자동차 타이어가 센서가 되는 기술, 세계 최초 실용화 タイヤがセンサーになる技術を世界初の実用化、2020年までに一般車に展開

동절기 고속도로 유지관리에 활용

2020년까지 일반차량에 채용 

左からブリヂストンの森田浩一氏、同社でCAISの開発を担当した中央研究所 研究第5部 

タイヤエレクトロニクス研究ユニットの花塚泰史氏、統計数理研究所の樋口知之氏

source monoist.atmarkit.co.jp

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    타이어로 노면 상태를 센싱하는 기술 `CAIS`가 동계 고속도로 관리에 채용되었다고 주식회사 브리지스톤(Bridgestone)은 발표하였다. 향후에는 광산용 트럭이나 버스, 항공기 등에서의 활용도 전망하고 있어 2020년까지 일반의 승용차로의 전개도 목표로 할 예정이라고 한다.

브리지스톤은 2015년 11월 25일 도쿄(Tokyo, 東京)도 내에서 기자회견을 열어 타이어의 접지 부분에서 노면 상태를 판별하는 기술 `CAIS`가 주식회사 Nexco Engineering 홋카이도(Hokkaido, 北海道)에 의한 동계 고속도로 노면 관리에 채용되었다고 발표하였다. 

`이러한 타이어 센싱 기술이 실용화되는 것은 세계에서 처음`이라고 브리지스톤은 밝히고 있다. CAIS를 사용하면 타이어 내부에 접착한 가속도 센서로 검지한 진동의 파형의 특징을 기본으로 `적설`이나 `동결`, `습윤` 등 잇달아 변화하는 눈길의 노면을 상세하게 구별할 수 있다. 고속도로 관리 사무소는 CAIS로 얻은 노면 상태의 정보에 맞추어 동결 방지제를 살포하여 효율이 좋은 동결 대책이 가능하게 될 것이라고 한다.

브리지스톤 중앙연구소 담당 집행 임원은 “향후에는 광산용 트럭이나 버스, 항공기 등에서의 CAIS의 활용도 전망하고 있는 것 외에 2020년까지는 일반 승용차에서도 장착할 수 있도록 탑재 비용 인하 등을 도모한다”고 언급하였다.

브리지스톤은 2011년부터 타이어의 접지면으로부터 정보를 수집, 해석하여 타이어에 부가가치를 가질 수 있는 콘셉트 CAIS에 근거한 센싱 기술의 개발에 임하고 있다. 2014년에는 타이어의 마모 상태를 추정하는 기술을 개발하였다. 노면 상태의 판별에 관해서는 2011년 11월부터 Nexco Engineering 홋카이도와 공동으로 실용화를 위한 시험에 임하고 있어 약 4년을 거치고 채용에 도달한 것이 된다. 그리고 노면 상태를 `건조`, `반습` `습윤`, `샤벳`, `적설`, `압설`, `동결`의 일곱 가지 종류로 판별하기 위한 알고리즘 구축에서는 일본 통계 수리 연구소가 협력하였다.

CAIS는 가속도나 온도, 압력을 계측하는 센서 모듈, 센싱 결과를 차량 탑재 계측기에 송신하는 무선 통신기, 이러한 기기들을 동작시키는 전력을 공급하는 소형 발전기를 타이어의 안에 설치하는 시스템이다.

주행 중 센서를 장착한 부위가 지면에 접지하고 나서 멀어질 때까지의 사이 가속도는 급격하게 변한다. 이 때 노면의 수막에 닿았을 때나 동결 노면에서 미끄러졌을 때 등 노면 상태에 의해서 각각 특징적인 가속도 파형이 된다. 그리고 실제로 주행하여 CAIS로부터 취득한 가속도 파형에 나타나는 노면 상태에 따라서 다른 특징을 기본으로 노면 상태를 판정한다. 노면 상태를 전제의 일곱 가지 종류로 판별하는 알고리즘은 기계 학습에 의해서 최적화되어 있다.

가속도 파형의 특징을 수치화하는 모델링 제작도 포함하여 진행되었다. 이것에 의해서 기존에는 CAIS를 설치한 개별의 타이어마다 가고 있던 교정(calibration)이 불필요하게 되었다고 한다.

검출한 노면 상태는 차량 내 디스플레이에 표시하는 것 외에 인터넷을 통해서 공유할 수 있다. 운용을 시작하는 Nexco Engineering 홋카이도가 관할하는 홋카이도 고속도로에서는 CAIS로 판정한 노면 상황을 센터에 수집하여 작업 차량에 전달해 실시간으로 제설이나 동결 방지제 살포의 필요함과 불필요함을 판단할 수 있도록 한다. 이것에 의해서 도로 관리의 효율화에 연결할 수 있다고 한다.

고속도로 관리 사무소에서의 채용을 위하여 CAIS의 센서나 발전기 내구성도 향상시켰다. Nexco Engineering 홋카이도의 순회 차량은 매년 10~3월까지의 동계 기간에 약 3만~4만 km 주행한다. 왕복 100km의 순회를 1일에 몇 번이 반복하기 때문이다. 구체적으로는 센서의 형상이나 발전기의 구성을 재검토하여 센서를 접착하는 위치를 변경하였다.

일반 차량으로 보급시키려면 탑재 비용의 인하가 과제가 된다. 홋카이도에서 실제 주행하는 차량의 트렁크에는 노면 상태를 판별하기 위한 큰 컴퓨터를 설치되어 있다. 차량 탑재 ECU나 내비게이션으로 처리할 수 있도록 알고리즘을 재검토하거나 발전기나 센서 자체를 소형화하거나 할 필요가 있다고 한다. 이미 상용 차량에서 폭넓게 이용되고 있는 TPMS(타이어 공기압 감시 시스템)와 같은 수준으로 탑재성을 개선해 나갈 예정이라고 한다.

향후에는 자동 운전 기술로의 활용도 목표로 한다. “접촉하는 것으로 얻을 수 있는 정보는 많다”고 통계 수리 연구소 소장은 언급하면서 기존 차량 탑재 센서에서는 얻을 수 없었던 CAIS에 의한 정보를 이용한 운전 지원 시스템의 고도화를 위하여 자동차 메이커 등 제안 활동을 강화할 방침이라고 한다.

출처 KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』

タイヤがセンサーになる技術を世界初の実用化、2020年までに一般車に展開

ブリヂストンは、タイヤで路面状態をセンシングする技術「CAIS（カイズ）」が冬季の高速道路管理に採用されたと発表した。今後は、鉱山用トラックやバス、航空機などでの活用も見込んでおり、2020年までに一般の乗用車への展開も目指すとしている。

[齊藤由希，MONOist]

ブリヂストンは2015年11月25日、東京都内で記者会見を開き、タイヤの接地部分から路面状態を判別する技術「CAIS（カイズ）」が、ネクスコ・エンジアニリング北海道による冬季の高速道路路面管理に採用されたと発表した。「こうしたタイヤセンシング技術が実用化されるのは世界で初めて」（ブリヂストン）だという。CAISを使えば、タイヤ内部に接着した加速度センサーで検知した振動の波形の特徴を基に、「積雪」や「凍結」、「湿潤」など次々に変化する雪道の路面をきめ細かく区別できる。高速道路管理事務所は、CAISで得た路面状態の情報に合わせて凍結防止剤を散布して効率のよい凍結対策が可能になる。

左からブリヂストンの森田浩一氏、同社でCAISの開発を担当した中央研究所 研究第5部 タイヤエレクトロニクス研究ユニットの花塚泰史氏、統計数理研究所の樋口知之氏

左からブリヂストンの森田浩一氏、同社でCAISの開発を担当した中央研究所 研究第5部 タイヤエレクトロニクス研究ユニットの花塚泰史氏、統計数理研究所の樋口知之氏

　ブリヂストン 中央研究所担当 執行役員の森田浩一氏は「今後は鉱山用トラックやバス、航空機などでのCAISの活用も見込んでいる他、2020年までには一般の乗用車でも装着できるよう搭載コストの引き下げなどを図る」と語る。

　同社は2011年から、タイヤの接地面から情報を収集、解析してタイヤに付加価値を持たせるコンセプトCAISに基づいたセンシング技術の開発に取り組んでいる。2014年にはタイヤの摩耗状態を推定する技術を開発した。路面状態の判別に関しては、2011年11月からネクスコ・エンジニアリング北海道と共同で実用化に向けた試験に取り組んでおり、約4年を経て採用にこぎつけたことになる。なお、路面状態を「乾燥」「半湿」「湿潤」「シャーベット」「積雪」「圧雪」「凍結」の7種類に判別するためのアルゴリズム構築では統計数理研究所が協力した。

タイヤ内部のセンサーと発電機CAISの技術群

タイヤ内部のセンサーと発電機（左）と、CAISの技術群（右）（クリックで拡大） 出典：ブリヂストン

타이어 내부의 센서와 발전기 / (하) CAIS의 기술군

　CAISは、加速度や温度、圧力を計測するセンサーモジュール、センシング結果を車載計測器に送信する無線通信機、これらを動作させる電力を供給する小型発電機をタイヤの内側に貼り付けるシステムだ。

　走行中、センサーを装着した部位が地面に接してから離れるまでの間で加速度は急激に変化する。この時、路面の水膜に触れた時や凍結路面で滑った時など、路面の状態によってそれぞれ特徴的な加速度波形になる。そして、実際に走行してCAISから取得した加速度波形に現れる路面状態によって異なる特徴から基に、路面の状態を判定する。路面状態を先述の7種類に判別するアルゴリズムは、機械学習によって最適化している。

加速度の変化とタイヤ変形の対応路面状態判別の基本原理

加速度の変化とタイヤ変形の対応（左）と路面状態判別の基本原理（右）（クリックで拡大） 出典：ブリヂストン 가속도의 변화와 타이어 변형의 대응 / (하) 노면 상태 판별의 기본 원리

　加速度波形の特徴を数値化するモデリングの作り込みも進めた。これによって、従来はCAISを取り付けた個別のタイヤごとに行っていたキャリブレーションが不要になったという。

　検出した路面の状態は車内のディスプレイに表示する他、インターネットを通じて共有できる。運用を始めるネクスコ・エンジニアリング北海道が管轄する北海道の高速道路では、CAISで判定した路面状況をセンターに集めて作業車に配信し、リアルタイムに除雪や凍結防止剤の散布の要不要を判断できるようにする。これによって道路管理の効率化につなげられるという。

路面状況を確認するディスプレイ実車に搭載するコンピュータ

路面状況を確認するディスプレイ（左）と実車に搭載する路面状態を分析するためのコンピュータ（右）（クリックで拡大）

노면 상황을 확인하는 디스플레이 / (하) 실제 차량에 탑재하는 노면 상태를 분석하기 위한 컴퓨터

　高速道路管理事務所での採用に向けて、CAISのセンサーや発電機の耐久性も向上した。ネクスコ・エンジニアリング北海道の巡回車両は、例年10～3月までの冬季期間に約3万～4万km走行する。往復100kmの巡回を1日に何度も繰り返すためだ。具体的にはセンサーの形状や発電機の構成を見直し、センサーを接着する台座を変更した。

　一般車両で普及させていくには、搭載コストの引き下げが課題となる。北海道で実走する車両の荷室には路面状態を判別するための大きなコンピュータを載せている。車載ECUやカーナビゲーションで処理できるようアルゴリズムを見直したり、発電機やセンサー自体を小型化したりする必要があるという。既に商用車で広く用いられているTPMS（タイヤ空気圧監視システム）並みに搭載性を改善していく考えだ。

　将来的には自動運転技術での活用も目指す。「触ることで得られる情報は多い」（統計数理研究所 所長の樋口知之氏）とし、従来の車載センサーでは得られなかったCAISによる情報を用いた運転支援システムの高度化に向け、自動車メーカーやティア1サプライヤへの提案活動を強化する方針だ。

http://monoist.atmarkit.co.jp/mn/articles/1511/26/news042.html

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