クルーズコントロールの歴史

序章

現代の車両は、多くのシステムとガジェットを備えており、さらに新たなモデルごとにそうした機能が追加されます。それらには買い手を惹きつけるためと快適性を高めるためのものがあり、一般的な例としては、ムード照明、ハイエンドエンターテインメントシステム、様々な性能モード、プリセットシート設定、ミラーポジションなどがあります。

他のシステムは、運転者と乗客の安全のためのもので、通常「ADAS(Advanced Driver Assistance Systems:先進運転支援システム)」と呼ばれています。一般的な例として、アダプティブクルーズコントロール、自動緊急ブレーキ、バックアップカメラ、前方検知、サラウンドビューカメラなどがあります。

過去100年間で、これらの運転支援システムは、車両の機械的なクルーズコントロールという地味な仕組みから始まりから、ソフトウェア定義された拡張現実や仮想現実(メタバースとして知られる)を利用した完全な自動運転を実現するビジョンにまで劇的に進化してきました。

現在、SAE Internationalで定義されているように車両はレベル2+の自律性を備えています。レベル2とは、部分的な自動化が許可されていますが、運転者は注意を払い、いつでも交代できる準備ができていなければなりません。レベル2+のプラス(+)は、自動運転が非常に複雑で、業界の予想よりも時間がかかるという実態を表しています。背景として、レベル5は運転者がいない完全な自律であり、レベル0は自律性なしです。

本稿はADASの歴史に関するもので、ここではさまざまなシステムのアカウントの検討を行っていくほか、最後は、将来のADASシステムと、自動車がどのように機械構造から完全なデジタル式に変化するかについて解説したいと思います。

クルーズコントロール

おそらく、最も初期の運転者支援システムは「Speedostat」のシステムでした。Speedostatは、Ralph Teetorが設計した速度制御システム(Steinken、2020)の最初の設計でした。興味深いことに、彼は子供の頃盲目でした。彼は自分の視力喪失を利用して、超人的な触覚と過集中能力を発達させました。それこそが自身が偉大な発明家であり、エンジニアである理由であると主張しています(Smithsonian Magazine(Sears、2018)の記事に、彼の素晴らしい人生が掲載されています)。

Speedostat(よく「Stat」と呼ばれる。1950年8月22日に特許取得)は、車両のドライブシャフトから派生した機械式ガバナメカニズムに接続されたダッシュボードスピードセレクターで構成されていました。ガバナーによって駆動される真空ポンプがアクセルペダルを押し上げ、運転者に減速を促す触覚信号を発します。

特許から5年後、Popular Mechanics(Sears, 2018)はSpeedostatを特集して「一種の電動加速器すなわち追加機能を備えたガバナー(調速機)である。車の自動操縦までの道程は、さらに数マイルかかる」と紹介しました。

クライスラーは、Speedostatを採用した最初の自動車メーカーであり、1958年に「オートパイロット」と名付けました。キャデラックもSpeedostatを使用しましたが、それを「クルーズコントロール」と呼びました。この名前は一般化され、今日でもその技術を示すために広く使用されています(Teetor, 2020)。

• 

  図1. 1957年にクルーズコントロールを手にしたRalph Teetor(提供:米国自動車殿堂)

TeetorのSpeedostatが量産車で成功を収めた直後に、別の技術革命が起こりました — シリコントランジスタの発明により集積回路が誕生したのです。単一トランジスタがチップ上の回路全体に進化する中、Daniel Wisnerは「自動車用速度制御」と呼ぶ最初の電子クルーズコントロールを発明し、特許(1971年)を取得しました(Niemeier, 2016)。この新しい電子速度制御は、上り坂や下り坂でも閉ループで車速を制御することができ、これは初めての試みでした。この発明は、最終的にクルーズコントロールとして知られるようになり、車両を大変革をもたらすことになりました。電子速度制御の人気が高まるにつれ、1980年代後半に、モトローラは彼のアルゴリズムを実装したシリコンチップを設計し製造しました。多くの車両がこのチップを長い間使用していました。その製品番号は「MC14460」で、このチップはかなり昔に廃番になりましたが、アルゴリズムは今日でも一般的に使用されています。

• 

  図2. MC14460クルーズコントロール・チップのデータシート表紙(提供:hackaday.com)

• 

  図3. LS Engine DIY提供による1996年GMクルーズコントロールモジュール。以前の真空ベースシステムとは対照的にスロットルケーブルを制御するための電気駆動装置を示す

クルーズコントロールの次の大きな技術革新は、1990年代初頭に登場したアダプティブクルーズコントロールでした。William ChundrlikとPamela Labuhnが、アダプティブクルーズコントロールを発明しました(Steinken, 2020)。

このシステムは通常のクルーズコントロールと同様に機能しましたが、距離センサーを実装して、低速車の後方で車両の速度を落としながら、速度制御を維持できるようにしました。最初のシステムではレーザーを使用しましたが、各種ソリューションでレーダー、LiDAR、カメラなど、多様なタイプのセンサーが使用されました。

ABS

航空学にルーツを持つアンチロックブレーキシステム(ABS)にも興味深い歴史があります。ABSは、クルーズコントロールと同様に、機械システムとして始まりました。(不明、ウィキペディア、2021年)

1920年に航空機および自動車のパイオニアであるGabriel Voisinは、航空機用の機械式ABSシステムを設計し実験しました。このシステムは、ホイールと一緒に回転し、ブレーキシステムの油圧バルブを制御するフライホイールを使用していました。ホイールとフライホイールの両方が同じ速度で回転しているとき、システムはブレーキを解除します。ホイールが横滑りしているときなど、ホイールが急に減速すると、フライホイールはより高速で回転し続け、この回転の相対的な違いによって油圧ブレーキバルブが開き、タイヤが再び回転します。このシステムにより、制動距離が最大30％短縮され、このシステムなしでは航空機が飛行できない状況での飛行が可能になりました。システムに起因する横滑りの減少によっても、タイヤの摩耗が大幅に減少しました。

航空機以外では、1958年にロイヤルエンフィールド社のスーパーメテオというオートバイが初めてABSを試用しました。この完全機械式システムにより、ABSは事故の原因であるオートバイの横滑りを大幅に減少させることが実証されました。残念ながら、技術担当者がこのアイデアの価値を見出すことができず、同社はこのシステムを廃止してしまいました。

また、1960年代にはファーガソンP99、ジェンセンFF、全輪駆動のフォードゾディアックなどで完全機械式システムが限定的に試用されました。このシステムは信頼性が低く、高額であり、うまくいきませんでした。

最初の完全電子式ABSは1960年代後半に、車両用ではなくコンコルド用に開発されました。コンコルドはひときわ目立つデザインと革新的な技術開発で、世界の注目を集めました。コンコルドは離着陸に長い滑走路を必要とし、事故などで滑走路からはみ出さないためにABSの搭載は必須であり、定常運航にも必要でした。コンコルドの離陸速度は250ノットで、当時も現在も平均的な民間航空機よりはるかに速い速度でした(不明、Heritage Concorde、2021年)。濡れた滑走路での離陸中断は、ABSブレーキがなければ危険です。

電子制御式ABSが最初に消費者向け車両に採用されたのは、1971年のクライスラーインペリアルでした。Bendix Corp.が1970年に特許を取得し、クライスラーはそれに「SureBrake」というブランド名を付けましたが、一般的には「アンチスキッド」と呼ばれました(Schafer、1971)。このシステムは信頼性が高く、業界他社は独自バージョンを導入し始めました。

Bendix Corp.にとって残念なことに、現代のABSの公式承認は、フィアットリサーチセンターのマリオパラゼッティに属しています。パラゼッティはシステムを改良し、後に「ミスターABS」として知られるようになりました。 ボッシュモビリティソリューションズは、パラゼッティのシステムを買収し、名前を「ABS」に変更し、標準機能になるまで量産車両向けに改良を続けました(不明、Did You Know Cars, n.d)。

ABSはすべての自動車メーカーの標準機能となり、道路上のほぼすべての車両がABSを使用しています。クルーズコントロールと同様、ABSも一般化された共通用語になっています。

• 

  図4. 1970年代のメルセデス・ベンツのABSテスト(スタッフ提供)

トラクションコントロール

トラクションコントロールシステム(TCS)は車輪を駆動するための動力量を調整します。当初は駆動輪にリミテッドスリップデフを使用し、スリップした車輪への動力を機械的に制限していました。1970年代前半には、電子制御式のTCSが追加されました。トラクションコントロールは、ホイール速度とホイール間の違いを監視して、各ホイールに供給されるパワーを制御します。システムによっては車両のスロットルまたはスパーク制御を制御しているものもありましたが、ほとんどのシステムは車両のブレーキシステムの使用に重点を置いていました。実際、ほとんどのトラクションコントロールシステムは、前のセクションで説明したABSを共有しています。トラクションコントロールはABSと同様に今日の標準機能です。

スタビリティコントロール

スタビリティコントロールシステムは、1990年代前半に登場し始めました。ボッシュは1995年のメルセデスベンツS600クーペにシステムを導入しました。(Markus, 2020)

スタビリティコントロールもABSやトラクションシステムと統合され、運転者の入力(スロットルやステアリング)に対する車両の反応を把握するためのセンサーが追加されています。ステアリングホイールセンサーからのデータをヨーセンサーおよび加速度センサーと比較して、車両が現在どのように運転しているかを計算します。スタビリティコントロールは、ブレーキ、スロットル、またはサスペンションを調整して、この情報を使用したハンドリングを改善できます。

スタビリティコントロールは2012年に米国で標準装備となりました。トラクションコントロールとスタビリティコントロールは、重要なシステムですが、ABSやアダプティブクルーズコントロールほど知られてなく、目立つこともありません。

まとめ

クルーズコントロール、ABS、トラクションコントロール、スタビリティコントロールの歴史と進化を紹介しました。各システムの歴史はユニークで興味深いものであり、多くの場合は初期設計に機械的な起源があります。システム間で共通しているのは、新しいシステムを開発し、テストし、市場に投入するのに何十年もかかる場合がよくあることです。

次回は、他のADASシステムとその歴史について説明し、最後に将来のシステムとソフトウェア定義車両への進化に焦点を当てます。

参考資料

Blackstone, S. (2012, August 28). Business Insider. Retrieved from Adaptive Cruise Control Will Change Driving In America
Cuffari, B. (2018, November 6). Back-Up Cameras – Why They Have Become U.S. Law. Retrieved from AZO Materials
Howard, B. (2021, October 21). Blind spot detection: Car tech that watches where you can't. Retrieved from Extreme Tech Kingston, L. (2018, June 11). Piston Heads. Retrieved from PH Origins: Autonomous emergency braking
Markus, F. (2020, June 9). Traction Control vs. Stability Control Systems: What Is the Difference? Retrieved from Motortrend
Niemeier, H. (2016, February 11). The Collegian. Retrieved from Hillsdale alumnus inventor of cruise control
Schafer, T. a. (1971, Feb 1). SAE Mobilus. Retrieved from The Chrysler “Sure-Brake” - The First Production Four-Wheel Anti-Skid System
Sears, D. (2018, March 8). Smithsonian Magazine. Retrieved from The Sightless Visionary Who Invented Cruise Control
Steinken, M. (2020, January 27). Adapt Automotive. Retrieved from Timeline: Milestones in ADAS Before 2010
Teetor, J. (2020, October 15). The Classic Cars Journal. Retrieved from Who was Ralph Teetor and why is he in the Automotive Hall of Fame?
Unknown. (2021, October 21). Cameron Gulbransen. Retrieved from Kids and Cars
Unknown. (2021, October 11). Heritage Concorde. Retrieved from Concorde Landing Gear Braking Systems
Unknown. (2021, October 21). Lovering Volvo Cars Nashua. Retrieved from Blind Spot Information System
Unknown. (2021, October 11). Wikipedia. Retrieved from Anti-lock braking system
Unknown. (2021, October 8). Wikipedia. Retrieved from CMOS
Unknown. (2021, October 11). Wikipedia. Retrieved from Traction control system
Unknown. (2021, October 21). Wikipedia. Retrieved from Backup Camera
Unknown. (n.d.). Did You Know Cars. Retrieved Dec 16, 2021, from The History of Anti-Lock Brakes