車両テレマティクス入門

最近の自動車は、高度な接続技術と情報技術を使用して、より接続された十分な情報に基づいた運転が可能になっています。車両テレマティクスは、この接続を可能にする最も明白な方法です。このパートでは、テレマティクスとは何か、どのように使用できるか、そしてそれが運転の多くの側面をどのように完全に変えたかなど、テレマティクスについて詳しく説明します。

定義とアプリケーション

車両テレマティクスは、「テレコミュニケーション」と「インフォマティクス」という言葉から生まれた用語です。基本的には、車載診断装置を使用して車の位置、速度、アイドリング時間、急加速や急ブレーキ、燃料消費量などの情報を収集し、車を監視することを意味します。その後、情報は通常、携帯電話、衛星、またはWi-Fi通信を介して中央の場所に送信され、処理、分析、および保存されます。

車両テレマティクスは、次のようなさまざまな用途に使用できます。

ナビゲーション: テレマティクスは、最新の交通情報を考慮して、車の位置と最適なルートに関するリアルタイムの情報を提供します。

安全性: テレマティクスは事故を発見し、即座に警察や消防署に電話をかけ、事故が発生した場所と事故の程度を正確に伝えることができます。

エンターテイメントと情報: テレマティクスシステムにはインターネット接続が備わっていることが多く、ビデオサービスを使用したり、ニュース、天気予報、その他の情報を入手したりできます。

車両管理、緊急サービス、リモート診断

テレマティクスはいくつかの分野で大きな変化をもたらしましたが、最も顕著なものは次のとおりです。

フリートマネジメント: 車両の集団を所有する企業は、テレマティクスを使用して、車両の現在位置、運転手の行動、ガソリンの使用量、メンテナンスの必要がある時期などを追跡します。これにより、最適なルートが確保され、運用コストが削減され、運転がより安全になります。

緊急サービス: 一部のテレマティクスシステムには、事故が発生した場合に緊急サービスに即座にメッセージを送信する自動衝突通知 (ACN) 機能が備わっています。これによって命を救うことができます。また、緊急サービスはこれらのシステムを使用して、問題のある車をより早く発見し、駆けつけることができます。

リモート診断: テレマティクスの最も革新的な用途の1つは、遠くから自動車を診断できることです。テレマティクスは、車の状態を常にチェックすることで、メンテナンスの必要性、可能性のある問題、システム障害などを運転手にすぐに知らせることができます。これは車の故障を防ぐだけでなく、定期的な修理を確実に行うことで車の寿命を延ばすことにもつながります。

要約すると、車両のテレマティクスは、自動車とコンピュータがますます似てきていることの証拠です。これらのシステムが自動車でより一般的に使用されるようになると、より安全で、より効率的で、より情報に基づいた旅が可能になります。以降の部分では、V2X通信の広大な世界についてさらに詳しく説明し、車両が周囲とどのように相互作用するかを見ていきます。

ビークル・トゥ・エブリシング (V2X) 通信

自動車ビジネスにおける鍵となる考えは、車両とあらゆるものをつなぐ (V2X) 通信であり、これは将来、自動車がより自動化され、接続されるようになることを意味します。「V2X」という名前は、車両が互いに会話できる以上のことができるという考えから生まれました。これらはまた、周囲にある他の物やシステムとも通信できます。この部分では、V2X通信のさまざまな部分と、それらが交通の流れ、道路の安全性、輸送環境全体にどのような意味を持つかについて説明します。

図1 : V2X のタイプ

ビークル・トゥ・ビークル (V2V)

車両はV2V通信を通じて直接的または間接的に相互に通信できます。これには、車両の速度、方向、位置、その他のテレメトリに関する情報が含まれます。V2Vの主な目標の1つは、運転をより安全にすることです。たとえば、前方の車が急停止した場合、後続車にすぐに知らせることができ、後続車に反応する時間を与え、衝突を回避できる可能性があります。

自動運転車両が普及しつつあり、V2Vにより協調操作が容易になります。たとえば、隊列走行により、グループで車両が接近して走行し、空気の流れを節約できます。

ビークル・トゥ・インフラストラクチャ (V2I)

車両は、V2I接続を使用して、信号機、道路標識、さらには料金所などの道路上のものと通信できます。たとえば、信号機があれば、近づいてくる車に信号が青に変わるタイミングを知らせることができ、車は速度を変えてガソリンを節約できます。さらに、リアルタイムのV2I通信により、運転手や自動運転車は、建設区域などの場所での車線閉鎖、道路封鎖、迂回路について知ることができます。

ビークル・トゥ・ペデストリアン (V2P)

あまり話題に上りませんが、V2Xの同様に重要な部分はV2Pによる接触で、車両が歩行者、特にスマートデバイスやその他のウェアラブルテクノロジーを身に着けている歩行者を認識し、対話できるようにします。たとえば、スマートフォンを接続した歩行者が車の前で道路を横断しようとしている場合、運転手がまだその人を見ることができなくても、車は信号を受け取ることができます。この機能により、特に都市部での歩行者を巻き込んだ衝突事故が大幅に減少します。

ビークル・トゥ・ネットワーク (V2N)

車両は、V2N通信を使用して、通常はセルラーまたはクラウドベースの大規模なネットワークに参加できます。この種の接続は、リアルタイムの交通情報を取得して最適なルートを見つけ出すだけでなく、車両を遠隔診断したり、無線でソフトウェアを更新したりするなど、さまざまなことに使用できます。V2Nは基本的に、より高度なテレマティクスサービス、クラウドベースの分析、さらには自動運転車の一般的な使用の基盤になります。

結論として、V2X通信は、接続された輸送システム全体がどのように機能するかを示しています。自動車がモノのインターネット (IoT) とのつながりが高まるにつれ、他の車両、インフラ、さらには路上を歩く人々と対話する能力は、交通エコシステムの安全性、効率性、対応の迅速化に非常に重要になります。以降の部分では、V2X通信の技術的な側面、セキュリティの問題、および将来の可能性について説明します。

V2X通信の技術とプロトコル

V2X (Vehicle-to-Everything) 接続の必要性が高まるにつれ、それをサポートする強力で信頼性の高い標準テクノロジーとプロトコルを持つことがこれまで以上に重要になっています。この部分では、専用短距離通信 (DSRC) とセルラーV2X (C-V2X) について説明します。これらは、V2Xを車同士が通信するための最良の方法にしている2つの最も重要なテクノロジーです。

専用短距離通信 (DSRC)

DSRCは、自動車専用に作られた無線通信システムの一種です。DSRCは、高速で移動する車両が走行する場所での高速データ転送をサポートするために1990年代後半に作られました。次のような特別な機能があります。

待ち時間: DSRCは待ち時間が短く、通常は100ミリ秒未満です。これは、トラフィック量が多い状況でのリアルタイム通信に重要です。

信頼性: DSRCは専用のスペクトル (米国では5.9 GHz) を使用するため、干渉が少なくなり、伝送チャネルがより安定します。

範囲: その主な目的は短距離 (最大約1km) での使用ですが、範囲はV2VやV2IなどのほとんどのV2X状況に十分です。

しかし、DSRCは急速に変化している携帯電話技術に比べて進化が遅いと批判されてきました。また、主に米国などの場所でのみ使用されており、他の多くの国ではセルラーオプションが選択されています。

ライセンスをお持ちであれば、DSRC無線帯域を無料でご利用いただけます。周波数帯域は世界中で異なって分布していますが、これは、帯域が十分に近いため同じアンテナと送信機 / 受信機を使用できるため、ヨーロッパや米国などの国が連携できるようにするためです。

図2 : DSRCの世界規模の周波数割り当て

セルラーV2X (C-V2X)

C-V2Xは、携帯電話技術を使用する、より新しく、より柔軟なV2X接続方法です。4Gが改良され、5Gの導入が始まった現在、C-V2XにはDSRCよりも多くの機能があります。

柔軟性: C-V2Xは、独自の周波数帯域を必要とするDSRCとは異なり、複数のバンドで動作できます。これにより、現在の携帯電話ネットワークに接続できるようになります。

進化の道: C-V2Xはセルラーテクノロジーから生まれたため、自然に進化するように設定されています。携帯電話ネットワークが4Gから5G以降に移行するにつれて、C-V2X はこれらの向上を簡単に活用できるようになります。

動作モード: C-V2Xには2つの主な動作モードがあります : 直接通信 (V2V、V2I、V2Pの状況の場合) とネットワーク通信 (主にV2Nの状況の場合)。

図3 : 直接通信モードとネットワーク通信モードの描写

DSRCとC-V2Xは競合する技術と見なされることが多いですが、実際には動作方法や設計方法が大きく異なることを覚えておくことが重要です。DSRCは車両での使用を目的として開発されましたが、C-V2XはV2X状況におけるセルラー技術の幅広い向上を活用します。

ほとんどの場合、DSRCとC-V2Xのどちらを選択するかは、地域的な好み、現行のルール、および対象となるV2Xアプリケーションによって決まります。どのようなテクノロジーが使用されるかに関係なく、主な目標は、ますます連携が進む交通エコシステムにおいて、車両が安全で信頼性が高く、リアルタイムで通信できるようにすることです。以降の部分では、V2X通信で将来発生する可能性のあるセキュリティと問題についてさらに詳しく説明します。

ビークルコネクティビティにおけるセキュリティとプライバシー

車がますます連携するようになるにつれて、送受信されるデータが安全でプライベートであることを確認することが非常に重要になります。V2X (Vehicle-to-Everything) による接触が一般的になりつつあり、これらのシステムを潜在的な脅威から保護し、ユーザーデータを非公開に保つことがさらに重要になっています。この部分では、自動車を接続する際の最も重要なセキュリティとプライバシーの問題について説明します。

データの暗号化と認証

データ暗号化: 自動車が互いに、またインフラの一部と通信する場合、送信されるデータはハッキングされたり悪用されたりしないようプライベートが保たれなければなりません。暗号化方式により、この情報は、適切な復号化キーを持つ適切な人だけが読み取ることができるコードに変換されます。ハッカーに対するセキュリティを強化するために、車両通信ネットワークではAES-256などの高度な暗号化規格が使用されています。

認証: 通信するエンティティが実在することを確認することも同様に重要です。これは自動車、インフラ部品、サービスプロバイダにも当てはまります。通信ネットワーク内のデバイスは、そのデバイスが本人であるかどうかを確認するためにチェックされ、なりすましの試みを阻止します。公開鍵インフラストラクチャ (PKI) は、V2Xシステムで使用される一般的な方法です。信頼できる認証局 (CA) は、通信ノードにデジタル証明書を発行して、そのIDを証明します。

プライバシーに関する懸念とデータ保護

位置情報のプライバシー: V2X通信の仕組みにより、自動車は自分の位置を示す情報を送信することがよくあります。これを慎重に扱わなければ、悪意のある人が車両をスパイしたり、人々のプライバシーを侵害したりする可能性があります。車両の追跡を困難にするため、「ミックスゾーン」 (車両が偽名を変更する場所) などの方法が検討されています。これらのゾーンでは、車両のマーカーが定期的に変更されます。欧州データ保護指令 [EU95]には、位置情報保護に関する詳細情報が記載されています。

個人情報保護: 最近の車、特に追跡機能付きの車は、運転手の好みやどこに行ったかといった多くの個人情報を収集します。この情報を非公開に保ち、本来の目的にのみ使用することが非常に重要です。データの匿名化とデータの最小化は、ユーザーのプライバシーを保護するための2つの重要な方法です。データの匿名化ではデータセットから個人情報が削除され、データの最小化では必要なデータのみが収集されます。数多くのセキュリティおよびプライバシー基準も策定中です。これらには、米国のIEEE1609.2セキュリティ標準や欧州のETSI V2Xセキュリティ基準が含まれます。

規制遵守: 世界中でデータのプライバシーに関する懸念が高まる中、個人データの取り扱い方を規定する欧州の一般データ保護規則 (GDPR) などの厳格な規則が導入されています。自動車メーカーやサービスプロバイダは、巨額の罰金を回避し、ユーザーの信頼を維持するために、自社のシステムと方法がこれらの規則に準拠していることを確認する必要があります。

基本的に、自動車がモバイルデータハブへと進化し続ける中、セキュリティとプライバシーは後回しにすることはできません。車両とその乗員の安全だけでなく、このエコシステムを使用するすべての人の信頼と信念を確保するために、これらはシステムの中核に組み込む必要があります。次のパートでは、コネクテッドビークルの将来と、新しいテクノロジーとどのように連携するかについて説明します。

ビークルコネクティビティの将来動向と課題

交通の世界が急速に変化するにつれて、新しいトレンドが生まれ、ツールの連携が向上します。車両の接続に関するこの最後の部分では、この分野の将来の方向性と、完全に接続された自動運転車が実現する前に解決する必要がある問題について検討します。

V2X通信における5Gとその先

高帯域幅と低遅延: 5Gは、セルラーネットワークの第5世代技術基準であり、わずか数マイクロ秒という非常に小さな遅延で最大20Gbpsの非常に高速なデータ転送を実現します。V2X伝送の場合、これは自動車が膨大な量のデータを非常に高速に送受信できることを意味します。この機能は、特に交通量が多い場合や緊急事態が発生した場合に、リアルタイムで意思決定を行うために非常に重要です。V2Xにより、車は曲がり角の周辺を「見る」ことができるようになります。運転手は、先に進むために赤信号を加速して通過しようとはしなくなるでしょう。5Gのような規格をうまく活用すれば、信号や一時停止の標識、そして停止する車の数を減らすことも可能になるかもしれません。これらはすべて、物事をより安全にする非常に良いことです。

ネットワークスライシング: 5Gの最も優れた点の1つは、特定のことにのみ使用されるネットワークをカスタム「スライス」できることです。車両間のやり取りでは、専用のスライスによって重要な車両データが最初に送信されるようになり、通信の問題や遅延が発生する可能性が低くなります。

5Gの先: 6Gおよびそれ以降の世代の開発が加速するにつれ、さらに高度な接続方法の将来は明るくなりそうです。地上および地上以外のネットワークの統合は、車が衛星、ドローン、地上のシステムと同時に簡単に通信できる未来を指し示すアイデアです。

自動運転システムとの統合

センサーフュージョンとV2Xの相乗効果: LiDAR、レーダー、カメラは、自動運転車が周囲の状況を把握するために使用するセンサのほんの一部です。2X通信は、車両がセンサの範囲を超えて「見る」ことができるようにすることで、認識レベルをさらに高めます。たとえば、見通しのきかない角から急速に近づいてくる車両を「見る」ことができます。もう1つの例は、後方車両が見ることができない場面を「見る」ことができ、車線、交通標識、障害物など、収集した情報を共有できる前方車両です。

動的な意思決定: V2Xを使用すると、自動運転車は道路上の他の車が何をしようとしているかを考慮して、より適切な選択を行うことができます。たとえば、自動運転車は、自分の車線に合流しようとしている前方の車を通過させることができます。これにより、交通がよりスムーズに流れるようになります。

標準化と統合における課題: V2X伝送と自動運転システムを組み合わせるのは簡単ではありません。異なるブランドの車が互いに簡単に通信できるようにするには、世界的な標準化が必要です。自動運転車が意思決定に使用するアルゴリズムにV2X情報を追加するには、安全性と信頼性を確認するために多くのテストも必要です。複数のグループが協力して、C-V2Xテクノロジーの開発と標準化に取り組んでいます。これらには、第3世代パートナーシッププロジェクト (3GPP)、欧州電気通信標準化機構 (ETSI)、電気電子技術者協会 (IEEE)、5G自動車協会が含まれます。

倫理的考慮事項: V2Xと自由が結びつくと、倫理的な問題が生じます。事故が起こりそうな場合があります。オンボードセンサとV2Xデータの両方を考慮した場合、車はどのようにして行動を決定するのでしょうか? このような選択により、車内の人、他の運転手、さらには歩行者の安全が他の人々よりも優先される可能性があります。

まとめると、ビークルコネクティビティの将来は、より複雑で統合されたシステムになるでしょう。スマートシティや自動運転車が普及する未来に向かって進むにつれ、高度な接続性がますます重要な役割を果たします。解決すべき問題はたくさんありますが、世界中で研究と協力を続ければ、コネクテッドカーや自動運転車が登場する未来は実現可能であるだけでなく、必然的になるようにも思えます。次のパートでは、この革命を推進する複雑な設計上の問題と新しいアイデアについて詳しく説明します。