エンベデッドシステムスペシャリスト 2018年 春期 午後Iの問題文6問です。図・表・別冊資料と正解は掲載していませんので、出典の公表資料またはアプリでご確認ください。
静止画及び動画を撮影する,自撮り用の自律式小型マルチコプタに関する次の記 述を読んで,設問1ー3に答えよ。 A社は,4個のプロペラを備え,機体を傾けることによって移動する,自撮り用の 自律式小型マルチコプタ(以下,ドローンという)を開発することになった。ドロ ーンは,スマートフォンで操作され,関連法令などによる使用制限が少なねくなるよ うに,本体の重量を200グラム未満(バッテリを含む)にすることを優先に開発す る。 ドローンのブロック図を図1に示す。 |本体 [: !| ann coco |(3s: |注りブラシレスDCモータ(MF,E—-REWS) !ーーーーーーーーーーー-..」 。であり,プロペラが取り付けられている。 図1ドローンのブロック図 [本体の主なシステム構成〕 本体は。モータとバッテリ以外に次の要素で構成される。 ・無線通信部:カメラで撮影した画像(以下,画像という)を変換した情報のスマ ートフォンへの送信,スマートフォンからの指示の制御部への通知,スマートフ ォンからの無線信号の強度の測定などを行う。 ・制御部:スマートフォンからの指示に従って撮影するために,ドローンの移動制 御,離陸制御,着陸制御,障害物検知時の回避処理などを行う。さらに,その場 で高度を維持しつつ静止又は回転している状態(以下、ホバリングという)及び 移動時の姿勢制御も行う。 ・モータ制御部:制御部からの指示によって四つのモータの回転数を制御する。 ・超音波センサ部:障害物の検知,ドローンの高度の計測などを行う。 ・ジャイロセンサ:ドローンの姿勢制御に使用し,3次元の加速度も測定できる。 ・電源部:バッテリからの電力を,内部に供給する。 〔撮影ユニットのシステム構成と自撮り制御] 撮影ユニットは,WAI,アクチュエータ及び画像制御部から構成されている。 アクチュエータは,カメラの光軸を垂直方向に動かす。画像制御部は,画像を MPEG4の動画情報及びJPEGの静止画情報に変換し,本体の無線通信部を介してス マートフォンに送信する。 画像制御部は,撮影者が保持しているスマートフォンの赤外線の発光位置を100 ミリ秒に1回確認する。さらに,その発光位置が画像の中心付近になるように,ア クチュエータを制御したり,画像の水平方向における発光位置の情報(以下,水平 発光位置情報という)を制御部に送信したりして,自撮り制御を行う。 [ドローンの自律飛行制御] 制御部は,自律飛行するためにモータを制御する。揚力を得るためにプロペラを 回転させると,その反作用で機体は,プロペラの回転の向きと|a)に回転し ようとする。プロペラの回転の向き(真上から見た図)を図2に示す。図2に示す ようにala4を回転させることによって,反作用の影響を少なくする。 空中で高度を維持するには,al~adからの| b|]が[|<|と釣り合う ようにモータの回転数を制御する。 注記4個のプロペラは,それぞれa1,a2,a3,a4で表す。 図2プロペラの回転の向き(真上から見た図) [ドローンの運動] ドローンの運動とプロペラの回転数(比率)の関係を表1に示す。ここで,al~ad ーー の回転数は,ホバリング中(機体の回転が静止)の各プロペラの回転数を10とした 場合の比率で示す。各プロペラで得られる揚力は回転数に比例するものとする。 表1ドローンの運動とプロペラの回転数(比率)の関係 =ホバリング中ホバリング中 |*|mw|ぉ=|ぁsis Fe ee cs|»|Cel[#[=| *1»|«=|sis [制御部のソフトウェア概要]〕 制御部ではリアルタイムOSを使用する。制御部のタスクの処理概要を表2に示す。 表2制御部のタスクの処理概要 >・制御部全体を制御する。4 ・他のタスクから受けた情報又は警告を,関連するタスクに通知する。 高度測定・・超音波センサ部からの情報を基に,ドローンの高度を算出する。i 障害物検知|・障害物の有無及び方向を検知し,障害物情報として移動先指定タスクに通知する。 ・100ミリ秒周期で動作する。 ・カメラタスク及び通信タスクから受けた情報を基に,ドローンを移動させる向き(以下, 移動先指定|eee REL,移動方向に障害物があった場合は,警告をメインタスクに通知し|° 移動方身という)を求める。 て,ホバリングの指示を姿勢制御タスクに通知する。移動方向に障害物がなかった場合 は,移動方向を姿勢制御タスクに通知する。 ・25ミリ秒周期でジャイロセンサの値を取得し,ドローンの姿勢を安定させるための各モ ータの回転数をモータ制御部に送信する。 姿勢制御・移動先指定タスクからの通知を受けると,ドローンの姿勢を安定させながら,移動先指定 タスクから受けた移動方向に移動させるための各モータの回転数,又はホバリングに移行 させるための各モータの回転数を,モータ制御部に送信する。 カメラ・撮影ユニットから受信した水平発光位置情報を,移動先指定タスクに通知する。3 ・メインタスクから受けた情報を,撮影ユニットに送信する。 ・無線通信部を介して,スマートフォンからの情報を,メインタスクに通知する。 通信・無線通信部を介して,ATV RAPPOOMRMABEE,スマートフォンに送信する。 ・スマートフォンからの無線信号の強度を,移動先指定タスクに通知する。 SE)Prはタスクの優先度を示し,値が小さいほど高い。 被写体を自動追在するために,被写体とドローン間の距離を一定に保つための距 離制御を実施する。自動追尾時におけるタスクの動作シーケンスの例を図3に示す。 移動先指定タスクは,スマートフォンからの無線信号の強度を基に推定した被写体 までの距離,撮影ユニットから受信した水平発光位置情報などを基に,移動方向を 決定する。その後,姿勢制御タスクは,移動方向に移動させるための各モータの回 転数,又はホバリングに移行させるための各モータの回転数を,モータ制御部に送 信して,自動追尾の動作を実現する。 水平発光 位置情報 Cij|| !し|| 移動方向 図3自動追尾時におけるタスクの動作シーケンスの例
設問1ドローンの自律飛行について,①,②⑫に答えよ。 1)〔ドローンの自神飛行制御〕の本文中の|a|~|<c|に入れ る適切な字句を答えよ。 ⑫)次の記述中の| d|,|。|に入れる適切な字句を答えよ。 コストを抑えたことによって,プロペラの形状にはばらつきがある。ばら つきの影響を吸収し,同じ揚力を得るためにはプロペラごとにモータの回転 数を補正する必要がある。離陸前に,ドローンは,工場出荷時に制御部のフ ラッシュメモリに記録した各プロペラのばらつきに対する| d|を読み 出して,各モータに指定する|ec|を求めてモータを駆動することによ って,揚力を調整する。
設問2自撮り制御について,①),②に答えよ。 Q)画像の水平方向の位置合わせの制御には,アクチュエータを使用せず,撮 ー5一 影ユニットから本体に情報を渡して,本体で処理する。このとき,撮影ユニ ットから本体に渡す情報を,10字以内で述べよ。また,その情報を受け取っ た本体が水平方向の位置合わせのために行う制御を,20字以内で述べよ。 @表1中の|f|],|g|に入れる適切な数値を答えよ。
設問3ソフトウェアによるドローンの自動追尾制御について,①),⑫)に答えよ。 a図3中の|h|~-|j|]に入れる適切な字句を答えよ。 (2)ドローンが移動の状態からホバリングに移行するまでに時間が掛かること が分かった。そこで,高度測定・障害物検知タスクは,障害物があった場合, 姿勢制御タスクにも障害物情報を通知することにした。そのために,BBE 御タスクに追加する処理内容として,次の記述中の|«|, に入れる適切な字句を,それぞれ15字以内で答えよ。 障害物情報の通知を受けた場合,ときには,ドローンを |4|ための各モータの回転数をモータ制御部に送信する。 _6-
道路などの冠水を防ぐシステムに関する次の記述を読んで,設問13に答えよ。 B社は,雨水専用の下水道管(以下,雨水管という)から流入した水を貯水槽にた OT,ポンプで河川に排水することによって,道路などの冠水を防ぐシステム(以 下,冠水防止システムという)を開発している。冠水防止システムの構成を図1に 示す。 恵水管の上流側雨水管の下流側ポンプ場1. ー-Gーーーでーーー〇一…**1 et! ーー貯水模水位計! 系統1 O '||RUT 3 a eae Tyし上ーーョ 系統2 Oo;||| CUB)水位センサーー| も:[as 光ケーブル||指示入力部|! 図1冠水防止システムの構成 冠水防止システムは,水位計を備えた貯水槽,ポンプ,制御部,表示部,BRA HRB,光ケーブルで制御部と接続された水位センサ,及び雨水管から構成されてい る。雨水管は,2系統あり,直方体の形状をした深さ10メートルの貯水槽につなが っている。有貯水槽は,2系統の雨水管から流入する水が最大流量のまま流入し続け, ポンプが稼働しないと仮定すると,貯水槽に水がない状態から20分で満杯になる。 [冠水防止システムの構成要素の機能] 冠水防止システムの主な構成要素の機能概要を表1に示す。 ーーーー 表1冠水防止システムの主な構成要素の機能概要 構成要素名機能概要 ・内部にRAM及びフラッシュメモリを搭載し,冠水防止システムの制御を行う。 ・貯水槽の水を河川に排水する。 ・貯水槽に水がない状態で30秒以上稼働すると,故障する可能性がある。 dent・稼働指示を受信してから排水を開始するまでに3分掛かり,停止指示を受信して ‘から排水を停止するまでに1分掛かる。 ・雨水管から貯水槽に新たに水が流入しない場合,稼働指示を受信してから満杯の 貯水槽の水を全て排水するのに28分掛かる。 ・制御部からの指示で,貯水槽の水位を計測して結果を制御部に送信する。 水位センサ||制御部からの指示で,雨水管の水位を計測して結果を制御部に送信する。 ・2系統の雨水管の水位センサを合わせると50台ある。 指示入力部|・表示部に表示する内容を指示する。 ・ポンプが稼働中か,停止中かを示すポンプの稼働状況。各水位センサの計測値, 表示部貯水槽の水位,貯水槽の水位の予測値OLE,予測水位という),及びこれらちの履 歴情報の表示が可能である。 [冠水防止システムの動作] 宮水防止システムは,雨水管の水位と貯水槽の水位を5分ごとに計測する。計測 結果に基づいて,貯水槽の水位を予測してポンプを制御する。 [蛇水槽の水位の予測方法及びポンプの稼働・停止〕 HIMES,5分ごとに,次のように予測水位の算出及びポンプの稼働・停止の制御 を行う。 (1)ポンプが停目中でポンプに稼働指示を送信していない場合 ①今後5分間の各系統の雨水管から貯水槽に流入する水量を予測し,その水量 の合計値(以下,BoukM RAG CID)を算出する。今後5分間,ポンプ が稼働しないと仮定して,貯水槽の最新の水位と貯水槽予測流入量を基に,5分 後の貯水槽の水位を予測する。 ②①で予測した5分後の貯水槽の水位によって次の制御を行う。 (i)5分後の貯水槽の水位が3メートル以上のとき ・貯水槽の最新の水位と①で予測した5分後の貯水槽の水位から,貯水槽の 水位が3メートルになる時刻を算出する。ここで,今後5分間の貯水槽の =8っ 水位の変化率は一定であると仮定している。算出した時刻になるとポンプ に稼働指示を送信する。 ・貯水槽の最新の水位,貯水槽予測流入量,ポンプに稼働指示を送信する時 刻,ポンプが排水を開始するまでの時間,及びポンプの排水能力を基に,5 分後の予測水位を算出する。 Gi)5分後の貯水槽の水位が3メートル未満のとき ・①で予測した5分後の貯水槽の水位を5分後の予測水位とする。 (2)既にポンプに稼働指示を送信しているが,ポンプが排水を開始していない場合 貯水槽の最新の水位,貯水槽予測流入量,ポンプに稼働指示を送信した時刻, ポンプが排水を開始するまでの時間,及びポンプの排水能力を基に,5分後の予測 水位を算出する。 (3)ポンプが稼働中でポンプに停止指示を送信していない場合 ①今後5分間,ポンプが稼働すると仮定して,貯水槽の最新の水位,貯水槽予 測流入量,及びポンプの排水能力を基に,5分後の貯水槽の水位を予測する。 ②①で予測した5分後の貯水槽の水位によって次の制御を行う。 Gi)5分後の貯水槽の水位が1メートル未満のとき ・貯水槽の最新の水位と①で予測した5分後の貯水槽の水位から,貯水槽の 水位が1メートルになる時刻を算出する。ここで,今後5分間の貯水槽の 水位の変化率は一定であると仮定している。算出した時刻になるとポンプ に停止指示を送信する。 ・貯水槽の最新の水位,貯水槽予測流入量,ポンプに停止指示を送信する時 刻,ポンプが排水を停止するまでの時間,及びポンプの排水能力を基に,5 分後の予測水位を算出する。 Gi)5分後の貯水槽の水位が1メートル以上のとき ・①で予測した5分後の貯水槽の水位を5分後の予測水位とする。 (4)既にポンプに停止指示を送信しているが,ポンプが排水を停止していないり場合 貯水槽の最新の水位,貯水槽予測流入量,ポンプに停止指示を送信した時刻, ポンプが排水を停止するまでの時間,及びポンプの排水能力を基に,5分後の予測 水位を算出する。 8 em [メモリへのデータ保存 制御部は,RAMとフラッシュメモリに,次のようにデータを保存する。 ・RAMには,ポンプの最新の稼働状況,各水位センサの最新の計測値,貯水槽の最 新の水位,最新の貯水槽予測流入量,及び5分後の予測水位の最新値を,“最新デ ータ"として保存する。 ・フラッシュメモリには,RAMのデータを書き換えたときに,書換え前のデータを, “履歴情報"として保存する。 なお,容量不足にならないように,容量が十分に大きいフラッシュメモリを使用 している。 〔制御部のソフトウェア構成】 制御部では,リアルタイムOSを使用する。制御部のタスク構成を図2に,制御部 のタスクの機能概要を表2に,それぞれ示す。 ポンプ制御[ーーツ最新データ X 〆Ny ye" 時水槽水位予測|--->LEI 注記1 SMOKE,メールボックスを使用したタスク間のメッセージ通信の方向を示す。 注記2破線の矢印は,メモリへの書込みを示す。ただし,メモリからの読出しは省略している。 注記3タスクが最新データ又は履歴情報にアクセスするときは,BEMIS IO TVS. 図2制御部のタスク構成 表2制御部のタスクの機能概要 機能板要| ・1秒ごとに,入力タスクから受けた指示に基づいて,表示部に表示する画面の作 Hg成に必要な情報を表示タスクに通知する。 ・貯水槽水位予測タスクから,ポンプへの指示内容及びポンプにその指示を送信す|9° る時刻を受け,|。|。 ・メインタスクから受けた情報を基に画面を作成した後,表示部に表示する。 の・指示入力部から指示を受信すると,指示内容を判断し,表示内容の変更指示をメ| インタスクに通知する。 ・5分ごとに,次の処理を行う。 ①名水位センサに,計測指示を送信し,計測値を受信する。 ②最新データ及び履歴情報に含まれる水位センサの計測値を更新する。このデ 水位センータのサイズは,水位センサ1台当たり2バイトである。。 サ⑬名水位センサの最新の計測値を基に,貯水構予測流入量を算出する。 ④最新データ及び履歴情報に含まれる貯水構予測流入量を更新する。このデー タのサイズは,4バイトである。 ©時水村水位予測タスクに通知する。 ・水位センサタスクから通知を受けると,次の処理を行う。 ①時水槽の水位を計測する。 ②最新データ及び履歴情報に含まれる貯水槽の水位を更新する。このデータの サイズは,2バイトである。 @[|b|,[|<]及び必要に応じてポンプの排水能力を基に,ポン 貯水槽水プへの指示が必要かどうか判断し,必要であれば,ポンプへの指示内容及びポ| 位予測ンプにその指示を送信する時刻を,メインタスクに通知する。 ④必要に応じて,貯水槽の最新の水位,最新の貯水醒予測流入量,ポンプに指 示を送信する時刻,ポンプが排水を開始又は停止するまでの時間,及びポンプ の排水能力を基に,5分後の予測水位を算出する。 ©最新データ及び履歴情報に含まれる5分後の予測水位を更新する。このデー タのサイズは,2バイトである。 ・メインタスクからポンプの乏働指示又は停止指示を受けると,次の処理を行う。 av rey|©ポンプに稼仙指示のメッセージ又は停上指示のメッセージを送信する。 ‘a②ポンプが排水を開始又は排水を停止するまでの時間が経過すると,最新デー|1 タ及び履歴情報に含まれるポンプの稼働状況を更新する。このデータのサイズ ik,1バイトである。 S$)Prはタスクの優先度を示し,値が小さいほど高い。
設問1冠水防止システムについて,①)て3)に答えよ。 (1)ポンプが稼働中でポンプに停止指示を送信していない場合,制御部は,貯 水槽の水位が1メートルになると予測した時刻に,ポンプに停止指示を送信 する。0メートルになると予測した時刻に停止指示を送信しない理由を,50 字以内で述べよ。 2)ポンプに稼働指示を送信した後,ポンプが実際に稼働していることを,fil 御部はどのようにして判断すればよいか。40字以内で述べよ。 (3)ポンプが停止中でポンプに稼働指示を送信していない場合,貯水槽の5分 前の水位が0.5メートルであり,5分前に予測した5分後の貯水槽の水位が 2.5メートルであった。貯水槽の最新の水位は,この予測値と同じである。各 水位センサの計測値は,5分前から最後に水位を計測した時刻まで一定の値で あり,更に今後5分間,同じ値が続くと仮定して,@,⑪)に答えよ。 (a2)ポンプに稼働指示を送信する時刻は,最後に水位を計測した時刻から何 分後か。答えは小数第3位を四捨五入して,小数第2位まで求めよ。 (b+)ポンプが排水を開始するまでの時間を考慮して,最後に水位を計測した 時刻の5分後の予測水位(メートル)を求めよ。答えは小数第2位を四捨 HAUT,小数第1位まで求めよ。ここで,制御部の処理時間及びポンプ に稼働指示を送信してからポンプが稼働指示を受信するまでの時間は無視 できるものとする。
設問2制御部のソフトウェアについて,①⑪~(④に答えよ。 (①)履歴情報を読み出すタスクを,表2中のタスク名で答えよ。 ②⑫)表2中の| 』|に入れる適切な内容を,50字以内で述べよ。 @)表2中の|b||<|に入れる適切な字句を答えよ。 (4)ある日の14時00分に,水位センサタスクが各水位センサの計測値を受信 Lk.CDAD 14時00分から,16時00分に水位センサタスクが各水位セン サの計測値を受信するまでの間に,各タスクが更新した履歴情報のデータの サイズの合計は何バイトになるか。整数で求めよ。ここで,ポンプは14時00 分から16時00分まで停止していたものとする。
設問3冠水防止システムの機能追加について,①,(②)に答えよ。 冠水防止システムのシミュレーションを実施したところ,集中豪雨時に予測 値と計測値が大きくずれ,ポンプの稼働が遅れることがあった。これを防ぐた めに,外部の雨量監視レステムの情報(以下,雨量データという)を利用する 機能を追加して,貯水槽予測流入量の予測精度を高めることにした。 そのために行った,制御部の主なタスク変更の概要を表3に示す。ここで, ー12一 LAN通信タスク及び雨水流入量予測タスクは,新たに追加したタスクである。 表3制御部の主なタスク変更の概要 LAN通信・雨量監視システムからの通知によって起動し,雨量データを履歴情報に書き込4 ーA,雨水流入量予測タスクに通知する。 ・LAN通信タスクからの通知を受けると,次の処理を行う。 雨水流入|①履歴情報から雨量データを読み出して,各系統の雨水管に入る水量(以下, 量予測予測水流入量という)を算出する。4 ②最新データ及び履歴情報に含まれる予測雨水流入量を更新する。 、|・時水醒予測流入量を算出するときの処理を,次のように変更する。 REY)©最新データから[』]eatanais.2 ②La|及び[|<|を差に,蛇水村予測流入量を算出する。 注"Prはタスクの優先度を示し,値が小さいほど高い。 a)表3中の|a]],|e|に入れる適切な字句を答えよ。| (2)変更後の冠水防止システムをテストしたところ,表示部の表示の更新が停 止するという不具合が発生した。そこで,制御部のタスクの動作を調査した 結果,最新データ及び履歴情報にアクセスするときの各タスクの処理手順が, 表4に示すようになっていた。この不具合の対策を70字以内で述べよ。ここ で,機器の故障は発生していないものとする。 表4最新データ及び履歴情報にアクセスするときの各タスクの処理手順 ①最新データのセマフォを獲得する。 ②最新データにアクセスする。 水位センサ,貯水槽水位予測,|③履歴情報のセマフォを獲得する。 ポンプ制御④最新データ及び履歴情報にアクセスする。 ©履歴情報のセマフォを解放する。 ©最新データのセマフォを解放する。 ①履歴情報のセマフォを獲得する。 ②履歴情報にアクセスする。 _、、⑬最新データのセマフォを獲得する。 雨水流入量予測④最新データ及び履歴情報にアクセスする。 ©最新データのセマフォを解放する。 ⑥履歴情報のセマフォを解放する。 FAS無人自動運転トラックを含むおトラック隊列走行システムに関する次の記述を読ん で,設問1ンー3に答えよ。 C社は,トラック隊列走行システム(以下,隊列走行システムという)の開発を行 っている。隊列走行システムは,高速道路において,運転手が先頭車両を運転し, 無人の後続車両が先頭車両に自動で追従して隊列走行を行うための運転制御システ ムである。隊列走行は,先頭車両を含めた最大4台のトラックで構成される。隊列 走行の様子を図1に示す。 先頭車両後続車両後続車両後続車両 AALS AL aA ©an°°ae©en©,°am—_xるニニニーニニのの@ニニ a無人無人無人 図1隊列走行の様子 [隊列走行システムを使用した隊列走行の方法〕 隊列走行システム専用のトラックステーション(以下,ステーションという)が 高速道路のパーキングエリアに併設されている。隊列走行はこのステーション間 だけで行い,各車両の出発地点からステーションまで及び最後のステーションから 目的地までは有人運転で走行する。ステーションに到着した車両は2て4台ごとにま とめられ,自車の前方及び自車の後方の車両の情報を設定することによって隊列を 組む。隊列となった後続車両は,無人かつ自動で車間距離を4メートル程度に保ち ながら隊列走行を行う。 [隊列走行システム専用の車両仕様 隊列走行システムの自動運転の制御は,隊列走行システム専用の車両に搭載した 隊列走行システム用コントローラで行う。また,車両は,寸法が全て,全長12メー トル,全幅2.5メートルであり,先頭車両にも後続車両にも使用できる。 [隊列走行システム用コントローラの構成 隊列走行システム用コントローラは,車間距離の調整,目標の車線を走行するた めの制御などを行う複数の電子制御ユニット(以下,ECUという),各種センサなど 。で構成されている。隊列走行システム用コントローラの主なブロックの構成を図2 に,主なブロックの概要を表1に,それぞれ示す。 車車間通信白線検知|UL(User Interface) ユとジグトtoy|bユニット加速度センサ PP ユニットSe LAN 図2隊列走行システム用コントローラの主なブロックの構成 表1主なブロックの概要 ・車車間通信ユニットを使用して,隊列走行に必要な情報を他の車両と送受 信する。 ・レーダユニットから,前方及び隣車線後方の車両との距離を取得する。 ・白線検知ユニットから,車線に対する自車の位置を取得する。 ・後続車両の隊列制御ECUは,前方の車両との距離,受信した先頭車両の速 了度の情報,及び受信した先頭車両の加速度の情報から,自車の速度と加速 ve度の目標値を決定し,。エンジンECU,SM ECU及びプレーキECU€fil 御する。また,先頭車両の指示,BINT SAMOMEE Ud DES を決定し,目本の車線を走行するようにステアリングECUを制御する。 ・他の車両から受信した情報を,関連するECUに通知する。 ・制御ソフトウェアは,20ミリ秒周期で起動し,処理時間が15ミリ秒であ る。 通信ユニット|「無通信と光通信で,各車両と車間通信を行う無線通信機は車両の後 『方に搭載され,光通信機は車両の前方と後方にそれぞれ搭載されている。 ・前方3Dレーザレーダと前方ミリ波レーダで,前方の車両との距離を測定す レーダユニットる。 ・周辺監視ミリ波レーダで,隣車線後方の車両との距離を測定する。 ・車線の境界(白線など)を検知する自線検知カメラと白線検知SDレーザレ 白線検知ユニットーダが,車両の両側面に搭載されており,車線に対する自車の位置を測定 する。 lazy・隊列走行中の状態表示を行う。 ・運転手が隊列走行に必要な情報を入力し,隊列制御ECUに通知する。 ・隊列制御ECUからの指示で,エンジンの出力を制御する。 ・隊列制御ECUからの指示で,変速機の制御を行う。 チレren・隊列制御ECUからの指示で,プレーキの制御を行う。積載量にかかわら ず,制動距離が一定になるようにブレーキを制御する。 ・隊列制御ECUからの指示で,ステアリングの制御を行う。 ・自車の速度を,関連するECUに通知する。 加速度センサ・自車の加速度を,関連するECUに通知する。 [車車間通信の仕様] 無線通信と光通信は,次に示すように異なる通信方式で同じ内容のデータを送信 する。1車両分のデータは50バイトである。 無線通信は,隊列走行中の各車両が同一チャネルで同報通信を行う。全車両が通 信周期20ミリ秒で,1回に50バイトのデータを送信する。通信可能距離は60メー トル,伝送速度は4Mビットノ秒である。 光通信は,通信周期20ミリ秒で,自車の前方又は自車の後方の車両と全二重通信 を行う。1対1の通信なので,自車の前方又は自車の後方の車両から受信したデータ を中継する。中継するデータは,受信が完了したときの通信周期の次の通信周期で 送信する。中継するデータがない場合,ダミーデータを送信する。データ量は,ダ ミーデータを含めて1回に150バイトである。通信可能距離は20メートル,伝送束 度は1Mビットノ秒である。受信側は,正常に受信できた場合,ACK(1バイト)を 返す。送信側は,ACKを受信できなかった場合,通信周期内で再送する。 自車と後方の車両との光通信のシーケンス例を図3に示す。 通信周期(20ミリ秒)通信周期(20ミリ秒) as 3|RRMA(20 398)| ae 図3自車と後方の車両との光通信のシーケンス例 [レーダの仕様 レーダユニットに搭載しているレーダの仕様と特性を表2に示す。 表2レーダの仕様と特性 ・最大検知距離:160メートル,距離分解能:0.5メートル,検知角度:18度 前方ミリ波・車両の前方に搭載する。 レーダ・空間分解能が低く,物体の形状を判別できないが,電波の反射率が低い雨などの 影響は受けにくい。 ・最大検知距離:50メートル,距離分解能:0.02メートル,検知角度:120度 前方3D・車両の前方に搭載する。 レーザレーダ|・赤外線レーザ光で距離を測定する。空間分解能が高く,物体の形状も判別でき る。電波を反射しなくても光を反射する物体であれば,検知できる。 ・最大検知距離:60メートル,距離分解能:0.3メートル,検知角度:120度 周辺監視・車両の両側面に搭載し,隣車線の後方6メートルまで監視できる。 ミリ波レーダ|・空間分解能が低く,物体の形状を判別できないが,電波の反射率が低い雨などの 影響は受けにくい。 (隊列制御ECUの安全機構 隊列制御ECUでは,安全に隊列走行ができるように自己診断機能をもつCPUが 二重化されている。隊列制御ECUの構成を図4に示す。CPU 1とCPU2には,それ ぞれ自己診断機能を実行するためのファームウェアが内蔵されている。CPU1と CPU 2は,同じ処理を同期して実行する。各CPUからアクセスするバスの情報を, バスバッファを経由して比較回路で比較する。比較結果が一致している間はバスへ のアクセスを許可し,一致しなかった場合はCPUの故障と判断し,割込み信号によ って自己診断機能を実行する。 割込み信号||割込み信号 pane}{main} 図4隊列制御ECUの構成 [車線変更時の処理) 隊列走行中,semis,|』a|レーダで測定した隣車線後方の車両との距離 を,|b|ユニットを使用して,通信周期ごとに先頭車両に送信する。 パーキングエリアから高速道路の本線へ進入する場合など,隊列が車線を変更す る場合は,次に示す手順で,最後尾の車両から順次,車線変更を行う。 ①運転手は,各車両から送信された隣車線後方の車両との距離の情報を |<|ユニットで確認する。車線変更可能と判断した場合,|c|ユニ ットを使用して,最後尾の車両に車線変更を指示する。 ②最後必の車両の|q|ECUは,|ec|ECUに指示を送信し,車線変 更を行う。このとき,最後必の車両は,|f|レーダを使用して,元の車線 を走行している前方の車両との距離を一定に保つ。ただし,車線変更中に,BE 線の後方に衝突の可能性がある障害物を検知したときは,車線変更を行わない。 @運転手は,最後尾の車両の車線変更が完了したことを|c|ユニットで確 ー18一 認する。車線変更が完了していない後続車両がある場合は,車線変更が完了した 車両の一つ前の車両の車線変更を指示し,その車両の車線変更が完了したことを |<|ユニットで確認する。 ④運転手は,先頭車両の一つ後ろの車両車線交更が完了したことを| c] ユニットで確認した後,自車の車線変更を行う。 設問1隊列走行システムの仕様について,(1),⑫②)に答えよ。ここで,隊列走行は, 先頭車両を含めた4台のトラックで構成されているものとする。また,1Mビッ トニ10%ビットとする。 (1)光通信で車車間通信を行った場合,先頭車両がデータの送信を開始してか ら,最後尾の車両がデータの受信を完了するまでは,最大何ミリ秒掛かるか。 答えは小数第2位を四捨五入して,小数第1位まで求めよ。ここで,光通信 は,通信周期内で正常に行われ,再送は行われなかったものとする。 2)全車両が一定速度で走行しているとき,先頭車両が6メートルンプ秒2で減速 した。先頭車両の一つ後ろの車両が車車間通信からの情報だけで加速度の目 標値を決定したときの処理について,(a),(b)に答えよ。 (a)先頭車両が減速を開始してから,先頭車両の一つ後ろの車両の隊列制御 ECUが関連するECUの制御を開始するまで,最大何ミリ秒掛かるか。答え は小数第2位を四捨五入して,小数第1位まで求めよ。ここで,無線通信 による通信は,正常に行われるものとする。また,先頭車両の隊列制御 ECUの制御ソフトウェアの処理時間は無視できるものとする。 (b)車間距離が4メートルの場合,車車間通信に異常が発生し,先頭車両が 減速を開始してから,先頭車両の一つ後ろの車両の隊列制御ECUが加速度 の目標値を決定するまでに500ミリ秒掛かった。このとき,先頭車両とそ の一つ後ろの車両の車間距離は,何メートルになるか。答えは小数第3位 を四捨五入して,小数第2位まで求めよ。 設問2隊列走行システムの制御について,①)~て(3⑬)に答えよ。 (1)先頭車両が速度を変更した場合後続車両が車間距離を一定に保つために, 後続車両の隊列制御ECUが関連するECUの制御に使用する情報を,レーダ ユニットで測定した前方の車両との距離以外に二つ答えよ。 ー19— ②)(車線変更時の処理]について,本文中の|a|~-|ji|に入 れる適切な字句を答えよ。 (3)車線変更を行う車両の前方の車両には,後方の車両が車線変更きをしている ことを周辺監視ミリ波レーダで継続的に認識させている。その目的を40字以 内で述べよ。 設問3隊列走行システムの安全対策について,1①)て⑬)に答えよ。 (1)車車間通信ユニットとレーダユニットは,機器の故障の対策以外に,信頼 性を向上させるために異なる通信方式・測定方式で多重化している。異なる 通信方式・測定方式にしている理由を55字以内で述べよ。 (2)隊列制御ECUは,CPUを二重化している。CPU 1とCPU 2の処理結果が一 致しなかった場合でも,隊列走行中に急に処理を停止できないので,正常な CPUだけで一時的に処理を行い,車両を安全に停止させるための制御に移行 する。CPU1とCPU2の処理結果が一致しなかった場合の処理に関する次の記" 述中の|gg|て|jk Anemmeraximme se x. それぞれのCPUは,処理結果の不一致を通知する| g|信号によって 起動した|g|処理内で|h|機能を実行する。|hi Jom 果によって故障と判断したCPUの処理を停止するとともに,比較回路による |ji]の比較も停止する。正常なCPUは,| g|発生時の処理を再 開し,関連するECUの制御を継続させる。CPUの処理を処理周期で実行する ためには,|h機能の実行時間を割込みのオーバヘッドを含め, |j|ミリ秒以内にする必要がある。 (3)車車間通信に対するセキュリティ上の僧成として,虚偽メッセージを発信 する別車両による,先頭車両のなりすましが考えられる。先頭車両のなりす ましによって想定される隊列走行中の車両への影響を,40字以内で述べよ。 また,なりすましを防止するための対策を30字以内で述べよ。 _20— [メモ用紙) [メモ用紙) [xモ用紙]
各問題の下に出典を記載しています。