HILS 化解説書

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自動運転制御モデル I/F ガイドライン準拠モデル

HILS 化事例解説書(Ver1.0)

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改訂履歴
Rev.

日付

1.02023/01

内容
初版

会社名(株)両毛システムズ

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3 / 15目次
1. 目的 ................................................................................................................... 4
2. ハードウェア・ソフトウェア環境 ........................................................................................ 5
2.1. ツールボックス .................................................................................................. 5
2.2. ハードウェア構成 ............................................................................................... 5
3. HILS システム構成 .................................................................................................. 6
3.1. ベースシステム ................................................................................................. 63.1.1. 第 1 階層の構造 ........................................................................................... 63.2. 機能の H/W への配置 ....................................................................................... 74. CAN 通信の HILS 化事例 ......................................................................................... 84.1. 抽象度の異なるモデルを接続する際に用いるインターフェース .............................................. 84.2. CAN 通信対応箇所 .......................................................................................... 94.2.1. 制御機能モデルの入出力 I/F（FUNC） ............................................................. 104.2.2. メタデータ設定値のモデルへ反映（FUNC） .......................................................... 104.2.3. 制御 SW モデルの入出力 I/F（APP SW） ......................................................... 114.2.4. メタデータ設定値のモデルへ反映（APP SW） ....................................................... 114.2.5. 制御 PF モデルの入出力 I/F（PF SW） ............................................................. 124.2.6. メタデータ設定値のモデルへ反映（PF SW） ......................................................... 125. APPENDIX ........................................................................................................ 135.1. 用語説明 .................................................................................................... 135.1.1. モデル I/F ガイドライン .................................................................................... 135.1.2. 抽象度 .................................................................................................... 145.1.3. SpeedGoat .............................................................................................. 145.2. 参考文献 .................................................................................................... 155.3. 著作権 ....................................................................................................... 15

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1. 目的
本書では自動運転制御モデルIFガイドラインに準拠したモデル（以後、ガイドライン準拠モデルとする）をHILS化した事例を解説する。
本書で扱うHILS化の目的は、ガイドライン準拠モデルの活用範囲の拡大である。
本書によりガイドライン準拠モデルをさらに広く活用してもらい、自動車をはじめとする次世代モビリティの開発が促進されることを期待する。
本書が活用されることを想定している開発プロセスを図の赤枠に示す。

図 1 自動運転システム開発プロセス
引用：prostep-ivip-Recommendation_PSI11_SmartSE_V2-0(prostep IVIP)*1 HILS と RCP
HILSとRCPはどちらも、リアルタイムシミュレータである。
リアルタイムシミュレータはリアルタイム・ターゲットマシンを用いてシミュレーションされ、プラントをリアルタイムシミュレータで動作させたシステムはHILS、制御器をリアルタイムシミュレータで動作させたシステムはRCPと言われている。

図 2 HILSとRCPHILS 化解説書

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2. ハードウェア・ソフトウェア環境
ガイドライン準拠モデルをHILS化の取り組みに追加で使用したハードウェア・ソフトウェア環境を以下に示す。

2.1. ツールボックス【MathWorks 製品】
ツールボックス

用途

MATLAB Coder

MATLAB コードを C コードにオートコード

Simulink Coder

Simulink モデルを C コードにオートコード

Simulink-Realtime

HIL、RCP テスト

2.2. ハードウェア構成

※1

※2

※2

図 3 ハードウェア構成図※1 HostPC
PC 環境

スペック

CPU

Intel Core i9-10900K 3.70GHzGPUNVIDIA GeForce RTX 3080 Ti

メモリー32GB

ストレージ

1TB SSD 4TB HDD

OSWindws 10 Pro※2 SpeedGoat（5.1.3. ）SpeedGoat 環境（2 台の SpeedGoat 両方）

スペック

CPU

Intel Celeron J1900 Quad Core 2GHzGPU

Intel HD Graphics

メモリー4GB

ストレージ

32GB

OS

Real-Time OS

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3. HILS システム構成
3.1. ベースシステム
令和3年度時点でのガイドライン準拠モデルをベースシステムとしてHILS化を実施した。
以下に、ガイドライン準拠モデルの構造の説明と、HILS用にガイドライン準拠モデルを分割した、制御モデルと車両モデルの説明をする。

3.1.1. 第1階層の構造
以下に、ガイドライン準拠モデルの第1階層（トップ階層）と、それぞれの階層がもつシステム（Simulinkのサブシステムで機能単位により分類しているもの）を説明する。
以下にガイドライン準拠モデルの第1階層がもつシステムとその機能概要を示す。

図 4 ガイドライン準拠モデル第一階層の構造
No.

システム名

AScenario

B

VirtualEnvironment

CMonitorDAD_ECU

E

VehicleModel

機能概要

自動運転走行車両の走行経路、走行速度を指定する。
仮想環境上の車両に搭載した各種センサから周辺環境情報（他車両・標識など）を取得する。
各種変数をモニタする。
自動運転シナリオと車両センサ情報を基に、自動運転アプリケーションを実行し車両の操作量を算出する。
車両走行実現のためのアクチュエータ制御を行い、車両挙動を模擬する。

表 第1階層(システム全体)のもつシステムとその機能概要

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7 / 153.2. 機能のH/Wへの配置
以下図に示すとおり、ガイドライン準拠モデルの認知機能の一部と仮想環境（Carla環境）をHostPCに、車両モデルを１台目のSpeedGoatに、制御モデル（上記以外の機能）を２台目のSpeedGoatに機能配置した。

図 5 自動運転システム検証環境アーキテクチャ図

図 6 ガイドライン準拠モデルをHILS用に機能配置した図HILS 化解説書

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4. CAN通信のHILS化事例
MILSでの抽象度（5.1.2. ）の高いモデル間信号通信を、抽象度の低いECU間通信等に置き換えることがHILS化のためには必要である。
ここでは、自動運転制御ECU(統合ECU制御モデル)と車両制御ECU（車両モデル）間の通信を、実車両システムで利用するCAN通信への置き換えについて事例紹介する。また、CAN通信構築する際に、モデルI/Fガイドライン（5.1.1. ）を参考に、異なる抽象度のモデル間に必要なアダプタを作成した。

4.1. 抽象度の異なるモデルを接続する際に用いるインターフェース
モデルI/Fガイドラインには、異なる抽象度のモデルを接続するために必要なインターフェースの作成例が記載されており、この作成例を参考にCAN通信環境を構築した。

図 7 異なる抽象度の制御装置モデル間の接続

図 8 CAN通信環境における、異なる抽象度のモデル間の接続

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4.2. CAN通信対応箇所
モデルI/Fガイドラインを参考に、制御モデルと車両モデル間のCAN通信環境を以下のように実装した。

図 9 モデルI/Fガイドライン対応アダプタ対応箇所（車両モデル）

図 10 モデルI/Fガイドライン対応アダプタ対応箇所（制御モデル）

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モデルI/Fガイドラインを参考に、メタデータ設定表へ設定値をまとめ、モデルへアダプタを実装した。

4.2.1. 制御機能モデルの入出力I/F（FUNC）【定義】


制御装置モデルは、その外部の機器に対して物理値・論理値をやりとりする。

物理値・論理値：人が見て理解できる値。連続量、または離散量⇒ 物理値の連続量と離散量を相互変換するアダプタが必要

4.2.2. メタデータ設定値のモデルへ反映（FUNC）

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4.2.3. 制御SWモデルの入出力I/F（APP SW）【定義】


制御装置モデルは、その外部の機器に対してSW値をやりとりする。

SW値：ECU内部に存在するCPUが解釈する値。



物理値（離散量）をバイナリデータに変換したもの。
⇒ 物理値（離散量）とSW値（バイナリデータ）を相互変換するアダプタが必要。

4.2.4. メタデータ設定値のモデルへ反映（APP SW）

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4.2.5. 制御PFモデルの入出力I/F（PF SW）【定義】


制御装置モデルは、その外部の機器に対してSW値をやりとりする。

SW値：ECU内部に存在するCPUが解釈する値。物理値（離散量）をバイナリデータに変換したもの。
⇒ 物理値（離散量）とSW値（バイナリデータ）を相互変換するアダプタが必要。

4.2.6. メタデータ設定値のモデルへ反映（PF SW）

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5. APPENDIX
5.1. 用語説明
5.1.1. モデルI/Fガイドライン
自動車産業におけるモデル流通を促進するため、抽象度の異なるモデルを接続する際に用いる I/F を定義し、I/F を活用するためのガイドラインが開発されている（ルネサスエレクトロニクス株式会社様）[1]。

図 11 モデルI/Fガイドライン

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5.1.2. 抽象度
本Docでの抽象度定義について説明する。実行可能な機能のうち、どのように計算処理するか定まっていないモデル
は抽象度が高く、計算リソースや順番など安定した処理の実現まで考えたモデルはより具体的であり、抽象度が高いと定義されている。
抽象度が高い（抽象的）制御装置モデル
実行可能な機能
制御機能モデル

定義
ブロック図を使用して表現した制御機能を、実行可能としたモデル

制御SWモデル

ソースコードのアプリケーション部分をシミュレータ上で実行可能としたモデル

制御PFモデル

ソースコードのアプリケーション部分に加え、使用するマイクロコントローラ（μC）や各種デバイスに合わせた プラットフォーム部分も含めてシミュレータ上で実行可能としたモデル。

抽象度が低い（具体的）
実際の製品制御ECUモデル

マイコン用にコンパイルしたソフトウェア全体の実装コードをシミュレータ上で実行可能としたモデル

5.1.3. SpeedGoat
SpeedGoatはMathWorks社のグループ会社のSpeedGoat社が開発している、MBD開発用リアルタイム・ターゲットマシンである。リアルタイムOSを含むリアルタイムテスト環境はMathWorks社側で提供されている。

図 12 SpeedGoat

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5.2. 参考文献[1] “モデルI/F ガイドライン開発経過報告書 令和３年度「無人自動運転等の先進ＭＡＡＳ実装 加速化推進事業費補助金」成果報告書 日付 2022.03.07 （目次誤記訂正 2022.04.05）ルネサスエレクトロニクス株式会社”
出典元：https://epc.or.jp/wpcontent/uploads/2022/03/model_IFguideline_plan_v2_FY2021.pdf

5.3. 著作権
本ドキュメントの著作権は、著作者に帰属します。
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