JP2017106911A - ハードウェアインザループシミュレータへとデータを供給するための装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＨＩＬシミュレータにリアルタイムデータを供給することによってこれまでに知られたＨＩＬシミュレータの欠点を克服する装置、方法、およびシステムを提供する。【解決手段】自動車車両のためのハードウェアインザループシミュレータ２０へとリアルタイムデータを供給するための装置であり、この装置は、車両の状態を表す出力信号を生成する少なくとも１つのセンサを有する試験車両１２を含む。自動車上の携帯電話機などの無線送信機が、センサ出力信号を入力信号として受け取り、その出力信号をコンピュータネットワーク１６へと送信する。シミュレータデータサーバ１８が、コンピュータネットワークからデータを受け取り、そのデータをハードウェアインザループシミュレータ２０へと供給する。【選択図】図１

Description

本発明は、広くには、自動車車両システムのためのハードウェアインザループシミュレータ（ｈａｒｄｗａｒｅ−ｉｎ−ｔｈｅ−ｌｏｏｐ ｓｉｍｕｌａｔｏｒ）へとリアルタイムデータを供給するための装置、方法、およびシステムに関する。

自動車産業において、自動車車両は、種々の機械、電気、および組み込みシステムで構成される複雑なシステムである。例えば、典型的なガソリンエンジンを動力とする自動車は、ドアロックからエンジンコントローラ、変速機コントローラ、安定性コントローラ、などの複雑なシステムまでの範囲に及ぶ７０もの制御システムを含み得る。さらに、自律的な走行の能力が広く注目を集めるようになるにつれて、より多くのセンサおよび組み込みシステムが、自動車車両へと取り入れられるようになり、それらの将来の車両の複雑さをさらに増している。

自動車システムの開発において、ハードウェアインザループ（ＨＩＬ）シミュレーションが、複雑な自動車システムを試験するために用いられることが多い。ＨＩＬシミュレーションにおいては、エンジンの電子制御ユニット（ＥＣＵ）、仮想の車両の検証、試験、及びＥＣＵの検証等が試験対象である。

多くの自動車システムの複雑さに鑑み、個々の自動車システムの車両における試験は、時間がかかり、高価につく。しかしながら、事前のＨＩＬシミュレータが、自動車産業に課せられる市販化までの時間の制約を満足させるために充分な迅速さで、新たな自動車システムの検証を行うことを開発者にとって可能にする。

典型的なＨＩＬシミュレータにおいては、試験設備が、プログラムされたプロセッサによってリアルタイムで実行される数学的モデルを使用してエミュレートされる。入力／出力インターフェイスが、ＥＣＵなどの試験対象を車両のセンサおよびアクチュエータへと接続することを可能にする。最後に、試験対象のＥＣＵが、ＨＩＬシミュレータシステムへと接続され、あたかも実際の自動車車両に設置されたかのように挙動する。

優先権の基礎となる米国特許出願１４／９６３，４２２の明細書において、先行技術文献が記載されていないので、先行技術文献の記載を省略した。

残念ながら、ＨＩＬシミュレータは、自動車システムの増大する複雑さに遅れずについて行くことができていない。この能力不足は、大部分は、ＨＩＬシミュレータの時代遅れの静的な設計に起因する。例えば、既存のＨＩＬシミュレータにおいて、ＨＩＬシミュレータは、試験されるシステムへのアドホック接続を有する孤立したシステムとして作られる。すべての試験車両および入力のデータを前もって準備し、ＨＩＬシミュレータへと転送しなければ、シミュレーションを開始することができない。しかしながら、そのような設計ゆえに、試験の適用範囲を広げることが、大量の試験データを試験の開始前に用意する必要があるため、困難である。

さらに、自律的な走行が現実になるにつれて、自立的な走行用のコントローラを開発し、試験する必要がある。しかしながら、伝統的なＨＩＬシミュレータは、そのような自立的な車両について現実的な試験の筋書きを提供することができない。むしろ、包括的な試験は、実際問題として開発サイクルのきわめて後期の段階まで行うことができない車両での試験に依然として頼っている。さらに、この後期開発段階において設計変更が提案されることになると、そのような後期開発段階における設計変更の導入は、典型的には、きわめて高価につく。

本発明は、ＨＩＬシミュレータにリアルタイムデータを供給することによってこれまでに知られたＨＩＬシミュレータの上述の欠点を克服する装置、方法、およびシステムを提供する。

要約すると、本発明の装置、方法、およびシステムは、車両の状態を表す出力信号を生成する少なくとも１つのセンサを有する試験車両を含む。携帯電話機などの無線送信機が、車両上に含まれる。無線送信機は、センサ出力信号を入力信号として受け取り、次いでその出力信号をワールドワイドウェブなどのコンピュータネットワークへと送信する。

シミュレータデータサーバが、コンピュータネットワークからデータを受け取り、そのデータを好ましくはローカルエリアネットワークを介して、ハードウェアインザループシミュレータへと供給する。試験車両からワールドワイドウェブを介するハードウェアインザループシミュレータへの無線伝送の使用は、クラウドインザループ（ＣＩＬ）シミュレータを生み出す。

本発明のＣＩＬシミュレータは、これまでに知られたハードウェアインザループシミュレータと比べて２つの主要な利点を達成する。第１に、本発明のＣＩＬシミュレータは、ＣＩＬシミュレータがセンサ車両へのリアルタイム無線接続を採用するため、伝統的なＨＩＬシミュレータよりも現実的である。したがって、試験車両が、シミュレーションデータサーバへとリアルタイムデータを返す。次いで、このデータサーバが、データをＨＩＬシミュレーションインターフェイスを介して試験対象の自動車システムへと転送する。

第２に、ＣＩＬシミュレータの第２の利点は、ＨＩＬシミュレータを使用して試験されるこれまでに知られたシステムよりも安全である点にある。より具体的には、自動車システムが高度化するにつれて、路上でのそれらの試験がますます難しくなる。不適切な試験の設定が、事故または他の不具合につながる可能性がある。しかしながら、試験対象の部分が研究所に含まれるため、現実世界において事故が起きる可能性がない。

以下の詳細な説明を添付の図面と併せて参照することによって、本発明がよりよく理解されるであろう。添付の図面において、類似の参照符号は、いくつかの図の全体を通して、類似の部分を指し示している。
本発明のクラウドインザループシミュレータの概略のブロック図である。 典型的なセンサ車両の概略図である。 シミュレーションデータサーバの概略図である。 ハードウェアインザループシミュレータインターフェイスの概略のブロック図である。 センサ車両内のプロセッサのフロー図である。 シミュレーションデータサーバの動作を説明するフロー図である。 ＨＩＬシミュレーションインターフェイスを説明するフロー図である。

図１を参照すると、本発明の全体としてのクラウドインザループ（ｃｌｏｕｄ−ｉｎ−ｔｈｅ−ｌｏｏｐ）シミュレーションシステム１０のブロック図が示されている。後にさらに詳しく説明されるやり方で、システムは、いくつかのセンサを有する試験車両１２を備えている。各々のセンサは、車両の特定の状態を検出するように設計されている。したがって、センサからの値が、携帯電話機によって携帯電話塔１４へと送信され、次いで携帯電話塔１４が、受信したデータをワールドワイドウェブなどのコンピュータネットワーク１６へと結合させる。次いで、シミュレーションデータサーバ１８が、コンピュータネットワーク１６からデータを受信し、その後にこの処理後のデータを、ローカルエリアネットワーク２２を介してハードウェアインザループシミュレータ２０へと接続する。

ハードウェアインザループ（ＨＩＬ）シミュレータ２０は、試験対象の回路２４ならびにローカルエリアネットワーク２２と試験対象の回路２４との間のＨＩＬシミュレーションインターフェイス２６の両方を備える。さらに、図１に示されるとおり、複数の異なる回路２４を同時にローカルエリアネットワーク２２へと接続し、同時に試験することができる。

次に図２を参照すると、試験車両１２のブロック図が、さらに詳しく示されている。試験車両１２は、いくつかの異なるセンサを備えている。センサとして、例えばレーダセンサ２６、車両が電気自動車である場合の電気モータセンサ２８、ブレーキセンサ３０、および懸架装置センサ３２が挙げられる。例えばブレーキセンサ３０など、いくつかのセンサは、車両１２の各々の車輪３４に組み合わせられる。ステレオカメラセンサ３６、バックアップカメラ３８、およびバッテリセンサ４０などの他のセンサは、単数であり、したがって車両１２の全体についてセンサが１つだけ設けられる。

携帯電話ネットワーク通信機４２も、車両１２上に含まれる。さらに、ネットワーク４２は、ＣＡＮネットワークなどのネットワーク４４を介して車両１２上のすべてのセンサと通信する。当然ながら、他のネットワークも、代案として使用可能である。

当然ながら、図２に示したセンサがあくまでも例にすぎないことを、理解できるであろう。実際の車両においては、別のセンサおよび／または追加のセンサが、車両１２に備えられてよい。

次に図２および５を参照すると、ネットワーク通信機４２は、バス４４を介してセンサから受信されたデータを携帯電話網によるセンサデータの送信に先立って処理するプログラムされたプロセッサを備える。図５は、データを処理する１つの方法を示している。

特には、図５におけるとおり、ステップ４６におけるプロセッサプログラムの開始後に、ステップ４６は、ネットワーク通信機のプロセッサが例えば１秒の１／１００などの所定のタイムスロットの間、種々のセンサ２６〜４０からセンサデータを収集するステップ４８へと進む。次いで、ステップ４８は、ステップ５０へと進む。

ステップ５０において、プロセッサは、種々の車両センサからのセンサデータをデータパケットへとパックし、ここで１つのパケットは、単一のセンサからのデータを表している。任意の従来からのデータのパケット化の形式を使用することができるが、一般に、データパケットは、データパケットの開始バイトおよび終了バイトを含んでいる。センサを特定し、随意によりそのセンサに関するデータバイトの数を特定する１つ以上の識別バイトが、開始バイトに続く。識別バイトの後ろで、データバイトがセンサからの実際のデータを含み、その後に終了バイトが続く。結果として、各々のデータパケットが、センサの特定だけでなく、そのセンサからのデータも含むため、センサおよびその値を特定するための後のデータパケットの分解が、単刀直入である。ステップ５０においてセンサデータがパケット化された後で、ステップ５０はステップ５２へと進む。

ステップ５２において、ネットワーク通信機４２は、４Ｇデータネットワークなどの携帯電話ネットワークを介してデータを無線で送信する。この無線の携帯電話送信は、携帯電話塔１４（図１）によって受信され、ワールドワイドウェブ１６へと伝えられる。

上述のセンサからのデータの収集、センサデータのパケット化、および携帯電話網によるセンサデータの送信は、順次のタイムスロットにおいて継続的に生じる。さらに、無線送信機を備えるネットワーク通信機が、車両１２上に含まれているため、ネットワーク通信機４２によるセンサデータの送信は、車両１２からリアルタイムに生じる。

次に図３を参照すると、シミュレーションデータサーバ１８の概略のブロック図が示されている。シミュレーションデータサーバ１８は、ワールドワイドウェブ１６から入力を受信し、そのデータを処理し、次いでそのデータをローカルエリアネットワーク２２（図１）へともたらす。

シミュレーションデータサーバ１８は、バス６２とワールドワイドウェブ１６との間の通信を行う第１のネットワークインターフェイス６０と、バス６２とローカルエリアネットワーク２２との間の通信を行う第２のネットワークインターフェイス６４とを備える。さらに、シミュレーションデータサーバ１８は、プログラムされたプロセッサ６６、コンピュータメモリ６８、ならびにハードドライブ、フラッシュドライブ、などの永続的なメモリ７０を備える。ＣＰＵ６６、そのメモリ６８、および永続的なメモリ７０の間の通信はすべて、バス６２を介して生じる。

随意により、モニタ７２が、表示装置インターフェイス７４を介してバス６２と通信する。同様に、キーボード７６が、随意により、ＵＳＢインターフェイスなどのキーボードインターフェイス７８を介してバス６２と通信する。モニタ７２が、データの観察を可能にする一方で、キーボード７６は、操作者が所望であればデータを変更することを可能にする。

次に図６を参照すると、シミュレーションデータサーバ１８の動作が示されている。ステップ８０におけるシミュレーションデータサーバ１８の始動後に、ステップ８０は、ワールドワイドウェブ１６からセンサデータを受信するようにＣＰＵ６６がプログラム制御のもとでネットワークインターフェイス６０を制御するステップ８２に進む。さらに、このデータを、単一のパケットまたは同時に処理されるパケットのグループにて受信することができる。次いで、ステップ８２は、ステップ８４へと進む。

ステップ８２においてデータパケットがインターネットから受信された後に、ＣＰＵ６６は、センサデータをステップ８４においてキャッシュに格納する。ステップ８４におけるキャッシュへのデータの格納は、シミュレーション試験がワールドワイドウェブ接続においてデータの中断が生じた場合に使用することができるバッファを生み出す。その場合、シミュレーションデータサーバ１８によってすでに受信され、ステップ８４においてキャッシュに格納されたデータを、処理することができる。次いで、ステップ８４は、プロセッサ６６がローカルエリアネットワーク２２へとセンサデータを送信するステップ８６へと進む。

次に図４を参照すると、試験対象の各々の自動車回路２４について、１つのハードウェアインザループ（ＨＩＬ）シミュレーションインターフェイス２６が設けられる。ＨＩＬシミュレーションインターフェイス２６は、プログラムされたプロセッサ９０を備えており、デジタルメモリ９２および永続的なメモリ９４の両方がバス９６を介してプロセッサ９０に電気的に接続されている。さらに、バス９６は、ネットワークインターフェイス９８を介してローカルエリアネットワーク２２へと接続されている。モニタ１００およびキーボード１０２が、随意により従来からのやり方で表示装置インターフェイス１０４およびキーボードインターフェイス１０６を介してバス９６へと接続される。

さらに、ＨＩＬシミュレーションインターフェイス２６は、バス９６を試験対象の回路２４に相互接続するＨＩＬ試験Ｉ／Ｏインターフェイス１０８を備える。結果として、ＨＩＬ試験Ｉ／Ｏインターフェイス１０８は、プロセッサ９０の制御のもとで試験対象の回路２４への入力および出力のすべてを制御する。次いで、プロセッサは、ネットワークインターフェイス９８を介してローカルエリアネットワーク２２からセンサデータを受信する。さらに、ＨＩＬ試験インターフェイス１０８は、試験対象の各々の異なる種類の回路２４に合わせて専用設計される。

次に図７を参照すると、ＨＩＬシミュレーションインターフェイス２６の動作を説明するフロー図が示されている。プログラムが、最初にステップ１１０において始まり、次いでステップ１１０は、ステップ１１２へと進む。ステップ１１２において、プロセッサ９０が、ローカルエリアネットワーク２２を介してシミュレーションデータサーバ１８からセンサデータを受信するようにネットワークインターフェイス９８を制御する。このデータは、１つのセンサから１つのパケットである単一のデータパケットにて受信されても、あるいはデータパケットのグループにて受信されてもよい。次いで、ステップ１１２は、ステップ１１４へと進む。

ステップ１１４において、プロセッサ９０は、データパケットをデータキャッシュに格納する。上述のように、データキャッシュの使用は、たとえローカルエリアネットワーク２２からのデータの中断の場合でも少なくとも或る程度のデータを処理できるようにする。次いで、ステップ１１４は、ステップ１１６へと進む。ステップ１１６において、プロセッサ９０は、ＨＩＬ試験Ｉ／Ｏインターフェイス１０８を介して試験対象の回路２４からデータを受信する。このデータは、試験対象の回路２４からの入力データまたは試験対象の回路２４への出力データのいずれかであってよい。いずれの場合も、ＨＩＬ試験インターフェイス１０８を介したこのデータの転送は、プログラムされたプロセッサ９０の制御下にある。次いで、ステップ１１６は、ステップ１１８へと進む。

ステップ１１８において、プロセッサ９０は、ローカルエリアネットワーク２２を介して試験車両１２から受信されたデータならびにＨＩＬ試験インターフェイス１０８を介する試験対象の回路２４からのデータを使用して、コンピュータメモリに格納された回路２４による制御下の設備の数学的モデルを実行する。次いで、ステップ１１８は、ステップ１２０へと進む。

ステップ１２０において、ＨＩＬシミュレーションインターフェイス２６は、計算結果または従属変数をローカルキャッシュに格納された最新のセンサデータとともに試験対象の回路２４へと送信する。これらの新たな結果に応答して、試験対象の回路２４は、それらの結果を処理し、ＨＩＬ試験インターフェイス１０８を介してプロセッサ９０へと再び結合される新たな出力を生成し、次いでプロセス全体が繰り返される。

本発明の主要な利点は、車両が稼働することができる実質的にあらゆる場所に位置し得る試験車両１２からのリアルタイムデータを、処理できるようにする点にある。例えば、異なる気候、すなわち砂漠の気候 対 北極の気候において異なる試験車両１２を使用することによって、ただ１つの研究所内に含まれる試験対象の回路２４について、順次の試験を実行することができる。さらに、車両からのリアルタイムデータが試験対象の回路２４によって処理されるため、車両１２の動作を所望に応じて変更することができ、したがってシミュレーションの開始前にデータを処理してシミュレータに送り込むというこれまでに知られた要件を無くすことができる。

第２に、シミュレーションの全体が研究所内で実行されるため、試作車両の不調および事故の発生の恐れなく、シミュレーションが実行される。これは、開発の初期段階にあるにすぎない自律的な車両に特に当てはまる。

本発明を説明したので、本発明の多数の変更が、添付の特許請求の範囲の技術的範囲によって定められる本発明の技術的思想から離れることなく、当業者にとって明らかになるであろう。

１０…クラウドインザループシミュレーションシステム、１２…試験車両、１４…携帯電話塔、１６…コンピュータネットワーク、１８…シミュレーションデータサーバ、２０…ハードウェアインザループシミュレータ、２２…ローカルエリアネットワーク、２４…試験対象の回路、２６…ＨＩＬシミュレーションインターフェイス。

Claims (18)

1. 自動車車両システムのためのハードウェアインザループシミュレータへとリアルタイムデータを供給するための装置であって、
   少なくとも１つのセンサを有している試験車両であって、前記少なくとも１つのセンサが当該車両の状態を表す出力信号を生成する試験車両と、
   前記試験車両上に含まれ、前記センサの出力信号を入力信号として受け取り、前記出力信号をコンピュータネットワークへと送信する無線送信機と、
   前記コンピュータネットワークからデータを受け取り、前記データを前記ハードウェアインザループシミュレータへと供給するシミュレータデータサーバと
   を備える装置。
2. 前記コンピュータネットワークは、ワールドワイドウェブを含む、請求項１に記載の装置。
3. 前記無線送信機は、携帯電話機を備える、請求項１に記載の装置。
4. 前記シミュレータデータサーバは、ローカルエリアネットワークを介して前記ハードウェアインザループシミュレータへと通信する、請求項２に記載の装置。
5. 前記シミュレータデータサーバは、データキャッシュを備える、請求項１に記載の装置。
6. 前記シミュレータデータサーバは、ワールドワイドウェブにつながる第１のネットワークインターフェイスと、前記ローカルエリアネットワークにつながる第２のネットワークインターフェイスとを備える、請求項４に記載の装置。
7. 前記シミュレータデータサーバは、前記ワールドワイドウェブから受信したデータを前記ハードウェアインザループシミュレータが使用する入力フォーマットへと変換するようにプログラムされたプロセッサを備える、請求項６に記載の装置。
8. 前記ハードウェアインザループシミュレータは、試験対象の少なくとも１つの電子回路と、試験対象の各々の電子回路に組み合わせられたハードウェアインザループインターフェイスとを備え、前記ハードウェアインザループインターフェイスは、前記ローカルエリアネットワークと前記試験対象の電子回路との間の通信を提供する、請求項４に記載の装置。
9. 前記ハードウェアインザループインターフェイスは、前記自動車車両システムの動作を模擬するようにプログラムされたプロセッサを備える、請求項８に記載の装置。
10. 自動車車両システムのためのハードウェアインザループシミュレータへとリアルタイムデータを供給するための方法であって、
    車両の状態を表す出力信号を生成する少なくとも１つのセンサを試験車両上に配置するステップと、
    前記センサの出力信号を無線送信機によってコンピュータネットワークへと無線で送信するステップと、
    前記コンピュータネットワークから前記センサの出力信号を受け取り、該データを前記ハードウェアインザループシミュレータへと供給するステップと
    を含む方法。
11. 前記コンピュータネットワークは、ワールドワイドウェブを含む、請求項１０に記載の方法。
12. 前記無線送信機は、携帯電話機を備える、請求項１０に記載の方法。
13. シミュレータデータサーバが、ローカルエリアネットワークを介して前記ハードウェアインザループシミュレータへと通信する、請求項１１に記載の方法。
14. 前記シミュレータデータサーバは、データキャッシュを備える、請求項１３に記載の方法。
15. 前記シミュレータデータサーバは、ワールドワイドウェブにつながる第１のネットワークインターフェイスと、前記ローカルエリアネットワークにつながる第２のネットワークインターフェイスとを備える、請求項１３に記載の方法。
16. 前記シミュレータデータサーバは、前記ワールドワイドウェブから受信したデータを前記ハードウェアインザループシミュレータが使用する入力フォーマットへと変換するようにプログラムされたプロセッサを備える、請求項１５に記載の方法。
17. 前記ハードウェアインザループシミュレータは、試験対象の少なくとも１つの電子回路と、試験対象の各々の電子回路に組み合わせられたハードウェアインザループインターフェイスとを備え、前記ハードウェアインザループインターフェイスは、前記ローカルエリアネットワークと前記試験対象の電子回路との間の通信を提供する、請求項１３に記載の方法。
18. 前記ハードウェアインザループインターフェイスは、前記自動車車両システムの動作を模擬するようにプログラムされたプロセッサを備える、請求項１７に記載の方法。

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