Volkswagen社とAnsysが、新しい自動車ワークフローと電動パワーステアリングの要件に対応

自動車メーカーがシステムの安全性と複雑性を分類して自動ステアリング機能を進化させる上で、エンドツーエンドのモデルベースのツールチェーンは有用です。

まだ実現には至っていませんが、自動運転の自動車、ライドシェア、配送サービスの実現までは、あと少しかもしれません。McKinsey Center for Future Mobilityによると、自動運転は2035年までに3000億～4000億ドルの収益を生み出す可能性があります。これは、自動運転車（AV）開発にすでに投資しているOEMメーカーおよびティアサプライヤーにとっては朗報です。しかし、新しい技術力の獲得や安全性の懸念への対応など、課題もあります。

最先端の電動パワーステアリング（EPS）システムの開発において、Volkswagen社は、急速に変化する自動車の状況と自動運転技術の進化に歩調を合わせることを目指しています。同社は、EPSのパフォーマンスと安全性を迅速に向上させ、要件のしきい値を満たすと同時に、ブランドの特徴である正確で応答性の高いハンドリングを強化するために、Ansysのソフトウェアを使用しています。

Volkswagen社のソフトウェアシステムおよびツールの責任者であるJohannes Grau博士は次のように述べています。「セーフティクリティカルな開発プロジェクトで使用するために開発された専用のソフトウェアは、当社のツールチェーンの価値を高めます。Ansysの製品は、当社の認定基盤で重要な役割を担っています。」

将来を見据えた自動車の専門知識の構築

今日のEPSシステムは、さまざまな状況下でステアリングプロセスを広範に制御する機能を備え、より複雑になっています。その結果、最新の自動車は、車線逸脱防止支援や高速道路でのオートクルーズ機能、パーキングアシスト、無人運転車の自動呼び出しなど、すでに多くの自動化機能を備えています。

未来を見据えた次のステップは、ステアバイワイヤシステム、つまり、電動モータの信号だけで操舵する、物理的な接続がないシステムです。これらのステアリングシステムは、高度に自動化された運転（SAEレベル3+）を可能にし、最終的にはステアリングホイールや人的フォールバックなしの無人制御に進化します。この観点から、考え得るすべてのシナリオで車両制御を維持するフェールオペレーショナルシステムの必要性が示されています。

乗り心地とハンドル操作はステアリングフィールによって大部分が決定されるため、ステアリングシステムの開発はVolkswagen社にとって重要です。ハンドル操作上のばらつきは、多くの場合、車両ソフトウェア上はミリ秒単位のわずかな差となります。そうした一見感知できない差でも、ドライバーは無意識のうちに感じ取ることができるため、性能に関する判断につながることが多くあります。自動運転では、ドライバーからの情報が不足するため、この評価は非常に複雑になります。

現在、Volkswagen社は、Premium Platform Electric（PPE）車両に統合できる高度なモジュール式ステアリングシステムを開発しています。追加のソフトウェアコンポーネントを組み入れることで、カスタマイズ可能なアクティブな感覚を提供できます。特に、ステアリングシステムソフトウェアは、車両モデル固有の挙動を提供しながら、PPEラインナップ全体のパフォーマンスに対する一貫性を維持する必要があります。これにより、ステアリングアシストが突然機能しなくなった場合や意図しないステアリング操作を含む、自動運転機能に関連するリスクが軽減しています。

従来は、自動運転環境でEPS開発を成功させるためには、複数のドメインおよびマルチフィジックスにわたるテストが不可欠でした。システムのハードウェア、ソフトウェア、およびメカニズムをすべて考慮する必要があるためです。75万行のコードを生成する小型でコスト効率の高い電子制御ユニット（ECU）に対して、8,000以上の要件のテスト、妥当性確認、検証を担当する約150人のVolkswagen社のエンジニアにとっては、これは途方もない作業です。

さらに、ソフトウェアシステムコンポーネントを連続して解析するために必要なすべてのテストケースの実行には、24時間以上かかります。時間とコストの両面で競争力を維持するために、Volkswagen社はプロセスと製品の両方の合理化を迅速に進める必要がありました。

「非常に複雑かつ変動性のあるソリューションの適応性を高める必要があります。同時に、コストを抑え、安全性も確保する必要があります」と、AnsysのシニアアプリケーションエンジニアであるSoeren Schreinerは述べています。「安全性の確保は、開発コストの大部分を占める重要な要素です。」

単一のツールチェーンで、ISO 26262 ASIL-DおよびASPICE L2準拠を達成

自動運転技術は、ハードウェアとソフトウェアの組み合わせにより、ドライバーからの情報を不要にします。ハードウェアがデータ収集を実行し、そのデータがシステムソフトウェアによって編成およびコンパイルされます。このデータが、機械学習アルゴリズム、つまり、実際の状況を解釈するようトレーニングされたコード行によって処理されます。

安全性を論証するために、Volkswagen社のエンジニアは、必須の安全基準に従ってシステムソフトウェアを開発したことを明確に証明する必要があります。そのためには、国際標準化機構（ISO）が発行した電気自動車システムまたは電子自動車システムの機能安全に関する国際的に認められた規格であるISO 26262に準拠する必要があります。ASIL-DはISO 26262の要素であり、EPSのような安全関連の電気および電子（E/E）システムの開発を支援するために使用されるフレームワークを確立します。

さらに、Volkswagen社のステアリングシステムは、ASPICE L2の要件に準拠している必要があります。ASPICEは、自動車開発における組込みソフトウェアのベストプラクティスを定義します。レベル2（L2）ではASPICEの規格に、ほぼまたは完全に準拠した製品を確実に提供できることを検証します。

AnsysのSCADE Architect、SCADE Suite、SCADE Test、およびSCADE LifeCycle開発ツールを活用することにより、エンドツーエンドのモデルベースのシステムおよびソフトウェア設計ツールチェーンを作成することができました。この新しいツールチェーンは、非常に複雑で安全に関連するシステムの一環としてISO 26262 ASIL-DおよびASPICE L2安全制約に準拠しながらソフトウェアを効率的に開発および展開する上で、Volkswagen社をサポートします。

Schreinerは次のように述べています。「Volkswagen社と共同で開発したワークフローは、非常に効率的で柔軟性に優れています。このワークフローでは、ソフトウェア設計モデルや機能テストプロジェクトと自動的に同期される複雑なマルチレベルソフトウェアアーキテクチャモデルを指定して維持しながら、要件の完全なトレーサビリティを実現できます。」

さらに、SCADE SuiteおよびSCADE Testは、Volkswagen社がコンプライアンスを達成するために必要なワークフローを削減しました。

Grau氏は次のように述べています。「ソフトウェアツールの認定がツール開発の一部となっているツールを使用することで、当社のツールチェーンの価値を高めることができます。Ansys SCADE Suiteのような認定ツールを使用すれば、安全関連の開発プロセスの中で確認作業を減らすことができます。」

SCADEを活用して課題を解決

SCADEは、Volkswagen社のモデルベースのEPSシステムとソフトウェア設計ツールチェーンを確立する上で中心的な役割を果たしました。SCADEは、自動運転車機能の安全性を高めるために、以下のような独自の機能を備えています。

• 標準に完全に準拠したコード生成、モデルベースのテスト、レポート作成。これにより、Volkswagen社は、モデルレベルでのISO 26262関連のすべての活動（テスト、カバレッジ、レビュー）をソースコードに関して繰り返す必要がありません。エンジニアは、コードに従ったモデルの動作を実証するために通常必要となる連続テストを省略できます。
• AUTOSAR（自動車用オープンシステムアーキテクチャ準拠のソフトウェア生成）。ECUのオープンで標準化されたアーキテクチャを開発して確立し、スケーラビリティを向上させます。この規格は、主にインターフェースを組み合わせるために使用され、異なる企業やティアサプライヤーで構築されたコンポーネントを組み立てて、互いに正常に通信できるようにします。

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Ansysは、OEM向けのセーフティクリティカルなソフトウェア認証プロセスのリスクを回避する最先端のツールを、ISO 26262に準拠したモデルベースの開発ツールチェーンであるAnsys SCADE Suiteで提供しています。

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