自動運転車に関する特許についてどれくらいご存知ですか?

自動運転車の開発進捗と経験の蓄積においては、Googleが先頭に立ち、それに国際大手自動車メーカーが追随している。 Googleは自動運転車という革新的なコンセプトを一気に実現したいと考えているが、メルセデス・ベンツ、BMW、アウディなどの大手自動車メーカーは「進化型」アプローチを採用しており、段階的に新機能を追加して、消費者がまったく異なる運転体験に徐々に適応できるように導いている。

自動運転車といえば、まず頭に浮かぶのはGoogleであり、この印象は人々の心に深く根付いています。結局のところ、Google が 2010 年に初めて無人運転車のテスト プログラムを発表して以来、「Google 自動運転車」(図 1 を参照) は、事故ゼロで路上で 70 万マイル以上の走行経験を積み重ねてきました。これは一般の人々にとってまさに前例のない目新しいものであり、Google の革新力に感心させられるものでもあります。

ただ、この未来のテクノロジーは一般の人々の人生経験からあまりにもかけ離れているため、深く実感できないのです。しかも、あれから数年が経ち、新鮮さもなくなってしまいました。ほとんどの人は、自動運転車を単なる話題として扱っています。

図1: Googleの自動運転車

現在、Google が自動運転車の研究開発と改良に継続的に投資し、かなりの成果を上げているほか、国際的な自動車メーカーもこの傾向を認識し、この技術を真剣かつ実践的に扱っています。

今年の2015 CESコンシューマーエレクトロニクスショーでは、無人運転車が再び注目を集めました。例えば、メルセデス・ベンツが展示した無人運転車「F015 Luxury in Motion」（図2参照）の最大の特徴は、自動運転時に運転者が前部座席を180度後方に回転させて他の乗客と対話できることです。この車はまるで移動式の高級ボックスのようです。 SF的で前衛的な内外装のデザインや装備も相まって、観客全員の注目を集めました。ただし、これはあくまで概念的なプレゼンテーションにすぎません。このタイプの車は2030年まで正式に発売されないと予想されています。

図2: メルセデス・ベンツ F015 ラグジュアリーの走行

BMW はサムスン電子と提携して、完全自動の無人リモート バレット パーキング アシスタント テクノロジーを実証しました (図 3 を参照)。スマートウォッチ Gear S を通じて、無人車を遠隔操作して駐車場に自動駐車したり、車を遠隔操作して所有者のいる場所まで自動運転したりすることができます。ただし、前提条件として、駐車場にも無人運転車と通信できるセンサーが装備されている必要があります。

図3: BMWリモートバレットパーキングアシスタント

アウディは、A7モデルをベースにした無人運転コンセプトカー「ジャック」を発売した（図4参照）。この車には自動車線変更やコーナリング、自動加速や自動ブレーキの機能が搭載されています。さらに重要なことは、この車は路上でもテストされているということです。 2015年のCES展示会中、「ジャック」はシリコンバレーからラスベガスのCES展示会場までずっと「運転」し、実際の運転経験を500マイル積み重ねました。

図4: アウディA7ジャック

しかし、当時「ジャック」に乗っていたワイアード誌の記者アレックス・デイビス氏は「アウディの無人運転車は、現在多くの高級車で利用できるスマートクルーズコントロールや車線逸脱警報、その他の半自動運転技術の豪華版のように思えるかもしれない」と述べている。

人々がそのような感想を抱く理由は、グーグルが発表した自動運転車と比較すると、アウディの自動運転車は普通の車と見た目に違いがなく、自動運転のプロセス全体を通してドライバーに違和感を与えないからだ。

Google は数年にわたる実際のテストを経て、2014 年 5 月に初めて自動運転車のモックアップをリリースしました (図 5 を参照)。漫画のような外観と屋根上の印象的なLIDAR（光検出と測距）システムに加えて、非常に印象的な外観も備えています。

従来の認識を最も覆すのは、車全体にハンドル、アクセルペダル、ブレーキペダルがないことです。乗客が緊急停止または前進を手動で制御するためのボタンは 2 つだけです。残りの運転作業はセンサーとコンピューターに任される。無人運転のプロセスには人間の介入は必要ないというのが Google のコンセプトだからだ。

図5. Google自動運転車（左）モデル（右）プロトタイプ

2014年12月に発表された自動運転車のプロトタイプでは、LIDARシステムのサイズが縮小され、物理的なヘッドライトが搭載された。必要なセンサーやコンピューターに加え、ステアリングホイールやブレーキペダルも再設置されました。この組み合わせにより、「人間の制御がまったく必要ない」という当初のシナリオが損なわれたようです。しかし一方で、現段階でハンドルのない車を受け入れられる人はどれくらいいるでしょうか？最も重要な問題は、消費者の実際のニーズを満たすことです。あまりに広範囲にわたるイノベーションは人々の意欲を削ぐことになる。

自動運転車の開発進捗と経験の蓄積において、Google がトップの地位にあり、それに国際大手自動車メーカーが追随していることは疑いようがありません。しかし、グーグルが自動運転車という革新的なコンセプトを一気に実現したいと考えている一方で、大手自動車メーカーは「進化型」アプローチを採用し、消費者がまったく異なる運転体験に徐々に適応できるよう、段階的に新機能を追加している。

自動運転車が正式に市場に投入されるまでに直面するであろう多くの法律、保険、消費者の受け入れに関する問題はさておき、自動運転車に搭載されている重要な技術について見てみましょう。

米国の特許コンサルティング会社 Lexinnova のレポートによると、自動運転車で使用されている 9 つの基本技術は、車車間通信 (V2V 通信)、クルーズ コントロール、自動ブレーキ、車線維持、レーダー、追跡または安定性制御、ビデオ カメラ、位置推定装置、および全地球測位システム (GPS) にまとめられています (図 6 を参照)。上記基礎技術のうち、最初の 5 つの技術は特許出願件数が比較的多く、その重要性も伺えるため、以下ではこの 5 つの技術について簡単に紹介します。

図6. 自動運転車の基本技術

1. 車車間通信（V2V通信）

車車間通信により、車両は互いにデータを送信し、互いの行動や状態を把握できるため、ドライバーは事前に判断や決定を下すことができ、視界の死角による危険を軽減できます。

図7. V2V通信の概略図

米国道路交通安全局（NHTSA）は、すべての車両が共通言語を使用することを保証するために、車車間通信の標準と仕様を開発しており、米国運輸省も、早ければ2017年までに出荷される新車には車車間通信システムの搭載が義務付けられると発表しました。

NHTSA が開発した車車間通信システムは、IEEE802.11p および IEEE 1609 規格に基づく専用短距離通信 (DSRC) テクノロジを使用します。 5.9GHzのマイクロ波周波数帯でデータを伝送し、超低伝送遅延と高速伝送を特徴としています。 DSCR メッシュ ネットワークでは、各ノード (車) が 1 秒あたり 10 回の頻度で全方向に信号を送信し、カバレッジ範囲は 300 メートルです。ネットワーク内で受信されたデータは、1 マイル離れた場所の交通状況を収集するのと同じように、マルチホップ方式で 5 ～ 10 台のノード (車) までジャンプできるため、ドライバーは交通状況に対応するのに十分な時間を確保できます。

レキノバによれば、車車間通信に関連する特許のほとんどはトヨタ自動車とその子会社デンソーが保有しており、次いで日本の自動車エレクトロニクス企業アルパインとゼネラルモーターズ（GM）が続いている。

2. クルーズコントロール

従来のクルーズコントロールシステムは、設定された巡航速度に応じてエンジンのスロットル開度を自動的に調整し、定速走行の目的を達成します。インテリジェントクルーズコントロールシステム（ACC、アダプティブクルーズコントロール）は、先行車との距離を積極的に検知し、システムが設定した安全な車間時間とドライバーが設定した速度に基づいてアクセルとブレーキを適切に制御し、先行車の状況に適応したクルーズコントロールを実現します。

図8. アダプティブクルーズコントロールの概略図

ACCシステムは主に前方車間距離検出器、車速センサー、前後加速度センサー、ブレーキ・スロットル制御ユニット、論理演算制御ユニットで構成されています。

Lexinnova の統計によると、クルーズコントロール関連の特許の上位 3 社は、ロバート・ボッシュ、日産自動車、ゼネラルモーターズです。

3. 自動ブレーキ

自動ブレーキシステムには、アンチロックブレーキシステム (ABS) と電子制動力配分 (EBD) システムが含まれます。

図9. ABS回路図

ABS は 1987 年にボッシュによって初めて市場に導入され、現在ではかなり一般的な機能となっています。ブレーキを踏むと、ABS はセンサー部品を通じて車輪の速度を検出します。ホイールがロックされていることを検出すると、ABS はブレーキを解除し、すぐに再びブレーキをかけ、その後解除して再びロックします。このサイクルにより、ドライバーはスリップや制御不能を避けるためにステアリングホイールを制御できます。

EBD は ABS の追加システムであり、ABS の前に動作して不要な ABS の動作を減らします。 EBD システムは、4 輪の速度を監視し、各車輪のブレーキ油圧を最適なレベルに自動的に調整して、ABS が作動する前にデッドロックを防止し、保護範囲を拡大します。

Lexinnovaによると、自動ブレーキシステム関連の特許の主な保有者は韓国の自動車部品サプライヤーであるMando CorporationとBoschだが、Mando CorporationのABSやEBDの特許は自動運転車の分野では使われていないようだ。

4. 車線維持

車線維持技術は次の 2 つのカテゴリに分類されます。

車線逸脱警報システム（LDWS）は、車両が車線から逸脱したことを感知し、運転者が車線変更のために方向指示器を出さない場合、システムが視覚、聴覚、または振動による警告信号を発して、運転者に車線に戻るよう促します。

車線維持システム (LKS) または車線維持支援システム (LKAS) は、車両が誤って車線から逸脱し、運転者がその逸脱にすぐに対処しない場合に、LKAS が積極的に介入してステアリングホイールを制御し、車両を元の車線内に維持するための適切な支援を提供するシステムです。自動運転車はこのシステムを採用しており、センサーには画像センサー、レーザーセンサー、赤外線センサーなどを使用できます。

図10 車線維持支援システム（LKAS）の概略図

Lexinnovaの統計によると、車線維持システム関連の特許保有者上位4社は、ボッシュ、日産自動車、トヨタ自動車、現代自動車である。

5. レーダー

レーダーシステムは、自動運転車にとって最も重要な技術の1つです。私たちがよく知っている後退レーダーに加え、レーダーはクルーズコントロール、周囲の交通状況の検知、衝突防止システム、車線維持などに使用されます。

図11. 自動車レーダーアプリケーションの概略図

自動車用レーダーは、信号源に応じて、音響レーダー、光レーダー、ミリ波レーダーの 3 種類に分けられます。

音波のカテゴリーに属する超音波レーダーは、測定距離が短いため、主に後退レーダーなどの駐車支援システムに使用されます。

光波型に属する赤外線レーダーとレーザーレーダーの主な欠点は、光の透過がほこり、雨、霧、雪によって妨げられやすく、測定の精度に影響することです。赤外線レーダーは測定距離が短く、暗視システムに使用できます。一方、LIDAR は測定距離が長く、赤外線レーダーと同様に衝突回避システムに使用できます。

ミリ波レーダーの波長は、その名の通りミリメートルレベル（mm）であり、動作周波数範囲は30GHzから300GHzであり、主に23～24、60～61、76～77GHzの周波数帯に集中しています。現在の自動車レーダー研究開発の主流となっています。ミリ波レーダーは音波に比べて大気の乱れの影響を受けません。ミリ波レーダーは光波に比べて透過力が強いです。そのため、ミリ波レーダーは検出性能に優れ、精度も高いです。

無人運転車では、レーダーシステムに加えて、光学リモートセンシング技術であるLIDARシステムも使用されます。通常、レーザー光パルスを使用してターゲットの高密度スキャンを実行し、物体までの距離を測定したり、物体の 3 次元形状に関するデータを取得したりします。

Lexinnovaの統計によると、レーダー関連特許の上位4社はトヨタ自動車、日立製作所、ボッシュ、富士通である。

結論は

無人運転車が正式に市場に投入されるまでには、複雑な規制問題に直面することに加え、各種センサー部品の安定性と精度、車車間通信のセキュリティ、ソフトウェア統合、運用判断手順など、克服すべき多くの技術的問題が残っています。これらのさまざまな技術的問題は、最終的には消費者が最も敏感な価格問題に集約されるでしょう。

実際、自動運転車に必要な基本技術はすべて既存の技術の再開発と改良ですが、これらの技術を統合して応用することがイノベーションであり発明です。私たちは、この創造力がテクノロジー業界や自動車業界に大きなビジネスチャンスをもたらすことを期待しており、テクノロジーの力を通じて、より安全で効率的な運転環境、そしてより省エネで環境に優しいライフスタイルを創造したいと考えています。

今日頭条の青雲計画と百家曼の百+計画の受賞者、2019年百度デジタル著者オブザイヤー、百家曼テクノロジー分野最人気著者、2019年捜狗テクノロジー文化著者、2021年百家曼季刊影響力のあるクリエイターとして、2013年捜狐最優秀業界メディア人、2015年中国ニューメディア起業家コンテスト北京3位、2015年光芒体験賞、2015年中国ニューメディア起業家コンテスト決勝3位、2018年百度ダイナミック年間有力セレブなど、多数の賞を受賞しています。