自動車のICT化とサイバーセキュリティ問題

先月の東京で開催されたITS世界会議は、日本がホストとして「自動運転」の話題等で盛り上がったようですが、今日はこの自動運転とも関係があるICT化とサイバーセキュリティ問題を取り上げてみたいと思います。

Forbesの自動車ハッキング記事と動画

少し古くなりますが、今年の7月に米国のビジネス誌ForbesのWebサイトに、自動車のハッキングについて、そのセキュリティ調査をおこなっている研究者の取材記事が掲載されていました。あろうことか『プリウス』を使い、車載制御用コンピュータをリバースエンジニアリングで解析し、その結果を用いノートパソコンから実際に車両制御系に侵入し、ドライバーの意図しない急加速、ブレーキングなどの試験状況を公開、話題となっていました。

 実験を行ったのはIT 業界のサイバーセキュリティの専門家で、米国防高等研究計画局(DARPA)の助成による研究を行っていると発表されていました。トヨタプリウスとフォードエスケープのどちらも市販のHV 車を用いており、後部座席のPC から、自動車の制御系に侵入し、速度計、燃料計などインパネの誤表示、ホーンの誤作動、ドライバー運転操作によらないエンジンのオン/ オフ、急加速やブレーキ操作、ステアリング操作を行っています。

掲載された動画を見る限り、車両の内装をはがし何か配線を車両の制御系配線(ワイヤハーネス)につなぎ、それをパソコンに繋いで制御していますので、なにも接続しない状態でのハッキングではなかったことにほっとしました。

ただしこの記事にある通りで、何らかの有線接続を行うと、自動車の制御を行っている制御ラインに入り込めることは事実です。

自動車の利便性と技術革新を支える車内通信とその脆弱性

近年ITS の活用、ナビやスマホの連携、エンジンのリモート始動、プレクール、プレヒート機能、キーレスエントリー、盗難防止など車両制御系に介入するアプリが市販化されるようになってきています。このアプリ機器の大部分は、排気ガス関連の法規制として義務付けられている車載故障診断システム(OBD)のデータ計測や、修理チェックのアクティブテストを行うスキャンツールの接続と同様、標準化されたOBD スキャンコネクターに接続する方式のようです。

このOBDコネクターに接続しi-Phone、i-PadなどスマホやタブレットPCやパソコンにBluetooth接続させる発信機を有しているものが発売されています。OBD標準ポートは車両ネットワークのCAN に接続されており、そのピン配置、アドレス、ビット定義もほぼ標準となっておりハッキングに対し脆弱であることは以前より懸念されていました。ナビゲーションシステムの多くもこのCANデータを使っています。

 HV、PHV、BEV ではバイ・ワイヤー制御が基本です。遡ると、ドライバーのアクアセル、ブレーキ、ステアリング操作に介入制御するシステムとして、クルーズコントロール、アンチロックブレーキ、トラクション・コントロール、VSC(ビークル・スタビリティ・コントロール)が使われてきました。また、寒冷地では走行前の室内暖房用リモート・スタートもオプションとして広く普及しています。

このところ急激に普及し始めた、衝突防止ブレーキ制御、前車追従クルーズコントロール、飛び出し回避ステア制御、車庫入れ制御などもまたバイ・ワイヤー制御としてドライバー操作に介入した制御です。さらにPHV、BEV では充電用コンセントに接続し、電池充電を行うため、充電タイマー制御の他、スマホとの連携による充電リモート制御、電池充電情報の通信、プレクール、プレヒート機能の商品化が進んでいます。

この通信系を利用した電池や充電システムの故障診断機能とそのスマホなどへの通知機能も採用する車種が増加してきています。キーレスエントリー、ボタンスタートも当たり前のように採用されています。車の利便性を高めるために、車両制御系とナビ、スマホ、ETC、VICSなど車外ネットとの接続がどんどん進むにつれ、いよいよ自動車のサイバーセキュリティがより重要になってきました。

想定を超えた通信利用、国際的なセキュリティの確立を

 自動運転が話題となっていますが、この実用化もサイバーセキュリティの確立が大前提です。全自動運転はまだ先の話としても、衝突防止ブレーキ制御、前車追従クルーズコントロール、飛び出し回避ステア制御など駆動、制動、操舵系など基本制御系の間で、どのようなファイアーウオールを構築しハッキング防止を図るのか、国際標準として緊急に詰める必要のある大きな課題です。基本制御系のハッキングは、最悪の場合、自動車を使ってサイバーテロ問題まで心配されています。

私自身、排気ガス規制としての米国OBD規制制定にかかわってきましたが、このときは米国自動車技術会(SAE)、国際電気電子情報学会(IEEE)に自動車エンジニア、制御系エンジニア、規制当局スタッフが集まり基準、規格作成作業を行いました。その当時は、ここまで自動車バイ・ワイヤー制御の拡大、IT化の拡大、Wifi化などは全く想定しておらず、いわんやOBD端子を介してハッキングなど考えてもいなかったと思います。

遅ればせながら、SAE*IEEEが共同で、自動車、航空機、鉄道、産業車両制御の専門家が集まり、サイバーセキュリティを話し合う委員会開催を決めたようです。OBDでも我々日本のエンジニアがこの基準、規格づくりに積極的に参画しました。ハイブリッドが加速させたバイ・ワイヤー制御、また衝突防止ブレーキ制御、前車追従クルーズコントロール、飛び出し回避ステア制御なども日本勢がリードしているシステムです。日本国内でもしっかり連携しSAE*IEEE国際委員会や国際基準規格機関を通じ、リーダシップ発揮を期待しています。

新機能、新技術開発競争は大歓迎ですが、環境保全、衝突安全のための規格、基準づくりは協調領域、ハッキング防止だけではなく、安全確保、信頼性確保の基準、規格作りも重要です。誤作動、誤操作に対する安全確保もまた、国際基準、規格作りの場で議論を詰める必要があると思います。

CHAdeMO vs コンボ. 急速充電方式の国際標準とプラグイン自動車

急速充電規格狂騒曲

電気自動車の急速充電器の国際標準規格を巡る競争が、このところTVや新聞、ビジネス誌を賑わせています。日本発の規格で既に国内で1154機、海外でも239機の設置実績(2012.4.27時点 CHAdeMO協議会HP)を持つ「CHAdeMO」方式に対して、欧米の主要な自動車会社と学会が「CHAdeMO」方式では別体だった一般電力の交流充電方式SAE J1772のコネクターを共通で使えるようにする「コンボ」方式を国際標準として提案してきたことが発端です。

この「CHAdeMO」規格は、電気自動車の普及活動を行っていた東京電力が電気機器メーカーと開発した直流タイプの充電方式で、2010年3月に東京電力が音頭をとり、日産、トヨタ、三菱自、富士重が幹事会社として国際標準をめざす「CHAdeMO協議会」を発足させています。なお、この名前は『お茶でも飲んでいる間に充電を済ませてしまいましょう』と、『de=電気』、『CHArge de Move』の語呂合わせで名付けられたとのことです。

「CHAdeMO協議会」:http://www.chademo.com/jp/ 

これに対し、アメリカのGM、フォード、欧州VWなど米独8社は、今月アメリカ・カリフォルニア州ロングビーチで開催された電気自動車関連の国際会議EVS26で、直流急速充電と一般電力交流普通充電の両方のプラグを持つ「コンボ」方式と名付けた新たな規格を提案しました。これを受けて、日本では欧米勢の露骨な「CHAdeMO」つぶしの動きと報道され、さらに大臣まで登場し、日本提案の「CAHdeMO」採用を各国に働きかけていくとインタビューに答えています。

経済紙・経済誌等では、この「CHAdeMO」vs「コンボ」を、ビデオの「ベータ」vs「VHS」、さらには携帯電話規格を例に「ガラパゴス論」「国際競争力ハンデ論」などが飛び交っています。

さてこうしてブログのトピックスとして取り上げておきながらなんですが、私はこの争いはメディアが大騒ぎするほどの意味があるものとは考えていません。そもそも「CHAdeMO」も「コンボ」の両者とも、私の目にはまだまだ普及レベルには到達していようには見えません。また、急速充電器設置の目的として「急速充電器網を拡げることで、電気自動車の普及を促進する」とよく語られますが、このレベルの急速充電器であれば、これが広く設置されたとしても電気自動車の普及の助けになるとはあまり考えられません。

図1

あまり利用されているのを見ない高速道路の急速充電器

今日、自宅の近くの伊豆縦貫道を走っている日産リーフを見かけました。このあたりの地方都市でも時々リーフを見かけるようになり。着実にマーケットに浸透してきている印象がありますが、さすがに高速道路で見かけることはまだ少なく、私の経験上、サービスエリア(SA)、パーキングエリア(PA)の急速充電ステーションで充電中のリーフやiMiEVを見かけたことは未だありません。

今現在、日本国内で急速充電対応のバッテリー電気自動車(BEV)は15,000台以上走っています。ただ、そのほとんどの充電は自宅や会社の駐車場などそのクルマの所有者の駐車場で、急速充電ではなく一般の交流100Vか200Vで行われ、日常での充電はその範囲で使われているように思います。

日常の通勤、ショッピング、リクレーション用途においては、ほとんど通常充電で足りており、急速充電を使うケースは、レンタカーを借りて物は試しと使って見るケースが大部分とすら思えます。そうでなければ、このCHAdeMO規格のベースを開発しリードした東京電力の営業車として営業管区内に設置された急速充電をお使いか、電気自動車のメーカー/販売拠点に設置している急速充電器の利用など、用途は限定されているのでは推測しています。

充電電力量の大部分が、一般電力からとなると、さらに急速充電器の利用頻度は少なくなり、経済原理からいってもその回収が難しいというのが、日本のみならず、欧米関係者の共通認識です。欧州の電力会社スタッフと話をしたときも、この設置費用のツケを電力会社に回されたらたまらない、設置費用を電力料金でいただこうとするとガソリン代よりも高額になってしまうとの声を聞きました。

見えない急速充電器の経済性

トヨタのエンジン屋としてハイブリッドをやってきたから電気自動車の普及に水をかけるのだろうと言われそうですが、電気自動車を使うとしても今の急速充電器レベルでは、その能力、そして経済性から非常に疑問です。

さらに、今のクルマの替わりに使おうとすると、欲しくなるのは長距離ドライブの時、フル充電での実走行の航続距離がエムプティー点灯の余裕をみるとせいぜい100km弱、急速充電では電池過充電による過熱と寿命への影響を抑えるため80%程度で充電を終えますから、航続距離はさらに短くなってしまいます。

これでは、それこそSA毎に「お茶でも」と立ち寄って充電する必要があり、一箇所でもミスしてサービスエリアに入れないと次の設置SAまで持たない可能性もあり、持ったとしても次のSAまでいつ電欠になるか心配して冷や汗を流しながら走る事になってしまいます。

また、もし電気自動車の普及が進みその台数が増えると、今度はその利用者の為にSA、PA毎にずらっと「CHAdeMO」充電器を並べる必要があります。ガソリンスタンドと比較しても、一回の充電時間は長くまたその頻度も高くなりますから、急速充電器をおく利便性を確保するのであれば、多くの数を置かなければなりません。しかしこれは、実用性、経済原理から考えて、成り立たない予測であるのは自明の理です。

電気自動車を普及させるために必要な電池と充電器の性能は?

今の電池レベルでは、欧州の自動車メーカーからは、航続距離が今の3倍の電池で、充電時間5分、これをコスト3万以下で提案してくれたら、いつでも採用するよ!と言った“ジョーク”が聞こえてきています。

今のクルマの機能に取ってかわろうとすると、せめて「お茶でも」の間で、日本なら320km、アメリカなら640kmとのユーザー調査結果(デロイトトーマツ社 2010年6月 「電気自動車に対する消費者意識調査報告」)があります。
http://www.tohmatsu.com/assets/Dcom-Japan/Local%20Assets/Documents/knowledge/mf/jp_k_mf20100617_170610.pdf

流石にそこまでの航続距離が必要とまでは言いませんが、これに近い航続距離ともなると今の電池エネルギー容量の3倍以上が必要となり、それを5分でというと、現在の急速充電電力の約18倍ととんでもない充電パワーが必要になってしまいます。これが、ジョークという所以です。

こうした大エネルギー電池になれば、一般交流電力ではフル充電までに何日もかかってしまいますから、それこそ家庭用にも今の急速充電器が必要になるでしょうが、このような夢の電池がおいそれと現れるとも思えません。

アメリカでも、このレベルでの急速充電へのニーズは、経済原理、実際の費用負担を考え始めると一気に少なくなってしまいます。電池丸ごと交換方式が提案されているのも、このような状況を読んでの話、リチウムイオン電池の技術が進歩し、エネルギー密度が仮に3倍にでもなると、交換方式が有望と読んでいるようにも思います。

このような状況の中でも急速充電方式規格についての争いですが、私が注目すべき点として見ているのが、コンボの売りが一般電力用充電規格SAE J1772方式との共用としている点です。そもそもSAE J1772は日本とアメリカが将来のプラグイン自動車用充電方式の規格として共同で決めた方式です。欧州は一般電力充電方式として今のところはこのSAE J1772方式を採用していませんので、コンボ規格にドイツの各メーカーが参画したことで、欧州がSAEJ1772をコンボと同じく導入するのか、従来の欧州方式と急速充電のコンボ方式となるのか、別の一般電力用充電規格となるのか、これからの動きはまだ不明ですがこれから注目が必要だと感じています。

一般電力充電用としては、GM VOLT、日産LEAF、トヨタプリウスPHVなど、日本と米国のほとんどのプラグイン自動車がこのSAE J1772方式を採用していますから、コンボ方式も一般電力用としては国際規格としてSAE J1772方式との共用にこだわった結果で定められたものなのでしょう。

SAE J1772は、日本の企業が中心となってSAEで定められた一般電力充電用規格です。それを継承していると言うコンボが「CHAdeMO」と争うという皮肉な事態となっているのです。

少し辛口で言うと、「CHAdeMO」は、国際電気標準会議(IEC)へ提案し、議論は進めていましたが、肝心のアメリカの自動車メーカーやそのエンジニアが集まり自動車としての標準議論をおこなっているSAE(アメリカ自動車技術会)とのコミュニケーションがうまくとれていなかったことにも起因しているように感じます。

いま、プラグイン自動車に必要なインフラとは

繰り返しになりますが、私は急速充電器については、現時点での重要課題ではないと考えています。少なくとも、プラグインハイブリッドは急速充電を必要とはしませんし、ここ当分は電気自動車も一般電力による夜間充電を中心に、その航続距離に応じた用途で使っていくでしょう。

そうなのであれば、SAE J1772規格をベースにコネクターやケーブルの軽量化、操作性向上、さらにはスマート・メーター接続を前提とするクルマから家庭・オフィスへの電力供給機能V2Gへの発展(ただし、一般電力充電電力の範囲)をしっかり進めておけば良いように思います。

さらに急速充電規格で騒ぐよりも、プラグイン自動車の一般電力での充電設備普及が先決のようです。一戸建て住宅はもちろん、集合住宅、会社駐車場、その従業員駐車場への充電設備普及、さらにショッピングモール、ホテルなど出先での一般電力充電設備が使えるようになると、電気自動車、プラグインハイブリッド車での電気走行距離が増え、その分だけ石油消費量を減らすことができます。 

今の台数程度では充電による電力増は知れていますが、日本の電力事情を考えると、大部分の電力は供給余裕があると言われている夜間電力で充電し、ピーク時の充電は極力避けたとしても、やはり電気自動車やプラグインハイブリッド車の普及拡大を手放しで進める訳にはいきそうもありません。日本のエネルギー全体の需給シナリオの中で、もう一度、日本としての自動車の将来シナリオを見直しが必要になりそうです。CHAdeMO vsコンボどころではないのが、今の私の正直な感想です。