エンベデッドシステムスペシャリスト 2018年 午後1 問03

解答の導き方

誤りやすいポイント

• 4台の車両があっても、送信回数は4回ではなく、車両間の3区間分の3回です。
• 中継の待ち時間が発生するのは、受信したデータを次の通信周期に送る中継車両です。先頭車両は中継しないため、待ち時間を加える回数は2回です。
• 光通信の1回のデータ量は、1車両分のデータ50バイトではなく、ダミーデータを含む150バイトです。
• ACKは受信確認用の応答です。ここで求めるのは最後尾の車両がデータを受信し終わるまでの時間なので、ACKの送信時間をデータの送信時間に加算しません。

FAQ

解答の導き方

誤りやすいポイント

• (a) では、50バイトの送信時間だけでなく、通信周期の送信待ち時間も考慮します。
• (a) では、通信の待ち時間と受信側の隊列制御ECUの起動待ち時間を別々に数えます。どちらも最大で20ミリ秒です。
• 隊列制御ECUの処理時間は15ミリ秒です。周期の20ミリ秒を処理時間として数えるのではありません。
• (b) では、先頭車両が減速している間、車間距離が一定のままではありません。後続車両が減速を始める前に縮まる距離を差し引きます。

FAQ

解答の導き方

1. 設問では、後続車両の隊列制御ECUが制御に使う情報のうち、「レーダユニットで測定した前方の車両との距離」は除いて、残りを二つ答えます。
2. 表1には、後続車両の隊列制御ECUが「前方の車両との距離、受信した先頭車両の速度の情報、及び受信した先頭車両の加速度の情報から、自車の速度と加速度の目標値を決定」するとあります。
3. このうち、前方の車両との距離は設問で除外されています。したがって、制御に使う残りの情報は、車車間通信で受信する先頭車両の速度と、先頭車両の加速度です。速度の変化に追従するには、先頭車両の現在の速度だけでなく、どの程度速度が変化しているかを示す加速度も必要になります。

誤りやすいポイント

• 自車の速度や加速度と取り違えないようにします。ここで求めるのは、先頭車両から受信する情報です。
• 前方車両との距離を、答えの二つに含めないようにします。距離はレーダユニットで測定する情報であり、設問で除外されています。
• 速度と加速度は別の情報です。速度だけでなく、速度の変化を表す加速度も確認します。

FAQ

解答の導き方

1. 隣車線後方の車両との距離を測定するレーダ
   空欄aの対象は、隣車線後方の車両との距離です。レーダの仕様では、「周辺監視ミリ波レーダ」が隣車線後方の車両との距離を測定するとされています。したがって、aには「周辺監視ミリ波」が入ります。
2. 測定した距離を先頭車両に送る手段
   測定した距離は、各車両から先頭車両に送信します。表1では、他の車両と情報を送受信するのは車車間通信ユニットとされています。そのため、bには「車車間通信」が入ります。ここでは、レーダが距離を測定し、車車間通信ユニットが測定結果を送信するという役割の違いを押さえます。
3. 運転手が情報を確認し、車線変更を指示する手段
   運転手が距離の情報を確認し、最後尾の車両に車線変更を指示する際に使うのがcユニットです。表1では、UIユニットが隊列走行中の状態を表示し、運転手が入力した情報を隊列制御ECUに通知するとされています。したがって、cには「UI」が入ります。
4. 車線変更の指示を受けて操舵する制御
   最後尾の車両では、車線変更の指示を出すのが隊列制御ECU、ステアリングを制御するのがステアリングECUです。表1にも、ステアリングECUは隊列制御ECUからの指示でステアリングを制御するとあります。よって、dには「隊列制御」、eには「ステアリング」が入ります。
5. 車線変更中に前方車両との距離を保つためのレーダ
   fで求められているのは、車線変更中に、元の車線を走行している前方車両との距離を一定に保つためのレーダです。前方の距離を測る候補には前方ミリ波レーダと前方3Dレーザレーダがあります。車線変更中は自車が横へ移動するため、元の車線の前方車両は自車の正面から横にずれた位置になります。表2では、前方ミリ波レーダの検知角度は18度と狭く、前方3Dレーザレーダは120度と広いので、横にずれた前方車両を検知し続けるには前方3Dレーザレーダが適しています。また、距離分解能も前方3Dレーザレーダの0.02メートルの方が前方ミリ波レーダの0.5メートルより細かく、車間距離を保つ制御に向いています。隊列走行の車間距離は4メートル程度なので、最大検知距離50メートルで足ります。したがって、fには「前方3Dレーザ」が入ります。

誤りやすいポイント

• 隣車線後方の車両との距離を測るレーダと、前方車両との距離を保つためのレーダを混同しないようにします。前者は周辺監視ミリ波レーダ、後者は前方3Dレーザレーダです。
• fを距離分解能の細かさだけで選ばないようにします。車線変更中は元の車線の前方車両が正面から横にずれるため、検知角度の広さが決め手になります。
• 距離を測定する機器と、その情報を送信する手段は別です。距離の測定にはレーダを使い、先頭車両への送信には車車間通信を使います。
• 車線変更を指示する制御と、実際にステアリングを動かす制御も別です。隊列制御ECUが指示し、ステアリングECUがステアリングを制御します。

FAQ

解答の導き方

1. 問われているのは、車線変更中の後方車両を、その前方の車両に継続して認識させる目的です。車線変更が可能かどうかを判断する目的とは分けて考えます。
2. 本文では、隊列の車線変更は最後尾の車両から順に行い、隣車線後方の車両との距離を確認するとあります。車線変更中の車両は、隊列内でその前方を走る車両から見ると、隣車線にいる後方車両として検知される可能性があります。
3. 前方車両がその後方車両を隊列の車線変更中だと認識していなければ、通常の障害物として扱うおそれがあります。そのため、車線変更中であることを継続して認識させ、障害物として認識しないようにするのが目的です。

誤りやすいポイント

• 車線変更の可否を確認する目的と混同しないようにします。車線変更の可否は、隣車線後方の車両との距離を基に判断します。
• 「障害物を検知するため」ではなく、車線変更中の後方車両を障害物として認識しないようにするためです。
• 車線変更中は車両の位置関係が変化するので、認識を継続させる点がポイントです。

FAQ

解答の導き方

誤りやすいポイント

• 多重化の目的を、機器の故障時に備えることだけだと考えないようにします。この設問では、機器故障以外の外乱への備えが問われています。
• 機器の台数を増やすことと、方式を異ならせることは同じではありません。同じ方式を複数使っても、同じ外乱の影響を同時に受ける可能性があります。
• 「異なる方式なら必ず片方が正常に動作する」と断定しないようにします。異種方式にすることで、外乱による同時の影響を受けにくくすることが期待できます。

FAQ

解答の導き方

1. 不一致を知らせる信号と、その信号で起動する処理を考えます。
   本文には、比較結果が一致しない場合に「割込み信号によって自己診断機能を実行する」とあります。したがって、[g]信号は「割込み信号」です。また、その信号によって起動する[g]処理は「割込み処理」です。空欄に入る語は、どちらも「割込み」です。
2. 故障の判断に使う機能を特定します。
   本文では、CPU1とCPU2に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と説明されています。不一致を受けて故障したCPUを判断するため、[h]機能には「自己診断機能」が入ります。空欄は「自己診断」です。
3. 比較回路が何を比較しているかを確認します。
   図4の説明では、各CPUからアクセスするバスの情報を比較回路で比較します。故障と判断したCPUの処理を停止した後に止める比較は、この「バスの情報」の比較です。したがって、[i]には「バスの情報」が入ります。
4. 割込み処理に使える時間を計算します。
   本文には、制御ソフトウェアが「20ミリ秒周期で起動し、処理時間が15ミリ秒」とあります。1周期のうち通常の処理に使う時間を除いた残りが、割込みのオーバヘッドと自己診断機能の実行に使える時間です。
   $20-15=5$
   したがって、[j]は「5」ミリ秒です。この時間内に自己診断を終えれば、正常なCPUが処理を再開し、周期に沿った制御を続けられます。

誤りやすいポイント

• [g]は「割込み信号」と「割込み処理」の両方に共通して入る語です。「信号」や「処理」まで空欄に含めないようにします。
• [h]は診断する対象ではなく、CPUが実行する機能です。「自己診断」が適切です。
• [i]はCPU同士の処理結果全般ではなく、比較回路が比較している「バスの情報」です。
• [j]を周期の「20」ミリ秒としないようにします。通常の処理時間「15ミリ秒」を差し引いた残りが、割込み処理に使える時間です。

FAQ

解答の導き方

1. 想定されている脅威は、別の車両が虚偽メッセージを送り、先頭車両になりすますことです。つまり、後続車両が「先頭車両からの正しい指示」と誤認する状況を考えます。
2. 後続車両の隊列制御ECUは、先頭車両の指示を基に操舵角を決め、目標の車線を走行するよう制御します。また、車線変更時には、先頭車両の運転手が後続車両へ車線変更を指示します。このため、なりすました車両から虚偽の車線変更指示が届き、後続車両がそれを正しい指示として扱うと、意図しない車線変更につながります。影響を述べる際は、このように虚偽の指示が車両の動作へ及ぼす結果まで示します。
3. 防止策では、メッセージの内容だけでなく、誰が発信したものかを確かめる必要があります。暗号技術を使って発信元の真正性を確認し、先頭車両からの正規のメッセージでないものを受け付けないようにします。暗号化だけでは発信元の確認ができるとは限らないため、送信元認証を行うことが要点です。

誤りやすいポイント

• 「通信を暗号化する」とだけ答えると、誰が送ったメッセージなのかを確認する対策になっていない場合があります。問われているのは発信元の真正性の確認です。
• 影響を「誤った情報で危険になる」のように一般化しすぎると、隊列走行システムで起きる具体的な動作が伝わりません。先頭車両の指示を受けた後続車両の制御と結び付けて考えます。
• レーダなどで周囲の車両を検知することと、通信メッセージの発信元を認証することは別の対策です。今回の脅威は、車車間通信で先頭車両になりすますことです。

FAQ