#2. 自動運転システムは常に4つの質問の回答を計算しているという話
こんにちは、Virtual Motorsport Labの山下です。
自動運転に興味がある初学者向けの記事を始めました。今回は自動運転車からの世界の見え方を説明します。読んでもらえると嬉しいです。
(1) 人間ドライバーが運転中に考えていること
簡単に説明するために、人間ドライバーが運転する場合を考えます。その場合、僕らは下記のようなことを考えているはずです。
1. どこにいるか ? (= 周囲環境の認識)
2. 近くに何があるか？ (= 情報処理)
3. 次に何が起こるか？ (= 周囲環境の予測)
4. 次にどんな運転をすべきか？ (= 情報を基にした運転判断)
もちろん、熟練ドライバーなら無自覚に行っていると思いますし、わざわざ言語化はしません。でも、自動車でも、バイクや自転車、スーパーでショッピングカートを押すときでさえ、人間が何かを操作するときは上記のような4つの質問に回答しているはずです。
そして、自動運転車も同じこれらの4つの質問に回答しながら走行する必要があります。
(2) 自動運転車の4つの質問への答え方
前回の記事ではWaymoの自動運転タクシーのセンサ系を紹介しました。
今回はWaymoの自動運転システムが、どのように情報を認識して、処理しているのかを見ていきます。
(2-1) どこにいるか ? (= 周囲環境の認識)
この質問に答える前の準備として、詳細な3Dマップを作成します。この3Dマップには道路形状、縁石や歩道、車線標識、横断歩道、信号、一時停止標識、その他の道路の特徴がハイライトで示されています (下図の黄色いハイライト)。
自動運転車両にはGPSも搭載され、自己位置を推定も可能です。しかし、Waymo Driverは事前に作成された3Dマップとリアルタイムに取得するセンサー情報を常に照合していくことで、精確に自己位置を算出します。
(2-2) 近くに何があるか？ (= 情報処理)
次に車両周辺の障害物を把握します。自動運転車は歩行者、自転車、他の車両、道路工事や障害物を常時センサーとソフトウェアを読み取っています。また、人間ドライバーと同じように、信号機の色、電車の踏切など一時的なものまで交通ルールを読み取り、処理していく必要があります。
Waymo車両の場合は、車両周囲360度を最大300メートル先まで見渡すことが出来ます。これはサッカーコート約3面分に相当します。
下図では、動作中の車両は緑色、停止車両は紫色、歩行者は黄色で自転車は赤色で認識しています。
(2-3) 次に何が起こるか？ (= 周囲環境の予測)
自動運転システムは路上のすべての障害物を認識し、またその動作を予測する必要があります。これらは基本的には、現在の速度と直近の動作軌道を基に計算されます。当然ですが、車両と自転車、歩行者の移動速度は違いますし、移動経路も異なります。自動運転のソフトウェアはこれらの違いを把握した上で、発生する可能性のある移動経路を予測します。
下図は自車、周囲車両、自転車や歩行者の経路予測をシミュレーションした様子になります。
(2-4) 次にどんな運転をすべきか？ (= 情報を基にした運転判断)
上述した情報を基に、自動運転システムは走行すべき走行経路を算出します。そして、車両がその算出経路を安全に走行できるような速度、ステアリング舵角、道路のレーン選択が必要になります。その結果として、車両が自動運転が可能となります。
下図では緑色の経路が、車両がこれから走行可能な経路を示しています。中央にある緑色のフェンスは、自車が前進出来るまでの位置を示しています 。これは、前方車両との車間距離を維持することを認識しているということです。
但し、極論な話では赤信号を無視して交差点に入ってくる車両や歩行者がいるかもしれません。そのため自動運転システムはリアルタイムに周囲の状況を認識して、車両を制御する必要があります。
(3) まとめ
今回は自動運転システムの全体像を説明しました。
4つの質問に置き換えるとシンプルには見えますが、実際は常にこれらの状況をリアルタイムに認知して、未来の周囲物体位置を予測する必要があります。その上で、安全に走行できる経路を判断、算出して、実際の車両制御まで回しています。そのため膨大な計算量が必要になります。自動運転システムは奥が深いです。
質問や感想、取り上げてほしい内容があればコメントください。
読んで頂いてありがとうございました！
--
Virtual Motorsport Lab Inc.について
自動運転レーシングカーの開発体験を通して、自動運転や自動車ソフトウェア技術の基礎が学べるサービスです。現在は教育機関に提供中。無料 / 有料コンテンツがありますが、先行登録ユーザ（一般)には有料コンテンツをサービス開始から6か月間半額で提供します。HPに登録フォームもあります。
自動運転とモータースポーツのテクノロジーについての記事を書きます！ 未来に繋がるモータースポーツを創りたいです！