計算シミュレーションによると、信号機に4つ目の灯火を加えることで、自動運転車への対応が向上する可能性があります。
十分な数の自動運転車（AV）が信号機に近づくと、その灯火が点灯します。
この構想は、AVが互いに、また信号機を制御するコンピューターとも無線通信できるという事実に基づいています。
この構想のさまざまな要素は、交差点と既存のAVの双方にわずかな変更を加えるだけで導入できる可能性があります。
信号機に「白色灯」を加えれば、自動運転車が交通の流れの制御を助け、人間のドライバーに状況を知らせることができます。
計算シミュレーションでは、この新しい方式によって交差点の通過時間が大幅に短縮され、燃料消費量も減少しました。
「私たちが交差点向けに提案している『ホワイトフェーズ』と呼ぶ構想は、自動運転車（AV）自体の計算能力を活用します」と、ノースカロライナ州立大学の土木・建設・環境工学准教授で、IEEE Transactions on Intelligent Transportation Systems誌掲載論文の責任著者であるアリ・ハジババイエ氏は述べています。
「ホワイトフェーズ構想には、人間のドライバーが何をすべきか分かるよう、新しい信号も取り入れています。赤信号はこれまでどおり停止、青信号はこれまでどおり進行を意味します。そして白色灯は、前の車に従って進むよう人間のドライバーに伝えます。」
ホワイトフェーズ構想は、AVが互いに、また信号機を制御するコンピューターとも無線通信できるという事実に基づいています。交差点に近づくAVが十分な数に達すると、白色灯が点灯します。
白色灯は、AVが動きを調整して交通を円滑にし、交差点をより効率的に通過していることを示す合図です。自動運転ではない車両、つまり人が運転する車両は、前の車に従うだけでよいのです。前の車が止まれば止まり、前の車が交差点を通過すれば、そのまま交差点を通過します。
交差点に近づく車両のうち、AVではなくドライバーが運転する車両が多くなりすぎると、信号機は従来の赤・黄・青の信号パターンに戻ります。
「交通の流れの制御の一部をAVに委ねるのは、『モバイル制御パラダイム』と呼ばれる比較的新しい考え方です」とハジババイエ氏は述べます。「AVが関わるあらゆる状況で、交通を調整するために使えます。ただし、人間のドライバーが状況を把握し、交差点に近づく際に何をすべきか分かるよう、交差点にホワイトフェーズを取り入れることが重要だと考えています。」
「念のため明確にしておくと、『白色灯』の色自体は重要ではありません。大切なのは、ドライバーがはっきり識別できる合図があることです。」
研究者らは2020年に、ホワイトフェーズを用いた交差点の構想を初めて発表しました。しかし当初の構想は集中型コンピューティング方式に依存していました。信号機を制御するコンピューターが、接近するすべてのAVから情報を受け取り、必要な計算を行い、交差点をどのように通過すべきかAVに伝える仕組みでした。
「この構想を改良し、本論文では分散型コンピューティングに依拠するホワイトフェーズ構想を示しています。実質的には、すべてのAVの計算資源を使って交通の流れを制御します」とハジババイエ氏は述べます。
「この方式はより効率的で、通信障害の影響も受けにくくなります。例えば、信号機との通信が中断したり遅延したりしても、分散型コンピューティング方式なら交通の流れを円滑に処理できます。」
分散型コンピューティングを用いたホワイトフェーズ構想の性能を検証するため、研究者らはミクロ交通シミュレーターを使用しました。これらは、個々の車両の挙動に至るまで現実の交通を再現するよう設計された、複雑な計算モデルです。研究者らはこれらのシミュレーターを使い、ホワイトフェーズのある交差点とない交差点での交通の挙動を比較するとともに、AVの台数がその挙動に及ぼす影響も調べました。
「シミュレーションからはいくつかのことが分かります」とハジババイエ氏は述べます。「第一に、ホワイトフェーズの有無にかかわらず、AVは交通の流れを改善します。第二に、AVが存在する場合、ホワイトフェーズによって交通の流れはさらに改善します。停止と発進を繰り返す交通が減るため、燃料消費量も減少します。第三に、ホワイトフェーズを導入した交差点でAVが占める割合が高いほど、交通は速く交差点を通過し、燃料消費の数値も改善します。」
ホワイトフェーズを導入した交差点でAVが交通量の10～30%を占める場合、シミュレーションでは交通の流れの改善は比較的小さいことが分かりました。しかし、AVの割合が高まるにつれて、効果も大きくなりました。
「とはいえ、ホワイトフェーズを導入した交差点で自動運転車がわずか10%でも、遅延の減少が見られます」とハジババイエ氏は述べます。「例えば、自動運転車が10%の場合、遅延は3%減少します。30%の場合、遅延は10.7%減少します。」
研究者らは、AVが新しい分散型コンピューティング方式をすぐに採用できる段階にはなく、政府も近い将来、すべての交差点にまったく新しい信号機を設置するわけではないと認めています。
「しかし、交差点と既存のAVにわずかな変更を加えるだけで導入できるホワイトフェーズ構想の要素はいくつもあります」とハジババイエ氏は述べます。「特定の場所でこの方式を試験導入する機会もあると考えています。」
「例えば港湾では商用車の交通量が多く、交通の流れが特に重要です。商用車では自動運転技術の導入率が高いようです。そのため、港湾交通や商業輸送に役立つ実証プロジェクトを、そのような場所で実施できる可能性があります。」
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