10BASE-T1S対応イーサネットで自動車のゾーン・アーキテクチャを簡素化する方法

現代の自動車は、自宅にいるときと同じような快適さや娯楽を提供できるようにすることを目指して開発されています。それに伴い、ECU(Electronic Control Unit)に対する需要が以前にも増して急激に高まっています。

ただ、旧来のバス技術とE/E(Electrical/Electronic)アーキテクチャによってこの状況に対応するのは容易ではありません。この課題を解決するために自動車業界が選択したのがイーサネット技術です。10BASE-T1Sに対応するイーサネットを活用すれば、完全にネットワーク化されたシステムによってあらゆるキャビン・エクスペリエンスを提供することが可能になります。本稿では、そのために必要な技術について詳しく解説します。

はじめに

ECUは、自動車の動作を司る各種のコンポーネントを制御する役割を担います。1968年にVolkswagenが初めて車両に搭載して以来、ECUは急速に普及しました。

ECUが登場したことで、自動車により多くの機能が追加されるようになったと言ってもよいでしょう。その結果、現在では運転者や搭乗者に対し、自宅/職場と同じレベルの快適さや娯楽を提供できるようにすることが目標となっています。そのためには、各種のECUの間で通信を実施し、大量のデータを処理する必要があります。しかし、旧来のバス技術やE/Eアーキテクチャ(なかには数十年前に確立されたものもあります)では、その要件に対応できなくなっています。

より良いネットワーク・アーキテクチャへの移行

現在の車載ECUは、それぞれがほぼ独立した機能ドメインに属しています。つまり、パワートレイン、シャーシ、インフォテインメント、快適さといった対象領域別に分類されているということです(図1)。

このアーキテクチャは、「ドメイン・アーキテクチャ(Domain Architecture)」と呼ばれています。このアーキテクチャでは、ECUと共に使用されるセンサーやアクチュエータが車両全体に分散配備されます。それぞれの機能ドメインに属するECU、センサー、アクチュエータを接続するためには、車両全体に配線を張り巡らす必要があります。

その結果、車両の複雑さ、コスト、重量の増大を招くことになります。配線用のケーブル類は車両の中で3番目に重い要素です。そのため、自動車の航続距離に大きな影響を及ぼします。

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  図1. ドメイン・アーキテクチャの例

従来の自動車では、CAN(Controller Area Network)、FlexRay、LIN(Local Interconnect Network)といった旧式のバス技術が使われてきました。それらを使用する目的は、様々なECUとシンプルなセンサー/アクチュエータの間の通信を容易化することでした。

しかし、いずれの技術も数十年前に導入されたものです。一方で、異なるドメインの間の通信には高速イーサネットが使用されています。異なるバス技術を採用したユニットやコンポーネントの間でデータを円滑にやり取りするために、ECUの内部には高価な専用ゲートウェイが実装されています。

追加される機能の数が増えるにつれて、アーキテクチャはより複雑なものになります。既存の機能を拡張したり新規の機能を追加したりするためには、かなりの工数を費やして開発/実装/テストを実施しなければなりません。

ただ、自動車メーカーの目標は、コストを削減しつつイノベーションを加速することだけではありません。数多くの車両を販売し、利益が得られるようにすることも重要です。スマートフォンのような民生向けの製品と比べると、車両のアーキテクチャの開発サイクルは格段に長くなります。現在、多くの自動車メーカーは、ハードウェアとソフトウェアの間のリンクを断ち切り、ソフトウェア・デファインド・ビークル(SDV:Software-Defined Vehicles)を実現することを目指しています。しかし、このビジョンを具現化するためにはいくつもの課題を解消しなければなりません。