セン​サ​フ​ュ​ージ​ョン​を​使用​した​ADAS HIL

概要

昨今​の​自動車​メーカー​は​自律​運転​車​の​開発​に​まい進​し​てい​ます​が、​そこで​ニーズ​が​高​ま​って​いる​の​が​HIL(Hardware-​in-​the loop)​テスト​です。​自律​運転​で​中心​的​な​役割​を​果たす​と​見込​ま​れる​先進​運転​支援​システム​(ADAS)​の​機能​の​検証​に​必要​な​ため​です。​この​ホワイト​ペーパー​では、​セン​サ​フ​ュ​ージ​ョン​の​概念​とともに​ADAS HIL​の​概要​を​説明​し、​初期​段階​の​調査​で​得​られる​主​な​考慮​点​を​紹介​し​て、​アプリケーション​の​実装​に​使用​する​重要​な​システム​レベル​の​要素​を​取り上げ​ます。

コンテンツ

セン​サ​フ​ュ​ージ​ョン​とは

現在、​多く​の​自動車​が、​レーダ、​カメラ、​LIDAR、​超音波​といった​様々​な​センサ​に​基​づ​い​た​複数​の​ADAS​システム​を​搭載​し​てい​ます。​これまで​の​経緯​を​見​て​みる​と、​これらの​センサ​は​それぞれ​が​個々​の​役割​を​果たす​だけ​で、​相互​で​情報​共有​を​行う​こと​は​めったに​ありま​せん。​つまり、​運転​者​が​受け取る​情報​量​は、​使用​する​センサ​の​数​に​比例​する​という​こと​です。​もし​センサデータ​を​十分​収集​し​て、​通信​が​整​え​ば、​スマート​な​アルゴリズム​を​使用​し​て、​自律​システム​の​構築​が​可能​に​なり​ます。

​セン​サ​フ​ュ​ージ​ョン​は、​様々​な​センサ​から​の​情報​を​組み合わせ​て、​周辺​環境​を​より​明確​に​把握​できる​よう​に​する​もの​です。​これ​は、​より​信頼​性​の​高い​安全​機能​と​より​効果​的​な​自律​運転​システム​の​実現​に​必要​と​さ​れる​技術​です。


​図​1. 車​を​取り巻く​環境​の​イメージ

セン​サ​フ​ュ​ージ​ョン​が​使用​さ​れる​の​は​どの​よう​な​場合か

セン​サ​フ​ュ​ージ​ョン​は​あらゆる​タイプ​の​センサ​と​関わる​可能性​を​持​って​い​ます。​典型​的​な​例​が、​フロント​カメラ​と​フロント​レーダ​から​供給​さ​れる​情報​の​統合​です。​可視​スペクトル​内​で​機能​する​カメラ​は、​雨、​濃霧、​強い​日差し、​光​の​ない​状態​といった​状況​において​は​問題​を​生​じ​ます​が、​路面​標識​など、​色​の​認識​において​は​高い​信頼​性​を​発揮​し​ます。​レーダ​は、​たとえ​低​分解能​で​あっ​て​も、​距離​の​検知​に​は​有用​で、​環境​条件​に​影響​さ​れる​こと​は​ありま​せん。


​フロント​カメラ​および​レーダ​の​セン​サ​フ​ュ​ージ​ョン​を​使用​する​典型​的​な​ADAS​機能​は​次​の​とおり​です。

​•​アダプティブ・​クルーズ・​コントロール​(ACC)​—​この​車両​用​クルーズ・​コントロール・​システム​は​交通​状況​に​合わせ​て​車速​を​調節​し​ます。​前​走​車​と​の​距離​が​安全​しき​い​値​を​下回る​と、​速度​を​落とし​ます。​道路​の​見​渡し​が​良く、​前​走​車​と​の​距離​が​条件​を​満​た​し​て​いる​場合、​ACC​は設定速度まで車両を加速させます。

​• 自律​緊急​ブレーキ​(AEB)​—​これ​は​ブレーキ​システム​の​制御​技術​です。​特定​の​衝突​が​生​じ​た​場合​に​速度​を​落とし​たり、​そう​で​ない​場合​は​危機​的​状況​において​運転​者​へ​警告​を​発​した​り​し​ます。

ADAS HIL Test Environment Suite(AHTES)

複合​システム​を​検証​する​場合、​センサ​に​効果​的​に​刺激​信号​を​与​えて、​実​世界​の​条件下​で​の​車両​の​挙動​を​検証​する​適切​な​テスト​環境​を​セットアップ​する​必要​が​あり​ます。

Altran Italia​社​は、​NI​の​技術​に​基​づ​い​た​画期的​な​レーダ​ターゲット​シミュレータ​と​3D​バーチャル​ロード​シナリオ​を​HILS​システム​に​統合​し​て、​シナリオ​ベース​の​テスト​装置​を​製作​しま​した。​この​テスト​装置​では、​カメラとレーダのデータを完全に同期させて、​セン​サ​フ​ュ​ージ​ョン​アルゴリズム​を​検証​し​ます。

図​2. ALTRAN-​NI ADAS HIL​テスト​ソリ​ュ​ー​ション

3D​シナリオ​は、​Unity Technologies​社​の​クロス​プラットフォーム​ゲーム​エンジン​で​ある​Unity 3D​グラフィック​エンジン​に​基​づ​い​てい​ます。​また、​構成​可能​で​ある​ため、​レーン​の​数、​照明​条件、​トラック​タイプ​など​の​パラメータ​を​カスタマイズ​でき​ます。​これ​以外​に​も​様々​な​グラフィック​モデル​環境​が​あり、​IPG Carmaker​や​TASS PreScan​など​が​同様​に​使用​でき​ます。

この​グラフィック​エンジン​は、​車両​の​フロントガラス​に​設置​さ​れ​た​カメラ​を​視点​と​した​光景​を​再現​し​ます。​この​光景​は、​地上​から​の​高​さ​と​カメラ​の​視界​に​基​づ​い​て​変更​する​こと​が​でき​ます。​また、​別​の​車両​など、​障害​物​を​規定​速度​で​カメラ​から​一定​の​位置​に​出現​させる​こと​も​でき​ます。

図​3. Unity​グラフィック​エンジン​の​シナリオ

車両​を​制御​する​ため、​この​グラフィック​エンジン​は​ブレーキ​ペダル​および​スロットル​の​位置​を​ステアリング​角​とともに​受信​し​ます。​PXI​システム​では、​ハンドル​と​ペダル​から​の​信号​の​ほかに、​この​データ​を​収集​し​ます​(Logitech G29)。​ダイナミック​車両​モデル​は、​グラフィックエンジン内で統合され、​大変​自由​に​構成​でき​ます。

図​4. 標準​操作

選択​した​障害​物​シナリオ​(上記​の​サンプル​を​スタート​ポイント​として​使用)​によって、​グラフィック​エンジン​は、​車両​速度​と​VRTS​に​必要​な​情報​を​出力​し​て、​RF​信号​を​作成​し​ます。​全て​の​入力/​出力​情報​は​PXI​によって専用プロトコルを介して交換され、​必要​に​応​じ​て​変更​でき​ます。

レーダ​ターゲット​の​シナリオ​ジ​ェ​ネ​レ​ータ​から​の​情報​(距離、​レーダ​断面、​到来​角、​速度)​を​取得​する​の​に、​この​セットアップ​では、​PXI-8512/2​を​使用​した​CAN​通信​が​使用​さ​れ​ま​した。​PXI-8512/2​は、​PXI​システム​用​の​2​ポート​高速​CAN/​CAN-​FD​インタフェース​で、​CAN​バス​フレーム​を​1 Mb/​秒​で​送受信​でき​ます。 ​この​情報​が​障害​物​ジェネレータ​に​送信​さ​れる​の​は、​ターゲット​に関する​情報​が​連続​した​読み取り​の​間​に​変更​さ​れ​た​場合​のみ​です。

また、​PXI​は、​障害​物​シミュレータ​に​データ​を​送信​し、​ペダル​および​ハンドル​の​信号​を​収集​する​ほか、​プライベート​車両​ネットワーク​上​で​レーダ​および​カメラ​と​の​間​で​やり取り​さ​れる​CAN​メッセージ​を​エミュレート​し​ます。

CAN​メッセージ​は​3D​バーチャル​シナリオ​と​RF​ターゲット​ジ​ェ​ネ​レ​ータ​と​同期​し​て、​最新​カメラ​および​レーダ​の​データ​の​検証​に​適​した​環境​を​作り​出し​ます。

コンポーネント​レベル​の​概要

次に​示し​た​の​は、​各​システム​コンポーネント​および​通信​接続/​バス​の​簡単​な​説明​です。

​• レーダ​エンジン​制御​ユニット​(ECU)​—​レーダセンサ​の​主​な​タスク​は、​障害​物​を​検知​し、​その​速度​と​位置​を​レーダ​を​装備​した​ホスト​車両​と​の​関係​において​計測​する​こと​です。​この​レーダセンサ​は、​マルチ​モー​ダル​な​モノ​スタティック​レーダ​で、​6​個​の​固定​レーダ​アンテナ​で​76 GHz​の​周波数​帯域​を​使用​し​ます。​この​センサ​では​約​250​メートル​地点​の​他​車両​を​検知​でき​ます。​また、​加熱​レンズ​を​装備​し​て​いる​ため、​雪​や​氷​といった​悪天候​下​で​あっ​て​も、​センサ​は​フル​活用​でき​ます。​対象​物​の​相対​速度​は​ドップラー​効果​(反射​信号​と​送信​信号​間​の​周波数​の​変化)​を​使​って​計測​し、​対象​物​まで​の​距離​は​時間​差​によって​決定​でき​ます。
​ECU​は​カメラ​から​の​情報​を​使​って​セン​サ​フ​ュ​ージ​ョン​を​操作​し、​ACC​や​AEB​など​の​機能​を​管理​し​ます。

• カメラ​ECU​—​周辺​環境​の​画像​を​収集​し、​車線​境界​線​や​その他​の​対象​物​から​の​距離​など、​複数​の​情報​を​供給​し​ます。​この​情報​は​レーダ​ECU​へ送信され、​セン​サ​フ​ュ​ージ​ョン​に​使用​さ​れ​ます​が、​情報​が​道路​標識​や​車線​維持​など​の​場合​は​カメラ​ECU​が​単体​で​機能​し​ます。​この​場合、​車両​CAN​上​で​CAN​メッセージ​を​送信​し​ます。

• ビデオ​シナリオ​生成​—​CAN​通信​経由​で​PXI-8512/2​から​の​入力​を​受信​し、​シミュレート​した​環境​に関する​情報​を​送信​する​車両​システム​を​搭載​した​シミュレータ​です。​距離、​レーダ​断面​(RCS)、​到来​角、​速度といったレーダデータがシミュレーション中に生成され、​ビデオ​シナリオ​に​基​づ​い​て​リアルタイム​に​計算​さ​れ​ます。​2​つめ​の​画面​の​制御​パネル​を​使用​し​て、​PXI-8521/2​と​の​接続​を​操作​した​り、​気象​条件​を​変更​した​り、​レーダ​位置​を​調節​した​り、​速度​と​距離​を​定義​した​新しい​車両​を​生成​した​り​する​こと​が​でき​ます。

図​5. 車両​通信​の​エミュレーション

この​シミュレータ​は、​Unity Technologies​社​の​クロス​プラットフォーム​ゲーム​エンジン​で​ある​Unity 3D​グラフィック​エンジン​を​使​って​開発​さ​れ​ま​した。​モジュール​式​アプローチ​を​使​っ​た​ビデオ​シナリオ​では、​あらゆる​他社​製​プラットフォーム、​プラグ​イン、​前​出​の​画像​で​示し​た​Logitech G29​の​よう​な​デバイス​など​を​簡単​に​統合​でき​ます。

図​6. ADAS HIL​テスト​環境

レーダ​ターゲット​シミュレータ​は、​テスト/​計測​用​HIL​システム​で​使用​さ​れ​ます。​NI​システム​が​持つ​柔軟性、​モジュール​性、​拡張​性​によって、​レーダ​設計/​テスト​アプリケーション​用​の​総合​的​HIL​テスト​装置​の​一部​として​他の​I/​O​を​簡単​に​統合​できる​うえ、​ターゲット​エミュレーション​と​レーダ​デバイス​計測​の​両方​に​同じ​システム​を​使える​よう​に​なる​ため、​デバイス​および​システム​テスト​の​コスト​を​削減​する​こと​が​でき​ます。

​この​システム​では​次​の​よう​な​こと​が​でき​ます。

​• RF​計測​による​センサ​の​性能​検証
​• 信号​解析:​等価​等​方​放射​電力​(EIRP)、​ノイズ、​ビーム​幅、​周波数
​• チップ​解析:​線形​性、​オーバー​シュート、​記録、​タギング
​• レーダ​ターゲット​シミュレータ​による​センサ​の​機能​検証
​• 単一​および​複数​の​ターゲット
​• 固定​および​可変​距離
​• 複数​の​対象​物​シナリオ​(距離、​速度、​サイズ、​到来​角)
​• カスタマイズ​可能​な​ターゲット​シナリオ

図​7. 2​ターゲット、​1​角度​の​システム​アーキテクチャ

図​7​では、​1​台​の​PXIe-5840​ベクトル​信号​トランシーバ​と​1​台​の​ミリ​波​ヘッド​を​使​っ​た​セットアップ​で、​同じ​到来​角​の​ターゲット​を​2​つ​生成​でき​ます。​PXI​プラットフォーム​の​柔軟性​の​おかげ​で、​この​システム​は​簡単​に​拡張​し、​複数​の​到来​角​で​複数​ターゲット​を​網羅​する​こと​が​でき​ます。​図​8​は、​4​台​の​PXIe-5840​デバイス​と​4​台​の​ミリ​波​ヘッド​と​使​っ​た​構成​で、​4​つ​の​到来​角​で​最大​8​つ​の​異なる​ターゲット​を​シミュレート​でき​ます。

図​8. 8​ターゲット、​4​角度​の​システム​アーキテクチャ

レーダ​ターゲット​シミュレータ​シャー​シ​は、​標準​の​自動車​バス​通信​(CAN​または​LIN)​や、​HIL​システム​に​必要​な​その他​の​タイプ​の​工業​用​通信​モジュール​と​組み合わせる​こと​が​でき​ます。​この​ソリューション​の​モジュール​性​によって、​自動車​メーカー​は​複数​の​到来​角​を​扱う​こと​が​できる​ため、​複合​的​な​実​世界​の​シナリオ​を​テスト​する​こと​が​でき​ます。​新車​アセスメント​プログラム​(NCAP)​の​ガイドライン​によって​提供​さ​れる​標準​操作​は、​自動的​に​テスト​できる​ため、​テスト​時間​および​労力​を​削減​でき​ます。

まとめ

Altran​社​は、​レーダ​や​カメラ​など、​スタンドアロン​または​統合​し​て​機能​する​システム​による​実験​室​検証​を​実行​できる​という​こと​を​証明​しま​した。

​どちら​の​コンポーネント​も​安全​性​の​実現​に​は​不可欠​で​ある​ため、​自動車​テスト​を​実施​する​前​に​実験​室​で​テスト​できる​こと​が​重要​な​ステップ​となり​ます。

​この​手法​による​検証​に​は、​次​の​よう​な​メリット​が​あり​ます。

​• 自動車が利用可能になる前の段階で検証を予測できれば、​是正​措置​を​取る​こと​が​できる​ので、​手遅れ​を​回避​でき​ます。
​• 自動車​が​完成​する​前​に​テスト​を​開始​できる​ため、​全体​の​開発​時間​が​大幅​に​削減​でき​ます。
​• 毎日​24​時間​稼動​できる​システム​が​ある​こと​で、​開発​コスト​が​削減​さ​れ​ます。
​• 組み立て​済み​自動車​を​使用​する​場合​と​比較​し​て、​非​回帰​テスト​の​実施​に​かかる​時間​が​大幅​に​短縮​でき、​コスト​を​最小限​に​抑える​こと​が​でき​ます。

​ADAS HIL Test Environment Suite​は、​NI​の​ソフトウェア​および​ハードウェア​に​基​づ​い​て、​Altran​社​によって​検証​を​行う​目的​で​製作​さ​れ​ま​した​が、​その​用途​は​この​範囲​に​限定​さ​れる​もの​では​ありま​せん。​実際、​ECU​を​校正​し​て​自動車​テスト​の​パラメータ​を​見つける​ため​に​使用​する​こと​が​でき​ます。

ADAS​は、​NI​の​SLSC(スイッチ/​負荷/​信号​調節)​ハードウェア​など、​その他​の​NI​の​HIL​向け​ハードウェア​製品​と​統合​し​て、​信号​の​標準化​および​ルーティング、​負荷​切り替え、​および​信号​調節​を​実行​でき​ます。​VeriStand​リアルタイムテストソフトウェアを使用すれば、​各​コンポーネント​は、​リアルタイム​HIL​システム​と​やり取り​できる​フレーム​ワーク​に​統合​する​こと​が​でき​ます。

図​9. SLSC​を​HIL​システム​に​統合​する​方法

また、​NI​は、​イン​フ​ォ​テイ​ン​メン​ト​テスト、​バッテリ​管理​システム​テスト、​車​車間​(VX2)​通信、​車両​の​騒音/​振動​解析​など、​コネ​ク​テッド​カー​や​高度​な​自動車​技術​の​分野​を​リード​する​パートナー​企業​で​構成​さ​れ​た​エコ​システム​を​活用​し​て​プラットフォーム​を​拡張​しま​した。

図​10. コネ​ク​テッド​カー​の​VX2、​LIDAR、​GNSS

執筆者

Mario Amoruso(ナショナル​イン​ス​ツル​メンツ)
​Stefano Caiola(ナショナル​イン​ス​ツル​メンツ)
​Davide Palandella(ナショナル​イン​ス​ツル​メンツ)
​Giuseppe Doronzo​氏​(Altran Italia​社)
​Marino Difino​氏​(Altran Italia​社)

関連​リンク

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Altran Group

SLSC​アーキテクチャ​を​使用​し​て、​追加​要素​を​テスト​システム​の​信号​パス​に​追加​する​(英語)

Altran​社​について

エンジニアリング​および​研究​開発​(ER&D)​サービス​の​グローバル​リーダー​で​ある​Altran​社​は、​未来​に​向け​た​製品/​サービス​を​開発​する​こと​で、​クライアント​に​新しい​革新​の​手段​を​提供​し​てい​ます。​コンセプト​から​工業​化​まで、​プロジェクト​の​バリュー​チェーン​の​全て​の​工程​において​クライアント​とともに​取り組み​ます。

​同社​グループ​は​30​年​以上​にわたり、​特に​航空​宇宙、​自動車、​防衛、​金融、​ライフ​サイエンス、​鉄道、​電気​通信​といった​セクタ​における​キー​プレーヤー​に​専門​技術​を​提供​してき​ま​した。

​2016​年、​同社​グループ​は​2​兆​1,200​億​ユーロ​の​収益​を​挙​げ​ま​した。​3​万人​以上​の​従業​員​を​擁​し、​20​ヶ国​以上​で​ビジネス​を​展開​し​てい​ます。

​同社​は​1996​年にイタリアで創業され、​現在​の​従業​員数​は​約​2,800​名​です。​ローマ​に​本社​を​置​き、​ほぼ​イタリア​全域​(ジェノバ、​トリノ、​ミラノ、​トリエステ、​ヴェローナ、​パドア、​ボローニャ、​モデナ、​ピサ、​フィレンツェ、​ナポリ、​ポミリアノダルコ、​ブリンディジ)​を​網羅​し​てい​ます。​2015​年​の​売り上げ​は​2​億​800​万​ユーロ​で​した。
​altran.com
altran.it

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NI(ni.com)​は​技術​者​および​研究者​を​対象​に​モジュール​式​ハードウェア​および​巨大​な​エコ​システム​を​組み​込​ん​だ​ソフトウェア​中心​の​プラットフォーム​を​提供​し​ます。​実績​の​ある​この​アプローチ​によって、​テスト/​計測/​制御​における​システム​設計​を​加速​する​ため​に​必要​な​もの​が​明確​に​定義​でき​ます。​NI​の​ソリューション​は、​十分​に​要件​を​満​た​し、​す​ば​やく​変化​に​対応​し​て、​最終​的​に​は​社会​全体​を​向上​させる​よう​な​高性能​システム​の​構築​を​サポート​し​ます。