、自車の周りの環境を推定し次の動作を判断しています。
【判断】 得られた情報から次の動作を決める。
認知で得られた情報から、次に加速すべきか、減速すべきか、曲がるべきかを判断するため、人工知能が用いられています。
例えば、目の前に「白い障害物」があった場合に、それがスーパーのビニール袋のようなものであれば、そのまま進んで問題ないですが、発泡スチロールのような箱だった場合、避けなければいけません。このような判断を、人工知能を用いてその都度おこなう必要があります。
【操作】 アクセル、ブレーキ、ステアリングを動かす。
ここでのポイントは電動化技術です。昔は、ワイヤや油圧、ギヤ等で自動車の各機器がつながっていましたが、自動運転ではシステムが決めた動作を迅速におこなうために、各機器の電動化が必要です。
電動化に関しては、排気ガス規制強化への対応や燃費向上のために精密な制御が要求されていることから、すでに電子制御スロットルが普及しており、他にもブレーキやステアリングにも適用されつつあります。
また、自動運転車が普及したときに、ガソリン・ディーゼルの内燃機関がどうなっているのか？気になるところですが、ガソリン・ディーゼル共に電子制御化されている現在、自動運転へは問題なく対応可能と考えられています。
ただし、グーグルカーに代表されるような電気自動車の方が、自動運転システムからの指示に対するレスポンスが速いため、一般的には有利と考えられています。
今回紹介した内容は、すべて概要にはなりますが、それでもワクワクするような技術ばかりです。これらは、未来の技術のように見えますが、どれも具体的に進んでいる事柄のため、そう遠くない未来には実現しているのではないでしょうか。
第４話は以上になります。
年末年始特別編として、ガソリン用直噴エンジンと自動運転について取り上げましたがいかがでしたでしょうか？今後、特別編で取り上げて欲しい車に関する話題がございましたら、お気軽にご連絡ください。
出典：
図１
http://www.nissan.co.jp/SERENA/safe.html#03
http://www.subaru.jp/xv/proudedition/safety/eyesight.html
図２
http://ficha.jp/index.html
http://carview.yahoo.co.jp/…/20160819-20102946-car…/photo/4/
