現実とシミュレーションを繋ぐ
～ラボで自動運転を再現～

はじめに

近年の自動車では多くのデバイスが電子制御されており、さらに、各デバイス間で協調制御を行っているため、制御はより複雑になっています。自動車開発では機能性や安全性を評価する必要がありますが、テスト工数は年々膨大になっており、いかに効率よく評価できるかが課題となっています。

開発に時間がかかる要因はいくつかありますが、その一つに完成車での評価があります。実路面で走行試験を行うため天候や交通状況の影響を受けてしまい、試験を行うまでに多大な工数を必要とする場合もあります。SILS（Software In the Loop Simulation、ソフトウェアを用いたシミュレーション）やHILS（Hardware In the Loop Simulation、実際のハードウェアも用いたシミュレーション）、各コンポーネントベンチなど評価を行うツールは充実してきているものの、完成車での評価の多くはテストコースなどで行われているのが現状です。シミュレーションやコンポーネント評価の精度を高めていくことも必要ですが、車両全体の協調制御の機能性・安全性の確認を行うためには、完成車での評価が不可欠です。自動運転車の評価でも同じことが言えます。

完成車評価を効率化　―DMTSとは

東陽テクニカ技術研究所はこれらの課題に対応すべく、実路走行試験を台上化し、実験室(ラボ)内で、完成車を使った実路走行相当の試験ができるDMTS(Driving & Motion Test System)を構築しました。まずは、このDMTSの構成についてご紹介します。

DMTSは、操舵のできるシャシダイナモメータをハードウェア部として、評価の用途に応じて周囲の環境をソフトウェア部として再現します。完成車の試験を台上化することで天候などの影響を受けず、試験の再現性を確保でき、例えば膨大な工数を要する屋外での“適合業務”の一部を短時間でこなすことができるようになります。また、緊急回避のような危険性が高い試験や、渋滞時の交差点への進入のような、実路で状況を再現するのが難しいシナリオでの評価にも対応できます。DMTSは自動車開発の新たな評価手法である実路走行の台上再現“Road to Lab”を実現します。

図1：自動車開発における評価工程

DMTSの紹介動画（英語）
https://www.youtube.com/watch?v=iaKdBKodBNQ

DMTSでのシミュレーション試験

DMTSでは操舵のできる4輪独立式シャシダイナモメータを使用するため、ハンドル操作も含めた試験ができますが、実際の車体の運動(ヨー・ロール回転や横加速)は発生しません。そこでMechanical Simulation社製「CarSim」やIPG Automotive社製「CarMaker」などに代表される車両運動シミュレーターとHILSを使って連携し、リアルタイムにヨー・ロール回転や横加速信号をシミュレーター上で計算することで実路走行を模擬します。

図2：車両運動シミュレーターとHILSとの連携

例えば、雪道などスリップし易い路面状況を4輪独立に再現します。カーブを走行中に1輪だけが凍結路面を通過した場合に車体は横滑りしますが、この時の車両挙動を各デバイスのECU(Electronic Control Unit)へ入力することで、実車両を使って車両走行安定装置などのデバイスをシャシダイナモメータ上で評価できます。また、EV(電気自動車)は走行可能距離や電費が課題とされていますが、実燃・電費測定のために山岳地帯の道路を模擬したり、交通流シミュレーターを連携させて市街地の渋滞を模擬したりもできます。

リアルな景色を再現「Real Video Drive Player」

シャシダイナモ上の車両はドライビングロボットで操作することもできますし、ドライバーが自ら運転することもできます。ドライバーが運転して実路走行を模擬する場合、ステアリングを操舵するためには映像情報が不可欠です。さまざまなドライビングシミュレーターを評価しましたが、そのほとんどの映像がCG(コンピュータグラフィックス)で製作されているため、現実感が得られません。CGに高精度映像品質を追求すると、多大な製作期間と製作コストが発生します。これでは、実路で発生した現象をタイムリーに再現することはできません。そこで、低コストで短納期を実現する、実写映像再生ソフトウェア「Real Video Drive Player」を開発しました。

「Real Video Drive Player」は360°カメラで一度だけ実路の映像を撮影し、2D情報から3D空間を仮想的に作り出すことで車速やステアリング操舵角に連動して自由に加速や減速、車線変更など3D空間内を移動できます。CGで作成された映像に比べて圧倒的にリアルな状況を作り出すことができます。「CarSim」や「CarMaker」などの車両運動シミュレーターを合わせて使用することによって、(カーブを曲がると車両が傾く)ロールや、(ブレーキを踏むと前輪が沈み込む)ピッチなどの挙動も「Real Video Drive Player」の映像と連動させることができ、ドライバーが実際の運転を再現する環境を提供できます。

図3：撮影時の映像（上）と撮影映像を視点移動させた映像（下）

「Real Video Drive Player」ソフトウェア＆専用撮影・映像加工サービスの紹介動画
https://www.youtube.com/watch?v=35SPLjF3YAY

「CASE」への対応―DMTSによる自動運転車の評価

自動車業界は「100年に一度の変革期」の真っただ中にあると言われ、キーワードとして「CASE」という言葉が使われています。「Connected(IoT化)」「Autonomous(自動運転化)」「Shared & Services(カーシェアリングの浸透)」「Electric(電気自動車の浸透)」という変革に対する四大潮流の頭文字をとったものです。

ここからは、DMTSのソフトウェア部のCASE、特に「Autonomous(自動運転化)」への対応について紹介します。