スバルショップ三河安城の最新情報。新型レヴォーグ特集:その4 新世代アイサイトの技術詳細とインプレッション| 2021年1月9日更新

 
新型レヴォーグ 新世代アイサイト
新世代アイサイトの技術詳細と機能のすべて
 
2021年1月8日 新型レヴォーグ特集 第4弾 新世代アイサイト、その全貌に迫る

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文責:スバルショップ三河安城 和泉店

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担当:余語

 

2021年第1弾は、新世代アイサイトのすべて。その技術の全貌に迫ります。

技術ミーティング 2030年死亡交通事故ゼロ

世界の人類史に永く刻まれるであろう忌むべき1年、2020年が漸く終わりを告げました。しかし、危機打開の祈り虚しく、2021年は決して明るくない夜明けを迎えています。必ずや人類史の転換点となるであろう、1年。2021年は、如何なる年となるのでしょうか。

さて、旧年中スバルの話題を独占してきたのは、スバルのフラッグシップモデルたる新型レヴォーグ。その中でも、特に注目されたのは、ハードウェアを含めてすべてが刷新された新世代アイサイトでした。

ただ、その注目は高度運転支援機能である「アイサイトX」にどうしても集まりがち。しかし、高度運転支援機能は、本来オマケに過ぎません。スバルが究極の課題として掲げているのは、2030年交通死亡事故ゼロという野心的な目標。これを実現するには、ADAS(先進運転支援システム)の作動視野角拡大と受傷の低減、救命率の向上が欠かせません。今回、アイサイトが世代交代を果たした最大の理由がここにあることは、存外に伝わっていないように感じます。

今回は、新型レヴォーグ特集の第4弾。「新世代アイサイト」について、その機能・仕様を詳しく見ていきましょう。

 

2030年死亡交通事故ゼロを目指して。ややこしい、新世代アイサイトとアイサイトX。

新世代アイサイト アイサイトX 機能比較
新世代アイサイト 新機能

新世代アイサイトの開発目的は、ただ一つ。交通安全です。スバルは、2030年死亡交通事故ゼロという野心的な目標を掲げており、この目標を達成するための一歩。それが、この新世代アイサイトなのです。

ただ、今回の世代交代にはちょっと問題があります。名称が分かりにくいのです。今回、世代交代によりハードウェア・ソフトウェアはすべて一新されており、ver3.5以前とは何ら共通点がありません。にも関わらず「ver4」といった公式名称は存在しておらず、ただ単に「新世代アイサイト」と呼称せねばならず、非常にややこしい状況になっています。所謂「アイサイトX」と呼んでいるのは、"新世代アイサイトに高度運転支援機能を追加した仕様"のみなのです。

つまり、非EXグレードが搭載しているのが「新世代アイサイト」で、これに高度運転支援機能を追加した仕様を「アイサイトX」と呼びます。非EXグレードのアイサイトは、その名称から一見旧世代のものと思われがちですが、こちらも先進安全装備等はアイサイトXとまったく同一の新世代仕様なのです。

この辺りは大いにユーザの混乱を招くはずで、スバルは厳しく指摘されるべきでしょう。本来、ハードウェア・ソフトウェアの双方が一新されたのなら、アイサイトという名称自体変更するべきでしょうし、高度運転支援機能追加仕様を呼称するならば、ADAS全体を指し示す「アイサイト」という名称は不適切であり、「ツーリングアシストII」にするべきでしょう。そもそも、アイサイトの開発目的が2030年死亡交通事故にあるのならば、オマケ機能よりも主役の先進安全技術に重点を置いて、名称設定すべきと考えますが、如何でしょう。。。

 

これまでの国内製ハードウェアに代わって、新たに採用したヴィオニア製ハードウェア。

新型レヴォーグ ヴィオニア製アイサイト
 
新世代アイサイト ステレオカメラユニット
新世代アイサイト ステレオカメラユニット配置

全く新たに開発された新世代アイサイト。その概要を、要素技術から見てきましょう。

新世代アイサイトでは、ハードウェア及びソフトウェアが完全に刷新されています。社外製ハードウェアと自社製ソフトウェアという組み合わせこそ変わらないものの、ハードウェアの供給元を変更。新たにヴィオニア製ハードウェアを採用しています。

これにより、ADAからver3.5に至るまで連綿と続いてきた、日立オートモティブ(現:日立アステモ)との協業は一旦区切りとなり、アイサイトは新たな一歩を踏み出したことになります。ヴィオニア社は、安全装備関連に強みを持つスウェーデンのオートリヴ社から分社化された、自動運転関連の製品開発を専門とする企業。スバルは、ヴィオニア製ハードウェアによって、今後新たな技術領域に挑んでいくことになります。

2010年代前半、多くのOEMが自社及び系列企業が開発したADASの実用化に注力してきました。ところが、2010年代後半からは潮目は一気に変わり、ティア1を筆頭にサプライヤ側が主導権を握る状況に変化しています。つまり、OEM側はサプライヤの提示する「カタログ品」を採用するのみ。ここに可能であれば、OEMが自社製ソフトウェアを組み合わせて、オリジナリティの高いADASを製品化しているのが現状です。小規模メーカーでは、ソフトウェア開発ごと外部委託する場合もあるようで、OEMは車両開発全体での主導権を奪われていく可能性もあるでしょう。

ここで問題となるのは、責任分担。欧州サプライヤには「主従」の意識・概念が一切存在せず、供給が決定した際には顧問弁護士を介した分厚い契約書を交わすのがスタイル。市場クレーム等が発生しても、問題は契約書に則って解決されます。ところが、こうした概念は日本の商習慣とは異なるもの。そこに戸惑う事例が、近年急増していると言われます。

 

新世代ステレオカメラに加え、新たに前後計4個のミリ波レーダを追加。

自動運転の歴史と、アイサイトの発展。

2017年06月30日 クラブ・スバリズム

自動運転の歴史と、アイサイトの発展。

>>自動運転及びアイサイトの技術史についてはこちら。

 
スバリズムレポート第3弾「ステルス技術の全貌。」

2019年01月25日 クラブ・スバリズム

スバリズムレポート第3弾「ステルス技術の全貌。」

>>レーダの技術と原理はこちらをご参照ください。

 
新世代アイサイト ミリ波レーダ配置

新世代アイサイトが、ヴィオニア製ハードウェアを採用した最大の理由は、全方位安全の実現と弱点の克服にあります。

これまでアイサイトの探知範囲は、ステレオカメラの視野限界である左右50度に限定されてきました。これだけでも、追突事故は9割以上削減するなど、充分な効果を挙げてきましたが、依然として出会い頭や右左折時の事故は課題として残されてきました。また、可視光線に頼るがゆえに、夜間の物体探知・識別にも限界がありました。

新採用となるヴィオニア製ステレオカメラは、オン・セミコンダクター社製イメージセンサーを採用。これにより、視野と画素数を約2倍に拡張。さらに、車両各コーナーに4個のミリ波レーダを追加。これらセンサーの進化・追加によって、新たに360度センシングを実現。車両全方位の物体探知・識別、脅威認識が可能になりました。また、ミリ波レーダを追加することで、弱点であった夜間の探知性能低下も克服しています。

ヴィオニア製ステレオカメラは、外観からも識別可能です。これまでルーフ下にガラス面から離れてマウントされていたのに対し、新世代アイサイトではガラス面に密着してマウントされます。設置位置を前進させることで、視野拡大にも貢献。また、レンズフードにはヒータが内蔵されていて、ガラスの曇りに伴う作動停止を回避します。また、ステレオカメラカバーに一体化されたアイサイトユニットは、専用ファンを内蔵。高速処理によって生じる熱の放散に配慮しています。

新たに採用されたミリ波レーダですが、完全新採用ではありません。これまでも、スバルリヤビークルディテクションとして、リヤに2個設置されていたからです。ただ、この時点では単独処理によって側後方の脅威認識を行って、LEDインジゲータで告知するのみでした。これに対し、新世代アイサイトでは前後計4個に増設すると共に、アイサイトで一括処理することで、360度センシングを実現しています。

ステレオカメラとミリ波レーダには、得意・不得意があります。ステレオカメラは、あらゆる「固い物体」の形状・色を識別できるため、対象物体が「何であるか」を正確に知ることができます。ただ、時間差処理を用いない限り、対象物体の相対速度・距離を測定することはできません。これに対し、ミリ波レーダは電波を用いるがゆえに、探知可能なのは導体に限られるうえ、車載用の素子数では物体形状の認識は不可能です。ただ、対象物体の相対速度・距離を直接的に知ることができます。

新世代アイサイトは、これらの長所をうまく掛け合わせつつ、短所を補うことで、より精度の高い状況認識を実現しているのです。

ただ、ADASの能力は、センサーの追加だけで向上するものではありません。センサーの数だけ膨大に膨れ上がる情報を、一括高速処理できる高性能ECUが必須です。

 

360度センシングにより飛躍的に増加したセンサー情報を、連続高速処理するFPGA。

Xilinx SanJose HQ 2001 Logic Drive

Kil0wattz at English Wikipedia, Public domain, via Wikimedia Commons

Xilinx Zynq-7000 AP SoC

FPGAの概念図。Xilinx Inc., CC BY-SA 3.0, via Wikimedia Commons

そこで採用されたのが、ザイリンクス社製FPGA(Field Programmable Gate Array)である「Zynq UltraScale+ MPSoC」でした。ザイリンクス社は米国カルフォニア州に本社を置く1984年設立の半導体製造企業であり、製造を社外に委託するファブレス半導体企業でもあります。

これまで、アイサイトにはASIC(Application Specific Integrated Circuit)が用いられてきました。ASICは、各々用途に合わせて集積回路すべてを専用設計したもの。そのため、ムリ・ムダ・ムラが少なく済み、量産によって単価を抑えることもできます。その一方、集積回路をゼロから設計する高度な知識とスキルが必要であり、開発期間も必然的に長くなり、開発費も高額となります。よって、一旦専用ECUとして開発してしまえば、開発費をペイするまで、一定期間量産を続けねばなりません。ADAS用ASICならば、車両生産台数分しか生産数を確保することはできないからです。これでは、ADASのエンジニアが望んでも、思うようにECUの性能向上は実現しません。

これに対し、FPGAは論理回路を自由に設計可能な点に特徴があります。エンジニアは、汎用設計のFPGAに対し、求める処理に応じた論理回路をハードウェア言語を用いて任意に設計することで、性能の最適化を図ることができます。FPGAは汎用性を有するがために、同一コアであっても自動車分野に限らず、幅広い用途に適応可能です。そのため、メーカーはより多くの生産数を確保できます。顧客の要求に関わらず、性能向上が可能であるため、ADASのエンジニアは常に最新の性能を持つFPGAを導入することが可能です。

また、FPGAでは開発スピードの向上も実現します。鶏が先か、卵が先か。ソフトウェアを開発するには、これを実装するハードウェアを先に開発せねばなりません。ただ、より良いソフトウェアを実現するには、ハードウェアを再設計する必要もあります。ASICの場合、それ自体に改良点を発見した場合、ソフトウェア開発は完全に遅滞します。これに対し、FPGAの場合はそのもの自体に改良を施す必要が無く、ソフトウェア側の改善のみで開発が進められるため、より開発スピードを早めることが可能なのです。

今回、新たにFPGAを採用したことで、スバルはより専門的かつ高度な知識・見識を必要としました。しかし、その一方で2020年代中盤を考慮すれば、FPGAの採用は避けて通れない道であり、現時点での性能を見る限り、試みは充分成功しているように思われます。

新世代アイサイトは、Zynq UltraScale+ MPSoCの能力を最大限活用することで、爆発的に増大し複雑化したセンサー情報を高速連続処理を実現し、360度全方位の脅威認識・識別を可能にしました。これにより、巻き込み、右直、出会い頭、ステア回避といった、これまででは全く不可能であった事象への対応が実現しています。

FPGAは、スバルの意向に関わらず、どんどん進化を続けていきます。今は、実装できない機能であっても、数年後には可能となるものもあるでしょう。今後、アイサイトは進化の速度をより一層早めていくことでしょう。

 

新世代アイサイト技術詳細1:センサー探知範囲

新世代アイサイト センサーユニット配置

要素技術に続いては、新世代アイサイトの各機能について見ていきましょう。基本的には、ver3.5ツーリングアシストのものを踏襲していますが、ミリ波レーダの追加に伴う新機能及び機能拡張があります。

検知エリア

新世代アイサイトでは、ステレオカメラの視野角拡大及び視程拡大によって、探知範囲を大幅に拡張するとともに、前後左右計4個のミリ波レーダにより、360度全方位の脅威認識を実現しています。

なお、車両の両サイドなど、一部には依然として「死角」が残されています。大型車などでは、ここに巻き込み防止用のレーダを設置していることから、今後の発展が見込まれます。

 
新世代アイサイト 検出エリア
 

新世代アイサイト技術詳細2:プリクラッシュブレーキ

アイサイトver3 事故分析1 アイサイトver3 事故分析2
 

プリクラッシュブレーキ(PCB)は、ステレオカメラの視野拡大とミリ波レーダの新設により、作動領域を大幅に拡大しています。これまでPCBの作動は、車両前方に存在する物体に限られていました。これは、センサーがステレオカメラに限定のみであるため視野に依存することと、時間差処理を経ないと測位・測距できない弱点があったためです。この点について、スバルがver3搭載車両が遭遇した事故を調査したところ、37%が出会い頭、右左折が18%を占めていました。

そこで、新世代アイサイトではミリ波レーダの併用により、斜め方向の脅威認識を可能とし、これら交差点に於ける多くのシーンでの作動が実現しています。

プリクラッシュブレーキの各機能は以下の通り。なお、「☆」は新世代アイサイトで初搭載された新機能。

車間距離警報(対前方車両)

新世代アイサイト 車間距離警報(対前方車両)

作動内容:前方の先行車及び障害物に衝突の可能性がある場合、ドライバーに対しアラームで警告を行います。回避が行われぬまま接近が継続した場合は、1次ブレーキに備え予圧ブレーキが作動します。

作動解除:ドライバーがブレーキペダルを踏み、減速によって車間距離が適切になった場合に解除されます。

 

車間距離警報(対前側方車両)☆

新世代アイサイト 車間距離警報(対前側方車両)

作動条件:自車速約60km/h以下・相手車速約5〜60km/h

作動内容:前進走行中に左右から接近する車両をミリ波レーダで探知。衝突の可能性がある場合、アラームで警告を行います。回避が行われぬまま接近が継続した場合は、1次ブレーキに備え予圧ブレーキが作動します。

作動解除:ドライバーがブレーキペダルを踏み、衝突の可能性が排除された場合に解除されます。

 

プリクラッシュブレーキアシスト

新世代アイサイト プリクラッシュブレーキアシスト

作動条件:自車速約10〜160km/h

作動内容:前方の先行車及び障害物に衝突の可能性があり、ドライバーへ警告。回避動作によりブレーキペダルが踏まれた場合に、ブレーキアシストにより制動力を高め、衝突回避をアシストします。

 

プリクラッシュブレーキ:前進走行時

新世代アイサイト プリクラッシュブレーキ

作動条件:自車速約1〜160km/h

作動内容:前方の先行車に衝突の可能性があり、ドライバーへ警告後も回避動作が行われない場合、衝突直前にアイサイトがブレーキを作動させ、衝突被害の軽減及び回避を図ります。まず、通常制動力の1次ブレーキが作動。さらに衝突の可能性が増した場合、最大制動力を用いる2次ブレーキが作動します。スバルが、1次・2次とブレーキを分けるのは、第一に1次ブレーキの作動により自主的回避を促し無用な作動機会を減じるため、第二に後方からの追突を避けるためです。そのため、アイサイト搭載車は強力なブレーキシステムを搭載しており、2次ブレーキ時の充分なストッピングパワーを提供します。

作動解除:衝突回避動作により、衝突の可能性が充分低くなったと判断された場合、作動が解除されます。

 

プリクラッシュブレーキ:自車右左折時(対向車/対向歩行者)☆

新世代アイサイト 自車右左折時

作動条件:自車速約1〜25km/h

作動内容:右左折時の対向車及び横断歩行者を探知、それぞれの予測進路と自車の旋回進路から、衝突可能性を判断。衝突の危険がある場合に、アイサイトがブレーキを作動させ、衝突被害軽減及び回避を行います。

プリクラッシュブレーキ:自車直進時(横断自転車)☆

作動条件:自車速60km/h以下・最低速度は自転車速度に依存

作動内容:自車前方を横断する自転車を探知し、相対速度・相対距離から衝突可能性を判断。衝突の危険がある場合に、アイサイトがブレーキを作動させ、衝突被害軽減及び回避を行います。

 

前側方プリクラッシュブレーキ☆

新世代アイサイト 前側方プリクラッシュブレーキ

作動条件:自車速約1〜20km/h・相手車速約5〜60km/h

作動内容:車間距離警報(対前側方車両)での警告にも関わらず、衝突回避が行われない場合、アイサイトがブレーキを作動させ、衝突被害軽減及び回避を行います。この場合も、1次・2次に分けてブレーキが作動します。

作動解除:ドライバーの回避動作により、衝突の可能性が低いと判断された場合、作動を解除します。

 

緊急時プリクラッシュステアリング☆

新世代アイサイト 緊急時プリクラッシュステアリング

作動条件:自車速約80km/h以下・プリクラッシュブレーキの2次ブレーキ作動・ステアリング保持確認・ラップ率約20〜50%・車両/歩行者/自転車が検知できていること・回避スペースの存在確認・車線認識

作動内容:前方の先行車及び障害物に対し、2次ブレーキ作動にも関わらず、衝突が不可避の状況に於いて、ステアリング制御により衝突回避が可能と判断され、なおかつ自車線内で回避スペース確保が可能な場合、ステアリング制御を行って衝突被害軽減及び回避を図ります。

非作動条件:対向車・車両/歩行者/自転車が自車の前を横断中の場合・前方/後方より移動物体が接近中・回避スペースが確保できない・他要件でPCBが作動中・回避不可能と判断した場合・車線認識が不能・急勾配

作動解除:ドライバーが一定以上のトルクでステアリング操作を行った場合、およびアクセルを深く踏んだ場合に、作動が解除されます。

 

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