SDVで求められる車載電子システムの簡略化
SDV(ソフトウェア定義のクルマ)は、クルマの機能を継続的に進化させる新しいクルマづくりの技術である。
これまでのクルマという製品は、長期間、例えば15年走行できることを前提に作られているが、その間、クルマの機能はまったく変わらないままである。SDVは、クルマという車体(ハードウェア)は15年持たせても、クルマの機能を進化できるようにしようという考えの新しいクルマ作りなのだ。
そのためにはクルマの車両を少しでも軽くし、ハードウェアの負担を軽減することが求められる。もちろん事故を回避する安全性は最も重要。一方で車内を楽しくしたいという要求もある。これらを満足させようとすると、高機能→複雑な電子回路→複雑な配線→ワイヤーハーネスが重くなる、という矛盾サイクルに入り込む。
ECUを集約するゾーンアーキテクチャ
そこで少しでもクルマを軽くするため、大量のECU(電子制御ユニット)とワイヤーハーネスをシンプルにしようとして、ゾーンアーキテクチャが生まれた。ECUの機能をいくつか束ねて1個のSoC(システムオンチップ)半導体に集積するゾーンコントローラの考えだ(図1)。ゾーンコントローラは複数のECUを1チップで実現するわけだから、コンピュータの仮想化(バーチャライゼーション)と同様な仕組みが求められる。つまり、1台のコンピュータがまるで複数台あるかのように見せかける技術である。OSはWindowsでもLinuxでもあるいはリアルタイムOSを1台のコンピュータに搭載できる。ハイパーバイザと呼ぶソフトウェアで各コンピュータを切り替えるのである。
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図1:ゾーンアーキテクチャをベースにツイステッドペア(より対線)で配線の簡略化と車体の軽量化を狙う (出典:Analog Devices)
ワイヤーハーネスでは、SerDes(サーディス)チップを作り、データを送る場合は必ず2本線だけのシリアル伝送に変換する。回路内はパラレル(並列)に信号処理しても、出力はシリアル(直列)に変換すると外部の配線は2本だけで済む。しかもこの2本のデータ線に制御信号や電源供給も多重化して搭載することが基本となる。
アナログ回路を得意とするAnalog Devices(ADI、アナログ・デバイセズ)はゾーンアーキテクチャとワイヤーハーネスの工夫を進めている。「クルマはSDVになり、継続的に進化していく存在となる」とADI日本法人のアナログ・デバイセズのカスタマーソリューショングループ オートモーティブシニアセールスディレクターである沓掛真哉氏は述べている。
SDVを支える3つの車載インタフェース
ADIが注目するのは3つのインタフェースだ。1つは、一般的なデータ伝送で使われるEthernetベースのE2B(Ethernet to the Edge Bus)、2つ目はオーディオのインタフェースであるA2B(Automotive Audio Bus)、そして3つ目が映像を15～20m伝送するSerDes の1つ「GMSL(Gigabit Multimedia Serial Link)」規格である。
これらの概要は既報の通りなので、ここでは簡単にまとめてみよう。
Ethernetでセンサやアクチュエータを接続するE2B
E2Bは、10Mbpsの10BASE-T1SのEthernetだが、RCP(Remote Control Protocol)を導入することにより、従来のCANなどの規格を吸収し、Ethernetで統一しようという考えだ。データ伝送は10BASE-Tだが、センサやアクチュエータのインタフェースとのデータパスを確保する。またEthernetベースだとTSN(Time Sensitive Network)を使って他のモータなどと同期をとることも可能になる。
A2Bをバッテリの状態監視にも活用
A2B 2.0はデータレートを1.0バージョンの4倍の98.3Mbpsに拡充することで、オーディオに深みを持たせられることだけではなく新しい応用にも取り組んでいる。例えば、バッテリ管理では従来、電圧と電流、温度を測定し、電荷残量を算出するが、さらにバッテリ内部の電気化学反応の音を聞くことにより、充電中の音響パターンや異常音などから電気化学反応の様子をとらえ、バッテリ内部の様子をより正確に把握できるようになる。その音(超音波や超低周波など可聴域を超えた音も含む)を聴きコンピュータに伝送するためのバスとしてA2Bを使うのだ。バッテリの充放電時間予測や予知保全などがさらに正確になる。
GMSLのオープン化で車載映像の普及を促進
GMSLは高いデータレートでトラックなどの車体の長いクルマでもバックモニターできるようにした映像ビデオのシリアル伝送技術である。GMSLの競合はMIPIインタフェースだろう。このためADIは、GMSLではOpenGMSL規格を作り、OGA(OpenGMSL Alliance)アライアンス会員を集めている。このOGAにはすでに50社以上参加している。
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GMSLを用いて、複数のディスプレイをデイジーチェーン接続して表示しているデモの様子 (編集部撮影)
ADIのSDVに対して配線の簡略化というアプローチは現実的であるうえに、すでにデモもいくつか示している。SDVに向けた準備が着々と進んでいるといえそうだ。
