ADASセンサー

ADASと自律走行機能は、車両を取り巻く環境に関する継続的な情報ストリームを供給源としており、それを提供するのがセンサーの仕事だ。

センサーには、ドライバーに見えるものだけでなく、ドライバーに見えないもの、あるいはドライバーが気づいていないものもすべて検出することが求められます。すでに使用されているセンサーにはさまざまな種類があり、機能、コスト、パッケージングなど、それぞれに長所と短所があります。各センサーにはそれぞれ長所と短所があるため、異なる技術を組み合わせることでADAS機能を洗練させることができる。このようなセンサー技術の融合は急速に主流になりつつあり、課題は複数のソースから流入するデータを正確かつ迅速に処理することである。

考慮すべきもうひとつの要因は、センサーの堅牢性と耐久性である。車室内に設置できるセンサーもあるが、多くのセンサーは、バンパーの角やグリルの裏側など、車両の極端な部分や傷つきやすい部分に外付けする必要があり、ハイテク機器にとっては過酷な環境となりうる。また、自動車保険・修理業界は、車両が事故に巻き込まれた場合、高価なセンサーの交換や再校正が必要になるという問題についても懸念を示している。

ADASの普及と自律走行車の開発が進むにつれ、センサー技術の進歩は加速している。物体の検出と分類に関しては、すでに使用されている多くのシステムはまだ比較的基本的なレベルで動作しており、ADASの機能が完全な自律走行アプリケーションにジャンプするには長い道のりがある。例えば、現在のシステムでは、非常に特殊な形態以上の歩行者を識別するのに苦労することがある。輪郭を大きく変える服を着ていたり、大きな物を持っていたり、身長が一定以下だったりすると、認識できないことがある。しかし、技術が発展するにつれ、これらの限界は必然的に解決されていくだろう。

現在のADASセンサー技術は、大きく4つのカテゴリーに分けられる。

レーダー（Radio Detection and Rangingの頭文字をとったもの）は、送信された電波が進路上にある物体に反射して戻ってくるまでの時間を測定することで、物体を探知する確立された技術である。レーダーは、第二次世界大戦前に軍事利用を目的として複数の国によって同時に開発されたのが始まりだが、今日では陸上、海上、空中、宇宙など、さまざまな場所で応用されている。レーダーは何年か前から自動車システムで使用されているため、ハードウェアは十分に開発されており、価格も比較的手頃で、自動車メーカーにとって魅力的なものとなっている。

ADAS用途のレーダーは、短距離レーダー（SRR）、中距離レーダー（MMR）、長距離レーダー（LRR）の3つのカテゴリーに分けられる。
SRRシステムは従来、24GHz帯のマイクロ波を使用していたが、24GHz帯の帯域幅の制限や規制要件の変化などにより、業界では77GHz帯への移行が進んでいる。SRRの有効範囲は約10メートルだが、最大30メートルで、死角検出、レーンチェンジアシスト、パークアシスト、クロストラフィックモニタリングシステムに適している。

MRRとLRRのADAS機能はすでに77GHzの周波数を使用しており、速度と距離の測定において（比較的）高い分解能と高い精度を実現している。MRRは30メートルから80メートルの範囲で動作し、LRRシステムは場合によっては200メートルまでレンジが広がるため、アダプティブ・クルーズ・コントロール、前方衝突警告、自動緊急ブレーキなどのシステムに適している。LRRの欠点のひとつは、レンジが長くなるにつれて測定のエンジェルが小さくなることで、アダプティブ・クルーズ・コントロールなどの一部の機能では、SRRとLRR両方のセンサーからの入力を組み合わせている。

実績のある技術であることはさておき、レーダーのADAS用途における他の主な利点は、雨、雪、霧などの悪天候や夜間でも効果的に機能する能力である。つまり、レーダーは物体が何であるかを識別するのに十分な解像度を提供しない。また、車載用途では視野が限られるため、適切なカバレッジを確保するためには車両に多くのセンサーが必要となる。さらに、24GHzの周波数を使用するSRRでは、複数のターゲットを区別するのに苦労する。

ADASのセンサー技術の中で、超音波は最も古く確立された技術であり、コウモリは約5,000万年前から超音波を使用している。

超音波トランスデューサーとしても知られる超音波センサーは、有効動作範囲が約2メートルと比較的短いため、一般的に低速システムで使用される。パーキング・センサーでの使用は以前から広まっていますが、パーク・アシスト、セルフ・パーキング、一部のブラインド・スポット・モニタリング・アプリケーションなど、より複雑なADAS機能でも使用されています。超音波センサーは費用対効果が高く、比較的堅牢で信頼性が高く、さらに夜間や明るく低い太陽光などの厳しい光条件にも影響されない。

しかし、確立された超音波センサーの範囲が限られているため、一部のメーカーは、短距離レーダーを選択するために超音波センサーを放棄している。これは特に、既存のパーキング・センサー技術に死角検出機能を追加した最新のリア・クロス・トラフィック／歩行者警告システムの場合だが、最近の超音波技術の発展により、一部のセンサーの検知距離は8～10メートル程度まで伸びており、こうした用途に適している。

ライダーは1960年代に気象学、測量、マッピングの用途で開発されたが、最近ではADASや自律走行車の開発用途に採用されている。大雑把に言えば、テスラを除く自動車業界は、ライダーがADASと自律走行アプリケーションのための最良のソリューションであることに賭けている。

ライダーには基本的に2つのタイプがあるが、どちらもレーザー光の反射を測定するという基本原理は同じである。まず、パルスレーザーを回転ミラーに照射し、多方向にレーザー光を放射します。これらのシステムは非常に効果的で、到達距離は300メートル以上、屋根に取り付ければ360度の視界を確保できる。しかし、サイズが大きいため、市販車のADAS機能には使用できず、価格も高い。同じテーマの、よりコンパクトでADASに適したバリエーションは 微小電気機械システム（MEMS） 技術に基づく回転ミラーでレーザービームを放射する。

2つ目のタイプは固体ライダーと呼ばれるもので、いくつかのバリエーションが開発されている。もう1つは、いわゆるフラッシュ・ライダーと呼ばれるもので、1つのパルス（フラッシュ）レーザーを使って画像を生成する。

2つの主なシステムにはそれぞれ長所と短所がある。しかし、いずれの場合も、照射されたレーザーは範囲内の物体に反射し、高感度の光検出器で受信された後、その情報は周辺環境の3Dモデルに変換される。

ライダーがこのような強力なツールとなる可能性を秘めているのは、その3Dモデルの詳細さと解像度である。適切な解析アルゴリズムにより、ライダーシステムは物体を検出し、それらを区別し、高解像度の3Dで正確に追跡する能力を持つ。また、ライダーは雨や雪の中でも機能するが、霧の影響を受けることがある。

歴史的に、ライダーは市販の自動車アプリケーションで使用するには法外に高価だったが、技術が洗練されコストが下がるにつれて、ADAS開発では徐々に一般的になりつつある。完全自律走行車のプロトタイプはすでに、かさばるルーフマウント型のライダー・システムをうまく活用しているが、このようなセットアップは商業的なADASアプリケーションには非現実的で、法外に高価だ。今のところ、市販車に搭載できるほどコンパクトで、価格も手頃なライダー・システムは、数百メートルではなく数十メートルという比較的限られたレンジしか持たないため、低速でしか効果を発揮しない。

しかし、レーダーや超音波センサーに比べれば比較的新しい技術ではあるものの、その性能と汎用性はすでに備わっている。他のセンサーとは異なり、カメラは色とコントラスト情報を識別できる唯一のセンサーであるため、道路標識や道路標示情報の取得に最適であり、歩行者、自転車、オートバイなどの対象物を分類する解像度も備えている。また、カメラは費用対効果が非常に高いため、量販車メーカーにとっては特に魅力的だ。この技術には限界があるため、カメラ・センサーからのデータをレーダーと組み合わせることで、より堅牢で信頼性の高いデータ・ストリームをさまざまな条件下で提供できるようになりつつある。

カメラは単眼式と、最近では双眼式のADASアプリケーションの両方で使用されている。前方を向いた単眼カメラ・システムは、車線維持支援、クロス・トラフィック・アラート、交通標識認識システムなどの中・長距離機能で使用されています。後方を向いたカメラは、主にドライバーの後退支援として広く採用されています。ダッシュボードに取り付けられたスクリーンに、車の後方エリアの鏡像画像が表示され、場合によってはステアリング・ホイールの動きに対する位置グラフィックで補強され、駐車ガイダンスが提供される。

前方を向いた双眼カメラまたはステレオカメラは、より最近の開発である。一対のカメラは、移動物体までの距離など複雑な奥行き情報を計算するのに必要な情報を提供する本質的に3D画像を提示することができ、アクティブクルーズコントロールや前方衝突警告のアプリケーションに適しています。

ADAS開発の足がかりとなっているカメラ技術のもう1つの分野が赤外線カメラだ。赤外線カメラは、可視光線やわずかな可視光線を使用する代わりに、人間や動物を検知するのに適しており、特に視界の悪い状況や夜間、または単に混雑した運転環境での検知に適している。赤外線サーマルカメラの技術はすでに確立されており、自動車業界で広く使われている。

赤外線サーマルカメラは航続距離が300メートルほどで、霧やほこり、薄日によるまぶしさ、そしてもちろん完全な暗闇にも影響されない。