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2020年1月31日 (金)

DS(16)

 またしばらくは日本語で.今回から,公開されている自動車会社のDSを取り上げる.初回はトヨタ自動車(以下TMC)が開発した世界最高性能(2008年発表当時)を誇るDSを紹介しよう.

 まず,開発背景としてTMCのDSを使用する目的は,交通事故死傷者ゼロを目指すためである.そのためには,人・クルマ・交通環境の三位一体による交通事故低減活動が必要である.

 日本では圧倒的に市街地走行での事故が多いため,DS開発も市街地走行を主体としたものになる.DSの有効性としては,実車で危険が伴う実験や,特定の走行環境条件下の再現性を重視している.また,運転特性を正確に把握するため,TMCとしてはドライバに模擬運転を極力感じさせない,実走行に近い環境を追求したそうだ.

 TMCが重要視している事故状況をもう少し詳しく紹介する.日本ので,道路形状別で事故の発生率を調べると,交差点での事故が60%を占めている.そして,事故要因別ではドライバの認知判断ミスが90%を占めている.従って,ドライバが交差点でどのように認知判断ミスを起こして事故に至るのかを明らかにし,事故を防ぐ技術を開発する必要があるといえる.実際に事故を起こす前の予防安全技術では,どのように性能を評価するかを決めておかなければならない.その一つの指標としては,事故件数低減に繋がるヒヤリハットの低減量がある.この指標の評価にDSが適していると考えられる.なぜなら,事故に至るような複雑な交通環境での実験や,ドライバの意識低下時の警報の効果実験などは,テストコースで実施するにしても危険だからである.

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2020年1月30日 (木)

DS(15)の英訳

It is important how to model the data collected in this way and the explanation of the driver behaviour for it. The simplest model is considered to be determined in detail by the If-then rule due to and as a result of the individual behaviouur of the driver.

These individual rules are called production rules and are used to program logical knowledge. However, when the driver behaviour is modeled by the production rule, there are many cases and it becomes very complicated.

Then, the modeling by the Bayesian network was proposed. Bayesian networks represent chains of causality by directed graphs and weights between nodes. In order to make this weight to be corresponded to the conditional probability, it is called Bayesian network. When driving at a T-junction, the driver's operation events (Node) until the vehicle stops at the T-junction are "release the accelerator", "move foot from accelerator to brake", "hit the brakes", "turn on the turn signal switch", "generate brake pressure", and "stopped" with arrows between them. Each node is given a probability of a possible situation derived from the collected data.

When driver behaviour is expressed using the Bayesian network, the occurrence probability of operation parameters such as brake start timing can be estimated. And, since it is the probability model, it is also possible to carry out action evaluation such as delay of operation timing.

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2020年1月29日 (水)

DS(14)の英訳

Consider the following behaviour of a driver entering a T-junction. The driver stopped once at a stop line following a stop sign at the T-junction, and started in the direction for turning, confirming right and left by issuing a turn signal in the direction for turning.

The data at this time shows that the GPS approaches the position of the T-junction on the map, the accelerator pedal angle becomes 0, the brake pedal position increases, the brake pressure increases, and the vehicle speed becomes 0 before the turn signal switch is turned on. In the video data, the driver feels as if he is looking at a stop sign in front, and then looks left and right. Then, the brake opening and the brake pressure become 0, and the steering angle changes while the accelerator pedal opening increases.

In this example, it can be seen that the state of the driver and the data are almost correlated. Therefore, it is possible to show the behavior of the driver by the data showing the behavior of the driver collected here. The behavior of the driver cannot be completely explained only by vehicle data such as steering and pedals. The driver's behaviour can be observed because there are the driving scene which the driver sees and the video which shows the driver, and the behaviour of the driver can be explained by this.

Therefore, it can be said that the running scene and video data which take the driver are indispensable when the data for acquiring the behaviour of the driver is collected.

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2020年1月28日 (火)

DS(13)の英訳

The operation of other vehicles is basically described by a cybernetic model. That is to say, it expresses the first or second order delay system by the linear differential equation.

However, the model has a limited number of inputs and can only describe physical motions. Therefore, it is difficult to describe the actual driving behaviour determined by many human factors.

Then, a statistical modeling method based on driver behaviour formation factors and driving behaviour data has been proposed. This is the method to construct a behaviour model by collecting driver's behaviour data, statistically analyzing it, and finding causal variables. The data to be acquired include steering and pedal operation conditions indicating the driver's behaviour, various switch states such as turn signals and lightings, driving scenes seen by the driver, and images of the driver's face and body.

Using these data, we can identify various inputs that determine driver behaviour and determine the output for these inputs.

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2020年1月27日 (月)

DS(12)の英訳

In the scenario editor of DS used in our laboratory, the generation timing and movement timing of other vehicles and pedestrians can be decided at any time and place. However, the execution part of those acts is automated, and there seems to be little choice of the way of movement.

The position of other vehicles in the road is the center of the road, and the travel locus follows the alignment of the road line. And, though the control of the vehicle speed may suddenly run at the set speed, the first order delay system for the target speed is generally adopted.

Even in this method, since the curve is smooth and the speed of other vehicles is kept constant on the expressway, there is no much sense of discomfort. However, in the urban area, the way of turning right and left is severe, the start and stop are repeated, and the movement of other vehicles seems very unnatural. Many of the DS subjects may have felt the robot movement without human behaviour. This means that the movements of other vehicles, that we usually see, cannot be expressed by simple equations.

Therefore, in order to make the behaviour of other vehicles natural, it is important to model the driver behaviour. When the driver behaviours can be modeled by clear formulae, the expression of them in DS becomes easy.

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2020年1月26日 (日)

DS(11)の英訳

It is important how to reproduce the movement of other vehicles when simulating the driving scene including the infrastructure. The movement of the vehicle reflects the behavior of the driver, and generally the hierarchy of human behaviors is assumed.

It means that there is some goal, that the planning is carried out in order to achieve the goal, the series of the actions is selected according to the planning, and the action according to the selection is generated. This result can be said to be the human behavior which can be objectively observed.

Generally, in DS, the movement of another vehicles determine the timing of the other vehicles and how to move them according to the scenario. The scenario can be divided into planning, action selection, and action execution by assuming a hierarchical structure of actions. Planning is a plan of movement, i.e., how to set the route from the starting point to the destination, and how to set the movement speed. It is called a hierarchy of strategies. The choice of the action is the judgment of which position to take the action of right and left turn, whether to follow as it is when it catches up with the preceding vehicle, whether to change the lane, and it is called the hierarchy of the tactics. And, the execution of action is steering and pedal operation quantity, and it is called the hierarchy of operation. The result of this operation causes the behavior change of the vehicle, and the position, speed and acceleration of the vehicle in the road change.

The change of the vehicle behavior by the action execution increases the calculation load, when it is changed according to the vehicle motion model. Therefore, it becomes impractical to calculate the vehicle motion model of all the vehicles related to the DS driving scene, so the travel pattern corresponding to the predetermined road alignment is often applied.

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2020年1月25日 (土)

DS(10)の英訳

Here, we consider DS from Intelligent Transport Systems (Intelligent Transport Systems) point of view. Since the installation of the infrastructure equipments of ITS will start from now, it is not possible to experience immediately on the actual road.

It is not easy to change the infrastructure once it was installed. Therefore, it is necessary to surely evaluate the effect of the facilities.

In such a system, the utility value of DS increases greatly because it cannot be evaluated in an actual test course. On the DS, the hazard level can be set freely in the general traffic environments, and it is possible to evaluate all conditions including the change of the specification from the presence or absence of the ITS infrastructure. Until the concept of ITS appeared, the use of DS was limited to automotive related research institutes and enterprises. However, since the installation of ITS infrastructure started to be examined, the use of DS has spread to the electronics manufacturers related to the infrastructure.

DS is also effective from the viewpoint of whether the infrastructure will affect the landscape of the city. Since the viewpoint of the landscape drawn by computer graphics can be freely changed, the evaluation from the viewpoint of not only drivers but also pedestrians becomes possible.

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2020年1月24日 (金)

DS(9)の英訳

On the other hand, the DS of VIT proposed the system which exceeded the limit of the 6-axes motion base technique. Since the 6-axes motion base generates the acceleration feeling in the longitudinal and lateral directions by tilting the vehicle body, there was a sense of incongruity, and the change speed of the inclination of the motion was not fast enough, and the limit was seen.

In contrast to the 6-axes system, the DS of VTI made a body sensory acceralation by moving the dome and motion base together on the linear rail of 2-axes. Since the introduction of the VTI DS, the motion + linear rail system has become the mainstream for the authentic DS.

NADS (National Advanced Driving Simulator) of the University of Iowa and UoLDS (University of Leeds Driving Simulator) of the University of Leeds are famous for their current linear rail systems. These DS systems have 8 degrees of freedom because the dome is supported by 6-axes motion mechanism and the dome and the 6-axes motion mechanism are both moved by 2-axes linear rails (XY table). NADS can move about 20 m forward, backward, left, and right on the 2-axes linear rails. To install such a large DS, a building with a space like a gymnasium is required.

After the announcement of the VTI DS and  Mercedes-Benz DS, the direction in which the 6-axes motion base is added to compact DS and the 2-axes linear rails system is added to athentic DS was established. However, according to the purpose of use of DS, the one without motion or dome and with only cockpit and screen, and the simple one with only front, rear, right and left 2-axes motion are also popularized.

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2020年1月23日 (木)

DS(8)の英訳

In the history of DS, two DSs have had a great impact on DS research. The one was started the operation in VIT (Swedish Road Traffic Research Institute) in 1983, and the another was what Mercedes-Benz Co. started the operation in 1984.

These two DSs established two standards of the mechanism to give the body sensory acceleration in the longitudinal and lateral directions. The DS of VIT is a type which moves two orthogonal linear rails, and the DS of Mercedes-Benz is a 6 degrees of freedom motion used 6 actuators.

In the simulator of the aircraft, the one with 6 axes (6 degrees of freedom: pitch, roll, yaw) motion system by 6 actuators is general. The Mercedes-Benz DS is an application of this DS technology. The dome was supported by this 6-axis actuators, and the actual vehicle was arranged in the dome, and the running scene was projected by 6 projectors on the 6-face screens in the dome. The high degree of perfection and the sense of scale shocked researchers in this field at that time. In addition, Mercedes-Benz not only aims at the research of human-machine system but also announced that this DS was used in the experimental stage of the vehicle development, and showed the new possibility of the DS use.

This annoucement of Mercedes-Benz DS started the movement of the DS adoption in each automobile companies and related laboratories. This Mercedes-Benz DS accelerated the development and use of the DS.

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2020年1月22日 (水)

DS(7)の英訳

Next, let us look back at the history of DS. The history of DS can be traced from 1950's.

At that time, we have no computer graphics, and the driving scene ahead was a movie (film) system or a midget driving scean made by models. In the movie system, the image of the driving scene was projected on the front screen like a cinema.

In the midget driving scean, the diorama in which the model landform and building moved by the belt conveyor was produced, and the belt conveyor was moved according to the accelerator opening by placing the TV camera in the vehicle position of the road on the belt. The diorama shot by the TV camera is shown on the screen. In the presentation of the body sensory acceleration, the vehicle was made to run on the drum, and operation feeling, running sound, vibration, etc. of the steering wheel were offered to the subject. Though the reality was high because it used the actual vehicle, it could travel only on the almost straight road. And, acceleration and deceleration feeling could not be offered. In 1968, the Mechanical Engineering Laboratory in Japan developed a DS which tilts the cab in the roll and pitch direction using hydraulic cylinder and simulates lateral acceleration and longitudinal acceleration.

It was after 1970's that DS which showed the running scene by the computer graphics was made.

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2020年1月21日 (火)

DS(6)の英訳

Another fear using DS is that the reaction of the experiment subjects may be dulled, because DS is not the actual operation. However, there is no problem in our experience and the reason below.

When a subject drives the DS, he/she operates it while looking at the graphics scenery on the screen. It is not possible to drive accurately unless steering and pedaling are properly operated at the specified speed.

That is to say, it can be said that the operation in DS is not different from the actual operation. In order to see the reaction of the driver in that state, it is considered that there is no difference from the reaction in actual operation, and there is no clear difference from the reaction in actual operation from the data of the experiment until now. Therefore, there is no problem that the reaction time of the experiment subject in the DS simulates the reaction time in the actual operation.

However, it is assumed that DS generates body sensory acceleration which can simulate actual driving. In DS with no motion and only graphics, there is no problem in the initial operation of the pedal in front and rear direction. However, there is no guarantee that it simulates the reality, because there is no body sensory acceleration on continuous pedal operation and lateral steering operation even in the longitudinal direction.

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2020年1月20日 (月)

DS(5)の翻訳

If DS is not used, it is difficult to conduct the rear-end collision accident and examine how the driver operates the brake pedal. In addition, in the system in which pedestrians and bicycles become detection objects, DS must be used, because it is related to the human life of pedestrians and bicycle riders who participate in the test as detection objects.

Although it seems to be all good things like this, DS has some drawbacks. The largest drawback is whether it really simulates reality.

There are two points where DS simulates reality. They are how to realistically reproduce the driving scene by computer graphics and the reproducibility of body sensory acceleration of front, back, right and left generated by motion. Therefore, the performance of DS depends on how excellent the graphics performance and the sensible acceleration generation performance are.

 Another disadvantage is simulator sickness. Since there is an individual difference, this can be avoided by carrying out the proper inspection of used DS, and having the experiment cooperator without the simulator sickness participate in the experiment. However, simulator sickness may be solved by improving the DS performance essentially because the sense of graphics and motion provided by DS is different from that of humans.

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2020年1月19日 (日)

DS(4)の英訳

Then what happens when we test with DS? Let us look at each item of the actual vehicle test.

Development of inter-vehicle distance warning system in DS requires only (1) programming or setting the timing of the warning. As a matter of course, (2) the man-hour of actual vehicle equipment does not occur. (3) Only experimental subjects need to reserve for the test date. However, when DS is used in other projects, reservation of DS itself is necessary. And, it is necessary to make the course on DS newly, when the test course except for the prepared one is necessary. (4) Even if it is necessary to prepare for the evaluation, it is overwhelmingly shorter than the actual vehicle test, and (5) it is not affected by the weather. In DS, (6) there is no accident, and the attention for the safety is focused on whether the experiment subjects cause DS sickness or not. Since (7) DS can accurately reproduce desired timing, waste in the test is eliminated. (8) The DS system itself can automatically generate data sheets for analysis.

In this comparison, the advantages of DS stand out. Especially, DS is overwhelmingly advantageous on safety, reproducibility, and weather problems. If DS is used, it becomes possible to shift the warning timing to the rear-end collision limit which is difficult in the actual vehicle test, and special and delicate timing can be reproduced many times, and the test can be carried out in the schedule as planned.

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2020年1月18日 (土)

DS(3)の英訳

What are the benefits of the DS? Let's compare them with an actual car test.

To make a concrete comparison, let us consider the warning timing evaluation of the inter-vehicle distance warning system. As a scenario, it is a question of  the inter-vehicle distance warning timing and the situation is that the preceding vehicle depresses by the sudden brake while the host vehicle and the preceding vehicle are running at constant speed.

At first, let's look at the outline of the procedure for making this evaluation in a real car. Firstly, (1) the system which can change the timing of the distance warning must be developed. (2) It should be installed in the actual car, and the operation is confirmed. Next, the schedule to be evaluated is determined, and (3) the test course, host vehicle, subjects and collaborators in the experiment, preceding vehicle, driver of preceding vehicle, and equipment at that time (transceivers, pylon, measuring instruments, etc.) are reserved and secured. On the day of the test, (4) we need to prepare the evaluation tools, and (5) if the weather is not suitable for running after the start of the test, the test must be stopped, and the replanning is required. In addition, during the evaluation, (6) it is carried out repeatedly until (7) the brake timing of the preceding vehicle matches the plan, while taking care of safety. Then, after the experiment, data such as the vehicle speed of the own vehicle and that of the preceding vehicle are collected from the data logger (8), the data sheets for analysis are needed to be produced, and the analysis of the test results is finally started.

This mentions the setup of the test using the actual vehicle. This list alone shows the benefits of DS.

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2020年1月17日 (金)

DS(2)の英訳

DS is a kind of device that can simulate driving scenes and road traffic environments by computer. DS has several levels such as computer game, simulator for driving school, simulator for research and development, etc., and the present replacement can be called practical virtual reality.

In the computer game, it can be said to be a simple DS which simulates the driving operation if it can be driven by steering wheel and pedal operation. On the other hand, in a real DS using a large screen and a driver's seat of an actual vehicle as installed in our laboratory, reproduction of sensible acceleration and simulation of road traffic environment are emphasized.

Reproduction of road structures and buildings is very realistic due to the progress of computer graphics, GPU and PC. On the other hand, the simulation of traffic environment requires the reality for the behavior of other vehicles and pedestrians who are other traffic participants. Therefore, in order to reproduce the movement of other vehicles and pedestrians on the DS image, a model of human movement on a computer is required. Therefore, it can be said that the computer graphics technology which reproduces the driving scene, the driver model for generating the body sensory acceleration by the driving operation, and the model of the human action for moving other vehicles are important for DS.

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2020年1月16日 (木)

DS(1)の英訳

 今日から,これまで解説したDSの内容を英語化する.イギリスに来たらやりたかった企画なので,しばらくお付き合いを.

We have so various kinds of Driving simulator(DS)s from games to rehabilitation for driving training. What is explained here is, of course, for academic research. And the research is HMI evaluation in Advanced Driver Assistance System(ADAS)s and Automated Driving.

DS is often used for HMI evaluation in ADAS and Automated Driving. The reason why is that for vehicle HMI evaluation under development, real developing vehicles are used not DS. It is because the usability of the cockpit itself of the vehicle is evaluated. However, the functions for ADAS and Automated Driving are not the one that the driver directly operates the vehicle, but the one that supports the driver. Therefore, it is not affected by the cockpit design of the vehicle to some extent, and it can be evaluated in the general purpose cockpit. And, ADAS and functions of Automated Driving and HMI are under development, and it is necessary to change and evaluate only functions and HMI itself. Therefore, DS is suitable for evaluating the consistency with the driver by changing various functions and HMI while the cockpit is fixed.

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2020年1月15日 (水)

DS(15)

 このようにして収集したデータと,これに対するドライバ挙動の説明をどのようにモデル化するかが重要である.最も簡単なモデルは,ドライバの個々の挙動を原因と結果としてIf-thenルールで細かく決めることが考えられる.

 これら個々のルールはプロダクションルールと呼ばれ,論理的な知識のプログラム化に使われる.しかし,プロダクションルールでドライバ挙動をモデル化すると,幾通りも場合分けが生じ非常に複雑なものになってしまう.

 そこで提案されたのが,ベイジアンネットワークによるモデル化である.ベイジアンネットワークは,因果関係の連鎖を有向グラフとノード間の重みで表現するものである.この重みを条件付き確率に相当させるため,ベイジアンネットワークと呼ばれている.T字交差点に入る挙動だと,T字路で停止するまでのドライバーの操作イベント(ノード)は,「アクセルを離す」「アクセルからブレーキに足を移動」「ブレーキを踏む」「ターンシグナルスイッチを入れる」「ブレーキ圧を発生させる」「停止」で,これらの間に矢印が付く.各ノードには,収集したデータから割り出された起こりうる状況の確率が与えられる.

 ドライバ挙動をベイジアンネットワークを用いて表現すると,ブレーキ開始タイミングなどの操作パラメータの発生確率が推定できる.また,確率モデルであるので,操作タイミングの遅れなどの行動評価を行うこともできる.

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2020年1月14日 (火)

DS(14)

 T字交差点に進入するドライバが次の行動をしたときを考えてみよう.そのドライバは,T字交差点の止まれ標識に従って停止線で一旦停止し,曲がる方向のターンシグナルを出して左右を確認しながら,曲がる方向に発進した.

 このときのデータは,GPSは地図上でT字交差点の位置に近づき,アクセルペダル開度が0となってブレーキペダル開度が増しブレーキ圧も増えて車速が0となってからターンシグナルのスイッチが入る.ビデオデータでは,ドライバが前方の止まれ標識を見ているような感じになり,次に左右を確認している状態になる.そして,ブレーキ開度とブレーキ圧が0となり,アクセルペダル開度が増えつつステアリング角度が変わる.

 この例では,ドライバの状態とデータがほぼ対応付けられることがわかる.よって,ここで収集したドライバの挙動を示すデータで,ドライバの挙動を示すことが可能であるといえる.ステアリングや各ペダル等の車両データだけでは,ドライバの挙動を完全に説明することはできない.これに,ドライバが見ている走行シーンとドライバを映したビデオがあるためドライバの挙動を観察することができ,これによってドライバの挙動を説明することができるのである.

 したがって,ドライバの挙動を知るためのデータを収集するときは,走行シーンとドライバを撮影するビデオデータが必須といえる.

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2020年1月13日 (月)

DS(13)

 他車両の運転は,基本的にサイバネティックモデルで記述される.すなわち,線形の微分方程式で一次遅れ系や二次遅れ系を表現するということである.

 しかし,このモデルの入力数は限られており,物理的な運動を記述することしかできない.したがって,多くの要因によって決まる実際の運転行動を記述することは難しい.

 そこで,ドライバの行動形成要因と運転行動データを基にした統計的モデル化手法が提案されている.これは,ドライバの行動データの収集を行い,統計的に解析し,因果関係のある変数を求めて行動モデルを構築する手法である.取得するデータは,ドライバの行動を示すステアリングと各ペダル操作状況,及びターンシグナルやライティングの各種スイッチ状態を始め,ドライバが見ている走行シーンとドライバの顔や身体の映像である.

 これらのデータを使うと,ドライバ行動を決める各種入力が特定でき,それらの入力に対する出力を決めることができる.

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2020年1月12日 (日)

DS(12)

 研究室で使用しているDSのシナリオエディタでも,他車両や歩行者の発生タイミングや移動タイミングは任意の時間と場所で決めることができる.しかし,それらの行為の実行部分は自動化され,動き方の選択の余地はほとんどなかったと思われる.

 他車両が走行する道路内位置は道路中央で,走行軌跡は道路中央線の線形をなぞるようになっていたはずである.また,車速の制御は設定速度でいきなり走りだしたかも知れないが,一般的には目標速度に対する一次遅れ系が採用されている.

 この方法でも,高速道路ではカーブが滑らかで他車両の速度を一定にするので,大した違和感はない.ところが,市街地では右左折の曲がり方がきつく,発進停止が繰返されるため,他車両の動きはとても不自然に感じられる.多くの体験者が,人間味のないロボット的な動きに感じられたのではないだろうか.これは,われわれが普段目にしている他車両の動きが,単純な数式で表現できるものではないことを意味しているといえる.

 したがって,他車両の挙動を自然なものにするためには,ドライバ行動のモデル化が重要なのである.ドライバ行動を明確な数式でモデル化できれば,DSでの表現も容易となる.

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2020年1月11日 (土)

DS(11)

 インフラも含めて走行シーンを模擬する場合,どのようにして他車両の動きを再現するかが重要となる.車両の動きはドライバーの行動を反映したものであり 一般的には人間行動の階層性を仮定することが多い.

 階層性を仮定してトップダウン的に行動するということは,何らかの目標があり,その目標を達成するためにプランニングが行なわれ,プランニングに応じて行為の系列が選択され,選択に応じた動作が発生するということである.この結果が,客観的に観察できる人間行動といえる.

 一般的にDSでは,他車両の動きはシナリオによって,どのタイミングで他車両を出し,どのように動かすかを決める.シナリオは行動の階層構造を想定し,プランニング,行為の選択,行為の実行に分けることができる.プランニングとは,出発地点からどの経路をとって目的地に行くか,移動速度をどのようにに設定するかという移動の計画に関することであり,戦略の階層と呼ばれる.行為の選択とは,どの位置で右左折の行為をとるか,先行車に追い付いた時そのまま追従するか,車線変更をするかという判断であり,戦術の階層と呼ばれる.そして,行為の実行とは,ステアリングやペダル操作量であり,操作の階層と呼ばれる.この操作の結果が,車両の挙動変化を起こし,道路内の車両の位置や速度や加速度が変化するのである.

 行為の実行による車両挙動の変化は,車両運動モデルに従って変化させると計算負荷が高くなる.そのため,DSの走行シーンに関連する全ての車両の車両運動モデルを計算するのは非現実的になるため,予め決めた道路線形に応じた移動パターンを当てはめることが多い.

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2020年1月10日 (金)

DS(10)

 ここで,高度道路交通システムITS(Intelligent Transport Systems)の観点からDSを考えてみよう.ITSのインフラ設備はこれから設営が始まるため,現実の道路ですぐ体感することはできない.

 インフラ設備は一度設営すると,変更は容易ではない.そのため,確実にその設備の効果を評価しておく必要がある.

 このようなシステムにおいては,実際のテストコースで評価できないため,DSの利用価値が大いに高まるのである.DS上では,一般的な交通環境で危険レベルを自由に設定可能であり,ITSインフラの有り無しから,その仕様の変更を含むあらゆる条件を評価することが可能である.ITSという概念が登場するまで,DS利用は自動車関連の研究所や企業だけであった.ところが,ITSインフラの設置が検討し始めてから,DS利用はインフラ関連の電機メーカーまで広がったのである.

 インフラを設営して街の景観に影響ないかという観点でも,DSは俄然力を発揮する.コンピューターグラフィックスで描かれた景観は自由に視点を変えることが可能なため,ドライバーのみならず歩行者からの視点での評価も可能になる.

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2020年1月 9日 (木)

DS(9)

 一方,VITのDSは,6軸モーションベース手法の限界を超えるシステムを提案した.6軸モーションベースは前後左右方向の加速度感を車体を傾けて発生させるため,違和感があったりモーションの傾きの変化速度が十分速くないことから限界がみえていた.

 これに対し,VTIのDSは,ドームとモーションベースごと2軸のリニアレール上を動かして体感をつくったのである.VTIのDSが登場以降,本格的なDSはモーション+リニアレール方式が主流となった.

 現在のリニアレール方式で有名なものは,アイオワ大学NADS(National Advanced Driving Simulator)やリーズ大学のUoLDS(University of Leeds Driving Simulator)である.これらのDSはドームを6軸モーション機構が支え,ドームと6軸モーション機構を共に2軸のリニアレール(XYテーブル)で動かすため8自由度となる.NADSでは,2軸リニアレールで前後左右に約20m動くことができる.このような大型のDSを設置するには体育館のような広さを持つ建屋が必要となる.

 VTIのDSとベンツのDSの発表以降,コンパクトなDSは6軸モーションベース,本格的なDSはさらに2軸リニアレールが付加される方向が確立した.ただし,DSの使用目的によって,モーションやドームがなくコックピットとスクリーンだけのものや,前後左右の2軸モーションだけの簡易なものも普及している.

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2020年1月 8日 (水)

DS(8)

 近年,DSの研究に2つのDSが大いなるインパクトを与えた.その一つは1983年にVIT(スウェーデン道路交通研究所)で稼働を始めたDS,そしてもう一つが,1984年に稼働を始めたベンツ社のDSである.

 これら2つのDSは,前後左右方向の体感加速度を与える機構の2つのスタンダードを確立した.VITのDSは,直交する2軸のリニアレールを移動するタイプ,ベンツのDSは6本のアクチュエータによる6自由度モーションタイプである.

 航空機のシミュレータでは,6本のアクチュエータによる6軸(前後左右上下の6自由度:ピッチ,ロール,ヨー)モーションシステムを持つものが一般的である.これをそのままDSに適用したものがベンツのDSである.ドームをこの6軸アクチュエータで支え,そのドーム内に実際の車両を配備し,ドーム内の6面スクリーンに6台のプロジェクタで走行シーンを映し出した.その完成度の高さと規模感から,当時のこの分野の研究者達に衝撃を与えたのである.更に,ベンツは,単に人間ー機械系の研究を目的とするだけでなく,車両開発の実験段階にこのDSを用いることを公表し,DS使用の新たな可能性を示した.

 ベンツのDSが公表され,各自動車会社や関連研究所でDS採用の動きが始まった.このベンツのDSがDSの開発や使用を加速させたのである.

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2020年1月 7日 (火)

DS(7)

 次に,DSの歴史を振り返ってみよう.DSの歴史は,1950年代までさかのぼることができる.

 当時はコンピュータグラフィックスがなかったため,前方の運転シーンは映画(フィルム)方式または模型方式だった.映画方式とは,運転シーンの映像を映画のように前方スクリーンに映し出すものだった.

 模型方式とは,地形や建造物がベルトコンベアで動くジオラマを製作し,ベルト上の道路の車両位置にTVカメラをおいて,アクセル開度に応じてベルトコンベアを移動させるものである.TVカメラが撮影するジオラマの走行シーンをスクリーンに表示されている.体感加速度の提示は,車両をドラム上で走行させ,ハンドルの操作感,走行音,振動等をドライバに提供した.実車を使うためリアリティが高いものの,ほぼ直線的な道路しか走行できなかった.また,加減速感も提供できなかった.1968年になって,機械技術研究所で油圧のシリンダを使って運転台をロールとピッチ方向に傾け,横方向加速度と前後方向加速度を模擬するDSが開発された.

 コンピュータグラフィックスにより走行シーンを呈示するDSができたのは,1970年代以降になる.

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2020年1月 6日 (月)

DS(6)

 また,DSは現実の運転ではないため,実験協力者の反応が鈍くなるのではないかという懸念もある.しかし,これは経験上問題ない.

 DSを運転するとき,ドライバはスクリーン上のグラフィックスの景色を見ながら運転操作を行う.指定速度を身ながら,適切にステアリング,ペダルを操作しなければ正確に運転することはできない.

 つまり,DSでの運転は,現実の運転動作と変わりないといえる.その状態でのドライバの反応を見るため,現実の運転中の反応と変わりないものと考えられるし,これまでの実験のデータを見ると現実の反応と明らかな差がない.したがって,DS使用時の実験協力者の反応時間は,現実の運転時の反応時間を模擬しているとして問題ない.

 ただし,これは,DSが現実の運転を模擬できる体感加速度を発生していることを前提としている.モーションがなくグラフィックスだけのDSでは,前後方向の運転のペダル初期操作は問題ない.しかし,前後方向でも連続するペダル操作や,横方向のステアリング操作は体感加速度がないため現実を模擬している保証がない.

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2020年1月 5日 (日)

DS(5)

 実際に追突事故を起こして,衝突速度の変化を調べるような試験は,DSを使わないと難しい.更に,歩行者や自転車が検知対象になるシステムでは,被検知対象として試験に参加する歩行者や自転車に乗る人の人命にかかわるため,DSを使わざるを得ない.

 このように良いことばかりにみえるものの,DSにも欠点がある.その最大の欠点になる可能性のあるものが,本当に現実を模擬しているかどうかということである.

 DSが現実を模擬するポイントは2点ある.それは,コンピュータグラフィックスで運転風景をいかに現実的に再現するかと,モーションで発生する前後左右の体感加速度の再現性である.そのため,DSの性能は,グラフィックス性能と体感加速度発生性能の2点がいかに優れているかということになる.

 もう一つの欠点は,シミュレーター酔いである.これは個人差があるため,使用するDSの適正検査を行い,シミュレータ酔いのない実験協力者に実験に参加してもらうことで回避可能である.しかし,シミュレータ酔いは,DSが提供するグラフィックスとモーションの感覚が人間と違うことが原因のため,本質的にはDS性能を向上させると解決する可能性がある.

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2020年1月 4日 (土)

DS(4)

 それでは,DSで試験をするときはどうなるだろうか.実車試験の項目毎にみてみよう.

 DSでの車間距離警報システムの開発は,①警報が鳴るタイミングをプログラム,あるいは設定するだけでよい.当然のことながら,②実車装備の工数は発生しない.③試験日に対して予約して確保が必要なものは,実験協力者だけである.ただし,DSが他プロジェクトでも使用するときは,DSそのものの予約が必要である.また,準備されているもの以外のテストコースが必要な場合は,新たにDS上のコースを製作する必要がある.④評価の準備は必要であっても,圧倒的に実車試験より短時間で済み,⑤天候に左右されることはない.DSでは⑥事故を起こすことはなく,安全上の注意は実験協力者がDS酔いをするかどうかに注力される.そして,⑦DSは正確に所望のタイミングが再現できるため,試験時の無駄がなくなる.⑧解析用のデータシートの製作は,DSのシステム自体が自動的に生成することが可能である.

 こうして比較すると,DSの利点が目立つ.特に,安全性,再現性,天候問題は圧倒的にDSが有利である.DSを使えば,実車試験では難しい追突限界まで警報タイミングをずらすことが可能になり,特殊で微妙なタイミングを何度でも再現でき,計画通りの日程で試験をこなせるのである.

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2020年1月 3日 (金)

DS(3)

 DSにはどんな利点があるだろうか.実車を使った試験と比べてみよう.

 具体的に比較するため,車間距離警報システムの警報タイミング評価を考えてみよう.シナリオとしては,自車と先行車が定速走行中,先行車が急ブレーキを踏んだときの車間距離警報タイミングが適正かどうかというものである.

 初めに,実車でこの評価を行うときの段取りの概略を洗い出してみよう.まず,①車間距離警報のタイミングを変化することができるシステムを開発しなければならない.それを②実車に装備して,動作確認を行う.次に,評価する日程を決めて,③テストコース,自車,実験協力者,先行車,先行車のドライバー,当時の備品(トランシーバー,パイロン,計測装置等)を予約して確保する.試験当日は,④評価の準備をし,⑤開始後走行に適さない悪天候なら中止し,再計画が必要となる.また,評価中は⑥安全に気を付けながら⑦先行車のブレーキタイミングが合わなければ,計画に合うまで繰返して実施する.そして,実験終了後は⑧データロガーから自車と先行車の車速等のデータを拾って,解析用のデータシートを製作後,やっと試験結果の解析を始めることになる.

 以上,実車を使った試験の段取りを挙げた.こうして列挙するだけでも,DSの利点がわかるようだ.

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2020年1月 2日 (木)

DS(2)

 DSは,走行シーンや道路交通環境をコンピュータで再現し,そこを模擬運転することができる装置である. DSには,コンピュータゲーム,自動車教習所用シミュレータ,研究開発用シミュレータ等のいくつかのレベルのものがあり,現代えは実用的なバーチャルリアリティともいえる.

 コンピュータゲームでも,ステアリングやペダル操作で運転できるようにすれば,運転操作を模擬する簡易なDSといえる.これに対し,当研究室で設置しているように大型スクリーンを使用して運転席も実車のものを使った本格的なDSでは,体感加速度の再現と道路交通環境の模擬が重視される.

 道路構造や建造物の再現は,コンピュータグラフィックス,GPUやPCの発達により,非常にリアリティが高まっている.一方,交通環境の模擬は,他の交通参加者である他車両や歩行者の挙動にリアリティが必要となる.そのため,DSの映像上で他車両や歩行者の動きを再現するため,コンピュータ上で動く人間行動のモデルが必要となる.よって,DSには走行シーンを再現するコンピュータグラフィックス技術,運転操作による体感加速度を発生させるためのドライバモデル,及び他車両を動かすための人間行動のモデルが重要といえる.

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2020年1月 1日 (水)

DS(1)

 明けましておめでとう!今日からしばらくの間,ドライビングシミュレータ(DS)を解説する.

 解説する内容としては,DSの目的,歴史,現在の代表的なDS,DSのハードウエア,ソフトウエア,DS関連のツール,DSを使った研究事例等を考えている.

 DSには,ゲーム用から運転訓練のリハビリ用まで多様なものがある.ここで解説するものは,当然,学術研究用である.そしてその研究は,ADASや自動運転のHMI評価である.

 ADASや自動運転のHMI評価にはDSがよく使われる.なぜだろうか?開発中の自動車自体のHMI評価には,DSではなく実際の開発車両が使われる.それは,自動車のコックピットそのものの使いやすさを評価するからである.ところが,ADASや自動運転の諸機能は,ドライバが直接自動車を操作する機能ではなく,ドライバを支援する機能である.そのため,ある程度自動車のコックピットのデザインに影響されず,汎用的なコックピットで評価可能である.また,ADASや自動運転の機能やHMIは発展途上にあり,機能やHMIそのものだけを変化させ評価する必要がある.よって,コックピットは固定したまま,各種機能やHMIを変化させドライバとの整合性を評価するにはDSが適しているといえる.

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