トヨタの自動運転:2つのアプローチ「ガーディアン」と「ショーファー」

CES 2018でモビリティ「e-Palette」と自動運転実験車「Platform 3.0」を発表

2018/02/19

要約

自動運転EVモビリティ「e-Palette」
 (CES 2018に展示)

 本レポートは、2018年1月に開催された第10回オートモーティブワールドセミナーでの、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、「トヨタの自動運技術開発と今後の課題」と題した講演、2017年9月に発表した「トヨタの自動運転白書」およびCES 2018での発表に基づき、トヨタの自動運転開発の概要を報告する。

 トヨタは、「ガーディアン (高度安全運転支援)」と「ショーファー (自動運転)」と名付けた2つのアプローチで自動運転を開発している。「ガーディアン」は高度なドライバーアシストシステムで、車内外の環境をモニターし、非常時にはドライバーに警告または運転に介入する。高度安全運転支援としているが、完全自動運転のショーファーと同じハードウェアとソフトウェア、高度なAIを搭載するトヨタ独自の構想である。
 ショーファーは自動運転システムが運転してくれるもので、SAE基準レベル5の完全自動運転、またはレベル4の条件付き自動運転を目指している。
 ガーディアンの方が、ショーファーより早期にまた広く採用され、将来ではなく今日、衝突被害を和らげ多くの命を救うことができるとしている。既に2017年10月に発売した新型Lexus LSに、自動運転にもつながる高度な運転支援技術「Lexus Safety System + A」を搭載したが、ガーディアンではさらに高度な安全技術を開発し順次採用していく。
 また、ショーファーには、セーフティネットとしてガーディアンの機能も持たせるとしている。

 CES 2018において、ショーファーの自動運転によって制御されるモビリティサービス専用次世代EV「e-Palette Concept」を発表した。2020年東京オリンピックにおいて、その一部機能を搭載した車両を提供する予定。
 CES 2018では、新しい自動運転実験車「Platform 3.0」も発表した。4台の高解像度LiDARにより、外周360度について200m先を認識できる。性能を高めたセンサー類を、コンパクトでスマートなルーフトップカバーに収めた。

 トヨタは現在、オーナーカーと移動サービスの自動運転を並行して開発している。「e-Palette」のような移動サービス車は、ショーファーにより制御される。オーナーカーは、レベル2、3と進化させ、将来は完全自動運転を目指す。

 自動運転白書のなかの「トヨタの自動運転車開発に対するアプローチ」によると、トヨタは、自動運転技術開発に関して業界トップレベルにあるとしているが同時に非常に慎重であり、「自動運転車の性能」に加えて「ドライバーの能力」と「運転の難しさ」も考慮している。レポート末尾に、トヨタの自動運転開発の特徴を表すと思われる部分を掲載した。

自動運転技術の開発シナリオ

レベル 概要
(2017年)
Lexus CoDrive
Lv2  高度運転支援技術。ドライバーの意図と協調した操舵支援制御で、カーブの多い自動車専用道などで連続して運転支援を行う。
(2020年頃)
Highway Teammate
Lv2~  自動車専用道路での自動運転。単純な走行方向、シンプルな道路形状を想定する。
(202X年)
Urban Teammate
Lv2~Lv4  自動車専用道路での完全自動運転。
 一般道での自動運転。交差点、信号、標識があり、歩行者、二輪車も多い。
(20XX年) Lv5  あらゆる道路での完全自動運転。

資料:トヨタ

関連レポート:
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 (2017年2月)
トヨタの自動運転 (下):「1兆マイルの信頼性」に挑む (2017年3月)
東京モーターショー2017:トヨタの多彩な出展 (2017年11月)



トヨタの自動運転:2つのアプローチ「ガーディアン」と「ショーファー」

 トヨタの自動運転は、人とクルマがTeammateになり協力して「もっといいクルマづくり」に貢献し、安全性を高めていくというトヨタ独自の考え方に基づき進めている。2020年に投入を予定するトヨタ初の「自動運転車」も「Highway Teammate」と呼んでいる。「ガーディアン (高度安全運転支援)」および「ショーファー (自動運転)」という、2つのアプローチで自動運転車を開発している。

<ガーディアン (高度安全運転支援)>
 ガーディアンは、主にオーナーカーを対象とし、人が手動運転するが、もう1人のドライバーのようにガーディアン (守護者)が見守り、必要なときにのみ支援または介入する。ショーファーより早く、また広く採用され、それぞれの段階での新技術を実用化することで、安全性に貢献する。「システムが人を守るのか、人がシステムを監視するのか」という議論があるが、ガーディアンは両者の相乗効果を追求する第3の道を選んだ。それにより、見たことのない新技術を開発しているとのこと。
 ガーディアンは、高度安全運転支援としているが、完全自動運転のショーファーと同じハードウェア、ソフトウェア、さらに高度なAIを搭載するユニークな技術である。両モードの違いは、ガーディアンでは必要な場合にのみ機能するが、ショーファーでは走行中常に機能している。
  最高度に達したガーディアンでは、ドライバーによる過失の有無にかかわらず、人が運転している車両が決して衝突を起こさないようにし、また他の車両やその他の原因によって発生する多くの衝突を避けるようクルマを動かすことも可能になるとの考え。
  2020年の東京オリンピックに合わせて、ガーディアンの機能をデモ走行で紹介する予定。
 なお、トヨタは、ユーザーの自動運転に対する恐怖心をなくすためにも、クルマと人のエモーショナルな結びつきを重視している。テクノロジーと人を融合し、ユーザー・エクスペリエンスを高めていく考え。2020年の東京オリンピックの際に、クルマがいかに人の感情、体の姿勢、視線などを感じ取ることができるかについても紹介する。

<ショーファー (自動運転)>
 ショーファー (chauffer)は「おかかえ運転手」の意味で、おかかえ運転手が運転してくれるように、自動運転システムが運転してくれるもので、主にシステムが運転の責任を持ち、ドライバーを運転の一部または全てから解放する。SAE基準レベル5の完全自動運転、またはレベル4の条件付き自動運転実現を目指している。
 トヨタは、CES 2018に、ショーファーにより制御されるe-Paletteを出展した。ショーファー搭載車の需要は当面e-Paletteのような移動サービス(MaaS)にあるとされる。トヨタは、e-Paletteを中心にショーファーの技術開発を進めていく。

<ショーファーはガーディアン機能も持つ>
 なお、ガーディアンとショーファーは、それぞれの明確なコンセプトにより開発が進められているが、両者は類似した認知、予測、計画技術に基づいている。ガーディアンのハードウェアとソフトウェアは、ショーファーのバックボーンにもなっている。例えば、「e-Palette」はショーファーにより制御されるが、セーフティネットとしてのガーディアン機能も持つとしている。
 また、ガーディアンが搭載するAIは、車とドライバーからのデータ収集と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。こうして構築されたガーディアンの能力は、ショーファーの実現にも大きな力となるとのこと。 

新型LSに採用した安全技術「Lexus Safety System + A」

 ガーディアンは、それぞれの段階での最新の技術を取り入れることで、車の安全に貢献する。2017年10月に発売したLexus LSでは、「Lexus Safety System + A」と呼ぶ高度な運転支援技術を採用した。

・自動運転につながる高度運転支援技術Lexus CoDrive:レーダークルーズコントロール、レーントレーシングアシスト (LTA)、レーンチェンジアシスト (LCA)の3機能を連携させ、高速道路や自動車専用道路において、操舵支援やレーンチェンジの運転支援を実現し、ドライバーの運転負荷を大幅に低減する。
<レーントレーシングアシスト (LTA)>
 カメラによる車線検知に加え先行車の走行軌跡も利用して追従し、渋滞時も支援を継続。ナビ情報を基に、進行方向にカーブがありながら進入速度が速いなど必要な場合は自動で減速する。
<レーンチェンジアシスト (LCA)>
 ドライバーの方向指示レバー操作を合図に、周辺の道路環境を監視し、最適なタイミングで操舵・加減速することで、車線変更の支援を行う。

・アクティブ操舵回避支援:プリクラッシュセーフティにおいて、自車線内の歩行者などに衝突する可能性が非常に高いと判断した場合、警報とブレーキに加え、自動で操舵制御を行い、衝突回避あるいは被害の軽減を支援する。

・ドライバー異常時停車支援システム (LTA連動型):レーントレーシングアシスト作動中に、ドライバーの無操作状態が続いた場合、ハザードとホーンで車外に異常を報知しながら自動で減速停車する。停車後に、ドア解錠やヘルプネット自動接続による救命要請も行う。

 

アクティブ操舵回避支援のイメージ
 (資料:トヨタ)
LTAとLCAの作動イメージ (Lexus CoDrive) 
(資料:トヨタ)
ドライバー異常時停車支援システム (LTA連動型)
 (資料:トヨタ)

 



モビリティサービス専用EV "e-Palette Concept"をCES 2018で発表

 トヨタは、CES 2018で、モビリティサービス (Mobility as a Service: MaaS)専用次世代電気自動車 (EV)、"e-Palette Concept"を出展した。e-Palette Conceptは、電動化、コネクティッド、自動運転技術を活用。移動や物流、物販など様々なサービスに対応し、人々の暮らしを支える「新たなモビリティ」を提供する。
 e-Paletteは、ショーファーモードによる自動運転によって制御される。またパートナー企業の希望によっては、各社独自の自動運転ソフトウェアを搭載することも許容する。いずれの場合でも、e-Paletteはセーフティネットとしてのガーディアン機能も搭載する。
 「e-Palette」は、「Autono-MaaS」ビジネスに対するトヨタビジョンを示したもので、電動化技術、トヨタコネクティッドによるモビリティサービスプラットフォーム (MSPF)、Toyota Research Institute (TRI)による自動運転技術が、トヨタが今後進めていくモビリティサービスにおける非常に重要な構成要素となる。


<MaaSは自動運転の発展に貢献>
 自動運転の中核となる技術を向上させるためには、自動運転技術搭載車からの大量の走行データ取得が必要である。しかし、自動運転車は価格が高く、急な販売増は望めない。またオーナーカーは稼働率が低いため、提供されるデータも比較的少ないと思われる。
 MaaSでは、ユーザーによる初期費用の負担が可能であり、また稼働率も高いので多くのデータ収集が可能。MaaSを展開することにより、自動運転のメリットをいち早く社会に還元していくこともできる。

 

<ビジネスを支えるモビリティサービスプラットフォーム (MSPF)>
 e-Palette Conceptを活用した新たなモビリティサービスを実現するMSPFの構築を推進するため、アライアンスパートナーとして、Amazon.com, Inc.、Didi Chuxing (滴滴出行)、Pizza Hut, LLC、Uber Technologies, Inc.、技術パートナーとしてDidi Chuxing、マツダ、Uber Technologies, Inc.が参加。パートナー企業には、サービスの企画段階から参画を求め、パートナーのニーズを取り込んで実証事業をともに進めていく予定。
 車両情報は、車載DCM (データコミュニケーションモジュール)から収集し、グローバル通信プラットフォームを介して、TOYOTA Big Data Center (TBDC)に蓄積する。その車両情報に基づき、車両をリースや保険等の各種ファイナンス、販売店と連携した高度な車両メンテナンスなどとあわせて提供する。また、MSPF上で車両状態や動態管理などのためにサービス事業者が必要とするAPI (Application Programming Interface)を公開し、モビリティサービスに活用してもらう。
 今後は、2020年代前半に米国を始めとした様々な地域でのサービス実証を目指すとともに、2020年には一部機能を搭載した車両で東京オリンピック・パラリンピックのモビリティとして大会の成功に貢献する計画。

多様な仕様のe-Palette Concept、全長4m~7mの3サイズの車両を用意する。
 (CES 2018に展示)
車両制御インターフェースの開示による自動運転の仕組み 
(資料:トヨタ)

 



次世代の自動運転実験車「Platform 3.0」をCES 2018で公開

 Toyota Research Institute (TRI)は、次世代の自動運転実験車「Platform 3.0」をCES 2018に出展した。
 TRIは、研究開発の急速な進化を反映して、2017年3月~2018年1月の間に3車種の自動運転実験車両を発表した。TRIは、自動運転開発を加速している。

「Platform 2.0」:
 2017年3月に発表。2013年に発表した「Platform 1.0」以来の改良で、それまでの開発成果を織り込みながら、初めてTRIが全てを開発した実験車両。Lexus LS 600hLをベース車両とした。当面は、高精度地図情報が存在しない地域での自動運転も想定されるため、高精度地図に過度に依存しないシステムも構築できるよう、LiDAR、レーダー、カメラなどのセンサー能力を拡充した。

「Platform 2.1」:
・2017年9月に発表。TRIでのディープラーニングの成果を反映し、より正確に道路の状況や障害物を認識し、自動運転車が走行する正確で安全なルートを予測できるようになった。
・米国Luminar製LiDARを搭載。これまでより長い距離を測定でき、また視野を調整することができるので、最も認識が必要な方向に高密度の点群データを得ることができる。
・運転席および助手席の両方に、drive-by-wireのステアリングとペダル類がある構造 (デュアルコックピット・コントロール・レイアウトと呼ぶ)とした。困難な運転環境下において、ドライバーによる運転と自動運転システムによる運転をどのように安全かつ効果的に切り替えていくかを研究する。また、システムが熟練ドライバーの運転を学んだり、経験の少ないドライバーに運転を教えたりする機械学習のアルゴリズムの開発に役立てていく。
・ショーファーとガーディアンの両モードの試験を、1台の実験車で行うことができる。両モ-ドとも、同じセンサー・カメラなどを採用する予定。

「Platform 3.0」:
・2018年1月開催のCESに出展した。自動運転実験車の能力を新たなレベルに引き上げるため、トヨタのエンジニアリングとデザインの能力を活用し、機能・スタイリングの両面でベンチマークとなりうる新しい実験車を作り上げた。Lexus LS600hL(前代モデル)をベースに開発した。
・Luminar製LiDARは200m先までを認識する。これまでのTRIテスト車のLiDARは前方のみをカバーしていたが、Platform 3.0に搭載した機種は、4台の高解像度LiDARにより外周360度の認識が可能。かつ、暗い色の物体を含めて、非常に見にくい物体を正確に検知する。また、短距離LiDAR 4個を配置し、子供や道路上の障害物など、低く小さい対象 (物)を検知する。今後も、新たなブレークスルー技術があれば取り入れていく。
・CALTY Design Research (米国トヨタのデザイン拠点)の協力を得て、センサーやカメラ類をコンパクトにまとめ、ルーフトップカバー (写真参照方)に収めた。これまで自動運転実験車につきものであった回転型のLiDARもこのカバー内に収容可能な形に置き換えた。
・従来はトランクスペースの殆どを占領していた、自動運転実験車用コンピューターと関連部品は、小さなボックスに収納した。
・2018年春に「Platform 3.0」車両の生産を開始する。今後も短い期間での更新を予定するので、生産は少量に止める。
・一部車両は、デュアルコックピット・コントロール・レイアウトで生産し、ガーディアンモードのテストを行う。ショーファーモードのテストは、一般的なシングル・コックピットの実験車で行う。

次世代の自動運転実験車「Platform 3.0」 
(CES 2018に展示)
2017年9月に発表した自動運転実験車「Platform 2.1」
 (資料:トヨタ)
2017年3月に発表した「Platform 2.0」
 (資料:トヨタ)

 

<競合他社に対するトヨタの優位性>
 完全自動運転の実現には何十億kmの走行実験が必要だが、物理的に不可能である。数百万km走行したと発表している企業もあるが、必要な距離の一部でしかない。
 トヨタの自動運転技術は、競合相手に対して下記のような優位性があるとしている。
1)他社に比べてより遠方を全周囲でカバーするセンサー・カメラを豊富に開発し、認識・予測能力を高めた。
2)実走行の距離を補うシミュレーション走行をしている。それも、画面上だけでなく運転者の身体的な動きも交えてシミュレーションを行っている。
3)将来の自動運転は、ソフトウェアよりむしろデータが主役になる(AIが走行データから学習して賢くなる)。世界で年間1,000万台の生産・販売規模を、Toyota Connectedを通じてデータの規模に置き換え活かすことで、より優れたAIの性能を実現できる。





自動運転車開発に対するトヨタのアプローチ (2017年9月発表の「自動運転白書」から)

 以下に、特にトヨタの自動運転へのアプローチの特徴を表すと思われる部分を紹介する。

<「automated」と「autonomous」の定義>
 トヨタは、「automated」は人のコントロールを殆ど必要としない車の機能を意味するものとし、「autonomous」は、常時その状態で運転が可能な車を指す、と区別している。この区別からすると、現在「autonomous」と称している自動運転車の多くは、人が監視し責任を負うので、真の意味で「autonomous」とは言えない。顧客の自動運転車への期待・理解に関わるので、これらの用語を注意深く使用することが重要だと考えている。

<自動運転技術の基準>
 SAEが作成した0~5段階のレベルは、世界中で共通の議論や規制を進めるうえで重要な役割を果たしていると評価。同時に、トヨタは下記の考え方を表明している。
1)SAEの基準は、能力と責任に関する多くの側面を、0~5の1つの軸にまとめ、自動運転技術が0~5の段階を追って進化していくという印象を与える。実際には自動車メーカーやテクノロジー企業は、複数のレベルにまたがる要素を同時並行で開発している。
2)レベル3は、自動運転システムが運転状況のモニタリングに100%責任を持つとしながら、非常時にはドライバーが運転に復帰するのに十分な時間の余裕を与えることを求めている。これは、ドライバーが全く責任を負わないレベル4と同様に困難な課題である。
3)SAE基準は、交通の状況、天候、工事現場の出現など運転上困難な条件を、レベル4と5の区別のみに用いている。実際には、これらの条件は全てのレベルにおいて考慮すべきものである。

<ドライバーの能力と運転環境の難しさを考慮>
 トヨタの自動運転の開発は非常に慎重であり、「自動運転車の性能」とともに、「ドライバーの能力」と「運転の難しさ」を考慮している。ドライバーの能力は固定したものではなく、疲労や天候・交通状況にも左右される。通常ドライバーの能力は衝突を予防することができるが、運転の難しさがドライバーの能力を超えた時点で衝突の危険性が高まる。

<どこまで安全であれば許容されるか>
 今後、技術の発展とともに、ガーディアンは、ドライバーの不注意などに拘わらず、自車が原因での衝突を起こさない車を目指している。また、ショーファーは、ドライバーの管理や非常時の対応がなくても安全に走る車を目指している。
 一方、運転環境は複雑であり、いかに進化した自動運転技術においても、衝突を全て防ぐことは難しい。従って問題は「どれだけ安全であれば、真の意味で安全といえるか」ということになるが、その答えは政府の規制、責任を負うというリスク、社会の寛容さ、そして何が技術的に可能かにかかってくる。ショーファーの技術は、社会で許容される一般的なドライバーよりかなり安全度が高いことが必要である。一方、ガーディアンの技術は、「少なくとも害にならない」として社会的に受け入れられる可能性が高いと考えられる。

 


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キーワード
トヨタ、自動運転、ガーディアン、ショーファー、e-Palette、Lexus Safety System + A

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