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クラウド活用による車載電子システムの

モデルベース開発

2017年3月9日 仮想マイコン応用推進協議会／vECU-MBD WG 日産自動車株式会社 渡邉 晃 公益財団法人九州先端科学技術研究所 吉松 則文 オートモティブ・ソフトウェア・フロンティア 2017

本日の概要

• 高機能化・ネットワーク化する車載電子システムの開発効率と開

発品質を確保するため、これまでの日産自動車での取り組み紹介

• 今後の更なる車載システムの高機能化に向け、マイコンシミュレ

ータを用いたサプライヤとの連携強化に期待

• その課題解決も期待されるvECU-MBD WGでのMBD×Cloudに

よる事例紹介

vECU‐MBDワーキンググループ

～ 概要 ～

 目的： 仮想ECUを用いたモデルベース開発（MBD）の活用の推進  特徴： クルマの電子制御システムの開発に関わる自動車関連業界による、 「業界縦断型のコラボレーション」  活動開始： ２０１０年４月より  ホームページURL： http://www.vecu‐mbd.org 自動車メーカ サプライヤ 半導体メーカ ツールメーカ 研究機関  W/Gのメンバ（ 31機関、’17年2月） アイシン精機株式会社、イータス株式会社、株式会社インターバディ、株式会 社ヴィッツ、Ａｕｓｔｒａｌｉａｎ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｃｏｍｐａｎｙ株式 会社、オムロンオートモーティブエレクトロニクス株式会社、ガイオ・テクノロ ジー株式会社、カルソニックカンセイ株式会社、公益財団法人九州先端科学 技術研究所、クオリアーク・テクノロジー・ソリューションズ株式会社、サイプレ ス・イノベイツ株式会社、住友電装株式会社、株式会社ゼロソフト・アシストテ クノロジー、ｄＳＰＡＣＥ Ｊａｐａｎ株式会社、株式会社デンソー、株式会社東芝、 トヨタテクニカルディベロップメント株式会社、日産自動車株式会社、日本ケイ デンス・デザインシステムズ社、日本シノプシス合同会社、一般財団法人日 本自動車研究所、日立オートモティブシステムズ株式会社、株式会社日立産 業制御ソリューションズ、株式会社日立製作所、富士通テン株式会社、ボッ シュ株式会社、株式会社本田技術研究所、株式会社ボード・プランニング、 マツダ株式会社、三菱電機株式会社、ルネサス エレクトロニクス株式会社

vECU-MBDワーキンググループ

vECU-MBDワーキンググループ

～ これまでの主な活動の成果 ～

 「仮想ECU活用のためのユーザ向け導入検討支援ガイド」作成の公開  仮想ECUの導入・活用の検討において、ユーザに役立つ情報のガイド  MBDで利用するCANバスモデルの仕様作成と公開  複数のECUを連成したシミュレーションを容易化するためのCANモデルの仕様  MBDのユースケースを想定した実証モデルの開発  モデル構築や故障を想定。パワーウインドウを事例として実証検証  ホームページURL： http://www.vecu‐mbd.org

vECU-MBDワーキンググループ

～ 活動ロードマップ ～

フェーズ１ ２０１１年度～ フェーズ２ ２０１３年度～ フェーズ３ ２０１６年度～ 仮想ECU基礎技術の構築 MBDの環境構築 大規模化、業界連携対応  活動は、重要度や難易度を考慮し、３つのフェーズに分け実施 • 実証検証用ECUモデル開発 • 開発プロセスやモデル運用 ビジネスプロセスの定義 • フォールト注入 • 複数ECU間インターフェース モデル、複数ECU連動シミュ レーション • クラウド内での協調シミュ レーション

WG取組課題：ネットワークを介した複合システムテスト

HILS B-CAN F-CAN 実車テスト 車一台分の大規模HILSテスト アプリソフト＋プラットフォームソフト（基盤ソフト）＋ネットワークのテストは 実ユニット完成後となり問題抽出が後工程となる！

Nissan Motor Co., Ltd.

OEMの複数ECU開発への

取り組み事例と課題

本活動の問題領域

• 車載ネットワークに接続された

ECU

• 市場品質ではなく開発品質

 一定の市場品質の確保ために、 如何に効率的に開発するか？ ソフト関連の手戻りの分類 38% 62% ECU連携 単独 電子電装関連 手戻り分類

短期化する車両開発

• 車両開発プロセスの短期化への対応

V-3Pプロセス： 期間短縮10.5ヶ月、試作ロット削減

従来 ｽﾀｲﾘﾝｸﾞ 開始 量産 V - 3P ｽﾀｲﾘﾝｸﾞ 凍結 試作ﾛｯﾄ 設計期間 10 ヶ月

Fukushi Keigo：IT Utilization for Monozukuri in the Automotive Industry，Review of Automotive Engineering(2006)

EPS M4WD ABS AT ｴﾝｼﾞﾝ ACC A/SUS VDC BCM USM I-KEY DIAG METER AFS PSB ADP ＣＡＮ

複雑化する車載電子システム

• 車載ネットワークに接続されたECUが増加

• ECU内のソフト量が増加

ネットワーク化による生産性の低下

• ソフト量が同じでも・・・

SEC 出展 室 修治氏 「組込みソフトウェア開発におけるプロジェクトマネジメントのポイント」 組込みソフトウェアフォーラムin 福岡 発表資料 P5 Wire harness ECM ATCU(CVTCU) Other ECUs ABS Meter Other ECUs CAN or Signal ECM ATCU(CVTCU) BCM USM Other ECUs VDC(ABS/TCS) Meter Other ECUs ネットワーク化 ブルックスの法則 「人月の神話」 生産性 開発規模・開発人員 イメージ図

従来の車載電子開発プロセス

• ISO/JIS*で定義されたウォータ・フォール型のSLCP** – 複数ECU・複数部署・複数サプライヤ モジュール詳細設計 モジュール詳細設計 Requirement Analysis System Design SW/HW Implementation Architecture Testing System Testing Qualification testing With Validation Architecture Design Plural Module Designs Plural Module Testing *)JIS X 0160 (ISO/IEC 12207) **) Software

Life Cycle Process

OEM

車載電子システム開発の課題（検証）

• 実験車を仕立ててからの複数ECUに跨る機能の手戻りは・・・

設計部署

● ● ｚ P C B I

試作部署・工場

従来の開発プロセスの問題

• 手戻りサイクルが大きい

開発の時間が掛かる、コストが掛かる

◆

複数

ECUに跨るシステム設計検証が未定義で実機検証のみ

 複数ECU（部署・サプライヤ）への標準のSLCP活用  単なるウォーターフォール型  検証は、車両レベル・ベンチや実験車

改善した車載電子開発プロセス

• 複数ECUに跨るシステム検証フェーズを追加

D-EIPF EIPF Requirement Analysis System Design Integrated Design Verification SW/HW Implementation Architecture Testing System Testing Validation Architecture Design ECU Designs ECU Testing Detail ECU Designs

•Body •P/T •Chassis •IT/ITS

改善した開発プロセスの方策

③ｻﾌﾟﾗｲﾔ試作 電子制御ﾛｼﾞｯｸのﾓﾃﾞﾙ化 単独ﾛｼﾞｯｸ解析ｼﾐｭﾚｰｼｮﾝ 電子制御ﾛｼﾞｯｸの 車両レベルｼﾐｭﾚｰｼｮﾝ 車両レベル機能の実機評価 OK確認、性能適合 仕様の モデル化 ①日産設計 ④ｻﾌﾟﾗｲﾔ ﾃｽﾄ ⑤日産総合 ﾃｽﾄ ②ｻﾌﾟﾗｲﾔ 設計 D-EIPF 車両レベル電子電装ベンチ装置“EIPF” EIPF

D-EIPF(Design EIPF)

• 車両レベル電子電装シミュレータ“

D-

EIPF”

On board network Vehicle dynamic model GUI cockpit Body systems

EtherNet（Monitoring, Stimulating, Controlling）

Infotainment systems Com. layer Apl. Com. layer Apl. Com. layer Apl. Com. layer Apl. Com. layer Apl.

Power train systems

Chassis systems Others

様々なシミュレーションツールと連携

D-EIPFの物理的な構成

• Microsoft社のCOMを拡張してネットワーク上でCo-Simを実現

– （DCOM）を利用

• クロックサーバーから送出するクロックで、各モデルは同期

DCOM: Distributed Component Object Model

Windows Model Type-A Memory Sharing Wrapper Windows D-EIPF I/F Clock Server Synchronizing D-EIPF I/F Windows D-EIPF I/F

Wrapper Wrapper Wrapper

Model Type-B Model Type-C Model Type-D Memory Sharing Synchronizing

改善プロセスの適用結果

SOP EIPF Styling Freeze SOP 0 D-EIPF Conventional V-3P V-3P

Development items to be done

ECU実装の開発手戻りは無視できない

③ｻﾌﾟﾗｲﾔ試作 電子制御ﾛｼﾞｯｸのﾓﾃﾞﾙ化 単独ﾛｼﾞｯｸ解析ｼﾐｭﾚｰｼｮﾝ 電子制御ﾛｼﾞｯｸの 車両レベルｼﾐｭﾚｰｼｮﾝ 車両レベル機能の実機評価 OK確認、性能適合 仕様の モデル化 ①日産設計 ④ｻﾌﾟﾗｲﾔ ﾃｽﾄ ⑤日産総合 ﾃｽﾄ ②ｻﾌﾟﾗｲﾔ 設計 D-EIPF 車両レベル電子電装ベンチ装置“EIPF”

EIPF (Electric Integrated PlatForm)

更なるプロセス改善のための実証検証を実施

• OEM(要求仕様フェーズ）と、サプライヤ（詳細設計フェーズ）の関係強化

– サプライヤのECUソフトウェアが実行可能なマイコンシミュレータ（ISS）の活用 モジュール詳細設計 Integrated Design Verification SW/HW Implementation Architecture Design

Plural ECU Designs

モジュール詳細設計_{Detail ECU Designs}

OEM Supplier

仮想ECU：

ECUソフトのバイナ

リがそのまま動作

車両レベル電子電

装シミュレータ

“

_D-EIPF”

利用したGAIO製No.1システムシミュレータとは？

• ECUソフトのバイナリがそのまま動作する

– 「No.1システムシミュレータ」には、実際のMPUが持つメモリモデルと割り込み動作等を再現するISS（ Instruction Set Simulator）を使用している。実際のハードウェアがマッピングされたメモリアドレスを そのままシミュレートするため、組込みソフトウェアそのままを動作検証する事が可能である。 システム・コンポーネント・ シンセサイザー GUIエディタ マイコンシミュレータ （ISS） 仮想ハードウェア ビューア モデリング系 _検証系 MPUに組み込むソフト ウェアの検証 信号線、メモリ読み書 き等の検証確認 操作モデルの表現 入出力の反映

D-EIPF＋ISS（Body系ECU）トライアル

• 検証内容 – 構築環境 • 想定システム ：ボディー系（BCMユニット） • ソースコード ：カルソニックカンセイ（株）製 • ターゲットマイコン ：V850/FG2 – テスト実行 • テストシナリオから以下機能を抽出し手動で検証 – フラッシャー機能、ヘッドランプのオートライト機能 – フラッシャー1灯断線検知機能、コンビSW • 結果 – これまでD-EIPFで実行出来ている機能評価 が同等に実行可能 – OEMでは内部回路のモデル化が困難な機能 の実行も可能 PANELモデル (LabVIEW) クロックサー バ (D‐EIPFシステ ム) Eモデル (Statemate) Dモデル (Simulink) Mモデル (Simulink) Lモデル (Simulink) Fモデル (Simulink) Cモデル (Simulink) Bモデル (Simulink) Nモデル (Statemate) Iモデル (Simulink) Gモデル (Statemate) Kモデル (Simulink) BCM 要求仕様モデ ル (Statemate) CANモデル (CANoe) Hモデル (Simulink) Jモデル (Statemate) Aモデル (Simulink) 置 き 換 え 置 き 換 え CANcardXL D‐EIPFシステムライ ン シミュレーション CANライン CANメッセージ BCMモデル(ISS) V850 MPUモ デル BCM周 辺回路モ デル ISS カードドライバ OBJ コー ド

ECU内部のモデリングはOEM単独で は事実上実行不可能 モデル（マイコンモデル、ECUモデル など）の同定 マルチドメイン・シミュレーションイン ターフェースの標準化 クラウド上での異ユーザ協調シミュ レーションの試行 ユーザガイドの策定と公開 （ユースケースに応じたモデル精度の 考え方などを提唱） モデル調達/構築ガイドの策定と公開 （調達/構築の手順紹介） 複数ECU間インタフェースとして、仮 想CANバスの仕様提唱と実証 実務適用課題 vECU MBD WGでの対応

今回紹介

実証検証からの実務適用課題とWGの取り組み

MBDを用いた車載電子システム開発

～ MBDに必要なモデルをどのようにして揃えるか～

MBDを用いた車載電子システムの開発では、 モデルを揃えることが必須。  モデルは、自動車メーカ、サプライヤ、半 導体メーカ等の異なる多くの企業が提供。 課題： 企業ノウハウの塊であるモデルをどう提供し するか？

モデルの提供方法

～ ３つの提供方法 ～

モデルの 提供方法 モデルの 所在は？ モデル内部を開示 するか否か？ モデルを そのまま渡す モデル利用者側 内部開示 モデルを 秘匿して渡す モデル利用者側 内部非開示 （秘匿） モデルの 実行結果を渡す モデル提供者側 内部非開示 （秘匿） サプライヤ 半導体メーカ マイコンモデル 半導体メーカ 部品メーカ M 自動車メーカ ECUモデル 半導体モデル MBDにより開発する 車載電子システム M モータモデル _{機構モデル}

モデルの提供方法

～ モデルをそのまま渡す ～

モデルの 提供方法 モデルの 所在は？ モデル内部を開示 するか否か？ モデルを そのまま渡す モデル利用者側 内部開示 モデルを 秘匿して渡す モデル利用者側 内部非開示 （秘匿） モデルの 実行結果を渡す モデル提供者側 内部非開示 （秘匿） サプライヤ 半導体メーカ マイコンモデル 半導体メーカ M ECUモデル 半導体モデル MBDにより開発する 車載電子システム M モータモデル _{機構モデル}

モデルの提供方法

～ モデルを秘匿して渡す ～

モデルの 提供方法 モデルの 所在は？ モデル内部を開示 するか否か？ モデルを そのまま渡す モデル利用者側 内部開示 モデルを 秘匿して渡す モデル利用者側 内部非開示 （秘匿） モデルの 実行結果を渡す モデル提供者側 内部非開示 （秘匿） サプライヤ 半導体メーカ マイコンモデル 半導体メーカ 部品メーカ M 自動車メーカ ECUモデル 半導体モデル MBDにより開発する 車載電子システム M モータモデル _{機構モデル} M

モデルの提供方法

～ モデルの実行結果を渡す ～

モデルの 提供方法 モデルの 所在は？ モデル内部を開示 するか否か？ モデルを そのまま渡す モデル利用者側 内部開示 モデルを 秘匿して渡す モデル利用者側 内部非開示 （秘匿） モデルの 実行結果を渡す モデル提供者側 内部非開示 （秘匿） サプライヤ 半導体メーカ マイコンモデル 半導体メーカ M ECUモデル 半導体モデル MBDにより開発する 車載電子システム M モータモデル _{機構モデル}

MaaSによるモデルの提供／利用の実証

モデルの 提供方法 モデルの 所在は？ モデル内部を開示 するか否か？ モデルを そのまま渡す モデル利用者側 内部開示 モデルを 秘匿して渡す モデル利用者側 内部非開示 （秘匿） モデルの 実行結果を渡す モデル提供者側 内部非開示 （秘匿） サプライヤ 半導体メーカ マイコンモデル 半導体メーカ 部品メーカ M 自動車メーカ ECUモデル 半導体モデル MBDにより開発する 車載電子システム M モータモデル _{機構モデル}

モデルの実行結果を渡す、

Model as a Serivice(MaaS)による

モデルの提供／利用を実証

クラウドの活用

 計算機リソースの利用  必要な時に、必要な計算機リソースを獲得し利 用が可能 • モデルとツールを含む仮想マシンイメージか ら、必要に応じて仮想マシンを利用  クラウドの中でのMaaSによるモデルの提供／利用  モデルの提供者：モデルを実行し実行結果を返 す仮想マシンを提供  モデルの利用者：起動中の仮想マシンからモデ ルの実行結果を利用 クラウド

クラウド内でMaaSによるモデルの提供／利用

サプライヤのモデルの実行 自動車メーカのモデルの実行 自動車メーカの開発者 モデルの実行結果を利用 自動車メーカの開発者は、 サプライヤのモデルを利用 しながら自身の開発に必要 なシミュレーションを行う サプライヤは、モデルを実 行する仮想マシンを提供 仮想マシン 仮想マシン クラウド 例えば自動車メーカの開発者が、MaaSによりサプライヤのモデルを利用するケース

クラウド活用による車載電子システムのモデルベース開発

～ パワーウインドウを事例とした実証 ～

サプライヤ側 自動車メーカ側 自動車メーカの開発者が、MaaSによりサプライヤが提供するECUモデルを利用してパ ワーウインドウの開発を行うことを想定したシミュレーションを行った。 サプライヤのモデル は、実行結果のみを 利用 自動車メーカの開発者 モータ、マイコンを含むECUのモデル 窓機構部のモデル 自動車メーカの開発 者が、窓機構部の開 発を行うためのシ ミュレーションを行う

窓機構部のモデル モータ、マイコンを含むECU

パワーウインドウを事例とした実証

～ モデルの概要～

入力回路 モデル マイコン モデル 出力回路 モデル モータ モデル メカモデル サプライヤ提供のモデル 自動車メーカのモデル マイコンシミュレータにより、ソフト ウエアのオブジェクトコードを実行 回転数 モータトルク

パワーウインドウを事例とした実証

～ モデルの実装 ～

 モータ、マイコンを含むECU部、および、窓機構部の実装  Simulink、および、マイコンシミュレータを用いて実装  自動車メーカ側モデルとサプライヤ側モデルの異なる仮想マシン間の連成  D‐EIPFを用いて連成 • 自動車メーカ側とサプライヤ側間のシミュレーション上の同期周期：_{1ミリ秒。} 自動車メーカ側：窓機構部のモデル _{サプライヤ側：モータ、マイコンを含むECUのモデル} D‐EIPF

実証に用いたツール、クラウド

項目 内容 ツール Matlab/Simulink Simulink 2014a*1 マイコン _{No1システムシミュレータ}*2 ツール連携 _D‐EIPF*3

クラウド _{IaaS Amazon Web Service}

*1: マスワークス

*2: ガイオ・テクノロジー株式会社 *3: 日産自動車株式会社 提供

実行中の画面

サプライヤ側 デスクトップ画面 自動車メーカ側 デスクトップ画面 シミュレーショ ンの実行管理 自動車メーカ側 simulinkモデル サプライヤ側 simulinkモデル サプライヤ側 マイコンモデル

シミュレーション時間

• モデルを分割し、２台の仮想マシンで実 行した場合でも、シミュレーション速度は 遅くならなかった。 • ２台の仮想マシンのマシンリソースの利 用によりシミュレーションは高速化。 1 0.89 0 0.5 1 1台の仮想マシン上で実行 2台の仮想マシンに分割し実行 規格化したシミュレーション時間 速度向上 CPU数 ₂ 1 1 １台の仮想マシン上で実行した場合と、今回のモデルを分割し２台の仮想マシンを用い て実行した場合のシミュレーション時間を比較

パワーウインドウを事例とした実証

～ まとめ ～

• クラウドを用いて

_{MaaSによるモデルの提供／利用によるシミュレー}

ションを試行。

‒ パワーウインドウを事例とした実証用モデルを開発し、シミュレー

ションを行った。

• 所望のシミュレーションの動作を確認。実行速度上の影響は見られ

なかった。

• 今後さらに実証を重ね、クラウド活用による車載電子システムの

MBDにおいて、MaaSによるモデルの活用が期待される。

おわりに

• 高機能化・ネットワーク化する車載電子システムの開発効率と開発品質を確保 するため、日産自動車での取り組み紹介 • 今後の更なる車載システムの高機能化に向け、vECU‐MBD WGでの MBD×Cloudによる事例紹介 • 近い将来、_{MBD×Cloudによる} 車載電子システム開発の ブレークスルーを期待

Reference

• Akira Watanabe and Asuka Sotome, "Functional Development Methodology

for On-Board Distributed ECU Systems for Production Vehicle

Application", SAE Int. J. Passeng. Cars - Electron. Electr. Syst. September

2012 5:492-500; doi:10.4271/2012-01-0929

参考）No.1システムシミュレータ概要

• No.1システムシミュレータの機能概要を以下に示す。

機能 概要 システム・コンポーネ ント・シンセサイザー （SCS） 仮想ハードウェア部品をシート上にドラッグ＆ドロップで配置し、I/Oアドレス、 割り込み接続など各コンポーネント間の接続関係を定義し、仮想検証環境 （仮想ハードウェア環境）を構築する。 GUIエディタ プッシュボタンおよびトグルスイッチ等の操作部品、LEDやLCDなどの表示 装置のGUIを持つコンポーネントを編集するためのエディタ。 基板等に実装される操作ボタン、表示パネルを始め、デバッグのためのテス トパラメータ設定パネル、デバッグ用のアニメーション動作など、自由にGUI を構成することが可能。 マイコンシミュレータ （ISS） ターゲットプログラム（組み込みソフトウェア）のデバッグを行うデバッガ。 デバッガ機能はソースコード表示・ステップ動作・ブレークポイント設置後の状 態確認のほか、実行時間測定や割り込み動作などの組み込みシステムに必 要不可欠なデバッグ機能を搭載。 高精度エンジン(System-G)と高速度エンジン（Sonic⇒SX）の2種類の ISSを用意（マイコンコアにより用意していない場合あり）。 仮想ハードウェア ハードウェアモデルの情報等（レジスタ、信号線、シミュレーション状態）を表_{示設定することができるビューア。}