ソフトウェア定義型車両

ソフトウェア定義型車両は、従来の車両のあり方を見直した最先端の車両コンセプトであり、ソフトウェアを駆使した制御と適応可能性を重視しています。高度なコンピューティング・システムを活用して、パワートレインやサスペンション、安全機能といった重要な車両機能を管理およびカスタマイズします。車内外のソフトウェアで制御を一元化することで、自動車メーカーはこれまでにない柔軟性を手にして、車両の機能やパフォーマンスをリモートでアップデート、最適化、個人仕様にカスタマイズできるため、ユーザー・エクスペリエンスが高まり、車両の寿命も長くなります。ソフトウェア定義型車両は、人工知能 (AI) やコネクティビティ、自律機能といった新たな技術をシームレスに統合できます。

自動車メーカーは、ソフトウェア定義型車両 (SDV) に目を向け始めています。自社製品を差別化し、リモート診断やアップデートによって運用効率を向上し、この先も急速な技術進歩を車両に取り入れ続けられるからです。SDVの開発を成功させるには、アーキテクチャに関するさまざまな意思決定を早い段階で行い、ソフトウェアだけでなく、ハードウェアへの影響、センサーやアクチュエーターとの各種インターフェースについて考慮する必要があります。また、車両を長期にわたってリモート・メンテナンスおよびアップグレードできるような拡張性も考慮する必要があります。

AUTOSAR (AUTomotive Open System ARchitecture) は、自動車関連の企業や団体による世界的な開発パートナーシップです。AUTOSAR開発パートナーシップの主な目標は、基本的なシステム機能と機能インターフェースを標準化することで、車載ソフトウェア・プラットフォーム向けの代表的なソリューションを提供することです。AUTOSARは、組み込みアプリケーション・ソフトウェアの効率的な開発を可能にし、基本的な自動車機能に関わるタスクを自動車システム開発のなかで支えます。Siemens Xceleratorポートフォリオの一部であるCapital® Embedded AR Classic™は、AUTOSAR規格に準拠した製品を開発するためのソフトウェアの一例です。ECU extractのアップデートからソフトウェア・プラットフォーム構成まで、電子制御ユニット (ECU) プラットフォームのあらゆるニーズを満たすツールとソフトウェアを揃えた包括的なソリューションです。

自動車のソフトウェア統合テストで重要なことは、各ソフトウェア・コンポーネントを車両全体のシステムとして統合したときに、意図したとおりに相互に連携し、機能することを実証できることです。さまざまなサブシステム間のシームレスな通信と相互運用性を確認する必要があります。最も効率的なソフトウェア統合テストは、シミュレーション・ツールと仮想環境を使用したテストです。実際の運転シナリオをシミュレーションし、統合したソフトウェアの挙動をさまざまな条件下でテストできることが重要です。仮想環境でテストすることにより、物理的なプロトタイプを作らずに包括的なテストが可能になります。最終的に、ソフトウェアの統合が完了した後、実際の環境で車両に対して広範なフィールド・テストを行い、パフォーマンス、信頼性、ユーザー・エクスペリエンスを検証する必要があります。フィールド・テスト実施中に収集したデータは、クローズドループ・システムによって開発にフィードバックし、問題の特定や改善に活用します。シーメンスは以下のように、自動車業界に特化した実績あるCapitalポートフォリオのテスト・ソリューションを提供しています。

• Capital Embedded Integrator AR Classicは、AUTOSARミドルウェア・コンポーネントの完全な構成を実現するための強力なソリューションです。
• Capital Embedded Virtualizer AR Classicは、ECUのシミュレーションを実行し、独自の非侵入的トレースでソフトウェア・テストを制御して、詳細な解析を行います。
• Capital Embedded AR Classicは、シーメンスが実装したAUTOSAR Classicプラットフォームです。
• Capital Network Designerは、CAN、CAN FD、LIN、FlexRay、イーサネット (SOME/IP、TCP、UDP、DoIP、DDS) など、標準プロトコルを用いたソフトウェア通信を設計し、規格に準拠するように検証・妥当性確認するのに役立ちます。

車両に統合されたソフトウェアが正しく機能し、性能基準を満たし、安全規制に準拠していることを確かめるためにも、検証と妥当性確認は、ソフトウェア定義型車両のエンジニアリングにおいて非常に重要です。検証によって、ソフトウェアが仕様や設計要件にしたがって開発されているかを確認できるとともに、妥当性確認によって、ソフトウェアがユーザーのニーズを満たし、実際の環境で確実に動作することを実証できます。検証と妥当性確認が不十分だったり遅れたりすると、ソフトウェアの不具合や安全上の問題、コンプライアンスの問題につながり、リコールやブランドの評判失墜につながりかねません。

シーメンスは、協調シミュレーションのシナリオのなかに、実際に即したシステムモデルを取り入れることで、検証と妥当性確認を後押しし、電気アーキテクチャとネットワーク・アーキテクチャを考慮しながら初期のソフトウェア・アーキテクチャの妥当性を確認できるようにしています。各エンジニアリング領域の関係者とともに継続的に評価できるようにすることで、領域ごとの個別エンジニアリング作業に移る前に、重量、コスト、消費電力といったさまざまな要件をバランスよく満たすことができます。その後、各領域で、仮想環境を使ったシミュレーションを実施して、機能インターフェースの検証、さまざまなオプションの生成、要件の検証、サイバーセキュリティの確保、ハードウェアとソフトウェアの決定事項の評価などを行います。

ソフトウェアの実装段階では、シーメンスのソリューションで検証・妥当性確認済みのECU Extractを生成することで、構成済みECUの基本ソフトウェアにアプリケーション・ソフトウェアを容易に統合することがます。これによりエンジニアは、仮想化したECUと実際のネットワーク通信データを使って、アプリケーション・ソフトウェアの実行をリアルタイムでテストすることができます。その結果、複雑なソフトウェアをより迅速に開発し、高品質の製品を顧客に提供することができます。

今日、路上を走行している準高級車または高級車では、1億行を超えるコードが絶えず実行されていると推測されます。この複雑な環境で、申し分のない運転体験を可能にするには、数百ものコンピューティング・ユニットがリアルタイムで完璧に処理し続ける必要があります。近年、自動車メーカーは、車載ハードウェアを実行するためのソフトウェアを最適化するとともに、人工知能 (AI) などの技術をソフトウェアと併用することで製品を差別化しようと尽力しています。このようなアプローチで開発する車両をソフトウェア定義型車両と呼んでいます。ソフトウェア定義型車両では、車両の設計、生産、サービスにおけるソフトウェアの果たす役割が急速に高まっており、車両はユーザーの貴重なデータを収集するエッジ・デバイスとしての役割も果たしています。ソフトウェア定義型車両と従来の車両の主な違いは次のとおりです。

• 制御: ソフトウェア定義型車両では、制御は主にソフトウェア・システムを通じて行われますが、従来の自動車では、制御はレバーやケーブル、油圧装置といった物理的なコンポーネントを使って、主に機械的に行われます。
• 適応性: ソフトウェア定義型車両は、ソフトウェアのアップデートを通じてリモートで簡単に機能を適応させることができるため、ユーザーに柔軟性やカスタマイズのオプションを提供できます。従来の車両にはこの適応性が欠けており、アップデートするには通常、物理的な変更が必要です。
• 最新技術の統合: ソフトウェア定義型車両は、人工知能 (AI)、コネクティビティ、自律機能などの最新技術をシームレスに統合できます。従来の車両は、大幅な改修をしない限り、こうした高度な機能を組み込むためのインフラや互換性を備えていません。
• 製品寿命の長さとメンテナンス: ソフトウェア定義型車両は、ソフトウェアを使って機能を向上できるため、従来の車両に比べて製品寿命が長くなり、メンテナンスの頻度も少なくなる傾向があります。リモートで診断やアップデートが可能なため、問題に迅速かつ効率的に対処できます。一方、従来の車両は物理的にメンテナンスや修理を行う必要があります。

自動車メーカーにとって、ソフトウェア定義型車両には次のようなメリットがあります。

• 差別化と競争力: 自動車メーカーは、ソフトウェア定義型車両の高度なソフトウェア・システムによって独自の機能や性能を実現し、競争の激しい市場で自社製品を差別化することができます。その結果、顧客を引き付け、業界における競争力を維持することができます。
• 開発効率: 従来の車両に比べて、ソフトウェア定義型車両の開発と生産は効率的です。ソフトウェアのアップデートやバグの修正、最適化をリモートで実施できるため、車両に物理的な変更を加える必要がないからです。この合理化したプロセスによって、自動車メーカーは開発時間とコストを削減できます。
• 継続的な収益源: ソフトウェア定義型車両によって、自動車メーカーはサブスクリプションベースのサービスやプレミアム機能を提供できるようになるため、自動車販売後も定期的な収益を得ることができます。その結果、自動車メーカーの収益性と長期的な持続可能性を向上させます。
• 継続的な改善: ソフトウェア定義型車両は、車両のパフォーマンスやユーザーの行動、運転パターンに関する膨大な量のデータを生成します。自動車メーカーはこのデータを活用して、ユーザーの好みを把握し、製品開発を改善するとともに、サードパーティ企業と連携しながらデータを活用して収益化することができます。

ドライバーや乗員にとって、ソフトウェア定義型車両には次のようなメリットがあります。

• 柔軟性とパーソナル化: ソフトウェア定義型車両では、ユーザーはこれまでになく柔軟に、ソフトウェアをアップデートすることで運転体験をカスタマイズし、パーソナル化することができます。パフォーマンス、快適性、安全性の設定をリモートで調整できるため、車両全体の満足度が高まります。
• 安全性と利便性: ソフトウェア定義型車両には、衝突回避システム、アダプティブ・クルーズ・コントロール、自動運転機能など、ソフトウェアによって実現する高度な安全機能が数多く搭載されています。こうした機能が、路上の安全性を大幅に高め、ドライバーの利便性を強化します。
• 製品寿命と再販価値の向上: 無線によるOTA (Over The Air) ソフトウェア・アップデート機能により、ソフトウェア定義型車両は絶えず最新の技術を取り入れ、パフォーマンスを最適化することができるため、車両の寿命を延ばし、再販価値を高めることができます。すぐに時代遅れになってしまう従来の車両とは異なります。
• リアルタイムの診断とメンテナンス: ソフトウェア定義型車両では、車両システムのリアルタイムの診断とリモート監視によって、自動車メーカーが潜在的な問題を事前に特定し、悪化する前に対処します。この先を見越したメンテナンス・アプローチによってダウンタイムが削減し、ユーザーの修理コストを削減できるため、安心感とスムーズな利用体験をもたらします。