HILシミュレーションが重要な理由

現代の組み込みシステムが故障する原因は、単一のコンポーネントの不具合にあることはほとんどありません。その原因は、ソフトウェア、電子機器、通信、センサー、および物理システム間の相互作用が予期せぬ挙動を示すことにあります。HILは、製品が現場に導入される前に、こうした相互作用を明らかにするために存在します。

Avernaは、HILを単独の活動としてではなく、モデルベース開発、ソフトウェア・イン・ザ・ループ(SIL)、ハードウェア・イン・ザ・ループ(HIL)、システム統合、製造試験にまたがる、より広範な検証プロセスの一環として捉えています。 HILシミュレーションは、XIL(MIL、SIL、PILなど)のスペクトルにおいてハードウェア側の端に位置します。つまり、コントローラは静的な入力セットではなく、実稼働中のプラントモデル(場合によっては完全なデジタルツイン)に対して動作します。

「Averna Powered by Spherea」を利用すれば、HiL、リアルタイムシミュレーション、計測、RF、ビジョン、自動化、品質データを1つのバリデーションプログラムに統合することができます。これにより、現実的な動作条件下でシステム全体のバリデーションを行うことが可能となり、プロトタイプのコストを削減しつつ、開発を加速させることができます。

この統合的なアプローチは、ミッションクリティカルなアプリケーションや、次世代の組み込み製品およびコネクテッド製品向けに構築されています。AvernaのHiLソリューションは、以下の点でお客様を支援します:

  • 再現性のある管理された試験を通じて、欠陥をより早期に発見する
  • 物理的に再現することが困難な、まれなまたは危険な動作条件下における挙動を検証する
  • 導入前に安全性と信頼性を確認する
  • 不要なハードウェアや機器を削減する
  • 自動化と再利用可能なテストアーキテクチャによるスケール検証

AvernaのHILテストへの取り組み

Avernaは、シンプルな原則に基づいてハードウェア・イン・ザ・ループ環境を構築しています。それは、製品ライフサイクルの初期段階で開発された検証用資産は、認定段階を経て量産段階に至るまで、その有用性を維持すべきであるというものです。

このアプローチにより、トレーサビリティとテストカバレッジを維持しつつ、開発を加速させることができます。プログラムごとに状況は異なりますが、ほとんどのHiLプロジェクトでは、次のような反復的なプロセスが採用されています:

  1. フェーズ01

    検証目標の定義

    HILプロジェクトはすべて、何を検証すべきかを明確に把握することから始まります。Avernaは、シミュレーションモデルやテストケースの開発に着手する前に、エンジニアリングチームと協力して、重要な要件や最も重要な故障シナリオを洗い出します。 
  2. フェーズ02

    リアルタイムシミュレーション環境の構築

    現実的なシミュレーション環境こそが、結果に意味を与えるものです。Avernaは、システム、そのセンサー、および周囲の環境が、正常時および異常時の両方の条件下でどのように振る舞うかを再現するリアルタイムモデルを開発しています。 
  3. フェーズ03

    物理ハードウェアの統合

    シミュレーション環境の準備が整ったら、物理ハードウェアをHILシステムに接続します。システムは、サブシステムごとに個別にテストするのではなく、システム全体としてテストされます。
  4. フェーズ04

    自動テストキャンペーンの実行

    自動実行により、幅広い動作条件下でのシステムの挙動を評価することができます。再現性のあるテストシーケンスにより、検証の進行を遅らせる手作業の負担を軽減し、隠れた問題点をすべて洗い出すことができます。
  5. フェーズ05

    結果の分析とシステム性能の最適化

    テストデータを検証し、要件を満たしているかを確認するとともに、予期せぬ挙動を洗い出します。そして、この検証から得られた知見は、本番環境への展開前に、ソフトウェアおよび制御戦略に反映されます。

ミッションクリティカルなアプリケーション向けの複雑系検証

ハードウェア・イン・ザ・ループ(HIL)試験は、品質管理プロセスにおいて不可欠な要素であるため、あらゆる業界で実施されています。Avernaは、以下のようなさまざまな市場やユースケースにおいてHILを展開しています。

自動車システム

車両への完全な統合に先立ち、ECU、パワートレイン制御、電子機器、および車両通信ネットワークの検証を行います。HILプラットフォームは、ISO 26262などの機能安全要件に基づく検証をサポートします。

例:エンジンコントローラ、トランスミッションシステム、CANネットワーク

ADASおよび自動運転

再現可能な実世界シナリオの下で、センサーフュージョン、知覚システム、および意思決定アルゴリズムを評価する。

例:レーダー、カメラシステム、LiDARの統合、緊急ブレーキ

EVパワートレイン

バッテリー管理システム、インバータ、充電システム、およびエネルギー管理戦略の検証を行います。FPGAベースのモデルにより、インバータおよびモーター制御の検証に必要な高周波スイッチングを再現します。

例:BMS、モーター制御、充電インフラ

航空宇宙

飛行に不可欠な電子機器、アビオニクス、作動システム、および通信アーキテクチャの検証を行います。Avernaは、DO-178Cなどの航空機用ソフトウェア規格に基づく認証取得を支援します。

例:飛行制御コンピュータ、航空電子機器バス、アクチュエータ制御

防衛

性能低下の状態や意図的に故障を発生させた運用条件下において、指揮統制システム、通信システム、レーダー処理システム、および組み込み電子機器の検証を行う。

例:戦術通信、レーダーシステム、ミッションコンピュータ

電力とエネルギー

オートメーション、パワーエレクトロニクス、電力系統アプリケーション、および産業用機器で使用される制御システムを検証します。Power-HIL構成では、高電圧環境に対応するため回生電源が追加されます。

例:PLC、電力変換装置、マイクログリッド

鉄道システム

線路上での統合に先立ち、現実的な運用シナリオに基づいて列車制御および信号制御の電子機器を評価します。これらのシステムは、EN 50129などの鉄道安全規格に基づく検証をサポートします。

例:列車制御・管理システム(TCMS)、ETCS車載装置、ブレーキ制御電子機器

RF & マイクロ波

再現性のある信号条件下で、RFおよびオーディオアンプのコントローラに対する閉ループHiL検証を実行する。

例:RF増幅器、無線通信システム、レーダー用電子機器、マイクロ波サブシステム

組み込みシステム試験向けAvernaのハードウェア・イン・ザ・ループ・プラットフォーム

Avernaは、Emerson / NI(Avernaは同社のダイヤモンドパートナーです)をはじめとする、最も定評のあるテスト・計測プラットフォーム上でHILシステムを設計しています。これに加え、Avernaは特定の分野向けに最適化された独自のプラットフォームも開発してきました。これらは、大規模なカスタムプログラム内ではすぐに使える構成要素として、また単独でもプロジェクトの出発点として活用されています。
ディテ

DITE – HiL試験プラットフォーム

組み込みシステムおよび制御システムの検証のための、統合型リアルタイムHiLハードウェアプラットフォーム。

  • ネイティブのMATLAB/SimulinkおよびSCADEとの統合により、プラントモデルをリアルタイムで実行します
  • プログラムに合わせて拡張可能な、モジュール式のマルチノードアーキテクチャ
  • ラックマウント型およびポータブル型。航空機搭載用のARINC 600を含む
システムを見る
U-Testモニター

U-TEST – SiLテストプラットフォーム

SiLおよびHiL向けのリアルタイム試験・シミュレーション環境。

  • モデルを実行し、リアルタイムのテストシーケンスを管理する
  • Bridgesのソフトウェア・イン・ザ・ループとハードウェア・イン・ザ・ループを単一の環境で実現
  • サードパーティ製ツールや市販計測機器(COTS)との連携が可能
  • MATLAB/Simulink、FMI 2.0 / 3.0、AmeSim、およびSCADEのモデルを統合します

HILテストの要件について話し合う

現在、プログラムがどの段階にあるか、またどのような検証が必要かをお知らせください。AvernaのHiLテストエンジニアが、お客様のスケジュールやコントローラアーキテクチャに合わせたシステムの範囲設定をお手伝いいたします。

お問い合わせ

AvernaのHILシステムの検証機能

AvernaのHIL機能は、個別に販売されるのではなく、一連のテスト機能を1つのプログラムにまとめたものです。以下の各構成要素は、被試験システムおよびそのシステムが耐えなければならない条件に合わせて組み合わせられ、規模が調整されます。

リアルタイムシミュレーションとシステムモデリング

有意義なHIL結果を得るには、実際の環境と同様に反応するプラントモデルが不可欠です。Avernaのハードウェアおよびソフトウェアテストエンジニアは、LabVIEW、VeriStand、TestStand、MathWorks SimuLink、MATLABなど、これらのプログラムが依存するリアルタイムテストツールチェーン全般にわたって、認定を受けた深い専門知識を有しています。

これにより、被試験デバイス(DUT)が実環境と同様のタイミングで現実的な刺激を受け取る閉ループ環境が実現され、通常は実稼働環境でしか現れない挙動を、実験室で再現・解析することが可能になります。

信号インターフェースおよび故障注入

HILベンチの実用性は、ハードウェアとのインターフェースの現実性に左右されます。Avernaは、各コントローラの電気的特性に合わせて必要な信号調整を行いながら、アナログおよびデジタルI/Oを管理します。

このレイヤーの核心となるのがフォールトインジェクションです。オープン回路、ショート、センサーのドロップアウト、バスエラーなどを必要に応じて発生させ、システムがそれらを検知し、安全に対応できることを検証します。 製品が正常に動作するという証拠だけでなく、どのように故障するかという証拠も得られ、そのデータは間欠的な不具合を根本原因まで追跡する故障解析に活用されます。

自動テストの実行と回帰テスト

重要なシステムが考慮しなければならない数千もの条件に対して、手動による検証では対応しきれない。Avernaはテストシーケンスを自動化し、無人での実行やオンデマンドでの同一内容の繰り返し実行を可能にする。これにより、回帰テストを通じて、新しいソフトウェアビルドが以前のビルドと同様にすべてのテストに合格していることを確認できる。また、要件トレーサビリティにより、各テスト結果を検証対象の仕様書に紐付けることで、プログラム全体を通じてテストカバレッジを可視化できる。

通信プロトコルの対応

HILプラットフォームは、コントローラの言語に対応している必要があります。Avernaのシステムは、組み込みシステムや航空電子機器のアーキテクチャで一般的に使用されるバスと連携しており、このプラットフォームは、プログラムの要件に応じて他のバスにも対応できるよう設計されています。

ドメイン

サポートされているインターフェースの例

自動車

CAN、LIN、自動車用イーサネット、FlexRay

航空宇宙・防衛

ARINC 429、AFDX、MIL-STD-1553

一般

アナログおよびデジタルI/O、イーサネット、OPC UA、MQTT、Modbus


 

ケーススタディ

ADASおよび自動運転向けセンサーフュージョンXILテストプラットフォーム

自動運転車
大手自動車メーカーは、HILシミュレーションを通じてセンサーフュージョンの検証における制御性と再現性を高めるため、Avernaと提携しました。
  • 記録データの再生とシナリオベースのシミュレーションを組み合わせたHILプラットフォームにより、実環境と仮想環境を横断した継続的かつ制御された検証を実現
  • システムレベルで一貫性のある知覚入力を再現するための、リアルタイムのマルチセンサー刺激(レーダー、カメラ、超音波)
  • 車両のECUおよび自動車用ネットワークとのクローズドループ統合により、システムの応答に基づいて試験条件を動的に調整する
Avernaは、ハードウェア・イン・ザ・ループ(HIL)テストのスケーラビリティと再現性を高め、実環境に近い条件で実施できるようにすることで、より迅速かつ予測可能な検証サイクルを実現しました。

HIL試験による検証の迅速化

最も成功している開発プログラムでは、ハードウェアの統合を待ってからシステムの挙動を確認するようなことはしません。開発プロセスの初期段階から検証を組み込んでいます。HILは、製品が現場に導入されるずっと前に、エンジニアが性能評価、故障の注入、要件の検証、設計の改善を行える再現性のある環境を提供することで、これを可能にします。

独自の戦略の構築については、Avernaにご相談ください。