自動運転の高度化に
“データドリブン開発”が必須な理由(背景編)

複雑化・高度化する
自動運転システム
これまでの開発手法では
もう対応できない

これまでの自動運転レベル2が運転の「支援」にとどまっていたのに対し、レベル3では本格的な「自動運転」の段階に入る。それに伴い、自動運転システムの複雑化・高度化は急速に増大する。完成車メーカーや部品メーカーは、限られたリソースと開発期間の中で、信頼性の高い自動運転システムを開発するにはどうしたらいいのか。シリーズ第1回の背景編では、dSPACE山本光氏に、自動運転システム複雑化・高度化の現状と課題について解説してもらう。

自動運転はレベル3以上へ
格段に難しくなる開発

 2020年、日本のOEMが「レベル3」の自動運転車を世界で初めて実用化する。これまでの「レベル2」では、高速道路の単一車線を走行する場合のアクセル、ハンドル、ブレーキなどの操作がほぼ自動化されていたが、ドライバーは常にクルマの周囲の状況やシステムの動作状況に気を配る必要があり、また多くの車種では常にハンドルに手を添えている必要があった。

 これに対し今回実用化されるレベル3では一定の条件下で、ドライバーはハンドルに手を添えている必要はなく、走行中にスマートフォンの画面やクルマのディスプレイに表示された動画などを見ることが可能になる。つまり、周辺環境やシステムの作動状況を監視する義務から解放されるのだ。

自動運転が現実世界に

vol4a_img01

 また、このレベル3の自動運転機能を搭載した車両は、レベル2の自動運転中でもドライバーがステアリングに手を添えている必要がなく(周辺状況やシステムの監視義務はある)、高速道路での合流や車線変更を自動的に実行する機能も搭載される予定だ。これまでの、高速道路の単一車線を走行するだけの自動運転機能に比べて、はるかに高度な機能が実現することになる。

 「こうした機能を実現する制御ソフトウエアを開発するには、例えば高速道路での合流機能の場合、数百万以上の合流パターンを検証する必要があると言われています」とdSPACEの山本氏は説明する。これだけのパターンの走行試験を実際の道路で実行するのはほぼ不可能であり、危険でもある。つまり、これまでの自動車開発で主流だった試験車両を使った評価方法は、高度な自動運転技術を開発する上では限界を迎えているのだ。では、レベル3へ向けた開発の最前線では、具体的にどのような課題が待ち受けているのだろうか。

複雑化・統合化するシステム
センサー数は大幅に増加

 高度な自動運転システムを開発する上で、ソフトウエアを評価する走行条件が多岐にわたることに加えて困難なのは、システムが非常に複雑化していることだ。従来のシステムでは、単一車線の走行を想定しているため、車両の前方にミリ波レーダーやカメラを搭載していれば済んだ。これに、駐車支援機能用の超音波センサーや、車線変更支援機能用の後・側方レーダーなどが追加される場合はあったが、駐車支援機能や車線変更支援機能は自動運転機能とは独立していたため、それぞれにECU(電子制御ユニット)があり、試験・評価も別々に実施すれば済んでいた。

 これに対し、レベル3以上の自動運転機能を備え、合流や車線変更も自動実行するようなシステムでは、ドメインコントローラーと呼ばれる自動運転関連の機能を統合した高度なECUが搭載され、1つのECUの中で多くのソフトウエアが多様な機能を実行する。「つまり、これらのソフトウエアがすべて連携して働かなくてはなりません」と山本氏は語る。また車両の全周囲を監視するために、多数のセンサーが搭載され、取得した情報はドメインコントローラーに送られる。

複雑化および多様化するECUアーキテクチャー

vol4a_img02

 さらにレベル3以上のシステムでは、システムに故障が生じても機能のすべてが失われないように、主要な機能を二重化、場合によっては三重化する「冗長化」が必須だ。このように、自動運転システムそのものの構成も、レベル2までのシステムに比べてはるかに複雑になるため、評価する場合にも「あるセンサーが機能を失った場合」や「あるソフトウエアに欠陥があった場合」というような場合分けの数が幾何級数的に増大し、評価のための工数ばかりでなく、評価のためのシナリオを作成する工数そのものが非常に増える。「抜けのないシナリオを作成するのは非常に困難が伴います」(山本氏)。

 その上、自動運転のレベルが高くなるほど、人間が監視しなくても機能するようにするため、システムに要求される信頼性は増す。使われる状況が複雑化し、システムそのものも複雑化し、評価のためのシナリオは膨大になるにもかかわらず、要求される信頼性は高くなるばかりである。こうした状況を打開すべく、dSPACEが提案するのが「データドリブン開発」だ。