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実証済みのロボット技術を自動車開発プロセスに適用
ルノー、ROS Toolbox と Simulink で ADAS のプロトタイピングを促進
自動車設計におけるイノベーションは普遍的な促進要因であり、次の世代の車両に次々と新たな機能をもたらします。絶え間なく進化を続ける自動車テクノロジーの分野では、ルノーが現代の車両システムの需要を満たすために、サービス指向アーキテクチャ (SOA) の導入を他に先駆けて進めています。このアーキテクチャアプローチは、従来のフレームワークからモジュール式の柔軟な設計への根本的な変化を表しています。自動運転などの複雑な機能を統合するには柔軟性が不可欠です。
SOA により、自動車システムをネットワーク経由で通信する個々のサービスに分解できるようになり、よりスケーラブルで再利用可能なコンポーネントが実現します。これは、車両が「車輪の付いたコンピューター」のようになり、システム全体を全面的に見直すことなく新しいテクノロジーやアップデートを組み込むための迅速な開発サイクルと柔軟性が求められるようになるにつれて、特に重要になります。
多数のセンサーとアクチュエータが連携して動作する必要がある現代の車両システムはますます複雑化しており、これがルノーの SOA への移行を推進しています。SOA を採用することで、ルノーはさまざまな車両コンポーネントを個別に開発およびテストしながら、それらがシームレスに連携して機能することを保証できます。
SWU から車両 SOA アプリケーションまで:アプリケーションには、1 つまたは複数の SWU とクライアントコールが含まれます。
自動車設計のためのロボットツール
この移行を容易にするために、ルノーは、ハードウェアに何かを実装するかなり前に、迅速かつ独立したテストとプロトタイピングを可能にするシステムを開発しました。Simulink®製品により、ルノーは SOA ベースの将来への移行を考慮しながら、ソフトウェア ユニットの作業と完全なアプリケーションへの構成を合理化できました。
「Simulink と ROS Toolbox を使用した当社の継続的インテグレーション フローにより、開発者のリリースからプロトタイピング、実際のターゲットへの展開までを 1 時間以内で実行できます。」
ルノーは、このエンジニアリングのニーズに対応するために、ROS Toolbox や Simulink などの統合された高度な開発ツールを採用しました。ロボット工学と伝統的に関連付けられているロボット オペレーティング システム (ROS) は、さまざまなソフトウェア コンポーネント間の効率的な通信を可能にするミドルウェア機能を含む、自律走行車の開発をサポートする堅牢なフレームワークを提供します。
この統合により、特に先進運転支援システム (ADAS) のテスト手順において、効率的なプロトタイピングが可能になります。Simulink は、ソフトウェア ベースの設計とモデル ベース デザインを結び付ける、ルノーのワークフローにおける重要な統合ツールとして機能します。ROS Toolbox を Simulink と併用することで、ルノーは ROS をミドルウェアとして組み込んで効率的なプロトタイピングを実現し、特に ADAS テスト手順を強化することができました。
Pierre Muratory 氏が率いる統合チームは、ROS ベースのプロトタイピング プラットフォームや、自動車のソフトウェア アーキテクチャの世界標準である量産 AUTOSAR プラットフォームなど、さまざまなターゲットに Simulink モデルを展開することに重点を置いています。チームは継続的インテグレーションと継続的デリバリー (CI/CD) を実行し、変更が行われるたびに各ターゲットのパイプラインを自動的に更新します。
「Simulink を使用する開発者にとっての利点は、プラットフォームやターゲットにまったく依存しないことです」と Muratory 氏は言います。「当社では、 Simulink をクロスプラットフォーム ツールとして使用し、 Simulinkモデルから同じコード ソースをさまざまなプラットフォームに展開しています。」
Simulink、ソフトウェア ファクトリー、CI/CD パイプライン、自動化されたクロスプラットフォーム ROS コード生成を活用したこの統合フローにより、ルノーは開発者のモデル リリースから車両のプロトタイプ作成とテスト用の統合コードの実行に迅速に移行できます。
「SimulinkとROS Toolbox を使用した継続的インテグレーション フローにより、開発者のリリースからプロトタイプの作成、実際のターゲットへの展開までを 1 時間以内で実行できます」と Muratory 氏は述べています。
サイクルタイムを数日または数週間からわずか 1 時間に大幅に短縮することは、ルノーの ADAS プロトタイピングと初期機能検証の取り組みにとって画期的なことです。Muratory 氏の統合チームによって自動的に生成されたコードによって実現されるこの高速プロセスにより、エンジニアは ROS ノードを迅速に起動し、生産開始前に最先端の機能をテストできます。Pascal Bedouet 氏は、この俊敏性を最大限に活用し、高度な通信と ADAS プロトタイピングのための ROS インフラストラクチャを活用することに重点を置いているチームを率いています。
ROS フレームワークを使用した ADAS プロトタイピング。
ROS を採用することで、開発者は Simulink モデルをテスト車両に簡単に統合できます。ROS アーキテクチャは SOA の原則とも適合しており、ルノーは本番環境への展開に着手する前に、将来のサービス指向ソフトウェア設計を ROS 上で今すぐテストできます。ROS フレームワークでのテストにより、分散サービスベースのアーキテクチャが今後の SOA 車両プラットフォームで意図したとおりに機能するという確信が得られます。
ROS を活用した通信の強化
ルノーも ROS 2 を採用しました。これは ROS のアップグレード版であり、ROS をサポートする非営利団体 Open Robotics は近い将来に ROS のサポートを停止する予定です。ROS 2 は自動車設計に大きな利点をもたらします。自動運転機能に不可欠なリアルタイム操作をサポートし、車両の相互接続されたシステム間でより信頼性の高いデータ配信を可能にする高度なミドルウェア機能を備えています。これは、以前のバージョンの ROS では不可能でした。
「SOA の採用はルノーにとって戦略的な一手であり、Simulink における ROS 2サービスサーバーの重要なサポートが、SOA アプリケーションの進展に大いに貢献しました。」
「ROS 2 や DDS (Data Distribution Service) などの新しいミドルウェアのおかげで、今ではリアルタイムのパフォーマンスを実現できるようになりました」と Bedouet は述べています。
MathWorks は、エンジニアリング チームと緊密に連携してツールボックスに機能を組み込み、SOA との連携を向上させるなど、ルノーの移行をサポートしました。これには、システムのさまざまなコンポーネントに対するカスタム メッセージの作成、 Simulink ROS 2 サーバー ブロックの設計、ルノーの特定のリアルタイム要件への対応などが含まれていました。MathWorksとの緊密な連携により、ルノーは大幅な遅延を招くことなくこれらの課題を克服しました。
「SOA の採用はルノーにとって戦略的な動きであり、 Simulinkでの ROS 2 サービス サーバーの重要なサポートは、当社の SOA アプリケーションの進歩に役立っています」と Muratory 氏は述べています。
ルノーのフィードバックは、 MathWorks が ROS Toolbox をアップデートする際に役立ちました。それは他のお客様にも恩恵をもたらします。MathWorksのロボット製品マネージャーである YJ Lim によると、自動車メーカーが ADAS 開発に ROS 2 を採用するケースが増えているため、これは特に重要です。
ROS 2 を使用して ADAS システムをテストするためのパブリッシャー、サブスクライバー、およびサービスを備えた SOA システム。(画像著作権: ルノー)
「これはルノーだけの問題ではない」と Lim は言います。「他の自動車メーカーのチームでも役立つはずです。」
ROS Toolbox を用いた開発の合理化
Simulink をROS Toolboxと組み合わせて使用することの主な利点は、開発者が ROS フレームワークの統合の詳細や仕様を扱うのではなく、アルゴリズムにのみ集中できることです。設計を含む Simulink モデルは、MATLAB® と Simulink を使用するルノーの統合チームによって設定された継続的インテグレーション ワークフローを通じて、さまざまなターゲットに展開可能なコードに自動的に変換されます。
「MathWorks チームのサポートのおかげで、予定より早く、次の世代の ADAS 機能を展開してテストすることができました。こうしたアジリティが、車両への新機能の導入を成功させる上で重要な基盤となっています。」
ルノーの最先端の自動車ソフトウェアは、その膨大な規模と複雑さからシミュレーションの限界を押し広げることが多く、一部のモデルでは 10 ミリ秒ごとに更新される Simulink 信号が 300,000 を超えています。MathWorks 製品エンジニアと直接協力できる能力は、ツールの制約やパフォーマンスのボトルネックが発生したときに解決策を見つける上で非常に重要でした。
「私たちはまさに大規模なアプリケーションに取り組んでいます」と Bedouet 氏は語っています。「それが私たちにとってうまくいくなら、世界中のほとんどすべての人にとってうまくいくはずです。」
統合された Simulink-ROS ソリューションにより、ルノーは自動車の機能安全性に関する厳格な安全認証である、より高い自動車安全度水準 (ASIL) を達成できるようになります。Bedouet 氏は、ASIL 認証など、将来的にこの分野や業界の他の進化するニーズに MathWorks と協力することを構想しています。
「安全性に関するASILなどの認証を取得できれば素晴らしいことですが、これは現在、認証されたミドルウェアなしでは実現できません」と Bedouet 氏は語っています。
ルノーは、SOA の原則と ROS フレームワーク、および Simulink を使用したモデルベース デザインの統合を先駆的に進め、将来のインテリジェント車両に向けたモジュール式で更新可能な、機能豊富で安全性が認定された自動車ソフトウェア システムの業界リーダーとしての地位を確立しています。
「MathWorks チームのサポートは、次世代の ADAS 機能を予定より早く導入し、テストする上で非常に役立ちました」と Bedouet 氏は述べています。「この機敏性は、当社の車両に新しい機能をうまく導入するための基礎となっています。」
コネクテッドカーのコックピットと通信ネットワークのコンセプト。
