No.35（2018）

マツダ技報

HILSを活用した電装品評価システムの技術構築
Development of Electrical Component Evaluation SystemUsing HILS

11

岡田英之＊1

Hideyuki Okada

要

橘高徳昭＊2

Noriaki Kittaka

谷口雅也＊3

Masaya Taniguchi

約

急速に複雑化・高度化を続ける車載電装品の開発に対応すべく，Hardware In the Loop Simulation(HILS)の技術をベースにロボットや音声合成や画像処理を活用した電装品評価システムを構築した。これにより電装品の評価工数90％減を初めとするさまざまな成果につながったため，本評価システムの概要及び特徴を紹介する。

Summary
In order to support the development of automotive electrical equipment, which continues to become
increasingly complex and sophisticated, we developed an electrical equipment evaluation system thatutilizes robots, voice synthesis and image processing technologies based on the Hardware In the Loop
Simulation (HILS) technique. This system has reduced man-hours required for evaluations of electricalcomponents by 90%. In this article, we introduce the outline and characteristics of the newly-developed
evaluation system.

1.

築され，大幅な評価工数削減効果と対象電装品の品質向はじめに上に寄与できたため，その機能と特徴について紹介する。

従来の車載電装品はお客様の快適性を実現する手段と2.

してさまざまな進化を遂げてきたが，近年マツダコネク

システム構成トを初めとするエンターテインメント装備や自動ブレー

2.1 プラットフォーム

キや各種警告機能などの安全装備が車載されてきており，車載電装品の制御ユニットはスターター・パワーシー

またそれらの制御ユニットは通信によってお互いに協調

トなどの大電力モーターによる電源変動環境や，小型モ制御する仕組みとなった。その結果プログラムは急激にーターやソレノイドによる比較的高周波で高電圧な電気複雑化するとともに，それらの良し悪しを判断する評価的なノイズ環境においても誤作動なく確実に動作しなけ項目や評価条件は指数関数的に肥大化した。一方，競争ればならない。またそれらの電気的な環境下での評価は，力維持のために開発期間の短期化や評価工数の削減要求

単なるOK・NGの判定ではなく，OKの余裕度，すなわも高まっている。

ちロバスト性を考慮した評価でなくてはならない。マツ

試作車や試作品をベースに人的工数に依存するこれま

ダではこれらの電気的な環境を再現し，ロバスト性評価での評価方法の延長では，遠くない将来に電装品開発がを実現するツールESPER**2を2007年にソフトウェアを破綻することを予測したマツダでは，十数年前よりそれ含め独自開発した。

らの解決策としてMBD(Model Based Development)**1

電装品評価システム構想段階において，前述のESPERを推進してきた。更に約6年前からMBDの検証ツールと機能によるロバスト性評価を限りなく自動化することと，して，HILS技術を基にロバスト性評価と自動評価に主眼

更に前例のない新機能の構築を目指した結果，ESPER開を置いた電装品評価システムの構築をスタートした。以発時と同様にソフトウェアを自社開発することを決定し降，年ごとにシステムの拡張や機能の向上に取り組んだ

た。

結果，電装品開発の主軸として活用できるシステムが構

それらを効率良く構築するため，プラットフォームの1～3 電子性能開発部
Electrical & Electronics Performance Development Dept.

＊－61－**1 MBD
CAEツールを利用し，制御システムをモデル化する開発手法**2 ESPER (Electronics System with Perfect Robustness)
電気的ノイズ印可によるロバスト性評価ツール
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共通化を考慮した結果，National Instruments社製の各の操作が可能となり，人間の操作に比較しばらつきが少種入出力ボード群と，高速演算処理用FPGAを組み合わなく再現性の高いシステムとなった（Fig. 2）。

せたハードウェアプラットフォームを選択するとともに，グラフィカルインターフェイスプログラム言語である

3.2 画像処理による自動判定システム

LabVIEWをソフトウェアプラットフォームに選定した。

電装品評価の自動化を実現する上で重要なポイントの一つがOK・NGの自動判定といえる。効率的な評価シス

2.2 システム構成

テムとするため，評価中に動画撮影しながらリアルタイ

National Instruments社製のHILSエンジンを中心に，ムで画像解析し，直ちに合否判定が行えるシステムを構築した（Fig. 3）。

以下の機能システム群によって構成した（Fig. 1）。
①産業用ロボットによる電装品自動操作システム②画像処理による自動判定システム③音声合成システム④GPSシミュレートシステム⑤ノイズシミュレートシステム⑥小型ロボットによるカーナビ評価システム⑦Bluetooth®評価システム⑧仮想電装品エミュレートシステム⑨電源変動エミュレートシステムESPER

Fig. 3 Automatic Judgment System⑩ファジングツールシステム

3.3 音声合成システム
カーナビを始め近年の電装品は，スイッチ操作のみならず音声で動作するシステムが採用されている。これらの評価の自動化に先立って，発音のメカニズムのからくりを解明した。それにより性別・年齢・方言・イントネーション・滑舌を段階的に変化させることで車載電装品の音声認識機能において評価の数値化が実現した（Fig.
4）。
Fig. 1 System Configuration

3.

機能と特徴

3.1 産業用ロボットによる電装品自動操作システム
電装品評価には各種スイッチ類の操作が必要となるため，自動化の観点からその操作には産業用ロボットと，三本指のロボットハンドを採用した。押す・引く・回す

Fig. 4 Speech Synthesis System
3.4

GPSシミュレートシステム

カーナビの重要な機能の一つであるGPS性能を評価するため以下のシステムを構築した（Fig. 5，Fig. 6）。
①8衛星電波を同時発信するGPSシミュレート機能②ビル影や樹木等による電波の減衰再現機能③海面やビル反射を再現するマルチパス送信機能
Fig. 2 Electrical Component Operation Robot－62－No.35（2018）マツダ技報

Fig. 8 Small Robot System

Fig. 5 GPS Simulation System (Japan)

3.7 Bluetooth®評価システム
エンターテインメントシステムに接続した携帯やスマホを連携させて自動評価する際に問題が発生した場合，その真の原因を探るべく導入したのが本システムである。
例えばスマホの音楽ファイルをマツダコネクトで再生する機能の自動評価中に音切れが発生した際，音切れの原因を特定するには，本システムでBluetooth®の電波そのものをアナライズすることで解決する（Fig. 9）。
Fig. 6 GPS Simulation System (All countries)
3.5 ノイズシミュレートシステム
8チャンネルのノイズシミュレータをシステムに組み込むことにより，±150Vサンプリングタイム5μ秒までのさまざまな電気的ノイズ評価が行えるシステムとした（Fig. 7）。

®
Fig. 9 Bluetooth Evaluation System

3.8 仮想電装品エミュレートシステム
前述のとおり昨今の電装品は別の電装品と通信し連携しながら動作する機能となっている。以前は評価対象の電装品以外も用意し接続する必要があった。本機能はこれら関連する別電装品をエミュレートする機能であるが，Fig. 7 Noise Simulation System

従来のHILSシステム標準のものではなく，より実態に近いリアルな電装品をエミュレートする（Fig. 10，11）。

3.6 小型ロボットによるカーナビ評価システム
タッチパネルの操作には二本指のロボットハンドを装備した小型ロボットを採用した。これによりカーエンターテインメントディスプレイやそれに接続するスマホのパン・フリック・スワイプ操作が可能となった（Fig.
8）。

Fig. 10 Virtual Electrical Equipment (Cluster)－63－

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4.

システム全体像と小型化

4.1 システムの肥大化と小型化ニーズ
約6年前に構築を始めた本システムは，年ごとの機能拡張によって大型化してきた。複数の車種や電装品の評価には台数増しが必要となるが，大型のシステムを複数台導入するには必要な設置面積の問題が発生する（Fig. 14
設置面積30㎡）。そこで基本機能はそのままでコンパクトかつ移動可能な小型・中型のシステムを構築するとともに，複数台導入し開発車種・評価対象電装品の拡大を

Fig. 11 Virtual Electrical Equipment (Commander)図った。

3.9 電源変動エミュレートシステムESPER
車両の複数電源（バッテリ電源・アクセサリ電源・イグニッション電源）を同時に独立コントロールし以下の電源波形を電装品に印加する（Fig. 12）。
①エンジン始動波形②瞬断波形③リップル波形④任意波形（波形エディタ装備）
Fig. 14 Large Size System Image
4.2 小型システムの構築
小型化ニーズに応えるべく以下機能を有した小型シス
テムを構築し複数台導入した（Fig. 15 設置面積4㎡）。
①画像処理による自動判定システム②音声合成システム③GPSシミュレートシステム④仮想電装品エミュレートシステム

Fig. 12 ESPER⑤電源変動エミュレートシステムESPER

3.10 ファジングツールシステム
車載エンターテインメントシステムはBluetooth® ・USB・Wi-Fi・CAN等の通信機能を有するが，これらのセキュリティー性を評価する必要がある。市販のシステムが市場では入手できるものの，システム価格・メンテナンス価格ともに非常に高価である。マツダでは，世の中に氾濫するセキュリティーアタック方法をプログラミングし，独自のシステムを安価に構築した（Fig. 13）。

Fig. 15 Small Size System Image
Fig. 13 Security Test System－64－マツダ技報

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4.3 中型システムの構築②発生頻度の少ない問題の再現試験時間の大幅な短縮

小型化ニーズをベースに小型ロボットを追加し以下機③サプライヤー様での試験網羅性が向上することで，試作品の完成度が向上した。

能を有した中型システムを構築し複数台導入した（Fig.
16 設置面積6㎡）。

6.

①画像処理による自動判定システム

おわりに車載電装品の進化・複雑化とそれに伴う開発工数増大②音声合成システム③GPSシミュレートシステムの予測からの解決策として構築した本システムは，導入④仮想電装品エミュレートシステムと活用により大きな効果を生み出した。しかしながらこ⑤電源変動エミュレートシステムESPERれまで以上に急速な電装品の進化が予想されるため，現⑥小型ロボットによるカーナビ評価システム

状のシステムに慢心することなく，更なる機能アップを図ることにより，単なる評価ツールの域を超え設計段階でも使用可能な包括的なツールへと進化させていき，ロバスト性の高い商品づくりに貢献したいと考える。
最後に，(株)マックシステムズ様
日本ナショナルインスツルメンツ(株)様
日本ノーベル(株)様(株)ロジカルプロダクト様(株)松浦電弘社様を初め，本システムの開発にご協力賜りました方々に心より感謝申し上げます。

参考文献

Fig. 16 Medium Size System Image

5.

(1) 電装品ロバスト性開発システム「ESPER」の紹介，システム導入効果

マツダ技報，No.25，pp.106-111 (2007)(2) マツダがNIのHILSを利用して電装品用の自動評価環

5.1 評価工数の削減効果
従来は実車走行とベンチテスト主体の評価手法であっ境を構築―試験に伴う操作や結果判定にかかる工数たが，本評価システムの特徴であるテストシナリオの自を大幅に削減，日本ナショナルインスツルメンツ，

動作成・ロボットによる昼夜の自動運転・画像処理によ· ームページケーススタディ，http://sine.ni.com/cs/app/doc/p/id/cs-17634

るOK・NGの自動判断等によって実車評価は最終確認のみとなり，結果的に90％の工数削減を図ることができた。

(3) あらゆる電装品を協調動作させて機能とロバスト性を自動評価，マツダがNIのHILシステムで実現，日5.2 評価網羅性の効果

本ナショナルインスツルメンツ，ホームページ，ユーザー事例，http://japan.ni.com/usersolutions/maz

実車走行ベースの評価ではOK・NGの評価になりがちdaであり，電源電圧やノイズに対する動作の余裕度を検証することも困難となるため，発生頻度の低い不具合現象は表に現れない恐れがある。本システムを活用し条件を■著者■

厳しめに設定することで，これまでは発生頻度が低く見逃してしまう問題を洗い出すことができるようになるとともに，余裕度の数値化も可能となった。
5.3 サプライヤー様との共通化効果
本システム運用によって評価工数削減や評価網羅性の向上効果があることを部品メーカー様にお伝えした結果，岡田 英之

本システムを導入されることとなった。
評価設備をサプライヤー様と共通化することで以下の効果が生まれた。
①問題発生時の詳細条件が容易に共有化でき，早期問題解決につながった。

－65－

橘高 徳昭

谷口 雅也