自動運転車におけるセンサー応用に関する重要な考慮事項

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運転支援運転システム (ADAS) や自律走行車 (AV) 向けのセンシング技術を実装する最も効果的な方法は、おそらく 1 つだけではありません。魔法の数字はおそらく 6 です。各自動車メーカーが 6 つの基本的な考慮事項に基づいて独自の方法でそれを実現する方法を決定するため、将来の車両にセンサーを統合するための独自のアプローチが各社で生み出されることになります。 AutoSens Brussels 2020 オンライン会議の閉会セッションでは、専門家パネルが適切なセンサーの組み合わせと、設計によって安全性が損なわれないようにする方法、またはその逆について議論しました。

参加者には、自動車組み込みサプライヤである Valeo のビジョン システムおよび先進運転支援システムの上級専門家である Patrick Denny 氏が含まれていました。ボルボ・カーズの技術責任者であるポール・アンリ・マサ氏、センス・メディア・グループのマネージング・ディレクターであるロバート・ステッド氏、およびヨール・デベロップメント（フランス、リヨン）の技術および市場アナリストであるピエリック・ブーレイ氏に、自動車システムにおけるさまざまな種類のセンサーの採用と使用に関するヨールの見解を伺いました。

正しい数字

安全性の問題に積極的に対処するために、車両全体にますます多くのセンサーが配備されています。今の車にはセンサーがいくつあるのでしょうか?自律性をさらに向上させるには、さらにいくつのセンサーが必要ですか? 「ADAS用のセンサー（超音波、レーダー、感知用カメラ、視覚用カメラ、LiDAR）を考慮すると、車両の種類に応じて、車両には10〜20個のセンサーが搭載されていると推定されます」とヨール社のブーレイ氏はEE Timesに語った。

当然のことながら、高級車には、低価格帯の車や中程度の性能と機能を備えた車よりも多くのセンサーが組み込まれています。

高度な自動化を実現するにはセンサーが鍵となり、センサーの数と種類は増加すると予想されます。 「これらの自動化レベルには35～40個のセンサーを設置する予定です」とブーレイ氏は語った。 「センサーは、短距離、中距離、長距離のアプリケーション向けのセンサーが登場するにつれて、より具体的なものになります。 1 つのセンサーですべてのアプリケーションをカバーできるわけではありません。 各アプリケーションまたはユース ケースには、センサーに関する独自の仕様と要件があります。」

増え続けるセンサーの数は氷山の一角にすぎません。センサーは膨大な量のデータを生成し、システムは処理能力によって大幅に制限されます。今後は、これらのセンサーが生成するすべてのデータを処理できる十分な計算能力を持つことが重要な能力となるだろうとブーレイ氏は述べた。 「インテル-モービルアイのチップを使用した一般的なADASシステムは、0.25 TOPS（ハイエンドのラップトップの10倍の性能）から2.5 TOPS（新しいEyeQ4チップ）まで飛躍的に向上していますが、ロボットカーはすでに250 TOPSを超えています」と彼は語った。最終的には、「車両のE/E [電気/電子] アーキテクチャは、センサーからの生データの融合を管理できるように、分散アーキテクチャからドメインコントローラーを備えた集中型アーキテクチャに変更する必要があります。」

では、センサーが多ければ多いほど良いのでしょうか? 「そう考える人もいるかもしれないが、コストや統合上の理由から、自動車に搭載されるセンサーの数は無制限に増えることはないだろう」とブーレイ氏は言う。同氏は、自動化センサーの数はいずれ頭打ちになると予想している。 「主な違いはソフトウェアレベルと、企業が大量のデータを効率的に処理する能力にあります。テスラなどの一部のOEMは、まだLiDARを使用していませんが、センサーとAIコンピューティングの組み合わせで高度な自動化を実現することに賭けています。」

客観的に言えば、「一部のOEMのセンサーは他のものより優れているが、その違いはソフトウェアとコンピューティングのレベルにある」と彼は付け加えた。

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組み合わせを最適化する

車両は晴天時でも大雨時でも運転できます。変数を測定および監視するには、センサーを常に利用できる必要があります。可用性を向上させる効果的な方法は、起こりうる障害を補うために冗長センサーを導入することです。 「環境を観察する方法は1つだけでは不十分です」とヴァレオのダニー氏はパネルディスカッションで述べた。「真っ暗なときや天候が悪いときは、複数の方法と能力を組み合わせて機能させる必要があります。」

センサーは人間の視覚が不利な状況で役立ち、センサーの多様性により、あらゆる天候や照明条件で車の信頼性が向上します。 「カメラは日中は問題ありませんが、夜間や霧や雨のときは、他のセンサーはカメラほど『盲目』にならず、機能が低下したモードでも機能します」とブーレイ氏は語った。

正しい位置を確認する

人間の感覚と同じように、車の周囲に関する情報を継続的にフィードバックするには、センサーを戦略的に配置する必要があります。しかし、センサーを設置する場所には技術的な制限があります。たとえば、ヘッドライトの結露により、LIDAR が機能しなくなる可能性があります。雪が降ったり寒かったりすると、霜によってセンサーが故障する可能性があります。赤外線センサーはガラスを透過できず、フロントガラスの後ろに設置することはできません。同様に、超音波センサーに塗装を施すと、その音響特性が変化する可能性があるとデニー氏は述べた。

ボルボのマサ氏は、センサーの電力消費も重要な課題だと述べた。 「各センサーの消費電力は1～10Wです。ADAS機能を備えたセンサーをすべて追加すると、100～200W、最大4gのCO2を排出することになります。消費電力を削減する必要があります。たとえば、特定の状況では一部のセンサーを低電力状態にすることができます。」

熱管理も考慮すべきもう一つの制限です。マサ氏は、フロントガラスの後ろの温度は90℃に達する可能性があり、適切なセンサーがない可能性があると述べた。 「例えばヘッドライトのような別の場所に取り付ける場合は、冷却システムが必要になりますが、複雑で高価になります。」

専門家によると、シミュレーションと運転テストはセンサーの最適な配置を決定するのに役立つという。

結論として、Yole の Boulay 氏は次のように語っています。「センサーの位置は、OEM がターゲットとする使用事例と密接に関係しています。高速道路での自動運転に LiDAR を使用している車両をこれまで見てきたところによると、LiDAR は中央の位置にあり、ADAS カメラや長距離レーダーとほぼ一直線になっています。駐車や市街地走行などの他の使用事例では、これらの LiDAR ユニットの位置は異なり、車両の側面または角に配置されることが予想されます。」

美的統合

マサ氏によると、ボルボ車には現在20種類のセンサーが搭載されているという。それらの多くは完全に隠されています。たとえば、ボルボ XC90 では、フロント パーキング カメラはグリル内に、サイド カメラは各ドア ミラー内に、リア カメラはナンバー プレート上に配置されています。 「センサーを統合して、見た目をより美しくすることができます」とマサ氏は語った。

しかし、センサーを隠す必要があるのでしょうか?それらは機能になりませんか?

アストハイマー氏にとって、自動車がスマート製品であるならば、「何も隠されるべきではない」ように見えるはずです。センサーは完全に統合できるほど小さく、現時点ではほとんど目立ちません。しかし、車が自動運転する完全な自律走行に近づくにつれて、特定のセンサーが「非常に目立つようになる必要がある」。360° LiDAR は完全に見える必要があり、その配置は妥協されない。

さらに重要な点として、アストハイマー氏は、センサーを車両の個性に適合させるためには、設計者とエンジニアが協力する必要があると強調した。ウォーリック・マニュファクチャリング・グループ（WMG）、ウォーリック大学、アストハイマーが開発した電気配送車両のプロトタイプ「Deliver-E」は、車両の側面にカメラを統合し、LiDARを後部の目立つ位置に配置しています。

外部ポッドにセンサーを集中させることの重要性について尋ねられたブーレイ氏は、LiDAR、レーダー、カメラ、超音波などのセンサーや、アダプティブビームやデジタル光処理などのLEDベースの照明機能を収容できるマニエティ・マレリのスマートコーナーを挙げた。 「OEM にとっては、製造時にこれらのポッドを統合する方が簡単かもしれませんが、事故が発生した場合、保険会社や消費者がこれらのポッドを修理または交換するためのコストは非常に高くなります」と彼は言いました。「統合、修理可能性、コストの間でバランスを取る必要があります。」

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認知負荷を軽減する

ヒューマンマシンインターフェース（HMI）は、ドライバーと車をつなぐだけでなく、ドライバーと外の世界もつなぎます。ドライバーがすべての機能に気を取られ、重要な運転情報を見逃してしまうというリスクがあります。

アストハイマー氏は、ボルタ・トラックのゼロ・エレクトリック・バンの設計に関わったことで、ドライバーの注意力の重要性を認識した。同氏は「ロンドンでは、大型移動車両が交通量全体の4％未満を占めるにもかかわらず、歩行者や自転車利用者など道路弱者の死亡原因の50％以上が大型移動車両によるものだ」と述べた。その主な理由は、直接的な視界の欠如と認知的負荷の2つである。

「認識は大きな問題だ」とアストハイマー氏は語った。 「ECU（電子制御ユニット）とCAN（コントローラーエリアネットワーク）システムが正しい信号を読み取り、触覚、音声、視覚のいずれの形式でも、可能な限り最も明確かつ合理的な方法で情報を表示できるようにする必要があります。」

セキュリティをクールにする

ステッド氏は、前回のオートセンスカンファレンスのパネルディスカッションでの発言を引用し、「セキュリティをクールにすること」がコネクテッドカーの販売の鍵となるかどうかを専門家に尋ねた。

「私たちは安全を念頭に置いて事業を運営しています」とマーサは語った。 「お客様は安全性を求めており、安全性を確保できるのはセンサーだけです。だからセンサーを搭載した美しい車を作る必要があるのです。」

考慮すべき別の側面があります。 ユーザーは、道路利用者や周囲の状況に注意を払うために、車の知能レベルを理解する必要があります。 「製品をどんどん安全にしていくと、ドライバーは本来の目的から離れてしまいます」とアストハイマー氏は言う。「車両に自律性を持たせると、ドライバーにとって簡単なことは手助けになりますが、難しいことは難しくなります。車両が自律的になるにつれ、ドライバーの注意が散漫になりやすくなります。」

アストハイマー氏は、センサーとそこからのフィードバックが、運転者の注意を外界から逸らすだけでなく、何が起こっているかに対する認識を維持するのに役立つことが重要だと述べた。 （孟光偉編）