Optimizing driver assistance systems

ドライバー 支 援 システムの 最 適 化 ドライバー 支 援 システムによるオブジェクト 認 識 アルゴリズムの 確 認 ドライバー 支 援 システムは ドライバーのストレスを 大 幅 に 軽 減 することにより ますます 激 しくなる 交 通 渋 滞 の 問 題 に 対 処 します BMW はこのようなシステムの 開 発 現 場 で 制 御 アルゴリズムの 客 観 的 評 価 を 得 る ために ベクターが 提 供 する 測 定 /キャリブレーションツール CANape を 利 用 しています このミュンヘンの トップ 自 動 車 メーカーからの 数 々の 提 案 は ドライバー 支 援 システムのキャリブレーションにかかわる 特 別 な 要 件 に 効 率 的 に 対 応 するための 更 なる 開 発 にも 活 かされています アダプティブクルーズコントロール (ACC:Adaptive Cruise Control) システムは ドライバーの 代 わりに 車 両 前 方 の 道 路 を 監 視 して 前 方 車 両 を 検 出 し 車 間 距 離 を 保 ちます また ACC システムは 交 通 状 況 に 合 わせてエンジントルクの 減 少 やブレーキとアクセルの 切 替 を 自 動 的 に 行 うことにより 車 両 の 現 在 速 度 を 調 整 します ACC システムには いかなる 速 度 においても 前 方 車 両 との 適 切 な 車 間 距 離 を 保 てるように 非 常 に 複 雑 かつ 緻 密 なアルゴリズムが 必 要 です ドライバーが 容 易 に 認 識 できる 運 転 状 況 は ACC ECU にとっては 非 常 に 複 雑 なため 比 較 的 簡 単 に 思 わ れることが 実 は 開 発 エンジニアの 大 きな 課 題 です 前 方 監 視 レーダーは X 方 向 ( 車 両 の 縦 軸 ) と Y 方 向 ドライバー 支 援 システムの 最 適 化 1/7

( 車 両 の 横 軸 ) を 用 いる 直 交 座 標 または 車 両 からの 距 離 と 方 位 角 を 用 いる 極 座 標 により オブジェクトの 座 標 を 表 します ACC ECU はこれらの 座 標 系 を 用 いて 前 方 車 両 との 距 離 が 十 分 であるか ブレーキを かける 必 要 があるか アクセルを 踏 む 必 要 があるかを 判 断 します また レーダーセンサーの 開 口 角 は 道 路 に 隣 接 するすべてのオブジェクトも 検 出 するため 検 出 したオブジェクトを 適 切 な 制 御 オブジェクトとして 認 識 すべきかどうかも 判 断 する 必 要 があります レーダースキャニングは 最 初 に 数 多 くのオブジェクトを 検 出 しますが アダプティブディスタンスコントロールに 使 用 できるのは 走 行 車 線 上 の 車 両 のデータのみで す この 作 業 は レーダーセンサーシステムからの 情 報 が 必 ずしも 明 白 で 曖 昧 さがないというわけではないた めに 簡 単 ではありません レーダー 反 射 の 中 には 道 路 の 隆 起 や 単 なる 誤 報 もあります そのため 目 に 見 える 証 拠 (ビデオイメージ) に 基 づいて 取 得 したデータ (シグナル) を 確 認 することが 非 常 に 重 要 です ア クセルとブレーキの 操 作 を 使 用 するため このシステムの 信 頼 性 と 操 作 上 の 安 全 性 は 生 死 に 関 わる 大 問 題 です 誤 動 作 はドライバーにとって 不 可 解 な 車 両 の 反 応 につながる 可 能 性 があります そのため 追 加 データを BMW で 使 用 して 正 確 な 車 間 距 離 を 測 定 し 不 適 切 なオブジェクトを 取 り 除 きます ダイナミックド ライビングデータの 他 に GPS ナビゲーションなども 使 用 されます 市 場 に 最 適 な 製 品 が 存 在 していなかったため BMW の 開 発 者 は 当 初 社 内 で 製 作 したツールを 使 用 して ACC 開 発 プロセスにおいて 制 御 アルゴリズムの 客 観 的 評 価 を 行 っていました しかし BMW では 現 在 生 産 開 発 においては ECU サプライヤーも 使 用 できる 標 準 製 品 を 利 用 する 機 会 が 増 えています センサーデータと 運 転 軌 跡 の 評 価 をツールでサポート CANape オプションアドバンスドマルチメディア (AM)を 使 用 できるようになって 以 来 BMW ではプロジェク トや 生 産 開 発 においてこのツールを 集 中 的 に 使 用 しています このツールの 標 準 化 されたキャリブレーショ ンプロトコルと 柔 軟 なインターフェイスにより 既 存 のツール 環 境 への 統 合 を 容 易 に 行 うことができるほかに も 拡 張 機 能 を 開 発 するための 余 裕 を 残 したり 将 来 の 互 換 性 を 最 大 限 に 提 供 することができます たとえ ば 客 観 的 なテスト 結 果 を 取 得 して ECU サプライヤーのアシスタンスシステムを 評 価 できます ドライバー 支 援 システムの 最 適 化 2/7

CANape では すべての ECU 内 部 データを 同 期 させて 記 録 できます CCP/XCP キャリブレーションプロトコルを 使 用 する CAN LIN FlexRay バ スのシグナル アナログやセンサーの 測 定 ビデオシグナルおよびオーディオシグナル GPS シグナル ( 任 意 ) [ 図 1:CCP/XCP を 使 用 する 内 部 ECU シグナル CAN バス LIN バス FlexRay バスのシグナル 外 部 測 定 装 置 のシグナルを CANape で 時 間 同 期 してリアルタイムに 取 得 してグラフィック 表 示 ] ECU の 制 御 機 能 を 最 適 化 するには CANape のオンラインまたはオフラインで 実 行 できるプロセスを 繰 り 返 す 中 で 数 多 くのパラメータ 変 更 が 必 要 です BMW は CANape オプションアドバンスドマルチメディアと いうドライバー 支 援 システムの 開 発 に 特 化 して 開 発 された 拡 張 機 能 を 使 用 しています ここで 中 心 となる 要 素 はマルチメディアエンジンで ECU シグナルとそこから 計 算 した 情 報 を 3 次 元 的 にビデオ 画 面 に 表 示 し ます さらに 関 連 する ACC 座 標 を 3 次 元 で 定 義 されたビットマップ 情 報 として ビデオイメージの 上 に 表 ドライバー 支 援 システムの 最 適 化 3/7

示 できます この 視 覚 的 な 一 致 によってのみ 元 の 膨 大 な 数 の 情 報 を 客 観 的 に 評 価 できます BMW の 開 発 者 は もうドライバーの 前 方 のオブジェクトの 位 置 に 関 する 座 標 情 報 は 数 値 的 として 取 得 していません ビデオイメージで 鳥 瞰 図 や 側 面 図 として 直 接 監 視 して 確 認 することもできます 保 存 された 情 報 を 利 用 して 通 常 は 再 現 不 可 能 な 実 際 の 運 転 状 況 を 製 造 現 場 で 詳 しく 調 べたり 制 御 アルゴリズムを 効 率 的 に 適 応 さ せることができます [ 図 2:テスト 走 行 時 のセンサーデータと 対 象 物 の 客 観 的 評 価 :マルチメディア Window での 鳥 瞰 図 によるオブジェクトの 表 示 とオーバ ーレイしたビデオイメージ ] カメラを 使 用 した 環 境 検 出 ECU が 認 識 したオブジェクトデータを 幾 何 学 オブジェクトとしてビデオ Window に 表 示 するには 座 標 を 変 換 する 必 要 があります 接 続 したカメラをキャリブレーションするために BMW の 開 発 者 が 行 うことは 座 標 がわかっている 参 照 ポイントを 8 箇 所 クリックするだけです 保 存 された 情 報 に 基 づき グローバル 座 標 か らイメージ 座 標 まで 検 出 した 各 オブジェクトの 座 標 変 換 を 自 動 計 算 し それに 従 ってビデオイメージにオブ ジェクトを 表 示 します 汎 用 的 なテスト 済 みソリューションを 重 視 する 顧 客 は BMW だけではないため ベクターはこのシステムに 最 適 なカメラも 提 供 しています CANape オプションアドバンスドマルチメディアを 使 用 する ECU 開 発 者 は ドライバー 支 援 システムの 最 適 化 4/7

実 質 的 に USB または Firewire ポート および DirectX インターフェイスが 装 備 されていれば Web カメラ からプロフェッショナルなハイテクデバイスまでどのようなカメラでも 使 用 できます 最 適 な 結 果 は 対 数 特 性 を 持 つダイナミックレンジ 120dB のカメラで 撮 ることができ トンネルの 中 と 直 射 日 光 のあたる 場 所 の 両 方 で さらにイメージの 品 質 を 高 めることができます また アナログ カメラを Frame Grabber インターフェイ スを 介 して 接 続 することができます カメラの 解 像 度 イメージのリフレッシュレート 使 用 するカメラの 台 数 によって 異 なりますが データは 20Mbps 以 上 の 速 度 で 蓄 積 されます そのため 開 発 者 はイメージの 解 像 度 を 下 げて 作 業 し データ 圧 縮 装 置 を 使 用 してデータ 量 も 削 減 します 数 多 くの 標 準 的 なピクセルグラフィックスがビデオイメージのオブジェクト 表 示 に 提 供 されます たとえば 検 出 された 車 両 を 長 方 形 の 枠 で 表 示 し その 他 のオブジェクトは または 線 で 表 示 することもできます この プロセスにおいて ACC 情 報 をレーダー 赤 外 線 超 音 波 のいずれかのセンサーから 取 得 するかは 問 題 ではありません グラフィックス 用 の 使 いやすい GFX Editor を 使 用 して シグナルを 簡 単 にオブジェクトに 割 り 当 てることもできます GFX Editor の 別 のダイアログでは 特 定 のオブジェクトタイプに 表 示 タイプを 指 定 できます この 場 合 目 的 のオブジェクトを 定 義 し それを 目 的 のグラフィックシンボルに 関 連 付 けます また ユーザー 固 有 のグラフィックを 統 合 することもできます [ 図 3:GFX Editor 使 用 したオブジェクトシグナルマッピングとオブジェクトを 表 示 する 際 のグルーピング ] ドライバー 支 援 システムの 最 適 化 5/7

高 度 な 共 同 開 発 作 業 BMW にとってツールメーカーとの 密 接 な 連 携 は インテリジェントなハイエンドシステムを 開 発 するための 前 提 条 件 です このプロジェクトでは 両 者 の 協 力 により 重 要 な 機 能 拡 張 の 開 発 に 成 功 しています たとえ ば 現 在 BMW 開 発 者 の 要 望 により ACC ECU のデータからいわゆる ドライビングチューブ を 生 成 し 鳥 瞰 図 または 3D としてビデオイメージで 表 示 しています このドライビングチューブによって 仮 想 的 な 走 行 車 線 が 導 かれ 推 測 される 道 筋 が 示 されます また 距 離 の 計 算 に 必 要 な 車 両 前 方 の 道 路 が 明 確 になりま す ACC システムに 検 出 されたオブジェクトでもドライビングチューブから 外 れていればディスタンスコントロ ールで 考 慮 する 必 要 はないため 別 の 色 のフレームで 表 示 されます また 交 通 標 識 と 信 号 機 はハイライト されます CANape では 実 質 的 に 最 大 50 個 のオブジェクトを 同 時 に 表 示 できます ハードウェアの 要 件 も 同 様 に 高 くなります コンピューティングプラットフォームにおける 蓄 積 されるデータ 量 と 莫 大 な 計 算 要 求 は 今 もなお 大 きな 課 題 です 以 前 は 必 要 なパフォーマンスを 得 るために 2 台 の PC が 必 要 でしたが 2 台 の PC のうち 1 台 しか 内 部 ECU シグナルにアクセスできなかったため データを 手 動 で 同 期 しなければなりませんでした 現 在 では ACC の 計 算 にはデュアルコアコンピュータープラットフォー ムが 使 用 されています 複 数 のビデオシーケンスの 同 時 記 録 と FlexRay データの 処 理 も CPU に 要 求 され るため BMW の 開 発 者 は 2 つのコンピューティングコアをよりバランスよく 活 用 する 方 法 を 追 求 しています 展 望 BMW の 開 発 者 は 現 在 ECU が 検 出 するオブジェクトと 実 環 境 とを 仮 想 的 に 比 較 することにより ACC ECU のオブジェクト 認 識 アルゴリズムを 容 易 かつ 効 率 的 に 確 認 しています BMW とベクターの 協 力 は 着 実 に 実 を 結 んでおり CANape の 今 後 のバージョンにおけるデュアルコア/クアッドコアコンピューティングプ ラットフォームのプロセッサの 読 込 みの 改 良 や パーキングアシスタンスシステムの 機 能 拡 張 などが 行 われ ます これから 数 年 の 間 に セーフティシステムも 環 境 データの 取 得 をベースに 実 装 されるようになります セーフティシステムには 周 囲 の 状 況 を 広 範 囲 に 検 出 するために 必 要 なさらにハイレベルなコンピューティ ドライバー 支 援 システムの 最 適 化 6/7

ングパフォーマンスに 加 え アクティブセーフティシステムと ACC センサーとのハイレベルなネットワーキン グも 要 求 されます CANape オプションアドバンスドマルチメディアを 使 用 することで BMW の 開 発 者 は 高 速 道 路 での 快 適 な 運 転 と 安 全 面 でのさらなる 改 良 に 関 して 大 幅 に 増 加 する 今 後 のコアタスクに 完 全 に 集 中 することができるようになります 図 0:イメージ 画 像 図 1:CCP/XCP を 使 用 する 内 部 ECU シグナル CAN バス LIN バス FlexRay バスのシグナル 外 部 測 定 装 置 のシグナルを CANape で 時 間 同 期 してリアルタイムに 取 得 してグラフィック 表 示 図 2:テスト 走 行 時 のセンサーデータと 対 象 物 の 客 観 的 評 価 :マルチメディア Window での 鳥 瞰 図 による オブジェクトの 表 示 と オーバーレイしたビデオイメージ 図 3:GFX Editor 使 用 したオブジェクトシグナルマッピングとオブジェクトを 表 示 する 際 のグルーピング 提 供 図 0:BMW AG 図 1 から 3:Vector Informatik GmbH 著 者 : Lorenz Eisenknappl, Vehicle Dynamics Development: Team Leader for Control System Measurement Technology, BMW AG Walter Kagerer, Vehicle Dynamics Development, Driver Assistance and Active Safety, ACCSnG, ACC and DCC Calibration, BMW AG Harald Koppe, Vehicle Dynamics Development: Measurement Technology for In-Vehicle Control Systems, BMW AG Martin Lamprecht, Vehicle Dynamics Development: Measurement Technology for In-Vehicle Control Systems, BMW AG Alexander Meske, Vehicle Dynamics Development: Driver Assistance and Active Safety, ACCSnG, ACC and DCC Calibration, BMW AG Alfred Kless is Business Development Manager for the Measurement & Calibration product line at Vector Informatik GmbH. Vector Informatik GmbH Ingersheimer Str. 24 70499 Stuttgart Germany www.vector-worldwide.com Editorial contact: Holger Heit Tel. +49 711 80670-567, Fax +49 711 80670-58567, E-mail: holger.heit@vector-informatik.de 日 本 での 本 件 に 関 するお 問 い 合 わせ 先 ベクター ジャパン 株 式 会 社 営 業 部 ( 東 京 ) TEL: 03-5769-6980 FAX: 03-5769-6975 ( 名 古 屋 ) TEL: 052-957-2471 FAX: 052-957-2469 E-Mail: sales@vector-japan.co.jp ドライバー 支 援 システムの 最 適 化 7/7