トヨタの自動運転(上):ADAS進化型と完全自動運転の2つのシステムを開発

人を理解する人工知能技術を搭載した「TOYOTA Concept-愛i」を公開

2017/02/13

要約

2017 International CESに出展した「TOYOTA Concept-愛i」
2017 International CESに出展した「TOYOTA Concept-愛i」

 オートモーティブ ワールド2017 カンファレンスが、2017年1月18~20日に東京ビッグサイトで開催された。トヨタ自動車株式会社 先進安全先行開発部 主査 松尾芳明氏による「トヨタが描く自動運転の在り方と今後の課題~知能化するクルマと人の協調とモビリティー社会の実現」と題した講演を中心に、トヨタの自動運転の取組みについて報告する。

 本レポート「トヨタの自動運転(上)」は、トヨタの自動運転が長期的に目指す方向性について報告する。

 トヨタは「MOBILITY TEAMMATE CONCEPT」のもと、人とクルマが協調する自動運転を目指している。また多くの企業が、システム主体とドライバー主体が混在するレベル 3を省略してその上のレベルの自動運転を目指すなか、トヨタは進化させた人工知能(AI)とHuman Machine Interface(HMI)によりレベル3を実現し、そこでレベルアップした人工知能技術を持ってレベル4~5の自動運転を目指すとしている。

 人工知能を研究するToyota Research Institute では、「レベル4・レベル5の完全自動運転(「ショーファー・お抱え運転手」と呼ぶ)」と「運転支援システムを進化させた自動運転(「ガーディアン・守護者」と呼ぶ)」の2種類のアプローチに取組んでいる。「運転支援型(守護者)」システムも下記の「Concept-愛i」と同様の人工知能技術を持ち、どんどん賢くなる。この面を強化して賢い人工知能を育てることが、完全自動運転に近づくための有力な道筋だとしている。

 また、2017 International CESにおいて、トヨタの未来のモビリティーを具体化した「TOYOTA Concept-愛i」を公開した。最新の人工知能技術を応用し、感情認識や嗜好性蓄積といった、人を理解するための複合技術を確立。乗る人に安全・安心やFun to Driveの領域で、新発想の体験を提供する。人工知能が、自動運転と手動運転切換え決定の支援も行う。トヨタが長期的に目指すコンセプトであり、数年後に実験車両が日本の都市を走行する予定。


関連レポート トヨタの自動運転:Autonomous Vehicle and ADAS Japan 2016 から(1)(2016年8月)



自動運転への期待と自律型システムの役割

 車を取巻く課題としては、安全、高齢者を含めた自由な移動への欲求、渋滞・燃費などの環境が挙げられるが、トヨタは、「全ての人が安全、スムース、自由に移動できる社会」の実現を目指している。

 死亡事故の96%はドライバーのミスに起因するとされ(残りの4%は歩行者等に起因)、自動運転への社会的期待が高まっている。自動運転の実現により、交通事故の削減、高齢者の運転支援、バス/トラックドライバー不足の解消などが期待されている。

 また、従来自動運転は車載技術による自律型システムと協調型システムの統合により実現されると言われてきた。近年のセンサー、コンピューターの処理能力、ソフトウエアの3つの技術革新を踏まえて、自動運転開発において自律型の役割が高まっており、トヨタは再び自律型自動運転を目指すとしている。



近年の技術進歩

センサーの性能 カメラ:高解像度、高感度化、レーザ:2D→3Dイメージスキャナ
ハードウエア処理能力 GPU、FPGA等による性能向上
ソフトウエア 自動運転基本アルゴリズム、機械学習等による認識ロジック性能向上
(注)GPUはGraphics Processing Unitの略で、画像処理プロセッサー。FPGAはField-programmable Gate Arrayの略で、製造後に購入者や設計者が構成を設定できる集積回路。


トヨタの自動運転に対する考え方:MOBILITY TEAMMATE CONCEPT

 トヨタの自動運転に対する考え方を端的に示すのが、「MOBILITY TEAMMATE CONCEPT」。人とクルマが協調する自動運転を目指している。ロゴも、ドライバーと自動運転システムが、並んで一つのステアリングホイールを操作しているところを表している。同コンセプトには、ドライバーのFun to Driveを妨げない、ドライバーは運転したいときは運転するし、運転したくないときまたは運転できないときはシステムに運転を委ねる、などの意を含めている。

 トヨタの自動運転では、安全、環境、モビリティー(移動の自由)、運転の楽しさ、の4項目を重視するとしている。

自動運転に対するトヨタの考え方(資料:トヨタ)
自動運転に対するトヨタの考え方(資料:トヨタ)


自動運転技術開発のアプローチ:Level 3を実現した上でLevel 4~5の完全自動運転へ

 上記のトヨタの方針は、SAE 5 段階基準レベル 3への取組みにも表れている。レベル 3は、「自動運転システムは、運転の引き渡しが必要になるような状態をいつでも検知し、その場合ドライバーが運転に復帰しなければならない」というレベル。しかし、一旦システムに運転を委ねたドライバーが短時間で運転に復帰するのは大変困難とされ、一部の企業はレベル3の実用化を省略し、レベル4~5に一気に取組むことを決めている。

 トヨタは、人とクルマの協調・信頼関係を築いてLevel 3の自動運転を実現し、その上でLevel 4の完全自動運転を目指すとしている。

 また、Toyota Research Institute CEOのギル・プラット氏は、「米国でレベル4~5の自動運転車が街中を走る車の多くを占めるには、数十年の時間がかかる。その間、可能な限り多くの方々の命を救うことができる自動運転を追求しなければならない。トヨタは、通常運転から完全自動運転までを切れ目なくサポートして、より安全に貢献できるクルマづくりを進める」としている。

自動運転技術開発のアプローチ(資料:トヨタ)
自動運転技術開発のアプローチ(資料:トヨタ)


進化した運転支援システムと完全自動運転の開発に取り組む

 トヨタは、Toyota Research Institute (TRI)CEOギル・プラット氏の指揮のもと、「ガーディアン(守護者)と呼ぶ運転支援システム」と「ショーファー(お抱え運転手)と呼ぶレベル4・レベル5の完全自動運転」の二つのアプローチに取り組んでいる。同氏の2回の講演(2017年1月開催のCESおよび2016年4月開催のGPU Technology Conference (GTC))から、トヨタの自動運転技術開発の方針を整理し報告する。

<SAE基準レベル5、4、3、2へのコメント>

 プラット氏は、レベル 5(無条件の完全自動運転)実現の困難さを、繰返し強調している。「社会は、ドライバー(人間)によるミスの多くを許容するが、自動運転(機械)にははるかに高い安全性能を求めるであろう。人々は、機械の不具合によるケガや死亡を一切許容しないという見方もある。レベル5で必要になる安全性を実現するには、膨大な機械学習、シミュレーション、実走行テストが必要である。」

 レベル 4は、レベル 5に比べ早期に実現する可能性が高い。

 レベル 3については前項と同じだが、プラット氏は数字を設定して説明している。

 またレベル 2は、Tesla車での死亡事故発生もあり、現在最も争点となっている技術である。プラット氏は、一旦自動運転に委ねながら、長時間監視し続けることの困難さを指摘した。TRIは、新たなHMIやその他の対策で、ドライバーの注意力を維持することを研究している。



TRI CEOギル・プラット氏の、SAE基準レベル5、4、3、2へのコメント 

レベル5  レベル5(無条件の完全自動運転)で必要となる完全性を実現するには、何年もの機械学習や何万マイルものシミュレーション・実走行によるテストが必要。まだまだ道半ばである。
 しかし、車を運転できない方もいるので、レベル 5も必要であり、トヨタは研究を進めている。
レベル4  レベル4(限られた地域、車速、時間帯、天候などでの自動運転)は、実用化の道のりはもっと短い。今後10年の間に、多くの自動車メーカーが実現している可能性がある。ライドシェアなどのモビリティーを提供する企業にとっては、特に魅力的である。
レベル3  レベル3では、システムが、ドライバーへの運転の引き渡しが必要になるような状況をいつでも検知し、ドライバーはそれに応えて運転を引き継がねばならない。例えば、ドライバーが引き継ぐのに必要な時間を15秒とすると、時速65マイル(104km)で走行している車は15秒間に約1,500フィート(約460m)進むので、システムは460m先のトラブルを検知する必要がある。レベル3はレベル4を実現するのと同じくらい難しいかもしれない。
レベル2  既に実現しているレベル2では、高速道路等での自動運転が可能だが、ドライバーは常に運転状況を監視し、先にある危険をシステムが検知できない場合は、自ら運転に介入することが必要。しかしドライバーは、システムを過小評価するか、または過剰に信頼するかに偏る傾向がある。自動運転がうまく進めば進むほど、過剰に信頼してしまう懸念がある。
資料:トヨタプレスリリース(ギル・プラット氏のスピーチ) 2017.1.5/2016.4.7



<ガーディアン(守護者)とショーファー(お抱え運転手)の2つのアプローチ>

Hybrid Autonomy(Series AutonomyとParallel Autonomy)(図ではGuardian Angelとなっているが、本項の「ガーディアン」に同じ)(資料:GTC 2016でのGill Pratt氏講演のスライド資料)
Hybrid Autonomy(Series AutonomyとParallel Autonomy)(図ではGuardian Angelとなっているが、本項の「ガーディアン」に同じ)(資料:GTC 2016ホームページに掲載されたギル・プラット氏講演のスライド資料)

 ガーディアンは、ABS、VSC、AEB(緊急自動ブレーキ)など運転支援システムの延長線上にある運転支援システム。クルマとドライバーの状況認識力を統合するシステムで、ドライバーは常に道路状況を確認し、システムは必要な時だけ作動する安全装備となる。ガーディアンは、「Concept-愛i」が搭載する「Yui」のような人工知能技術を搭載し、クルマとドライバーからのデータ収集やクラウドを通じた情報・知識共有により、どんどん賢くなる。

 ギル・プラット氏は、これを”Parallel autonomy”と呼ぶ。親が子供にゴルフを教えていて、二人の手が同時にゴルフクラブを握っているイメージで、子供は上達して、徐々に自分一人で上手に飛ばせるようになっていく。自動運転に対するトヨタの考え方”MOBILITY TEAMMATE CONCEPT”に共通するイメージと思われる。

 ショーファー(お抱え運転手)は、レベル4・レベル5の完全自動運転システム。開発している周辺認識・制御技術は基本的にガーディアンと同じもので、違いはガーディアンでは必要な場合にのみ機能するが、ショーファーでは自動運転中は常に機能している。司令官が下位者に命令して、下位者が仕事をしていくように連続していくイメ-ジだとして、Series Autonomyと呼ぶ。

 同氏は、二つのAutonomyを、右図のようにHybrid Autonomyと呼び、トヨタの自動運転開発では、この二つのAutonomyを追求する。また、右図の横軸(Parallel軸)は、自動車業界がこぞって目指しているSeries autonomy(縦軸)を強化していく上で、図りしれない価値があると強調している。



ガーディアン(守護者)とショーファー(お抱え運転手)の2つのアプローチ

Autonomy 呼び名 概要 関連する運転支援システム
Parallel Autonomy ガーディアン
(守護者)
クルマとドライバーの状況認識力を
統合する運転支援システム
ABS、VSC、AEBなど
Series Autonomy ショーファー
(お抱え運転手)
レベル 4・レベル 5の完全自動運転システム Adaptive Cruise Control、Automatic Highway Passingなど
資料:トヨタプレスリリース(ギル・プラット氏のスピーチ) 2017.1.5/2016.4.7 



米国で人工知能研究体制を強化

人口知能を研究するToyota Research Institute (TRI)を設立
人工知能を研究するToyota Research Institute (TRI)を設立

(写真:トヨタ)

 トヨタは、2016年1月に、人工知能を研究する新会社Toyota Research Institute(CEO:ギル・プラット氏)を設立した。設立1年後の2017年1月までに約100名を新規雇用、日本の研究部門の社員50名も合流した。今後1年間にさらに100名を追加雇用する計画。

    現在、米国内3箇所に拠点を置き、各拠点において、
  • ミシガン州Ann Arbor:主に完全自動運転の研究に取り組む、
  • カリフォルニア州Palo Alto:ドライバーが主役となるなかで、車が必要に応じてサポートする技術(ガーディアン)に焦点を当てた研究を進める
  • マサチューセッツ州Cambridge:シミュレーションやディープラーニングの領域を中心に取り組む。

 それぞれの拠点の近くに位置するミシガン大学、スタンフォード大学、マサチューセッツ工科大学と提携している。

 また、大きく進化させた大型シミュレータに取組み、近く稼働させる予定。



トヨタ:米国で人工知能 研究体制を強化

2015年9月  米国マサチューセッツ工科大学(MIT)のコンピューター科学・人工知能研究所、およびスタンフォード大学の人工知能研究所と、人工知能に関する研究で連携していくことで合意。それぞれと連携研究センターを設立した。今後5年間で合計5,000万ドルを投資し研究を進めると発表。
 トヨタはまた、ギル・プラット氏を招聘すると発表した。同氏は、米国国防総省の国防高等研究計画局(DARPA)が主催する災害救助用ロボットの競技大会で、プログラムマネージャーを務めた。MIT・スタンフォード両大学との提携も、同氏の助言を得ながら進めていく。
2016年1月  人工知能研究新会社Toyota Research Institute(TRI)をミシガン州Ann Arborに設立。ギル・プラット博士がCEOに就任。5年間で約10億ドルを投資して、人工知能研究とモビリティー技術を活用した屋内用ロボットの開発に取り組む。
2016年8月  TRIは、ミシガン大学と人工知能の研究で連携すると発表。今後4年間で2,200万ドルを投資する計画。トヨタの北米技術開発拠点であるToyota Technical Centerは、同大学と長く安全技術などの研究を共同で行ってきた経緯がある。
資料:トヨタプレスリリース 2015.9.4/2016.1.5/2016.8.11


2017 CESで、人を理解する人工知能技術を搭載した「TOYOTA Concept-愛i」を公開

 TOYOTAは、2017年1月5日~8日に米国ネバダ州ラスベガスで開催された2017 International CESにおいて、人工知能技術を搭載することで人とクルマがパートナーの関係となる、モビリティー社会の未来像を具現化したコンセプトカー「TOYOTA Concept-愛i(コンセプト・アイ)」を出展した。

 人工知能により人を理解し、ともに成長するパートナーとして、人とクルマの新たな関係を創造した。感情認識や嗜好性蓄積といった「人を理解する」技術を、自動運転技術と組み合わせることで、ドライバーに対し安全・安心と移動の楽しさを充実させる新たな体験を提供する。

 Concept-愛iは、「Yui」と呼ぶ人工知能技術を持つ。Yuiはドライバーとともに成長し、ドライバーへの理解を深めていく。単にルートを設定するという段階を超えて、ドライバーの期待も予測できるようになり、人とクルマの”Interface”を超えて、両者間の”Relationship”を深めていく。Yuiは、ドライバーとともに働くTeammateになる。

 Concept-愛iは、完全自動運転モードと手動運転モードを持ち、Yuiは自動運転と手動運転切換え決定の支援も行う。発表された写真は、全てステアリングホイールとペダル類を装備している。

 Concept-愛iは、今後数年内に公道実証実験を計画しており、今回の出展内容の一部を搭載した実験車両が日本の都市を走行する予定。



rep1572Toyota Concept愛iの外観(1)(写真:トヨタ) Toyota Concept愛iの外観(2)(写真:トヨタ) Toyota Concept愛iの内装(写真:トヨタ)
Toyota Concept-愛iの外観(1)(写真:トヨタ) Toyota Concept-愛iの外観(2)(写真:トヨタ) Toyota Concept-愛iの内装(写真:トヨタ)



CES 2017に「TOYOTA Concept-愛i」を出展

 Concept-愛iでは、クルマは“愛”がつく工業製品であるというトヨタが大切にしている想いのもと、
クルマが人に働きかけることで始まる、新たな体験を提供する。
「人を理解する」技術(Learn)  最新の人工知能技術を応用し、感情認識や嗜好性蓄積といった人を理解するための複合技術を確立。ドライバーの表情や動作、覚醒度などをデータ化することや、SNS発信や行動・会話履歴によって、ドライバーの嗜好を推定する。
「安全・安心」(Protect)  「人を理解する」技術と自動運転技術を組み合わせることで、ドライバーを安全・安心に導く。ドライバーの感情、疲労度、覚醒状態に応じて、視覚や触覚などの五感に働きかけ自律神経を刺激し、より安全運転に誘導する。例えば、覚醒状態に導くには、青色光による視覚フィードバック、ストレッチシートによる触覚フィードバックなどで交感神経を刺激。逆にリラックス状態にするためには、暖色系の揺らぎのある光や、ラベンダーの香り、ゆったりした楽曲などを活用し、副交感神経を優位にする
 また、クルマの周辺状況に加えて、ドライバーの感情や自動運転への信頼度をモニターすることで、ドライバーが危険な状態(例:路外逸脱の危機等)に陥った際には、自動運転モードに切り替わり、クルマが自動で安全状態に導くなど、“ある時は見守り、ある時は助け合う”、トヨタの自動運転の考え方「Mobility Teammate Concept」を具現化した車両となる。
「新しいFun to Drive」(Inspire)  人を理解する技術と会話する技術を組み合わせることで、ドライバーの気持ちを先回りした提案を可能とし、ドライバーに新たな体験をもたらす。
資料:トヨタプレスリリース 2017.1.5

キーワード

トヨタ、自動運転、お抱え運転手、保護者

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