title

Transcription

1 JMAAB Open Conference 2017 MBD の拡張 :ECU および HILS の仮想化とその活用事例 ~vecu-mbd WG 活動事例紹介 ~ 2017 年 6 月 22 日 仮想マイコン応用推進協議会 vecu-mbd WG 仮想 HILS TF リーダ 日立オートモティブシステムズ 技術開発本部主管技師長 宮崎義弘 1

2 目次 1.MBD の拡張 : 仮想 ECU 仮想 HILS 2.vECU-MBD ワーキンググループの設立背景と活動概要 3. 複数 ECU 連動 4. フォールト注入テスト 5. クラウド上での異ユーザ協調シミュレーション 略号 ECU: Electronic Control Unit 電子制御ユニット vecu: Virtual ECU 仮想 ECU MBD: Model Based Development モデルベース開発 2

3 1.MBD の拡張 : 仮想 ECU 仮想 HILS 2.vECU-MBDワーキンググループの設立背景と活動概要 3. 複数 ECU 連動 4. フォールト注入テスト 5. クラウド上での異ユーザ協調シミュレーション 3

4 MBD 活用の進展 資料より引用 電装制御システム開発への MBD 適用が拡大中 4

5 ネットワークを介した複合システムテストの課題 実車テスト B-CAN HILS F-CAN 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の早期化が図れない 5

6 解決策 仮想マイコンと仮想 ECU の活用 仮想マイコン ( マイコンモデル ): Virtual Microcontroller 実装対象プロセッサのモデル マイコン内蔵の周辺回路を含む 仮想 ECU(ECU モデル ): Virtual ECU ( 略称 :vecu) 実装対象 ECU のモデル 実装対象プロセッサのモデル ( 仮想マイコン ) を含む OS など基盤ソフトも含めて製品と同一のオブジェクトコード ( バイナリコード ) をシミュレーション実行できる ECU モデル 制御対象モデル システム階層 仮想 ECU (vecu) 入力モデル マイコンモデル 出力モデル エンジン回転数 ユニット階層 実オブジェクトコード A T ギア パーツ階層 仮想マイコン 6

7 仮想 ECU (vecu) の活用方法 過去 現在のプロセス変化 仕様書 将来 目標プロセス 仕様書 + 実行可能な要求モデル 要求側 部品 (ECU) 供給側 要求側 供給側 実行可能な部品モデル仮想 ECU 現在 要求側 仕様書 + 実行可能な要求モデル 部品 (ECU) 供給側 部品 (ECU) 最終確認時 実行可能な部品モデルとしての活用 7

8 活用例 : 仮想 HILS ( 現状 HILS との比較 ) 車両モデル HILS 装置 HILS ソフトウェア ( バイナリコード ) ECU( 実機 ) 現状 HILS (Hardware-in-the-loop simulation) 構成 : 実 ECU+ プラントモデル 特長 - 製品と同一のバイナリコードを動作検証 - 実機ベースのソフトウェア検証 短所 : 場所制約 ターゲット環境切替工数 再現性不確定 観測性制約 フォールト注入の制約など 仮想 HILS (Virtual HILS)( 略称 :vhils) 構成 : 仮想 ECU+ プラントモデル 特長 - 製品と同一のバイナリコードを動作検証 - 実機ベースとほぼ等価なソフトウェア検証 - 実機レス ( 実機不要 実機完成前でもテスト可 ) - 場所制約 ターゲット環境切替工数 再現性不確定 観測性制約 フォールト注入の制約などの実機 (HILS) の短所は解決 - クラウド活用による遠隔利用や並列実行可 プラントモデル ( 車両モデル ) 仮想 HILS (Virtual HILS) コントローラモデル (ECU モデル ) < 仮想 ECU> ソフトウェア ( バイナリコード ) マイコンモデル < 仮想マイコン > 新手法 Simulator Co-sim 仮想 ECU シミュレータ 8

9 要求設計 めざすべき目標イメージ 各設計プロセスの階層で仮想 ECU 活用 V 字開発プロセスの右側を短縮 実車レスデバッグ & 検証 短縮 量産 実車検証 システム要求モデル 要求側 コード ECU 要求モデル 仮想システム / 仮想車一台分シミュレーション 仕様設計 供給側 単体実機レスデバッグ & 検証 短縮 単体実機検証 ECU 内部要求モデル 要求側 コード ソフトウエア要求モデル コード 仮想 ECU/ 仮想 HILS ソフトウエア詳細設計 供給側 コード 仮想マイコン 実装 9

10 1.MBDの拡張 : 仮想 ECU 仮想 HILS 2.vECU-MBD ワーキンググループの設立背景と活動概要 3. 複数 ECU 連動 4. フォールト注入テスト 5. クラウド上での異ユーザ協調シミュレーション 10

11 国内協調活動スタートの経緯 マイコンモデル /ECU モデル活用における課題カーメーカー ECU メーカー 半導体メーカー シミュレーションツールメーカーの領域を越えたモデル流通の仕組み構築が必要 グローバル競争で優位性を保つためにも 仮想マイコン活用への取組みを 自動車 ECU 半導体 開発ツールの 技術を縦断した活動が必要 仮想マイコン応用推進協議会 /vecu-mbd WG vecu-mbd WG 活動を 2010 年 4 月から 有志メンバーが集まり検討をスタート 11

12 vecu-mbd WG の概要 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: WG のメンバ (32 機関 '17 年 3 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 Technol ogy 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 (ISIT) 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 株式会社チーム AIBOD 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 株式会社ボード プランニング 株式会社本田技術研究所 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 順不同 これまでの主な活動成果 - 仮想 ECU 活用のためのユーザ導入支援ガイド モデル調達 構築ガイド の作成と公開 - MBD で利用する CAN バスモデルの仕様作成と公開 - 仮想 ECU を活用した MBD のユースケースを想定した実証実験 - 重点活動テーマ : 1 複数 ECU 連動 2 フォールト注入テスト 3 クラウド上での異ユーザ協調シミュレーション 12

13 WG 活動のロードマップ 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 フェーズ 年度 ~ フェーズ 年度 ~ フェーズ 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 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 クラウド上での異ユーザ協調シミュレーション モデル流通 TF 仮想 HILS TF 仮想 HILS TF マイコンモデル TF 調達ガイドミニ TF 13

14 WG 活動風景 第 28 回 vecu-mbd WG ミーティング 2016 年 12 月 22 公益財団法人九州先端科学技術研究所 (ISIT) の活動風景 14

15 実証実験の例題 : パワーウィンドウシステム JMAAB 提供パワーウィンドウシステムを仮想マイコンと連携 ECU モデル 仮想マイコンツール : 以下の 2 種ツールで実証 Synopsys 社 /Virtualizer ガイオ テクノロジー社 /No.1 システムシミュレータ 15

16 1.MBDの拡張 : 仮想 ECU 仮想 HILS 2.vECU-MBDワーキンググループの設立背景と活動概要 3. 複数 ECU 連動 4. フォールト注入テスト 5. クラウド上での異ユーザ協調シミュレーション 16

17 複数 ECU 協調シミュレーションの概要 複数 ECU 協調シミュレーションのビジョン : 仮想車一台分シミュレーションの実現 新方式 Full Vehicle Off-Line simulation コントローラも含め全て仮想化 従来方式 Full Vehicle HILS コントローラは実機 B-CAN HILS F-CAN Target Object Code Target Object Code Target Object Code Target Object Code Vehicle I/F I/F I/F I/F Operation Pattern Virtual ECU Virtual ECU Virtual ECU Virtual ECU CAN Environment 17

18 実証実験 ( 複数 ECU システム ) の構成 単独 PC 上に以下を構築 Simulink x 1 + ECUモデル x N + vecu-canバスモデル x1 2 種の仮想マイコンツールで各々実証 Synopsys 社 /Virtualizer およびガイオ テクノロジー社 /No.1システムシミュレータ フェーズ 1(11~12 年度 ) に開発したパワーウィンドウシステム ( 単独 ECU システム ) を流用して 4 台並べる PW 全体制御用の ECU x1 台を新規に開発 ( 周辺モデル付 SILS で開発 ) 単独 ECU システム ( フェーズ 1 で開発 ) Simulink 複数 ECU 連動システム (13 年度 ~) Simulink プラントモデル プラントモデルプラントモデルプラントモデルプラントモデルプラントモデル ECU モデル ECU モデル 0 ECU モデル 1 ECU モデル 2 ECU モデル 3 ECU モデル 4 仮想マイコン 周辺モデル付 SILS 仮想マイコン 仮想マイコン 仮想マイコン 仮想マイコン 運転席 PW PW 全体制御用 運転席 PW 助手席 PW 後部左 PW 後部右 PW vecu-can バスモデル PW: Power Window : 流用 : 新規開発 注意 : 仮想 ECU 技術の実証のためのシステム構成であり 実際の製品の構成とは関係ありません 18

19 実証実験 ( 複数 ECU システム ) Simulink モデル Network Scheduler vecu-can バス用 ECU モデル 0 <PW 全体制御用 > 周辺モデル付 SILS ECU モデル 1 < 運転席 PW> 仮想マイコン (Virtualizer または No.1SS) ECU モデル 2 < 助手席 PW> フェーズ 1 で開発の PW システム ( 単独 ECU システム ) をベースに一部改造 19

20 実証実験 ( 複数 ECU システム ) 動作例 ECU モデル 1 と窓 (1) の動き Up Switch Down Switch Up Switch Down Switch Motor V Motor I Window Position Window Speed PWM ECU モデル 2 と窓 (2) の動き Up Switch Down Switch Up Switch Down Switch Motor V Motor I Window Position Window Speed PWM 備考 仮想マイコン : Synopsys 社 /Virtualizer ( マイコンモデル : ルネサス RH850) < VDK for Renesas RH850 F1L / Version: H SP3-1.0 > 制御システム ( プラントモデルほか ): MathWorks 社 /MATLAB R2012a 実行環境 :OS Windows7(64bit) プロセッサ Core i GHz RAM 16GB 20

21 1.MBDの拡張 : 仮想 ECU 仮想 HILS 2.vECU-MBDワーキンググループの設立背景と活動概要 3. 複数 ECU 連動 4. フォールト注入テスト 5. クラウド上での異ユーザ協調シミュレーション 21

22 機能安全規格 ISO と仮想 ECU フォールト注入テストのテスト環境 Part4( システム )-8 節 Hardware-software integration and testing Part5( ハードウェア )-10 節 Hardware integration and testing 安全度水準が高い場合 (ASIL-C 以上 ) フォールト注入テストの実施が要求される 備考 : +: 推奨 ++: 強く推奨 b) ~ Model-based fault injection (e.g. fault injection done at the gate-level netlist level) is also applicable, especially when fault injection testing is very difficult to do at the hardware product level. ハードウェアに対するフォールト注入テストは モデルベースのフォールト注入シミュレーションでもよい 仮想 ECUを適宜活用可能 仮想 ECU を活用したフォールト注入テスト 安全性の検証に有効活用期待 22

23 仮想 ECU を用いたフォールト注入テストのねらい 任意の故障を注入でき 再現性 観測性 網羅性に優れた仮想環境を用いて 高品質 高効率なシステム検証を可能にする うれしさ 1. 任意の場所やタイミングでフォールト注入が可能 2. システム内部状態の任意の挙動を可視化 3. 実機完成前に事前検証を前倒しかつ 検証環境の高速化 4. 実機を壊さずに検証可能 仮想 ECU を用いたフォールト注入テスト環境 システムレベル LAN ECU ECU ECU ECU : フォールト マイコン + フ ラントを PC 上で模擬 オフ シ ェクトコート マイコンモテ ル 仮想 ECU H/W モテ ル H/W モテ ル 仮想テスト環境 PC/ サーバ フ ラントモテ ル マイコン内外の情報を可視化 23

24 実証実験 1: メモリ故障におけるフェールセーフ検証 マイコン内部故障における制御システムのフェールセーフ機能の動作を検証 ~2 つの商用ツール (Virtualizer or No.1 システムシミュレータ + MATLAB/Simulink) の連動 ~ 検証の概要 検証結果マイコン内部故障時に発生する過電流検出のフェールセーフ機能検証 ソフト仕様 モータの過電流 :3A 以上が 200ms 継続で異常判定し モータ停止 フォールト注入のイメージ発生フォールト : メモリ値化け マイコンモデル MEM PORT CPU TIMER ADC フォールトシナリオイメージ フォールト注入モデルレジスタ I/F MEM CPU 時間対象コマンドアドレス故障値 time[ms] Target Command address val 400 MEM Change 0x******** 0x0000 シミュレーション実行画面 ウィント ウ上死点到達 モータ駆動電流停止 過電流検出スイッチ入力比較信号 スイッチ入力信号 Window position Window speed Motor current 200[ms] UP Switch Monitor UP Switch Signal フォールト注入モデル RAM CPU ( 回転数 ) 注入モデル例 400[ms] RAMモニタ ( イメージ ) 回転数の読み出し0 固定 Window position Window speed Motor current UP Switch Monitor UP Switch Signal 参考 : 正常動作波形 24

25 実証実験 2:ECU 回路故障におけるフェールセーフ検証 ECU 回路故障における制御システムのフェールセーフ機能の動作を検証 ~3 つの商用ツール (Virtualizer or No.1 システムシミュレータ + Saber + MATLAB/Simulink) の連動 ~ [ 検証の概要 ] ECU 回路故障時に発生する入力の不合理検出によるフェールセーフ機能検証 ( 本来のソフト仕様 ) 上昇 下降の両スイッチが同時に ON 検出で異常と判定しモーター停止 ( 検証結果 ) 上昇スイッチが優勢になっている 原因は ECU ソフトウェアのバグ バグを摘出 抵抗の値を変更 10kΩ 1μΩ( 短絡故障 ) マイコン上昇指示 マイコン下降指示 マイコン PWM 出力 開発環境回路 : SaberRD (Synopsys 社 ) マイコン : Virtualizer H SP1 (Synopsys 社 ) 制御システム :MATLAB 2012a (MathWorks 社 ) 実行環境 : Windows7(64bit) 故障 故障 ( フォールト ) 注入のイメージ抵抗の値を変えることで模擬する プルアップ抵抗のショート コンデンサのショート 故障 入力上昇スイッチ 入力下降スイッチ マイコン Window Position Window Speed ウィンドウ位置 25

26 1.MBDの拡張 : 仮想 ECU 仮想 HILS 2.vECU-MBDワーキンググループの設立背景と活動概要 3. 複数 ECU 連動 4. フォールト注入テスト 5. クラウド上での異ユーザ協調シミュレーション 26

27 クラウド上での異ユーザ協調シミュレーション 狙い : 異ユーザ間 ( 具体的には自動車メーカとサプライヤ間 ) でのモデル協調活用 16 年度の推進活動 '16/4~6 月 : 技術フィージビリティ検討 '16/7 月 ~'17/3 月 : 実証実験 (Ph.1) 実証実験 : 仮想 ECUを使ったパワーウィンドウシステムクラウド環境 :wcloud クラウド上での連携 :D-EIPF Co-MBD サプライヤ提供モデル 仮想 ECU ( 含む仮想マイコン ) プラントモデル -C ( 例 : モータモデル ) M 仮想テスト環境 1 クラウド上にサプライヤ提供モデルを準備 ユーザ 1: サプライヤ クラウド上での連携 自動車メーカ提供モデル 仮想テスト環境 2 ユーザ 2: 自動車メーカ プラントモデル -S ( 例 : メカモデル ) クラウド上でのシミュレーションの実行 備考 wcloud (Workshop Cloud) : ものづくりに必要なツール モデル データ 等をクラウド上でオールインワン & ワンストップサービスで利用可能とした統合開発環境 D-EIPF : 複数の制御系 CAD ツールのモデルを同期させて実行するための Co-simulation 機能 Co-MBD : クラウド上での異ユーザ協調シミュレーションの略称として 本 WG にて提唱 27

28 パワーウィンドウシステムを事例とした実証実験 Co-MBD ユーザ 1: サプライヤ ユーザ 2: 自動車メーカ 28

29 パワーウィンドウシステムを事例とした実証実験 実行中の画面 Co-MBD 備考 Simulink 2014a (MathWorks 社 )+No1 システムシミュレータ ( ガイオテクノロジー社 )+D-EIPF( 日産自動車 ) Windows Server bit 版 クラウド : Amazon Web Service 実証実験担当 : 公益財団法人九州先端科学技術研究所 (ISIT) 29

30 まとめ MBD の拡張 : 仮想 ECU 仮想 HILS (vecu vhils) 特長 : 製品と同一のオブジェクトコード ( バイナリコード ) を実行可能 ( OS など基盤ソフトも含めて ) 目標 : 実機レス検証により V 字開発プロセスの右側を短縮 vecu-mbd ワーキンググループ 自動車完成車メーカ 部品メーカー 半導体メーカー ツールメーカー および 研究機関の技術を縦断した国内協調活動 目的 : 仮想 ECU を用いたモデルベース開発 (MBD) の活用の推進 導入支援 : ユーザ向け導入検討支援ガイド モデル調達 & 構築ガイド 実証実験システム : JMAAB 提供のパワーウィンドウシステムを活用 実証実験事例紹介 1 複数 ECU 連動 仮想 CAN バスによる複数 ECU の連動 2 フォールト注入テスト マイコン内部故障 ECU 回路故障 3 クラウド上での異ユーザ協調シミュレーション (Co-MBD) 自動車メーカとサプライヤ間でのモデル協調活用 30

31 参考文献 仮想マイコン応用推進協議会 /vecu-mbd WG 公開資料 JMAAB 公開資料 ISO26262 Road vehicles Functional safety 嶋田 : 自動車制御システムシミュレーションへの仮想マイコンモデル適用に向けた JMAAB/ 仮想マイコン応用推進協議会合同活動の紹介, 第 11 回カーエレクトロニクス研究会, 2012 年 5 月 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 : ; doi: / 嶋田, 吉野, 齋藤 : 仮想 ECU を用いたモデルベース開発の試行 ~vecu-mbd WG 活動事例紹介 ~, 第 13 回カーエレクトロニクス研究会, 2013 年 5 月 宮崎 : 仮想 ECU 活用のためのユーザガイド策定 ~vecu-mbd WG 活動事例紹介 ~, 第 14 回カーエレクトロニクス研究会, 2014 年 1 月 村上 : ついに動き出した wcloud(=workshop Cloud: 工房クラウト ) の全貌 ものづくりニッポン はどう変わる?, 第 14 回カーエレクトロニクス研究会, 2014 年 1 月 宮崎, 阿部 : 仮想 ECU を用いた複数 ECU 連動およびフォールト注入の試行 ~vecu-mbd WG 活動事例紹介 ~~vecu-mbd WG 活動事例紹介 ~, 第 15 回カーエレクトロニクス研究会, 2014 年 7 月 宮崎 : 仮想 ECU を用いたフォールト注入テストの実証事例と活用ポイント ~ 仮想マイコン応用推進協議会 /vecu-mbd WG 活動事例紹介 ~, 自動車機能安全カンファレンス 2015, 2015 年 3 月 中山 : クルマや IoT/ ネットの開発仮想環境でスピードアップ, 日経エレクトロニクス 2015 年 7 月 宮崎 : 仮想 ECU の活用拡大に向けた技術課題と提言 ( 複数 ECU 並列処理 マルチコア )~vecu-mbd WG 活動事例紹介 ~, 第 17 回カーエレクトロニクス研究会, 2015 年 12 月 渡邊 吉松 : 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, オートモティブ ソフトウェア フロンティア 2017, 2017 年 3 月 31

32 ご清聴ありがとうございました 32