エンジン制御仕様・ ソフトウェア開発の進化

エンジン制御仕様・

ソフトウェア開発の進化

2015年10月16日

トヨタ自動車株式会社

上田 広一

本日の発表内容

• 背景

• モデルベース開発

• エンジン制御仕様・ソフトウェア開発の進化

– これまで

（R12.1・R2006b・R2010b）

– これから

（R2015a）

– その先

• まとめ

本日の発表内容

• 背景

• モデルベース開発

• エンジン制御仕様・ソフトウェア開発の進化

– これまで

（R12.1・R2006b・R2010b）

– これから

（R2015a）

– その先

• まとめ

自動車用パワートレーンの抱えている課題

燃費規制動向

次世代自動車の種類と普及予測

Source: IEA Energy Technology Perspectives 2012

2050年でも55%が

内燃機関を利用

複雑・大規模化するエンジン制御

Heavy workload

Lack of research for new development

method or process

Conventional development Low efficiency

Getting larger and more complex control system Development in shorter time Globalization, Fuel economy

従来の開発手法では立ち行かなくなる・・・

 品質を確保しつつ開発効率の向上を目指し、

モデルベース開発を導入・推進

マ イ コ ン 動作周波数 [MH z] R O M 容量 [MB ] 2000 Year 2010 2020 ストイキ直噴 （D-4） 筒内直噴+ポート噴射 （D-4S） 連続可変バルブ リフト機構 （VALVE MATIC） 過給ダウンサイジング

本日の発表内容

• 背景

• モデルベース開発

• エンジン制御仕様・ソフトウェア開発の進化

– これまで

（R12.1・R2006b・R2010b）

– これから

（R2015a）

– その先

• まとめ

モデルベース開発とは？

複雑化・高度化した現代の自動車制御システム開発においてMATLAB

®

_/Simulink

®

_等の

CAEツールによって、

・制御装置と制御対象の機能をモデル化

し、それらを

・実行可能な仕様書

として用いることで、

製品ライフサイクル全般に渡った品質向上と開発効率向上を目指した開発手法のことである。

シミュレーション技術を駆使することで、高度な機能確認を実施でき、かつ、複雑な開発

工程のルーチンワーク化を促進することで、自動化・省力化にも貢献する。

モデルの定義: 対象の機能が図示されており、一意的に解釈できるもの。

Source: Japan MBD Automotive Advisory Board（JMAAB）

モデルベース開発のコンセプト

Real World

Control Software

Specification

₌

Engine Performance

Specification

₌

Plant Model

Controller Model

Plant

(Engine, Transmission etc.) (Hardware, Software)

Controller

HILS Rapid Prot. ECU

SILS / MILS

Virtual World

Combination

Validation

Combination

Validation

Today’s

Focus

本日の発表内容

• 背景

• モデルベース開発

• エンジン制御仕様・ソフトウェア開発の進化

– これまで

（R12.1・R2006b・R2010b）

– これから

（R2015a）

– その先

• まとめ

量産適用のMATLABバージョン

2001

2006

2010

2015

R12.1 R2006b R2010b 信頼性向上 コード効率向上 初量産適用 はじまり・・・ みがきあげる ひろめる 2001年~2015年 R2015a 制御設計機能・ 開発生産性向上 うれしい MathWorks General Release Toyota・ DENSO V er sion

量産適用するツールは

長期間バージョン固定

初の量産適用バージョンから約15年にわたり

戦略的にバージョン移行

を実施してきた

本日の発表内容

• 背景

• モデルベース開発

• エンジン制御仕様・ソフトウェア開発の進化

– これまで

（R12.1・R2006b・R2010b）

– これから

（R2015a）

– その先

• まとめ

これまで（第1世代: R12.1）

2001年 CAMRY:

・量産制御仕様書として

Simulink仕様書を初導入

（ECU実装はハンドコーディング）

2003年 PRIUS:

・

自動コード生成技術の量産初適用

（Simulink仕様書から自動生成したコードをそのままECU実装）

Executable Spec. + Auto Generated Code

Executable Spec. + Auto Generated Code Executable Spec.

Hand Written Code

2000 2002 2004 2006

Advanced development

Production development

Deployment of Simulink models

CAMRY PRIUS

はじまり・・・

これまで（第1世代: R12.1）

①の一例: トヨタでの先行開発フェーズ 制御ロジック開発で約20~30%の工数低減効果 （特に、シミュレーションでの机上検討や検討用Cソース作成に対して効果大） ②③の一例: ECUサプライヤーでの量産実装開発フェーズ 1000行程度のCソース部品開発で20%程度の工数低減効果

①Simulink仕様書: シミュレーション活用による開発のフロントローディング

②ECUサプライヤーとのIF: 制御仕様解釈の効率化・誤解釈の防止

③自動コード生成: 制御検討ソフトの開発効率化と量産でのコーディングレス化

うれしさ

Development Time S o ftw ar e De sig n C o d in g V er ific at io n De si g n M o d ific at io n V er ific at io n In te g ra ti o n S o ftw ar e V er ific ati o n & V ali d ati o n C o d in g 20% S o ftw ar e De si g n V er ific ati o n De sig n M o d ific ati o n V er ific ati o n In te g ra ti o n S o ftw ar e V er ific ati o n & V ali d ati o n MBD Efforts（Simulink仕様書＋自動コード生成） Before After 2001年~

これまで（第1世代: R12.1）

①Simulink仕様書: 記述自由度の高さ

 モデリングガイドライン: MAABガイドラインをベースに、ガイドライン策定し運用

 ブロックライブラリ: 使用可能なブロックを限定

②自動コード生成: コード効率、品質面の不安、既存ソフト・プロセスとの親和性

 量産用自動コード生成ツールをトヨタ・デンソーで共同開発

（Real-Time Workshop® _{Embedded Coderをベースにカスタマイズ）}

 特別技術サポート

（トヨタ・デンソー・MathWorks・サイバネットの4社契約）

むずかしさ

MAAB Guidelines: 業界標準策定にも参画 特別技術サポート: 継続的サポート・互換性確保 ・量産適用するツールは長期間バージョン固定 ・バージョン固定期間の技術サポートをMathWorks・ サイバネットとの契約により確保 2001年~

これまで（第2世代: R2006b）

みがきあげる

http://www.cybernet.jp/news/press/2007/20070910.html

2007年:

・

初の標準バージョン移行

 格段の品質向上

・・・トヨタ自動車 電子開発部門のマネージャ である林 和彦氏は、『・・・また、R2006b の 新機能、なかでもReal-Time Workshop Embedded Coderを使用した量産ソフト自 動コード生成によって、生産性が大きく改善さ れることを期待しています。 ・・・ マスワークスの技術部門担当副社長アンディ・ グレースは、『・・・トヨタ・デンソーの量産部門で R2006b、特に Real-Time Workshop Embedded Coder の展開が加速されるこ とを楽しみにしています。・・・ 2006年~

これまで（第3世代: R2010b）

2011年:

・2度目の標準バージョン移行  コード効率向上

・

自動テスト生成技術

の導入

（Simulink® _{Design Verifier™を活用したテスト生成等）}

https://jp.mathworks.com/company/newsroom/toyota-and-denso-

ひろめる

・・・量産コストを削減するため、自動車の固定 小数点制御システムにおける、効率の良い ROM/RAMのコード生成機能が強化されて います ・・・ 今回の移行にあたり、トヨタ自動車 制御ソフト ウェア開発部部長である畔柳 滋氏は次のよう に述べています。『2003年に始まったトヨタ、デ ンソー、MathWorksの協調開発活動は、こ の8年で非常に成熟しました。特に、・・・固定 小数点ECUに対してコード生成技術の適用 を拡大することで、コスト削減に大きな効果が 出せることを期待しています。』 ・・・ 2010年~

これまで（第1世代 ~ 第3世代）

自動コード生成ツール*のユーザ数（国内外関連会社含む）の推移 [人] R2010b版 R2006b版 R12.1版

2001

2006

2010

2015

R12.1 R2006b R2010b Simulink仕様 量産適用 [トヨタ初] 自動コード生成 量産適用 [トヨタ初] 信頼性向上 コード効率向上 初量産適用 はじまり・・・ みがきあげる ひろめる

主に自動コード生成技術を

軸としたソフトウェア開発の

進化とその普及の歴史

2001年~2015年

本日の発表内容

• 背景

• モデルベース開発

• エンジン制御仕様・ソフトウェア開発の進化

– これまで

（R12.1・R2006b・R2010b）

– これから

（R2015a）

– その先

• まとめ

これから（第4世代: R2015a）

2015年~

2015年:

・3度目の標準バージョン移行  開発生産性向上

これから（第4世代: R2015a）

2015

2001

2006

2010

R12.1 R2006b R2010b 信頼性向上 コード効率向上 初量産適用 R2015a 制御設計機能・ 開発生産性向上

制御開発者のうれしさを

追求し、制御仕様開発の

進化を加速させる

・モデル解析: 既存モデルの理解に時間がかかる、影響分析にかかる工数大

・パフォーマンスの改善: シミュレーションスピード遅い

・モデル閲覧: ちょっと見たいだけなのにモデル起動に時間がかかる

・使い勝手: もっとラクしたい・・・

第4世代に向けて取り組んできた主な項目  制御開発現場の声への対応

はじまり・・・ みがきあげる ひろめる うれしい 2015年~

これから（第4世代: R2015a）

目指したゴールと解決したかった課題

2015年~

Cを作る道具から、制御設計の道具へ

制御開発

・既存モデルからの差分開発への対応 ・シミュレーション技術を活かしきれていない ・Simulink仕様書の生産性（可読性、 使い勝手等）向上

ソフトウェア開発

製品開発

・モデル設計に注力できる（C言語に労力を取られない）プロセスの実現 ・自動生成コードが将来に渡って固定できるレベルに到達すること ・コード互換性 （Backward compatibility） ・運用時の生産性（仕向け切替、 使い勝手等）向上 要求分析 制御設計 検討モデル作成 コード生成 レガシー組み込み システム 評価 適合 / 評価 制御仕様書作成 +仕様検証 自動コード生成 単体テスト 結合テスト C CCC 制御仕様書 [0 to 1] 従来出来なかったことができるようになる [Cost half] 運用コスト半減 [0 to 1] [0 to 1] [Cost half]

これから（第4世代: R2015a）

トヨタ・デンソー・MathWorksの協調開発活動により実現したこと

2015年~

Cを作る道具から、制御設計の道具へ

制御開発

差分開発への対応

・依存関係解析技術による開発生産性向上 →複雑なモデルから、設計者の関心ある部分を 素早く抽出できる

シミュレーション

・繰り返しシミュレーションのパフォーマンス改善 ・シミュレーションの巻き戻しができ、デバッグ効率向上

Simulink仕様書

・アノテーション機能拡張による仕様書の可読性向上 ・サブシステム展開、コメントアウト/スルー等、使い勝手や作業性向上 ・MATLABいらず、Webブラウザーでサクサク閲覧 の一例

本日の発表内容

• 背景

• モデルベース開発

• エンジン制御仕様・ソフトウェア開発の進化

– これまで

（R12.1・R2006b・R2010b）

– これから

（R2015a）

– その先

• まとめ

その先

2015

2001

2006

2010

R12.1 R2006b R2010b 信頼性向上 コード効率向上 初導入 R2015a 制御設計機能・ 開発生産性向上 はじまり・・・ みがきあげる ひろめる

20??

R20?? うれしい

・仕様の抽象度: もっと抽象度の高い仕様記述スタイル・表現技術

・仕様の多面化・多次元化: 関心のあるコト/粒度の情報だけがすぐに見える/さわれる

・仕様の結合/分割: 自由自在にくっつけられる/分けられる

・圧倒的なスピード: シミュレーション時間<<<リアルタイム

・超直観的でシンプルな使い勝手: Google Maps

TM

_、iPhone

®

_等を凌ぐ

・車載マイコン並列化への対応

・汎用化: カスタマイズなし

本日の発表内容

• 背景

• モデルベース開発

• エンジン制御仕様・ソフトウェア開発の進化

– これまで

（R12.1・R2006b・R2010b）

– これから

（R2015a）

– その先

• まとめ

まとめ

• MATLAB/Simulinkの発展とともに歩んできたエンジン制御仕

様・ソフトウェア開発の進化について、Simulink仕様書と自動

コード生成を軸にこれまでの足跡を振り返った

• 第4世代としてバージョン移行を決定したR2015aについて、

協調開発活動の狙いと成果の一例を紹介

• 将来の取り組むべき方向性を提示

“It is not the strongest of the species that survives, nor the most intelligent,

but the one most responsive to change.”