自動運転

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現在の車には欠かせない!カメラやレーダーなど各種センサーの種類とその意味

現在販売されている、レベル2までの運転自動化技術システムを搭載した『運転支援車』、そしてこれから登場するレベル3以上の『自動運転車』。これらは義務化されていないのでまだ全ての車に搭載されていないとはいえ、高級車から軽トラまでほぼ全車種に何らかのシステムが搭載されています。その機能そのものもさる事ながら、もっとも大事なのは各種のセンサー類。その種類と意味を解説します。

どんな優れたAIを搭載しても、センサーなしでは無能な運転自動化技術

2018年12月現在、過去に報道などで『自動運転』と称された車のうち、2018年10月末までに販売された車に搭載された、あるいはこれから販売される車でもそれに準じた運転自動化技術を搭載した車は全て、『運転支援』システムを搭載した『運転支援車』とされています。

報道や話題先行で、初歩的な運転自動化技術を搭載した車でも自動運転が実現していると誤解されており、一般ユーザーのみならず販売現場でさえ正しい認識を持たない現状を是正しようと、2018年11月に国土交通省が決めました。

現在販売されている運転支援車は、衝突被害軽減ブレーキやアダプティブ・クルーズ・コントロールのためアクセル&ブレーキの自動化技術、あるいは衝突回避や車線逸脱防止のためハンドルの自動化技術を片方搭載した『レベル1』、両方搭載した『レベル2』の2種類。

基本的にはレベル2が実現していれば、無条件で完全自動運転が可能なレベル5はその延長線上に過ぎません。
しかし、現実にはレベル2でもドライバーはハンドルから手を離し、前方や周囲への監視を怠ることはできず、あくまでドライバーの操作をサポートしているだけ、という機能。

これがレベル3になってようやく、いざという時はシステムの求めに応じて運転を代わるため運転席に座っている必要はあるものの、ハンドルを握ったり周囲を監視する義務から解放されます。

そのレベル3も市販車で認可されるのはもうすぐと言われていますが、レベル2が実現していながらなかなか先に進まないのはなぜでしょうか?

理由はセンサーの性能や信頼性の限界がまだまだ低く、ドライバーの代わりに各種情報を判断するAI(人工知能)の性能も低いから、と言われます。

実際センサーの限界の低さでレベル2自動運転が許されるのは交通の流れが単純な高速道路など自動車専用道路上で、昼間の好天時、システムが許容する速度の範囲内に限定されており、本当にごく初歩的な『運転支援』でしかないのです。

仮にAIが今すぐ人間になっても、現状では夜間や悪天候時には目がよく見えない人が運転しているに等しく、それではどんな優れたドライバーやAIであろうと、情報が入ってこないことにはどうしようもありません。

それだけ運転自動化技術、特にレベル3自動運転以上においてはセンサーの性能が大事なのです。以下、現在実用化されている主なセンサーの種類と、その意味を解説します。

人間で言えば『目』に相当する光学カメラセンサー

レベル2以上の運転自動化技術で不可欠とされている代表的、そしてもっとも大事なセンサーが、光学カメラセンサーです。

人間の『目』に相当し、車両前方やカメラの数に応じて車両からの各方位を監視するほか、機械が物体を識別するための映像情報をリアルタイムで撮影・提供し続けます。

光学カメラで映像を撮影しなければ、目の前の物体が車なのか歩行者なのか自転車なのか、あるいは全く異なる障害物なのかの識別はできませんし、信号が赤なのか黄色なのか青なのかという色情報、標識が何を意味するのかもわかりません。

道路に惹かれた白線が何色でどんな種類で、それにより車線の幅はどのくらいで、自車は今車線のどこを走っているかも、光学カメラで得られる情報がまず第一です。

この光学カメラセンサーが夜間や悪天候でも完全に動作するかどうか、カメラが機能し続けられるかが運転支援/自動運転にとってのネックで、現在の光学カメラセンサーではカメラそのものや、車内にカメラがある場合はその前のガラスに雪や泥、水滴が付着すれば、もう作動できません。

人間でもそのような時は窓をワイパーで拭き取り、スノーブレードで雪をかきわけ視界を得ていますが、何ぶん人間のように「ちょっと見えにくい時は頭を動かして視界を得る」などという動作ができないので、案外融通が効かないのです。

しかし、『車線逸脱防止』や『自動車と歩行者を見分けた対応』などは他のセンサーでは不可能なため、スバルのアイサイトVer.3やダイハツのスマートアシストIIIのように、光学カメラセンサーだけは贅沢にステレオカメラを搭載するというシステムまであります。

ほかにステレオカメラ+レーダー、単眼カメラ+レーダーといった組み合わせがあり、単眼カメラの場合は映像を処理してステレオカメラ並に遠近感の把握も可能になっていると言われますが、高級車などはステレオカメラどころか3つ以上のカメラを搭載する例もあり、可能な限り多く搭載できればいいようです。

なお、前方のみならず側方や後方を監視するカメラもあり、車線変更時の周囲監視や駐車時に映像を組み合わせて『上から見下ろす』映像を映すアラウンドビュー・モニターにも使われています。

また、対向車を見つけたら自動的にロービームへ切り替える『オートマチックハイビーム』や、LEDヘッドライトの照射範囲を調整してハイビームのまま対向車を幻惑しない『アダプティブLEDヘッドライト』も、光学カメラセンサーからの情報が頼りです。

悪天候や夜間に強く、距離測定も得意で精密スキャナーもあるレーダーセンサー

光学カメラセンサーの次に大事であり、運転支援止まりではなく本気で自動運転を目指すなら必須なのが、レーダーセンサーです。

運転支援レベルでは必須とも言い切れないため搭載しないシステムもありますが、光学カメラではできない機能もあるため、現時点で搭載していないシステムでもいずれは必須となります。

そのレーダーセンサーが得意としているのが距離測定で、先行車との車間距離を保ちながら自動追尾するアダプティブ・クルーズ・コントロールでは、かつてレーダークルーズコントロールと呼ばれて古くから搭載されていたほど。

また、悪天候や夜間といった悪条件で光学カメラセンサーでは見通しが効かないような場面でも、レーダーセンサーならたとえば霧や煙を突き抜けて目標を検知することが可能です。

ただし、そうした全天候型、かつ最大100mと遠距離の目標検知が可能なのは『ミリ波レーダー』と呼ばれる電波式のもので、かつては高級車にしか装備できないほど高価でしたが、最近は安価になってきたため大衆車レベルでも装備例が出てきました。

レーダーセンサーにはもう1種類、赤外線レーザー式のレーダーもあり、こちらは検知範囲が20mほどと短いものの安価なので、かつては軽自動車やコンパクトカーなど安価な車向けのセンサーとして搭載される事が多く、今でも残っています。

赤外線レーザーレーダーほど検知距離が短いと、衝突被害軽減ブレーキでその情報をアテにできる速度がだいぶ低くなってしまい、ミリ波レーダーのように高速道路での自動追尾には向きません。

また、雨天など悪天候時は赤外線が拡散してしまうため、光学カメラやミリ波レーダーと比べて赤外線レーザーを使った衝突被害軽減ブレーキは作動条件が極めて限定的になってしまいます。

ただし赤外線レーザーレーダーを用いた『LIDER』というスキャナー(精密測定装置)があり、これは赤外線レーザーが持つ分解能(どこまで精密に対象をスキャンできるか)の高さを活かし、レーザーで前方や周囲の3Dデータを得る事ができます。

これによって、混雑した道路で道路上で周囲の車がどのような配置で、どのような空きスペース、つまり車線変更の余地があるかなどを把握する事が容易になるほか、光学カメラとの併用で自動車と歩行者や自転車との識別も容易になりそうです。

また、走行しながら立体的な地図データを収集するリアルタイムマッピングにも使えますから、将来的に立体地図データを共有しながら走行する完全自動運転車には不可欠な装備になると言われます。

ネックだった雨天時の動作も技術の進歩で以前よりは精度が上がっていますが、問題はセンサー自体の大きさで、Googleなどの自動運転実験車のルーフ上に配された巨大なセンサーを、いかに小型化していくかが今後の課題です。

至近距離の障害物を捉えて狭い道や車庫入れで活躍する超音波ソナー

走行時に必要な光学カメラやLIDERを含むレーダーセンサーほど重要ではありませんが、センサー自体が小型で安価なため車体周囲に搭載しやすく、まるで『ネコのヒゲ』のように狭い場所での取り回しや車庫入れ時に重宝するのが超音波ソナーです。

基本的にはイルカが潜水艦が持つ、超音波の反射波を拾う音響を使ったレーダーの一種だと思えば良いのですが、人間の可聴域での音は発しないため、作動音が聞こえるわけではありません。

たとえば狭い道で対向車とすれ違うため道の端に寄ったり、狭い十字路を何とか曲がって行こうとする時、壁や電柱など障害物や歩行者に当たりそうになれば、どの部分が当たりそうかと警告を鳴らすのに必要。

バックの際に壁などへ迫った時にも距離が詰まれば警告を鳴らすほか、誤発進抑制装置、誤後進抑制装置に組み込まれ、電子制御スロットルを調整して暴走を防ぐ役目にも使えます。

安価で至近距離なら精度の高いセンサーなので、軽自動車やコンパクトカーへの搭載例が増加中です。

外部のセンサーから情報を収集するのも大事

今回紹介したのは運転支援車/自動運転者自体に搭載して威力を発揮するセンサーですが、他にも2018年から国産の準天頂測位衛星『みちびき』により精度が飛躍的に高まったGPS信号や、道路側に設けられた通信設備からの各種情報収集も大事です。

特に道路側から情報を仕入れる路車間通信や、他車から情報を受け取る車車間通信では自車が搭載するセンサーではどうしても資格になる部分の情報も得られますから、それらの情報が多ければ多いほど、自動運転車による安全なスムーズな交通という未来が得られます。

現在の初歩的なレベル2運転支援からそこまで発展するためには、車両側も道路側も、より小型軽量安価で高性能なセンサーを開発していかなければなりません。

この記事は、株式会社デンソー『ADAS/AD 安心できる自動運転』などを参考に執筆しました。