プリウスブレーキ制御ソフト改変についての考察 （その3）

プリウスのブレーキ制御のソフト改変についての状況が徐々にわかってきた。

エンジニアはエンジニアらしく現象を客観的にロジカルに考えて、憶測の部分は憶測として断りを入れながら語っていきたい。

まず、問題を分析する前に、ABS（アンチロック・ブレーキ・システム）についておさらいしておく。

Wikipedia によれば、ABSの構造はこうだ。

1. ブレーキペダルを踏むことによって、油圧発生装置 (2) から油圧配管 (5) を通じて油圧がブレーキキャリパ (4) に伝えられ、ブレーキバッドがブレーキディスクに押し付けられて制動力が生じる。
2. 制御装置 (1)は回転センサ (3) により車輪の回転をモニターしており、他の車輪が回転しているのにこの車輪だけ回転していないことを検出するとブレーキがロックしたものと判断し、油圧発生装置 (2) から発する油圧を下げる。
3. 油圧が下がると制動力が弱くなるのでブレーキロックから復帰する。
4. ブレーキロックから復帰すると車輪の回転が生じるので制御装置 (1) は回転センサ (3) によりブレーキロックではないと判断し、油圧発生装置 (2) から発する油圧を上げ制動力を強くする。

制御装置 (1) は、この一連の操作を数ミリ秒という短時間で行うため、運転者がポンピングブレーキを行うよりも高精度な制御が可能となる。

この説明が難しいと思ったかたは、ABSが非常に分かりやすく解説されているページも見つけたのでこちらもどうぞ。

ハイブリッドではない車で油圧ブレーキ+ABSの組み合わせであれば、この説明の機能が正しく動作していており、技術も枯れているから問題はない。

つぎに今回のプリウスの問題について、正確と思われる技術的な情報を見てみよう。

以下は2010年2月5日現在の最新の情報を正確に表していると思われる記事（中日新聞）である。元ネタはトヨタの品質保証担当役員 横山裕行常務 の記者会見である。

【中日新聞：『トヨタ、ブレーキ欠陥を否定　プリウス苦情で会見』より引用】

プリウスはガソリン車と同じ「油圧ブレーキ」と、ハイブリッド車特有の「回生ブレーキ」を併用。走行状態に合わせ、自動的に車自体が最善の組み合わせを選ぶ仕組みだ。
ただ、凍結など滑りやすい路面で車体をコントロールするアンチロック・ブレーキ・システム（ＡＢＳ）が作動すると、回生ブレーキとの併用から油圧ブレーキ単独への切り替えに、時間差が生じるという。

【引用終わり】

もう一つ、朝日新聞より追加情報

【朝日新聞：『トヨタ、新型プリウス全車を無償改修へ　欠陥は認めず』より引用】

多くは、滑りやすい路面を低速で走行中、１秒前後、ブレーキが利かなくなるというもので、トヨタの調査では、車輪がロックしてハンドル操作が不能にならないようにするアンチロック・ブレーキ・システム（ＡＢＳ）の制御ソフトの問題という。

【引用終わり】

これ以外の NHKのニュース等も総合すると次のようなときに起こる現象のようだ。

回生ブレーキが効いているとき（減速中）にブレーキを踏んで油圧ブレーキに切り替えわろうとする際、たまたま路面が滑りやすい状態であるとABSを効かせる（切り替わる）のに約1秒かかる。

ここからは憶測が入る。

この問題では「回生ブレーキ」と「油圧ブレーキ」と「ABS」の3つの機能の微妙なバランスが絡み合っている。そもそも「油圧ブレーキ」単独のシステムは非常にシンプルで正しく動いていることもテストしやすい。

つぎに、「油圧ブレーキ」+「ABS」の組み合わせは冒頭のABSの仕組みを見てもらえればわかるように結構複雑であり、ソフトウェアの制御が入ってくるが、ガソリン車においてすでに枯れた技術となっている。

ハイブリッド車における「回生ブレーキ」と「油圧ブレーキ」の切り替えはさらに難しいソフトウェアの制御になっていると予想される。しかし、それが難しいのはトヨタだってホンダだって分かっていて、徹底的にテストしていたと思う。一節によると、トヨタは新しい技術の検証には5年以上かけているらしい。

だから「回生ブレーキ」と「油圧ブレーキ」の切り替えは正常に動いていて、例えば坂道で減速中に回生ブレーキが効いている状態で、運転者がブレーキを踏むとタイムラグなく油圧ブレーキに切り替わるのだろう。

同様に、「油圧ブレーキ」＋「ABS」の組み合わせもガソリン車で培った長年の技術の蓄積があるため枯れており問題はなかったのだと思う。

しかし、今回の状況は「回生ブレーキ」と「油圧ブレーキ」と「ABS」という3つの要素の境界領域の問題であり、レアなケースのように思える。ソフトウェアの機能のテストを考えるときに、一つのシステムのテストが100項目だったとする。2つの機能を組み合わせるとテストケースは1万になる。3つの機能を組み合わせるとテストケースは100万だ。100のテストはちょっと頑張れば検証可能。1万のテストはシステマティックにやならいと漏れが発生する。100万のテストはどんなに頑張っても漏れや抜けが出る。

もう一つの憶測は、「回生ブレーキ」チームと「油圧ブレーキ」チームと「ABS」チームが別々だった場合、それぞれのサブシステムの完成度は高くても、各サブシステムを組み合わせたときに想定される問題の追求には他のチームへの遠慮があるため徹底的に突っ込めない、突っ込みがあまくなる可能性だ。他のチームにケチをつける、すでに枯れていると思われるシステムをバラバラにする、疑いを持って検証のし直しを迫るのは勇気がいる。そこに遠慮があるとテストに漏れがでる可能性もある。

「回生ブレーキ」から「油圧ブレーキ」もしくは「回生ブレーキ」から「ABS」への切り替えに1秒かかるというのはあきらかに遅い。当初エンジニアが意図していた性能要求からは外れていると思う。

結果的に回生ブレーキが効いている減速中にしか、1秒の切り替えディレイが発生しないのであれば、ユーザーリスクは小さいのかもしれないが、100Km/h 以上の高速走行中に減速して回生ブレーキ中に滑りやすいところに入って思いっきりブレーキを踏んで油圧ブレーキが効くのに1秒かかったら、制動距離に変化はないとは言えないだろう。

Wikipediaによると、そもそも、ABSには下記のような注意点があるようだから、さらに問題の現象は複雑になる。

凍結路面（凍結状況によって左右される・ミラーバーンでは制動距離が延びる場合がある）や砂利道などの非舗装路面などではABSを解除した状態の方が制動距離が短くなる傾向が強い。理由の一つに、ABS作動時は一時的にせよタイヤが空転するからである。
凍結道路において乾燥路面と混在状態の時は、制動距離がABS非作動時の倍以上になることがあるので、低速走行時（時速40 km以下）においてはABSが自動的に解除される機構が必要である。

また、ABSはタイヤがロックしているかどうかを関知するセンサは最近は4輪独立しているらしいので、その点もソフトウェアを複雑化させているのかもしれない。

複雑化したシステムの境界領域の問題は、これからますます増えてくる。だからこそ、安全アーキテクチャを実践するにはシンプルな構造を目指すのが不可欠なのだが、だからといって機能を削ることは許されないのが現実だ。

ハイブリッド車において、回生ブレーキをあきらめればブレーキシステムはガソリン車と同じ構造になり枯れた再利用資産を使える。しかし、燃費向上のためには回生ブレーキも使わないといけない。安全のためにエコを捨てることは社会やユーザーが許してくれない。だからこそ、トップダウンの安全アーキテクチャ解析が必要になってくる。

ところで、ソフトウェアが絡んだリコールの問題、大企業で社会が注目しているリコールの処理の難しさは、一度改修を行ったら、同じ問題で二度三度とリコールを繰り返すことはできないということだ。そんなことをしたら信用ががた落ちになるだけでなく、マスコミから一斉に叩かれる。

だから、今トヨタと関連会社の一部のエンジニアは、この問題の検証と、これ以外にも問題がないかどうかここ数日間、徹夜で働いているに違いない。

安全や信頼は、表面に見えているところ以外にも幅広くケアしておかないと保証できないという事実をエンドユーザーやマスコミは知らない。

マスコミや評論家は何か問題が起こったときにはみんなで大騒ぎするが、同じような別な問題はないか、違うシチュエーションでは発生しないのかといった、隠れている部分を洗い出す力はない。

クリティカルデバイスに携わるエンジニアは見えないところの問題も改善する道筋をつけていかなければ、潜在的な価値（当たり前品質）を高くキープし続けることができないのだ。

サブシステムの完成度を高めても、単純にサブシステムを結合したのでは安全は保証されないということをこのブログで言い続けている。もしかしたら、今回のブレーキ問題はその例のひとつなのかもしれない。

P.S.

その後日経ものつくりにこんな記事が載っていた。

新型プリウスはABSが動作してから油圧ブレーキが作動するまでの時間が従来型に比べて若干長く，このことがドライバーに「ブレーキが利きにくい」と感じさせていたというのが同社の見解だ。同社に寄せられたブレーキが利きにくいという現象は，基本的にABS動作時にだけ起きるものだという。また，そうした現象が起きたとしても，フットブレーキを十分に踏み込めば問題なく停止できると横山氏は説明する。
改善策としてABS動作後に油圧ブレーキが動作するまでの時間を短くした。

• 若干が1秒だとしたら長い。人間が我慢できるレスポンスの限界はだいたい500ms。
• たぶん、回生ブレーキ動作中でない場合は反応が早い
• ABSはロックしないための機能だから、ABSの動作と油圧ブレーキの作動は同じ事を意味しているはず。正確に言うと、回生ブレーキがかかっているときにABSが動作するまで1秒かかっていたので、その時間を短くした？
• ソフト修正前と後では制動距離が異なるのではないだろうか？ ソフトの修正で制動距離が短くなっているのなら・・・

さらに、こちらの記事（一番参考になる）によると、ブレーキの踏み加減によってABSの効かせ方を調節している可能性がある。結果的には、単純な単機能の油圧のディスクブレーキの時代から比べたら遙かに複雑なソフトウェア制御の時代に変わっており、安全アーキテクチャ分析をしないと安全は確保できないところまで来ているということだろう。MISRA-SA （MISRA Safety Analysis）の出番かもしれない。

プリウスの場合は低速でブレーキを踏むと回生ブレーキのみで制動する。（この時油圧ブレーキは作動していない）
その状態でABSが作動するような状態になると、回生ブレーキを切って油圧ブレーキに切り換えABSを作動させるんだが、この切り替えに1秒程度かかる。すなわちその1秒間は何のブレーキも効いていない状態になる。

という記事も発見。回生ブレーキが作動する低速というのがどれくらいのスピードまでかが問題。回生ブレーキになる最大のスピードでの1秒間でどれくらい制動距離が伸び、ABSが働くのに時間がかかることで車の姿勢が崩れないのか否か。