今日の自動車コラム その3 2009.11.9

日本法人・日本テクトロニクス営業統括本部営業技術統括部RTSA営業推進深部プロダクト・スペシャリストの棲田知行氏は「実際に複数の分解能帯域幅フィルタを持たせると価格は数千万円にも達するが、デジタル回路により 1000万円弱まで抑えることができた」と語る。
RSA6100Aの最大の特徴は、 4万 8000スペクトラム/秒という掃引型の
日本テクトロニクスの棲田氏
凱昨附恨ザ)匪剛冒ヨ掃と遭
1000倍以上にもなる表示速度を利用し、スペクトラムデータを変換して色の濃淡を付けたカラーグレーデイ
ングで表示を行う IDPXライブ表示J機能である(図5)。計測速度が速く、
ノイズの中に埋もれている別のノイズを可視化できるので、ノイズ関連情報をより多く得られるようになる。「電子化が進んだことで、誤動作の原因となるノイズ源が、 ECUか、ハーネスか、ハーネスがアンテナになって発生するノイズなのか、原因を切り分
けるのが難しくなっており、 DPXライブ表示は有用な解決策になりうるJ(模井氏)という。
2008年2月には、価格を400万円程度に抑えた iRSA3∞OBシリーズJを発売した。最大リアルタイム帯域幅は、 RSA6100Aの110MHzと比べて 36 MHzと狭いが、半額以下の低コスト化による採用拡大を期待している。
ワンストッフソリユーシヨン米AgilentTechnologies杜の日本法人アジレント・テクノロジーでは、
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48 Au↑omo↑ive Electronics 2008 Vol.2
図6アジレント・テクノロジーのDC電源/アナライザN6705A
アジレン卜・テクノロジーの宇土氏
圏内の自動車メーカー/Tier1サプライヤからの需要に応えるため、 1990年代前半に自動車営業部を立ち上げた。現在は、各種電子言十測器を組み合わせることにより、車載LAN、ECU、ラジオノイズ、パッシブ&アクティブ・セーフテイ、部品特性評価、インフォテインメント&テレマティクスという6分野で提案を行っている。同社電子計測営業本部電子計測マーケティング部自動車市場ビジネス・デベロップメント・マネージャの宇土和宏氏は「自動車の EMC対策は、 C1SPRなどの国際規格に加えて、各自動車メーカーの社内規格にも対応する必要がある。当社の幅広い製品群により、これらの規格に対応するトータル・ソリューションを提供できる」と話す。
自動車内部のモーターやソレノイドなどの電動部品の採用が増えることで、過渡的な電圧電流変動(トランジ、ェント信号)を原因とする ECUの
異常動作が増加している。この問題に対応するのがDC電源/アナライザ
IN6705AJだ(図6)。オシロスコープ
で記録した実動作時のトランジェン
ト信号の再出力には、信号発生器と
パワーアンプとプログラミングなど
の準備作業が必要になるが、 N6705A
はこれらを 1台にパッケージしてお
り、 USBメモリなどでトランジ、エント
信号のcsvファイルを入力すれば、即
座に試験に利用することができる。
50VV/100VV/300VVのDC電源モジュ
ールを最大4出力 (4出力の合計は600
W以下)で利用でき、信号発生を lミ
リ秒ごとに変動させることもできる。
「他社にないオンリーワン製品で、実
車を使わずに徹底的な ECUテストが
できるJ(宇土氏)という。
このほかにも、 2007年3月から適合試験が義務付けられているタイヤ空気圧監視システムやキーレスエントリーなど315MHz帯を使う機器向けに、スペアナを使ってワンストップで計測できるシステムなども提供している。
カスタム製品が主流
自動車メーカ」の EMC対策では、供給される電装品が自動車メーカーの社内規格や国際規格などに沿ってサプライヤが製造していることを前提としている。電装品サプライヤの EMC対策は、自動車メーカーよりも早く、自動車の電子化が始まった1980年代初期から行われている。
ノイズ研究所は、 1975年の創業から電機業界向けを中心にEMC対策試験器を販売しているが、車載機器向けの需要は 1980年からあったという。同社技術部次長の石田武志氏は「電機業界はかつて各社独自の仕様でEMC対策を行っていたが、現在は国際規格のIECに一本化されている。自動車業界も自動車技術会のJASO規格や
図7ノイズ研究所の静電気試験器 ESS-2000AX
ノイズ研究所の石田氏
1980年代後半に規格化されたIS07637
などがあるが、競争力の源泉として各
社独自の仕様を取りやめていない。圏
内だけでなく、欧米メーカーも同じ考
え方なので、 IS0対応の標準的な製品
よりも、各自動車メーカーの仕様に対
応するためのカスタム製品の方が多
い」と話す。
主力になるのは、静電気、過渡サー
ジ、バッテリ電源変動の3分野の製品。
このうち、過渡サージ、バッテリ電源
変動についてはカスタム品が多くを
占めるが、放電ガンを使う静電気試験
器は標準製品の販売が多い。 2008年
6月には、小型・軽量化した静電気試
験器の新製品 IESS-2000AxJを発売
する(図7)0 I自動車業界向けでは、持
ち運ぴ使用を前提とした ESS-2000シ
リーズが需要の 90%を占める。 ESS-
2000AXは質量で前モデル比約 25%
の軽量化を実現し、自動試験プログラ
ムの組みやすさなど操作性も向上さ
せたJ(石田氏)という。
Au↑omotive Electronics 2008 Vol.2 49
自動車のEMC対策
図8. EMC Studio 4.0
のシールドケーブル解析機能強化の事例(提供:日本総研ソリューシ
ョンズ)異なるシステムに接続さ
れた同軸ケーブルとモーター制御用ケーブルを、ほかの一つのシステムに接続するために同じ線路に配線される場合などさまざまな状況に対応
する。
さらに石田氏は、今後の自動車の EMC対策の注目点として、「キーレスエントリーな’どインテリジェント機能が増えることで、待ち受け状態における暗電流の試験が増える。また、家庭で充電する電気自動車やプラグインハイブリッド車の場合に従来の IS0規格に加えて電機業界の国際規格IECへ対応する必要も出てくるだろう」と指摘する。
完成車シミュレーションの可能性
電子回路設計では、電磁界シミュレーションを行うことは一般的なEMC対策となっている。しかし完成車レベルの電磁界シミュレーションについては、取り組みを進めている自動車メーカーは少ない。
電子回路、モーター、アンテナなど部品レベルの電磁界シミュレーションソフトウヱアrJMAGJを展開する日本総研ソリューションズでも、自動車全体のEMC解析の提案を始めたのは2006年。グルジアEMCoS杜と代理庖契約を結ぴiEMCStudioJの圏内販売に乗り出した。 EMCStudio は、ボディや部品の僅体、ワイヤーハーネス、アンテナ、電子回路などから成るシステムについて、空間の電磁界解析に用いるモーメント法、ハーネスの解析に用いる伝送路解析法、 ECU
50 Au↑omotive Elec↑ronics 2008 Vol.2
内の電子回路解析に用いる Spiceなど
目的に応じた解析手法を選択でき、連成解析も行える。
2∞年4
8月からは、従来のEMCStudio
3.0から 4.0にパージョンアップする予定。 4.0では、従来からも特徴となっていたハーネス関連の解析について、シールドケーブルへの対応力を強化した(図8)。同軸ケーブル、シールドツイスlトベア (STP)、モーター制御用パワーケーブルなどさまざまなシールドケーブルに対応し、編組シールド
日本総研ソリューションズの志賀氏
にも対応する。同社エンジニアリング本部電磁場技術部の志賀斬眠は「特にハイブリッド車や電動パワーステアリングなどの大電流系のシステムでは重要な要素になってくる」と語る。
今後は、タイヤ空気圧監視システム、キーレスエントリ、 GPS受信機など無f駈昌信を利用する機器や、車載アンテナなど、自動車全体のEMC環境を想定した開発が必要なサプライヤにも提案を進めて行く o
自動車専用の一貫ライン自動車の各電子システムを接続す
図9 TDKによる電動パワーステアリングへのEMC対策部品の総合提案(提供:TDK)電動パワーステアりング(EPS)の制御ユニットは、モーター用のパルス幅変調 (PWM)制御ボードと ECUボードを一体にしている。 TDKでは、 ECU用の各種コモンモード、フィルタや、 PWM制御ボードのハーネスに付けるフェライトコアなどによるラジオノイスe対策を提案している。 PWM制御ボード用大電流フィルタの開発は検討中である。モーター接続ライン
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TDKの鈴木氏
るため、 CANやLINなどの車載LANの利用が拡大している。 Lかし、外部からの電磁ノイズの影響で車載LANの信号波形にノイズ成分が入ると ECUが誤動作を起こしてしまうため、ノイズ成分を除去する EMC対策電子部品の役割が重要になってくる。
コンデンサ、パリス夕、フェライトコア、磁性吸収シートなど各種EMC対策部品を揃える電子部品大手の TDKは、自動車用の製品展開にも注力している。同社酒田生産部製品技術部製品設計課設計一係係長の鈴木寛氏は「自動車用途については、一般電子部品よりも厳しい 150tまでの温度耐性や高い信頼性を実現するため、独自の製品設計を行い、製造の工程設計なども行っている」と話す。
その事例となるのが、 CANパス用コモンモードフィルタ iACT45Bシリーズ」だ。ウレタン被覆の巻き線をより高耐熱のワイヤーに替え、従来は熱溶解で行っていた巻き線と金属端子を接続する部分の被覆をはがす技術も新たに開発した。
巻き線と金属端子をレーザー溶接することで、実装リフロー後の品質確保も行っており、これらの工程を自動化した専用の一貫ラインを使って生産している。また、個別の部品にとどまらず、各自動車システムで必要になるEMC対策部品の総合提案も行っている(図9)0朴尚涼)
:Embedded
間近に迫るマルチコアプロセッサ時代
便利・快適図1車載情報・安全機能の進化(資料提供:NECエレクトロニクス)
最新の高級車には、オプション機能も含めて 1台当たり 100個以上のECU
(electronic control unit)が搭載されている。それSIこ組み込まれたソフトウエアの総ライン数lま700;i
万行とも言われている。特に、自動車業界IT事故を起こさ思いクルマJの実現に向l才て、最新の電子技術を取り込んでいる。このため、マルチコアプロセッサは欠かせない技術と怒ってきた。本稿では、最新のマルチコアプロセッサ技術やソフトウエア技術の一部を紹介する。
電子情報技術産業協会によると、カーナピゲーションシステムの市場動向は2005年から 2011年までの年平均成長率が9.2%増と予測されている。圏内市場は地上デジタルテレビ放送への対応などマルチメディア化がさらに進む。一方、欧州や北米など海外市場では今後、純正品の比率が高ま
り、カーナピゲーションシステムの需要は拡大すると予測されている。また、 PND (personal navigation device)がコンスーマ市場で、ある一定のシェアを持つ可能性は高い。
カーナピゲーションシステムの進化を見ると、製品が登場してきた当初は、 2D地図による経路案内の機能が中心だ、ったが、現在では地図が3D表示となり、エンターテインメント機能や音声によるインターフェース機能が備わってきている。 2010年頃に登場する次世代カーナピでは、障害の検知や危険警告、 ITS Cintelligent transport systems :高度道路交通システム)との連携など、安全系の機能
として運転支援機能が一般的に組み込まれる可能性が高い。例えば、車外モニターの映像情報とリンクして、路面状況に応じてサスペンションを制御したり、走行レーン維持のためにハンドルやスロットルを制御したりす
52 Automo↑ive Electronics 2008 Vol.2
るなど、安全運転支援のための制御連携が進むことになるだろう。さらに、 2020年頃には自動運転を可能とする統合制御が現実のものとなるかもしれない(図 1)。
トヨタ自動車が2008年2月に発表した新型「クラウン」には、運転者の目の開閉状態を検知して居眠り状態などを警告する「ドライパーモニター」や、夜間走行時の前方歩行者を検知して表示する「ナイトビュー」、カーナピゲーションと連動して高速道路の出口や一時停止の交差点で減速制御を補助する「ナピ・ブレーキアシスト」など、安全運転支援のための機能が数多く搭載されている。
心、制・剣山明
マルチコア化は必然
こうしたシステムの高機能化に伴って、車載情報機器用のプロセッサに対する性能要求も高くなる。半導体メーカー関係者は「ナピゲーションを中心とした現行製品のプロセッサ性能は却0-600MIPSだが、運転支援機能を取り込んだ次世代機では2000 MIPS程度となろう。制御連携機能を持たせるには 4000-8000MIPSの性能が必要で、自動運転を可能とする統合制御を実現しようとすれば2万 MIPSの性能がプロセッサに要求されるjと口をそろえて言う。その上に、許容される消費電力を考えると、「車載用でもプロセッサのマルチコア化は必然性があるjと業界関係者の見方は一致している。
さらに、車載情報機器向けプロセッサの要件として、「性能と消費電力のバランスJ、「リアルタイム性とソフト
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ウエアの開発効率」などを挙げる人が多い。
2000年に並列ソフト技術を発表
NECエレクトロニクスは、 15年前からマルチコア技術を研究しており、 2000年の ISSCCで rMP98Jとしてその成果を発表した。この中でドメイン分離を行う並列ソフトウエア技術を開発した。この技術をベースにその後の製品開発を展開している。
NECエレクトロニクスのマイクロコンピュータ事業本部自動車システム事業部でチームマネージャを務める吉田正康氏は「並列ソフトウエアは、各プロセッサが協調動作して処理する必要性がある。その時、ソフトウエア聞の通信やドメイン管理が重要となる。通信を汎用的かっ効率的に行うことでプロセッサのオーバーヘッドを下げ、セキュリティを実現するためにドメイン分離する」という。
SMP対応の NaviEngine
NECエレクトロニクスは、 2007年 10月に SMP対応のカーナピゲーション用マルチコア SoCrNaviEngineJ (図 2)のサンプル出荷を始めた。 Navi-Engineは、動作周波数400MHzで演算性能が480MIPSのARMllコアを 4個内蔵することで最大 1920MIPSの性能と 5W以下の消費電力で、マルチメディア処理や画像処理を実行していく。
吉田氏は「熱設計などを考えると消費電力を下げることは重要となる。アーキテクチャを改善して、要求される性能と消費電力を達成していく Jと話す。さらに、マルチコアプロセッサを採用するユーザーメリットとして、「同ーのアーキテクチャでプロセッサのコア数や内部のI10を変更すれば、ローエンド機からハイエンド機まで、スケーラブルに対応できることだ」と強調する。
NaviEngineの今後の展開として、
図 2 NECエレクトロニクスの NaviEngine
高性能品にはプロセッサコアとして ARM Cortex-A9を採用する計画である。
カメラの映像データを高速処理
NECエレクトロニクスは、メディア並列型技術も研究している。 2006年に発売した rIMAPcARJは、画像処理に特化したマルチコアプロセッサで、 8プロセッサの固まりを 16個搭載した演算ユニットが 128個集積され、 1つの命令で同時に複数のデータを並列処理する SIMD(single instruc-tion/multiple data)方式を採用している。このチップはレクサス LS460のプリクラッシュセーフティに搭載され、さまざまなセンサーから取り込んだ情報で画像処理を行う。「この処理はかなり負荷が大きいが、 E江AP-CARは動作周波数 100MHzで 100 GOPSの演算性能を持ち、車外カメラからの映像データを 30フレーム/秒で処理して画像認識している。これは 60km/時で走行中に 56cm移動するごとに 1画面ずつ認識していることになるJ(吉田氏)という。
NECエレクトロニクスで、パソコンなどに使われる動作周波数が 2.4GHzのプロセッサと、並列度を高めた IMAP-CARで、カメラ映像からの白線認識処理を行った場合の性能を比較したところ、その実効性能は IMAPCARが2-4倍も速く、消費電力は 1/20以
下と小さいことが実証された。
ドメイン連携とドメイン分離
ルネサステクノロジは、重点分野の1つとして自動車用半導体に注力してきた。特に、カーナピゲーション向けマイクロコントローラの世界シェアは 60%と高い。車載情報機器向けに要求が高まるマルチコア LSIの開発にも積極的に取り組む。
2008年 1月に発表したデュアルコアプロセッサ rSH7786グループJは、 CPUコア rSH-4AJを2個搭載した製品で、動作周波数が533MHz時に最大 1920MIPSの処理能力を達成している。このグループ製品では、複数ドメインの OS聞を統合する通信インターフェース技術と、 OS聞の干渉を抑止する技術を適用した (pp.58-60の別掲記事、「機能分散型システムにおけるドメイン分離・連携」を参照)。
Jレネサステクノロジは、今後のマルチコア展開として、この技術をベースに CPUを4コア搭載した製品や、画像処理などに必要な機能を 1チップに集積したカーナピ用 SoCの製品化を予定している。
マルチコア LSI用の
低電力/同期技術
早稲田大学と日立製作所、ルネサステクノロジの 3者は、マルチコア LSIの低消費化電力技術、および複数 CPUコアの同期技術を開発した。 2010-2012年頃に製品化を目指す、マルチコア LSIに関する新技術である。
早稲田大学理工学術院情報処理工学科の教授でアドバンストチップマルチプロセッサ研究所の所長を務める笠原博徳氏は「今回開発したマルチコア LSI技術をペースに、まずは情報家電向けの LSIを商品化する計画だ
Au↑omo↑ive Elec↑ronics 2008 Vol.2 53
i:Embedded
が、将来的には自動車への適用を考えている」と話す(別掲記事の「商用品に比べ最大4.5倍速いコンパイラ」を参照)。なお、このマルチコアLSIは、早稲田大学が開発した並列処理プログラムを自動生成する OSCARコンパイラの最適化を効果的に高めるように設計した。
今回3者で開発した技術は、大きく分けて2つある。 1つは低消費電力化技術である。消費電力を抑えるための方法として、電源制御と周波数電圧 (FV)制御の2モードを備えた。チ
ップ上には複数のCPUコアが実装されているが、すべてのCPUコアを動作させなくても目標とする時間内で処理が実行できるようであれば、動作する必要のないCPUコアや処理が済んで待機状態にある CPUコアの電源供給を停止する。これによって、チップのリーク電流を低減できる。また、
商用品に比べ最大4.5倍速いコンパイラ
早稲田大学の笠原研究室では、マルチコア用自動並列コンパイラを開発しているが、今後は産学協同の形で、 OSCARマルチコアプロセッサおよびコンパイラを組み込んだシステムを開発し、提供していく計画だ。
マルチコア用自動並列コンパイラは、経済産業省およびNEDO(新エネルギ一一産業技術綜合開発機構)が中心となって、 2000年より開発がスター卜した「ミレニアムブロ{ジ工ク卜IT2TJの中で開発した基本技術 rOSCARマルチグレインコンパイラ技術」がベースとなっている。 8,..;c..数十プロセッサで構成される共有メモリー型サーJi.ーにおいて、商用コンパイラに比べて、
平均で 2~4.5倍の高速処理性能を実
現できた。また、 NEDOのリアルタイム情報家
図3試作チップを用い
た消費電力のデモSuperHを8コア集積した試作チップを用いて、セキ
ュアオーラ勾オ圧縮処理を実行した時の消費電力は O.66Wで、電力制御を行わない場合は5.73Wとなった。
決められたデッドラインが確保できると判断した場合は、 CPUコアごとに動作周波数や電源電圧を下げて動作させることもできる。これらの制御は、事前に設定した、あるパラメータに基づいて、その最適値をコンパイ
ラが自動的に決めて実行する。
今回、 SuperHを8コア集積した試作チップを用いて、セキュアオーデイ
早稲田大学理工学術院情報処理工学科の教授を務める笠原博徳氏
電用マルチコアプロジェクトで開発されているマルチコアAPIを用いた並列プログラムも、 OSCARコンパイラを使うととによって、 APIをサポー卜する各社のマルチコアプロセッサ上で、アブリケ→ションの並列化を数時間で行うことが可能と怠る。
笠原博徳氏は、「今後の圏内産業を支えていくとみ5れる情報家電や自動車、ロボット向け芯どに、このコンパイラ技術を普及させたし’J考えだ。
オ圧縮 (AACエンコード +AES暗号化)処理を8コアすべて使って実行した時の消費電力は、電力制御を行わない場合に比べて約88%削減できている(図3)。
2つ目は複数CPUコアの同期技術である。この技術により、チップに内蔵したすべてあるいは複数のCPUコア間で高速に同期を取ることができる。マルチコアプロセッサにおいて各 CPU聞の同期を取る方法の1っとして、従来は専用のメモリー領域を設け、プログラムでこのメモリー領域の状況を確認して、 CPUコアが処理を完了しているかどうかを判断していた。この方式だと、ソフトウエアで実行するため時聞がかかっていた。
今回開発したバリア同期技術は、 CPUコアの処理が完了しているかどうかをハードウエアで高速に検出できる。試作チップはバリア同期用のパスと特殊なレジスタを備え、処理を終えたCPUコアが1ピットのデータをレジスタに書き込むと、それをほかのレジスタに伝える仕組みとなっている。
このように各CPU聞の同期をハードウエアで行うことで、 CPUコアがプログラムの次の処理を始めるまでの待ち時間を削減できる。繰り返しパ
54 Au↑omo↑ive Electronics 2∞8Vol.2
リア同期を行うプログラムで評価を表1 ARM11 MPCoreで’CPUコア数とライブラリの組み合わせによる主な仕様(参考値)
行ったところ、「ソフトウエアで実行
していた場合に比べて 18倍の高速化
ができたJ(笠原氏)という。
また、このハードウエア構造は自動並列化コンパイラと組み合わせれば、各階層のプログラム並列性を考慮して、必要な数のCPUコアを割り当てて並列処理を行う、「階層型粗粒度タスク並列化」を実現することが可能となる。
Co同ex-A9、1-4コアに対応
英ARM社は2007年10月、 ARMv7アーキテクチャに基づいた新しい CPUコア ICortex-A9 Jを発表した。マルチコアタイプとシングルコアタイプの2種類があり、 1個のコアで最大2000DMIPS(Dhrystone MIPS)の演算性能を実現できる。 Cortex-A9は、プロセスを最適化することによって、最大8000DMIPSの演算性能を実現することが可能である。 CortexA9 マイクロアーキテクチャ(シングルコア版)は2008年第2四半期にリリースされる予定だ。
Cortex開 A9は、投機的アウトオブオーダー実行や、複数命令発行に対応する8段からの可変長スーパースカラーパイプラインを持ち、 1サイクル当たり最大4つの命令を実行できる。 Cortex-A9を台湾 TSMC(Taiwan Semicon-ductor Manufacturing Company)社の65nm標準プロセスで製造した場合、コアロジック部のチップ面積は
1.5mm2以下と小さい。
マルチコアタイプのCortex-A9 MP Coreプロセッサは、 2-4個のコアを内蔵できる。特に、コア聞で共有するアクセラレータやDMA(direct mem-oryaccess)などにおけるコヒーレンシ(一貫性)を実現するアクセラレータコヒーレンスポート (ACP)を備えることで、システム性能の向上や消費電力を削減することが可能となる。また、アドノtンストノTスインターフェースユニット、割り込みを仮想化してハードウエアによるセキュリティや準仮想化(パラパーチャライゼーション)を実現する IMulticoreTrustZoneJ 技術などをサポートしている。
ARM社はCPUコア以外の周辺IPも用意している。フィジカルIPとしては、低消費電力版の IMetroライブラリ」と高性能版の IAdvantage開 HSJがある。これらを選択することで、いろいろなニーズに対応できる。
アームでフィールドアプリケーシヨンエンジニアリングのシニアエンジニアを務める小林達也氏は、例えば、台湾TSMC杜の標準90nmプロセスを使って ARMllMPCoreチップを製造した場合、「参考値だがMe位。ライブラリを使ったデュアルコアのプロセッサと Advantage丑Sライブラリをf吏ったシングルコアのプロセッサは性能が同じでも、トータルの消費電力はMetroライブラリを使った方が約22%小さい」という(表1)。
マルチコア版の仮想化技術
英 TRANGOVirtual Processors 社(以下、 TRANGO杜)は、 ARM社のマルチコアプロセッサである IARMll
(TSMC社の標準90nmプロセスで製造した場合)
MPCoreJ上で、複数のOSを同時に実行することを可能にし、さらに、 OSの稼働中に処理の負荷に応じて、実際に動作するプロセッサコア数を動的に変更することが可能なプロセッサ仮想化ソフトウエア ITRANGOHy-pervisorJの出荷を始めた。
このソフトウエアの特徴は、 VPU (TRANGO virtual processor unit) 聞で割り込みコントローラやMMU (memory management unit)、メモリーなどを共有できること、ある VPUで動作するソフトウエアがその他の VPUがイ吏用しているリソースにアクセスできないという高い安全性を備えること、 TRANGOHypervisorのコードサイズが20Kバイト -30Kバイトと小さいこと、仮想化処理による
処理負荷がプロセッサの処理能力の 2%以下、などが挙げられる。
なお、車載制御システム向けOSの開発などに長年携わっている名古屋大学の高田広章氏に、今後の車載用 OSの課題などを聞いた(次ページの「車載ソフトはオープンプラットフォームへ」を参照)。また、米GM社や EEMBCが中心となって進めている、自動車向けマイコンの性能ベンチマーク策定の動向も紹介する (pp.60-61の「自動車向けマイコンの性能ペンチマーク策定へ」を参照)。
(馬本隆綱)
Au↑omo↑ive Electronics 2008 Vol.2 55
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名古屋大学大学院情報科学研究科の教授で付属組込みシステム研究センターのセンター長を務める高田広章氏は車載制御システム向|才08の、これからの課題として、以下の3つを挙げる。

マルチコアプロセッサへの対応
:・機能安全への対応

マルチメディアシステムとの統合
車載制御システムにも、マルチコアプロセッサを適用する必要性が増えてきた。それはマルチメディアり情報機器)側だけではなく、制御側でも必要となっている。そうした中で、対応する 08について高田氏は r08EIく08仕様はマルチヨアプロセッサに対応するための拡張がしづ5いように思われる。 AUT08ARの仕様も、 Version2.0はマルチコアプロセッサについてあまり考慮されてお5す、 Version3.0でもまだ対応されていないと聞いており、 Version4.0でその対応を検討しているようだ」と指摘する。
ECU統合の動きもある。との場合は
Iワンチップにプロセッサコアを複数実装しても、現状は各コアを別々の08で制御した方が安価である。しかも、コア閣の通信はネットワーク対応で済み、ミドルウ工アで対処できるため、シングルコア対応の08で済む可能性が高い。シャーシ系では今のところマルチコア化にするメリットは見あた5ない。
図Aトヨタ自動車と名古屋大学の共同研究プロジェクトの概
要(赤い破線が共同研究する部分〕
名古屋大学ー大学院情報科学研究科の教授で os連係機能などの開発拠点となる組込みシス Jテム研究センター長を務める高田広章氏
例えば、パックガイドモニターで、万が一lこも08がフリーズしたときに、制御系か5情報系を監視していれば、モニタ一画面を消す己とができる。「制御系からどのように監視を行った5良いかという方策については大学側か5もサポー
卜していくJ(高田氏)方針だ。
名古屋大学とトヨタ自動車は、 2010年に製品化を予定している車載マルチメディアシステム向け08を共同研究している(図A)o rこの08には名古屋大学で開発してきた08連係機能が組み込まれているJ(高田氏)と話す。
オーブンなプラットフォーム
今後の車載ソフトウエアの動向として「オーブン系08によるプラットフォーム化が 1つの方向としてあるJ(高田氏)という。一例だが、ナピゲーション機器やオーディオ機器なと、は専業メーカーが開発している。とれ5の情報機器系が統合され、地上デジタル放送の受信や Google Earthとナピ情報の連動など、新しいサービス/機能に対応しようとすれば、その分野に強い企業か5購入したソフトウエアを追加しで実装すればいい。しかし、個別の機能を専門メーカーに全て任せてしまうと、サード),-ティが作ったソフトウエアを容易に実装しにくくなる。こうした問題を解決するために rUNIX系などのオープンなソフトウエアプラットフォームを活用していく方向もある」と高田氏は語る。
(馬本隆綱),
56 Au↑omotive Electronics 2∞8Vol.2
BOSCH
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最高水準の技術で世界をリードします。
顧客志向と高晶質を追友し、常に先進の技術を発信しつづけるボッシュ株式会社は、エンジン出力と燃費を大幅に向上させつつ、環境への負荷の低減を促進するテsイーゼルマネジ、メントシステムおよびガソリン用燃料噴射システム、ブレーキとエンジン出力を制御することで車両の挙動を安定させ、事故を未然に防ぐ手助けをする ESC(エレク卜口ニック・スタビリティ・コントロール)や、工アバッグ等の乗員保護システムなど、未来へ向けたボッシュ・スタンダードを創出しています。
iIi.::I:I.:a.株式会社本社:干 150-8360東京都渋谷区渋谷3・6・7 TeI.03-3400-1551 www.bosch.co.jp
:Embedded
機能分散型システムにおけるドメイン分離・連携
原博隆ルネサステクノロジシステムソUューション統括本部システムソリユーション第四事業部 CIS設計部グループマネージャ斎藤靖彦ルネサステクノロジシステムソリユーション統括本部システムコア技術統括部 CPU開発第一部グループマネージャ
ルネサステクノロジ(以下、ルネサス)は、 iSH-4Jのアーキテクチャとソフト互換性を継承し、パフオ}マンスと周辺機能を向上させたプロセッサの開発を続けている。 SH-4シリーズはカーナピゲーション機器、アミューズメント機器、デジタル家電機器、産業機器等に幅広く使われている。
ルネサスの32ピット RISCCPUコアSH-4、SH-4Aを搭載した汎用マイクロプロセッサのロ}ドマップを図 1に示す。
SH-4シリーズの最大動作周波数は、 SH7750系と SH7751系は 167MHz-240MHz、SH7780は400MHz、SH7785が600MHz、SH7786は-DualCoreで 533MHzを達成している。周辺機能としては、内蔵周辺機能に加え、ダイレクトメモリアクセスコントローラやPCIコントローラを搭載しており、
システムの拡張性を考慮した設計と
なっている。
SH7786では、マルチコア対応用のコアアーキテクチャを採用したSH-4Aコアを2個搭載している。 SMPはす称型マルチプロセッシング)および AMP(非対称型マルチプロセッシング)のいずれにも対応でき、処理を 2つのコアで効率よく並列処理できる構成となっている。
また、ディスプレイユニット (DU)を内蔵しているため、 1チップで表示制御まで可能である。さらに、 PCIExpress パスインタフェースを備えた高性能な外部デバイスを接続するために、 PCI Expressノfスコントローラを内蔵している。(表1)
ドメイン分離・連携自動車分野およびほかの組み込み
図1 SH-4、SH・4A汎用マイクロプロセッサのロードマップ 58 Automotive Elec↑ronics 2008 Vol.2
分野において、マルチコアシステムを用いる目的は大別すると、以下の3つを挙げることができる。

処理性能の向上(レスポンス時間の向上およびスルーフ。ツトの向上)

システム拡張の容易化(既存システムへの新規機能の追加、複数の既存システムの統合)

システム信頼性の向上
2つのSH-4Aコアを搭載したマルチコアプロセッサSH7786は、システム運用方式として負荷分散型のSMPと、機能分散型のAMPのいずれにも対応が可能である。
SMP方式では、 SMP対応OSがプロセスまたはスレッド単位で、各CPUコアが行う処理をスケジ、ユーリングするため、従来のシングルコア用のソフトウエアを容易にマルチコア上で実行することが可能となり、従来のシングルコア構成時に比べて処理性能を向上することが可能となる。一方、 AMP方式の機能分散型システムは、マルチコア LSIの各CPUコアに、異なる機能やシステムの処理を分担させ、各CPUコア(および各OS)が互いに連携をとりながら統合的に動作するシステムである。ルネサスは、上述した3つの要件を満たすために、マル
表1 SH7786の主な仕様
チコアを使用して機能分散型システムを構築するための支援技術として、 IEXREAL-ExARIA (エクスアリア)Jならぴに IEXREAL-E玄Visor(エクスパイザー)Jを開発した。 2つのドメインによるシステム構成例を図2に示す(マルチコア LSIを使用した機能分散型システムでは、異なる特性や機能をもっ個々のシステムをドメインと呼ぶ)。
例えば、ドメイン 1はリアルタイム性を重視した制御系ドメインとし、ドメイン2はマルチメディア処理などを担当する情報系ドメインが考えられ
る。制御系ドメインの状態を情報系
ドメインで活用したい場合、ドメイン聞の通信が必要である。しかし、制御系ドメインが情報系ドメインから不正にアクセスされることによってシステム上の不具合があってはならないため、 Eメイン聞のアクセスを制御することが重要となる。以下にその
技術を述べる。
. rEXREAL-ExARIAJ
複数08聞を統合する通信インタ
ーフェース技術(ドメイン連携)
マルチコアによる機能分散型システムでは各CPUコアの動作用に複数 のOSが必要となる。「複数OS開通信インターフェース技術 (EXREAL-ExARIA)Jは組み込み向け OS(制御系、情報系)の既存カーネルを改変せずに、通常のAPI(applicationprogram-ming interface)として、ユーザープログラムに組み込むことが可能となる。同ーの OSだけでなく、異種の OS間 (Windows CE、Linux、μITRONなど)でも共通に適用可能である。このため、例えば情報系ドメインのOSをWin-dows CEとし、制御系OSがμITRONであっても、共通EXREAL-ExARIA
機能分散型システム広おけるドメイン分離・連携
-目的:マルチコア土での複数ドメインシステムの構築

分離:共有ハード資源上でのドメイン聞干渉を防止

連携:異なるドメイン間の通信、同期を実現
EXREAL.困 ExARIA
但 -複数ドメイン聞をつなぐ・上位アプリ、ミドルから機能分割詳細を隠ぺい
EXREALCExVisor
-共有ハード資源(メモリー)の分離・アクセス監視
e
国.システム信頼性の向上
ドメインtドメイン2情)ドメインとは、大きな機能を構成する実行08、実行CPU、メモリー空間などを集めたシステム婿成の単位
図2ExARIAとExVisorの概要
8H7786
図3 SH7786の応用例
インターフェースによる連携が可能である。これによりシステム拡張時は互換性を損なわず、短い開発期間で機能分散型システムを構築することができる。
. rEXREAL-ExVisor J
複数08聞の干渉抑止技術(ドメイン分離)メモリーなど各ドメインで共通に
使用する共有ハードウエアリソース
などにおいて干渉が発生すると、個々のシステムの動作に影響を及ぼし、システムの信頼性を低下させる要因になる。「複数 OS間干渉抑止技術 (EXREAL-E玄Visor)Jは、既存システムへの機能追加および統合時の共有ハードウエアリソース上の干渉を検出し、セキュア性および信頼性を要求される重要な OS領域への干渉を防ぐもので、干渉検出・抑止用ハードウエアとデバイスドライパの連携によ
Automotive Elec↑ronics 2008 Vol.2 59
:Embedded
り実現される。この技術は既存のOS
カーネルの改変を必要としないため、
情報系ドメイン (WindowsCEなど)
と制御系ドメイン (μITRONなど)と
いった異種OS構成によるシステムに
も適用が可能である。
この技術を用いて、情報系OSおよぴ制御系OSを使用した組み込み向け機能分散型システムを、 SH-4Aベースのマルチコア試作チップ上で構築した結果、従来に比較してシステム開
発工数を当社比で約30~40%低減す
ることができた。今後のSH7786マルチコアプロセッサのシリーズ製品においても、シングルコア向けの膨大な既存ソフトウエア資産を再利用した、ドメイン分離・連携システムを短期間
で構築することが可能となる。
車載’情報機器への応用例
SH7786の応用例を前ページの図3に示す。本例では、 CPUOでナピゲーシヨンの制御、 CPU1でAudioVideoのデコードおよび制御を仮定している。
PC1 Expressを実装したことで汎用のグラフィックスLS1との接続が容易になり、 CPUからはダイレクトメモ
リアクセスコントローラを使って、 CPU
に負荷をかけることなく、効率的に頂点データを転送することが可能になった。また、 PC1Expressを使用することにより 250Mバイト/レーンのバ
ンド幅が使用可能となり、従来のPC1
では困難であったAVのデコードデータの転送も可能となる。これにより、ユニファイドメモリーに転送されたデータをディスプレイユニットで重ねあわせ表示することが可能になった。加えて、 CPUOとCPU1の聞は前述のドメイン分離機能を使用することで、信頼性の高いシステムを構築するこ
とが可能となる。
60 Automo↑ive Elec↑ronics 2008 Vol.2
自動車向けマイコンの性能ベンチマーク策定ヘ
大塚聡 EmbeddedMicroprocessor Benchmark Consortium (EEI¥~BC)
業界標準化団体の EEMBC(Em-bedded Microprocessor Benchmark Consortium)は、約10年前に自動車・産業機器向け’性能ベンチマークI
Auto-Bench l.lJをリリースした。このベンチマークは、システムレベルでの複雑な動作をしたときの評価を前提としたものではなく、マイクロコントローラ(以下、マイコン)のコア部分の計算能力に特化して性能を判定するために用いられた。しかし、実際に自動車でマイコンが使われる場合、センサーやアクチュエータでは8ピットの1/0処理、割り込みやDMA(direct mem-oryaccess)が頻繁に発生する場合が多く、マイコンサブシステムを評価する上で、実環境に即したシステムベンチマークの登場が期待されている。
そうした中、米GeneralMotors(GM) 社は、 EEMBCの協力により、 2007年 3月に米国デトロイトでミーテイングを開催した。このミーティングは、実用性の高い自動車向けベンチマークの確立と、自動車用途にマルチコアプロセッサの採用を促すためのものであった。そこには英ARM杜や米Atmel社、スウェーデン Autoliv社、ドイツ Robert Bosch社、米Chrysler社、ドイツ Continental社、米Delphi社、デンソー、ドイツ dSPACEネ士、フィンランド Elektrobitネ士、イーソJレ、ドイツ ETAS社、米FordMoter社、米Free-scale Semiconductor社、富士通、 GM社、米GreenHills Software社、ドイツ Hella KGaA HueckCo社、目立製作
GM社のミーティングに参加したメンバー
所、ドイツ 1nfineonTechnologies社、米TheMathworks社、米Microchip Technology社、米MIPSTechnologies 社、米National1nstruments社、 NEC、 PolyCore Softwareネ士、カナダ QNX Softwareネ士、ルネサステクノロジ、 Sie-mens VDO社(その後Continental杜が買収)、スイス STMicroelectronics 社、米Texas1nstruments社、東芝、
ドイツVector1nformatik社、米Wind River社、米X出nx社が名を連ねた。
4グループで検討
ミーテイングでは、自動車の部位別にベンチマークを実施する上での共通点と相違点を理解し、ベンチマークの策定を実施していく場合のコンセンサス作りを行った。また、マルチコア技術を自動車分野へ応用する場合の標準化のメリットとして安全性、スケジ、ユーリング、タスクとリソースの管理、通信の観点で検討した。
参加者はパワートレイン系、ボディ系、走行安全系、情報通信系の各部位別に4つのグループに分かれて、議論した。内容は各部位の主要機能の確認、各部位でベンチマークの必要な部分と測定パラメータ(マイコンのコア、パス、ペリフェラル、メモリー、コンノfイラ、 OS、ソフトウエア・ドライパなど)の検討である。
パワートレイン系では、自動車の排
出ガス規制の強化や低燃費化に対応
するため、マイコンに対する性能要求
は依然として高い。パワートレイン
の分野では、ハイエンドのシングルコ
アよりマルチコアのプロセッサを使
う方が、より効率的である。一部のパ
ワートレイン向けマイコンはハード
ウエアリアルタイムな制御を行うプロ
セッサコアと汎用的な処理を行うプ
ロセッサコアに分けた機能分散型の
マルチプロセッサ構成を取る。
将来登場するとみられるパワートレイン向けマルチコアマイコンは、このような機能分散型の構成や、エンジン制御、駆動系などでコアの利用を分ける構成、あるいはそれらの構成の組み合わせになるであろう。
The Multicore Associationは、マルチコアプロセッサの普及に必要となるコア聞の通信方式やデバッグAP1を定義し、標準化する団体である。それと同時に自動車向けマイコンシステムの構成を推奨し、ソフトウエア開発環境のガイドラインを提言することでパワートレイン向けマイコンの方向性を提供することになろう。
自動車メー力ーは策定に前向き
パワートレイン系のベンチマークを策定する上での問題点もある。 1つはソースの入手が難しいことがある。それはベンチマーク・コードを作成するために実際のECU向けコードが必要となるが、知的所有権の問題やECUの開発競争が非常に激しいためだ。も
う1つはツールやコンパイラが特定の
ハードウエアに強く依存しているた
め、ある 1社の半導体メーカーのマイ
コンから、それ以外の半導体メーカー
のマイコンにそのソフトウエアを移
植しようとすると膨大なコストがか
かってしまうことである。
例えば、 ECUのDSPコードを例に取ると、ある半導体メーカーはノッキング状態を検出するために特殊なDSPの命令セットを用いている。またもう1つの問題は、シリンダ関連のイベン
トを処理する複雑なタイマー、 DMAコントローラ、I10などの性能をどう客観的に評価するかである。こうした問題はあるが、自動車メーカーは、 Tier1サプライヤが採用した既存の方法、技術、解決策を評価するためにベンチマークの策定に前向きである。
ボディ系の場合、セントラルボディからメカトロニクスまでアプリケーションは多岐にわたり、部位によって性能、メモリーサイズ、ペリフェラルの組み合わせもさまざまである。一般的にボディ系は CPUによる処理よりも 1/0や割り込み処理のウェイトが高い。したがって、ボディ系ベンチマークではペリフェラル1/0のテス
トを含める必要がある。課題としては、 1つがペリフェラル性能の評価方法、もう lつはインテリジェント・ペリフェラルの場合、特定の 1/0機能を実行するために、 CPUをどこまで使い込み、逆にどこまでオフロードすればよいか、である。ボディ系ではコードサイズが性能と同程度に重要である。なぜなら CPUのバンド幅がいっぱいになる前にメモリーフットプリントが物理的容量を超えてしまう場合が多いからである。またボディ系のアプリケーションでは頻繁に分
岐が発生する (switchcase/if-else)ので、コードサイズを 64Kピットから 1Mピットまで変化させたときの分岐性能をテストすることも重要である。
情報通信系についてもどこまでベンチマークでカバーするかが問題である。情報通信系の機能には、ナピゲーション、 POI(point of interest)、ジ、ュークボックス、テレマティクス、後部座席エンターテイメント、インターネット(ブラウザ、 Eメールの自動読み上げ、ゲーム)、コネクテイピティ(iPod、PFS、USB、WiFiなど)、自動音声認識 (ASR)、パーキング・アシスタンスなどがある。各機能について、どの特性パラメータを測定するべきかを考える必要がある。
価格対性能比の改善に有効手段
マルチコアプロセッサ関連のミーテイングでは、(自動車業界としては基本的にマルチコアプロセッサを導入していく方向であるが)マルチコア技術を採用する上で新しい課題も出てきた。マルチコアプロセッサを導入する理由は、高性能、低消費電力、メモリーのボトルネック解消、走行安全性(または冗長性)の点にある。情報通信系を例に取ると、マルチコア技術は価格対性能比を改善するために有効な手段である。また情報通信系は、単一機能ではなく、多数のタスクが同時に発生するため、その負荷を複数のプロセッサコアに分散する必要がある。
現行のマルチコアプロセッサの問題点は、ハードウエアデバッグサポー
トが十分でないこと、いくつか可能性のあるソリューションはでてきたが、シングルコア向けアプリケーションソフトウエアの移植が効率的でないこと、などが挙げられる。雄
Automotive Electronics 2008 Vol.2 61
自動車メ力卜ロニクス技術:最新トピックス
.:フェライト磁石

:希土類磁石

:希土類ボンド磁石
スピーカー電動テールゲート(SUV)アンテナリフト燃料ポンプスピードセンサー.サスペンションコントローラ
図1自動車における磁石の応用例(提供 :TDK)希土類磁石、フェライト磁石を含めて、そのほとんどがセンサーやアクチュ工ータなど、メカトロニクス部品のキーパーツとなっていることがわかる。
近年の電機業界では、自動車向け電子技術に関する製品や発表に注目が集まっている。 1980年代には、自動車1台あたりのコスト比率が1%程度に過ぎなかった電子部品だが、現在は 20%-30%にまで急拡大しており、ハイブリッド車などの電動自動車では50%にも達する。電機業界がこの明確に拡大する市場を目指すことは当然のことである。
自動車向け電子技術は、おおまかに情報系と制御系に分けることができる。このうち制御系は、自動車の本来機能である「走る、曲がる、止まる」に関連するもので、エンジンやブレーキなどの制御を行う ECU(electron-ic control unit)などがこれにあたる。そして、今後の電子部品のコスト比率を押し上げることを期待されているのが、この制御系に用いられる自動車メカトロニクス技術である。
62 Au↑omotive Elec↑ronics 2008 Vol.2
機械と電子の融合
メカトロニクス (mechatronics)は、機械工学 (mechanics)と電子工学 (elec-tronics)を融合した造語で、従来は工作機械や製造装置に関わる FA業界で用いられてきた。当初は圏内の業界用語に過ぎなかったが、最近では欧米でも通じる技術用語になりつつある。その重要要素部品が、センサー、アクチュエー夕、コントローラである。
機械工学をベースに、機械技術者が発展させてきたのが自動車技術である。現在の内燃機関やトランスミッションなどの主要な自動車部品は、これまで進化させてきた機械技術をさらに改良することで現在のものになっている。自動車への電子技術導入の端緒となった、エンジン用ECUと酸素濃度を測定するセンサーは、 1970年代の排ガス規制「マスキー法」に対応するために、エンジン内で燃料燃
焼を最適化することを目的としていた。このエンジ、ンの電子制御では、酸素濃度センサーがセンサー、燃料噴射がアクチュエー夕、 ECUがコントローラに相当することから、メカトロニクス技術であることがわかる。
そして現在では、ほとんどの市販車に装備されているアンチロック・プレーキ・システム (ABS)をはじめ、今後普及が見込まれる電動パワーステアリング包PS)、横滑り防止装置 (ESC)、
トラクション・コントロールなど、センサー、アクチュエー夕、コントローラで構成される自動車メカトロニクス技術の重要性は高まっている。
実際に、カーエレクトロニクスの進展の指標として取り上げられることの多い、高級車のECU搭載数と同様に、センサーとアクチュエータ(モーター)も 1100個」搭載されているといわれている(図 1)。
NTI¥lの柴田氏(左)と高橋氏
増やす方法では実用上十分なエアギ
ャップを石在保:できない。
NTNと子会社のフランス SNR杜は、磁気エンコーダの極対数やエアギャッフ。を変更せずに、最大で従来比40倍の分解能を持つ「高分解能回転センサー付きハブベアリング」を開発した。キーパーツになるのが、 SNR杜の高分解能センサーチップである(図2)。
このセンサーチップは、複数のホール素子をー列に並べたラインセンサーと独自開発の ASICを内蔵している。 1個のホール素子の場合エンコーダのN極と S極の通過を検知するだけだが、このラインセンサーは磁極対による磁場の変化を、サイン (sin)波とこのサイン波から 90度位相がずれたコサイン (cos)波として検知できる
O
この sin/cos信号を独自開発のASICで処理することで、エンコーダの極対
数の 2倍 ~40倍にまで信号周波数を
逓倍化できる(図3)0このセンサーチ
ップを、 NTNの軸受シール技術によ
りハブベアリングに実装した。
ABSセンサーの分解能を高めることで新しい自動車システムに応用できる 同社商品開発研究所電子応用
O
研究部主任研究員の高橋亨氏は「分解能が高ければ、低速走行時でも十分なパルス数を得られる。例えば、坂道
高分解能回転センサー付きハブベアリンク‘
自動車のいわゆる足回り系の部品で多くの実績を持っているのが大手軸受メーカーのNTNである。転がり軸受などの機械技術をベースに、 FF車に必須となる等速ジョイントや、車軸用軸受(ハブベアリング)で世界ト
ップクラスのシェアを占める。
センサーを一体化
急ブレーキ時に車輪がロックがしないようにする ABSは、ハブベアリングと同期して回転する磁気エンコーダを、ホール素子や磁気抵抗センサーで検知して、各車輪のロック状態の有無を見分け、ブレーキを制御する。従来、磁気エンコーダについてはハブベアリングのサプライヤが製品に組み込み、その後自動車メーカーがセンサーを実装する方法が主流だ、った。
NTNでは、センサーを一体化したハブベアリングを提案し、すでに量産出荷している
O
同社自動車商品本部アクスルユニット技術部主事の柴田清武氏は「磁気エンコーダとセンサー聞に数ミリのエアギャップを持たせる必要があるが、センサーを一体化して提供することで、自動車メーカーにとって組み付け時のパラつきがなくなるとともに、作業工数を減らせるというメリットがある」と話す。
分解能を高める ABSに用いる磁気エンコーダの極
対の数は、 40~50程度である Oつま
り車輪 1回転につき 40~50パルスで
も、 ABSにとって十分な分解能とされている。また、高分解能のセンサーや磁気エンコーダを適用するのが難しいという現実もある センサーに
O
ついては、高分解能化と価格面で限界があり、また磁気エンコーダの磁極を
図2 NTNの高分解能回転センサー付きハブベアリングと SNR宇土のセンサーモジュール
モジ、ュール上のセン
サーチッフ。のサイス苧は7mmX6mmX 1mm。
『咽11–
・圃圃圃E霊園・・b
図3高分解能化のしくみ(提供:NTN) エンコーダによる磁場の変化を sin/cos信号として検
出することで 2倍 ~40倍
まで信号パルスを逓倍化
令』、/、/

一7
『咽島v
できる。一般乗用車用の 発進時の逆行防止や、低摩擦路での低
a’
極対数は 48なので、 1回
ABS用磁気エンコーダの速走行時のトルク制御などへの応用
転あたり最大 1920パルスが期待できる」と話す。今後は、セン
まで高分解能化できる。サーチップの小型化に取り組む。 Automo↑問日ec↑ronics2∞8¥/01.2 63
自動車0理子化が怠速に進んでし、るのは既知の事実であるが、その中でも環境に配慮した技術、例えばC02排出量の削減や都市公害の元となるNOx排出量の削減、さらには安全性を高める技術などは特に電子化が不可欠となっている。また、電子イヒ0湛本となるマイクロコントローラを搭載した rECUJに組み込むソフトウエアの開発や物瑚育報を検出するセンサー技術なども重要なテーマだ。
一方で、電子化に伴う車内配線の増大も大きな問題となっており、これらの膨大な配線を、車内ネットワークを用いて削減するための LlN、CAN、FlexRayなどの車載LANの利用も進んでいる。特に高速LANであるFlexRayは、機械的な伝達機構を用いずに電気的駆動によってのみステアリングやブレーキなどを操作する rXbyWireJ技術に応用できるため注目を集めている。
また、燃料タンクに貯蔵した高圧水素と空気中の酸素を用いて発電する燃料電池を利用し、
-圃圃圃圃圃圃圃圃圃圃圃圃甜車耳目置歯菌E重量罷自圃圃圃圃圃圃圃圃圃圃圃圃圃
モーター駆動のみで走行する燃料電池車や、
大容量電池に家庭用電源から直接充電できる
プラク‘イン型ハイブリッド自動車のような電気
駆動車には、その制御用としての最新デバイス
であるシリコンカーバイトパワー半導体なども
ますます重要となってきている。
このような背景において、リードエグジビシ
ョンジャパン(株)は、エレクト口ニクス機器の
製造・実装・検査に関わるアジア最大の専門
展示会である「ネプコンワールドジャパンjと
同時開催する形で、 2009年に第1回の園圏
カーエレクトロニクス技術展の開催を決定した。
実際、前回 (2008年)ネプコンワールドの総来
場者、約55,000名に対して、カーエレク卜口
二クス業界に関連する来場者がおよそ8,000人
もいるというデータもあり、出展企業も、 1072
社中、約350社がカーエレクト口ニクス関連の
技術を出展しているという。
来場者から見ればLカーエレクト口ニクスに
関連する電子部品やIC、さらには組み込み
圃圃圃圃圃圃圃圃圃圃園町廼露畢皐司商置亘書E自圃圃圃圃圃圃圃圃圃圃圃圃
図1出展社と来場者の目標数推移
PR
ボード、 LCDやLEDのパネルやランプ、通信用
のデバイスやアンテナ、各種センサー、ミリ波
レーダーやマイクロ波部品、 ABSやパワートレ
イン関連などの駆動制御系システムなどが一堂
で見られて、かつデモなども体験でき、さらに
それらの実装キ検査システムを同時に参観でき
る機会は、この展示会以外には存在しなであろ
う。特に自動車に搭載される電子システムには
高度な信頼性が求められるため、実装系や検査
系の技術が同時に見られるということは、来場
者にとって大変貴重かつ効率の良い展示会と
いえるだろう。
一方、出展社にとづても、実際に自動車に関連する自社町技術を自動車メーカーあるいは自動車部品メーカーの技術者に示せる絶好の機会とすることができるのだ。もちろん、インターネプコンワールドと同じく、 VIP特別招待制度などの各種の特典も受けられる。見る側、見せる側双方にとって、効果的な展示会となる
だろう。
2008年1月17日(水)に本展示会に関する「開催発表会」を実施したところ、当初500名と予想していた参加申込者数が、予想の2倍となる 1,000名にもなり、カーエレクトロニクスへの注目の高さと関連産業の裾野の広さを示す
ものとなった。
初年の出展社数は
400祉を目指す
同社は、来年2009年の出展社数を400社、来場者数を2万人と予想している。また、 5年後の2013年には出展社数が1,000社、来場者数が4万人の世界最大となる専門展を目指して
)。いる(図1
同社によると、開催発表会後に電子部品メーカー、半導体メーカー、組み込みシステムメーカ一、検査・試験・分析メーカ一、車載
システムメーカーなどの多数の企業から出展申し込みがあるという。そのため、展示スペースガ戸なくなり次第受付を終了することになるので、出展を検討している企業は早めに申し込みを
行う必要があるだろう。
-,掴箇匝唖置音直面.i~.””””””‘”
リードエグジ‘ビシヨンジャパン株式会社国際力一エレクトロニクス技術展事務局 E豆口03-3349-8502 IFAX103-3349-49∞ 匡扇illcar-ele@reedexpo.co・lP
自動車に関する展示会やイベン卜には「東京モーターショー」があるが、これは主に自動車のユーザーを対象にしたイベントで、自動車の性能や外観、コンセプトなどが注目の的となっている。一方で、地球環境問題がクロース:J7ップされる近年では、温暖化に影響を与えるC02排出量の削減や都市公害の元となる排気ガスの清浄化、安全性などに関する自動車の最新技術もまた注目されている。
「人とくるまのテクノロジー展」は、主に自動車技術に関する展示会であり、フォーラム・技術講演が併催されている。主催の自動車技術会は、自動車開発を勉強するための学会と協会の機能を併せ持つ団体として、第二次世界大戦後聞もない1947年に設立された。当初の会員数は1500人ぐらいであったが、現在は4万 2000人近くにま前普えており、圏内最大規模の学会組織になっている。
このイベントは、大きく分けて同組織の会員大会である r2008年春期大会jと一般来場者を含めた「展示会jで構成されている。春季大会の学術講演会への参加登録は、会員含めて有料となるが、会員以外の一般来場者が参加する場合は、個人会員より参加費は高くなる。学術講演の登録受付は、オンラインからの事前申込も可能であるが、当日会場受付で参加
68 Au↑omo↑Ive日ec↑ronics2∞8Vol.2
広告企画
J 人とくるまのも..rIテクノロジー展特集 BP自動車技術麗
人とくるまのテつノロヨー毘2crD8
且UTOMOTIVEENGINEERING EIPOSITION
プレビ‘ュー
2008年5月21日(水)-23日(金)の3日間、パシフィコ横浜の展示会場およびアネ
ックスホールにて「人とくるまのテクノロジー展 ~008Jが開催される。主催は社団
法人自動車技術会(会長:大久保宣夫氏)で、文部科学省や経済産業省などが後援を予定している。}展示総面積はおよそ 2万 m2であ D、2月20日現在の出展者数は 382社/981小聞である(昨年は 388社1922小間)。開催時聞は午前 10時~午後 5時で、来場者数は6万人を予想している(昨年は 65,386〆人)。なお、先着3万人に展示会ガイドブックが無料で配布される予定。
費用を支払って登録も可能である。
一方、キーノートアドレス、テクニカルレビ‘ューおよひフォーラムについては、展示会に登録すれは誰でも無料で参加できる。また、学術講演の前刷り集やフォーラムテキス卜は、会員だけでなく会員外の方でも購入可能である。
一般展示
一般展示には、自動車メーカーをはじめ、電装晶メーカー、計測機器メーカ一、電子部品・半導体メーカー、ソフトウエアメーカーなど多種多彩の企業が参加している。
例えば自動車メーカーとしては、トヨタ自動車、日産自動車、本田技研工業、三菱自動車工業、マツダ、富士重工業、ダイハツ工業などが出展しており、電装品メーカーではテeンソーやボッシュ、目立グループなど、計測機器メーカーでは日本ナショナルインスツJレメンツ、島津製作所、日置電機など、ソフトウエアメーカーとしてはNTNやシーメンスPLMソフトウェア、イータス、住商情報システム、サイパネットシステムなど力岨展する。なお、出展企業の詳細は、以下の主催者事務局である(株)大成杜のホームページで参照できる。http://www.taiseisha.co.jp/
企画展示割削幽幽白血
一般企業の展示に加えて、主催者が企画する企画展示も行われる。例えば‘、 Iに
燃費を良くする最新技術J関する展示は展示AホーJレ慣J
で行われ、 C02排出量削減に関する製品、システム、基盤技術などを広く集めて展示し、業界全体としての取り組みを示す予定だ。
また、「最新くるまの運転教室jは、昨年と同様に、アネックスホール側のピロテイで行われる。現代のくるまと、その最新の技術に見合った運転操作、危険回避をテーマにした安全運転教室である。実践的な運転操作について、車両がスリップしやすい状態となる低μ路マット上に水をまいた状態で運転デモンストレーションを行い、ブレーキ操作とハンドル操作を見学・体験できる。実験に用いる車両は
ABSなど0湯新安全装置が取り付けられたものである。
もう一つの企画展示として、国内外で活躍した四輪/二輪レーシングマシンを紹介するコーナーも1階のコーンコースに設定される予定。さらに、 2階コーンコースには、全日本学生フォーミュラ大会の紹介コーナーや自動車技術会賞のコーナーなどが設定されることになっている。
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直][j5月22日(木) 15:10-16:10 直!fAl会議センター1階メインホール直璽Ilr
気候変動の影響と国際的な取組J
置璽劃茨木大学三村信夫氏直望E地球温暖化対策は国際的な重要課題であり、今年7月に北海道で開催される「洞爺湖サミット」の重要テーマともなっている。これらの科学的な土台となってし喝「気象変動に関する政府間パネル (lPCC)J第4次報告書に基づいて、気候変動の将来予測、影響評価、対応策について最新の知見が同氏より紹介される。
価値日反)J:日産自動車
中村史郎氏
r13:35-[
テsィーゼ凡暴用車を支える
直璽ヨ「クリーン予イーゼルによる環境保全
とモビリティ確保の両立」置童童日新エネルギー・産業技術総合開発
機構岩井信夫氏圃ID低公害と低燃費を両立し、大量普友によって地球環境と都市環境の保全を図るクリーンテEイーゼルエンジンに関する内外の国策やプロジ、ェク卜を紹介し、 2004年度から5カ年計画で、産官学協同にて取り組んでいるNEDOrクリーンディーゼル」プロジ.ェク卜の技術開発内容を例示しながら、燃焼や後処理技術の研究開発動向および燃料事情などを加昧した普友活動が紹介される。
E宝::::::III’..c::I…,喧温喧~・・・・・・・・・・・・
直ID5月22日(木) 16:20-17:20 直璽司会議センター1階メインホール直mr脳を鍛えて安全運転~安全運転
と脳機能の関連」置蓋E東北大学加齢医学研究所
川島隆太氏圃劃近年の科学技術の発展により、さまざまな行動や思考を行っているときの
70 Au↑omo↑iveEゆctronics2∞8Vol.2
脳活動を定量的に評価することが可能となってきた。 11
島氏のチームは機能的MRI装置を用いて運転時に危険予知を行う脳のネットワーク力哩聞認知に関わるネットワークと同じであることを示して、危険予知能力の向上のための認知訓練法を提案してきた。「脳トレ」で有名な同氏が安全運転と脳の関係を紹介する。
…~~&~…………………….
テーマ①プ方潟三
「感性価値時代のテV吋ンと企業ブランド」直][j5月21日(水)13:00-17:00
1~P1TlアネックスホールF203+F204
直劃三菱自動車工業岡本隆次氏
[13:05-r
感性価値創造における日本の強み(仮)J:経済産業省製造産業局諸永裕一氏
ィンの考える感性γトヨタテr13:35-[
価値(仮)J:トヨタ自動車平井和平氏
r13:50″…[
日産デザインの考える感性
[14:05-r
本田デザインの考える感性価値(仮)J:本田技術研究所海老津伸樹氏
r14:20-[
マツダテヨアインの考える感性価値(仮)J:マツダパンテsンアッカローレンス氏
r14:35-[
スズキデザインの考える感性価値(仮)J:スズキ吉村等氏
パネルディスカッション15:00-[
「感性価値時代のデザインとブランド」匡TV王宮カースタイリング出版藤本彰氏 1″-“*1).7.H全講演者
テーマ⑧「人と共存するクルマとロボッ卜」直][j5月21日(水)13:00-17:40 直Eアネックスホ-)レ F205+F206直劃名古屋大学大日向五郎氏
基調講演13:05-[
「ロボッ卜技術の現状と将来展望J: 東北大学内山勝氏
:本田技術J歩行アシストr:14:10-[
研究所友川清志氏
J:モビリティロボットr14:50-.[
トヨタ自動車山岡正明氏
ロボットにおける視覚認識r15:40-[
技術の研究開発J:富士通研究所内山
隆氏
r.16:20-[
人とロボットのコミニュケー
ションデザイン~現状と今後の課題-J
:豊橋技術科学大学岡田美智男氏
[17:00-r
人と接触するロボッ卜のため
♂の安全技術J:立命館大学手嶋教之氏
テーマ⑧:ヨ灘
「ディ一切l乗用車ヘ繍腕と課題 -C02削減効果と排気規制強化」直][j5月21日(水)13:00-17:00 軍軍司会議センターメインホール直劃慶臆義塾大学飯田訓正氏
ーゼルr13:05-[
石油業界からみた手f
乗用車普友の意義J:新日本石油吉田
正寛氏
テクノロジーJ:デンソ一宮木正彦氏
r14:05-[
クリーンディーゼル乗用車
の開発および課題J:トヨタ自動車
古野志健男氏
[14:35-r
環境技術への取り組みと
最新ディーゼル技術J:日産自動車
木村修二氏
イーゼル技術r r15:05-[
新クリーンテ
の普友、持続可能なモピリティーヘJ:
メルセデスベンツ日本 Friedemann 8ruehl氏
パネルディスカッション15:50-[
「テ’1’ーゼ八操用車への期待と課題」
匡至E三百慶臆義塾大学飯田訓生氏
IJ~”*I) .7. H全講演者
テーマ④菱総「傷害予測で事故死傷者をどこまで減らせ
るか~傷害予想と救急医療-J
直][j5月22日(木) 9:30-12:30
l~pJi IアネックスホールF203+F204
直劃自動車技術会近森順氏
[9:40-r
交通事故の傷害予測でなに
ルータの最高峰ジタル・マルチメータ-180シリーズよりらに使い易くなった ke・280シリーズ
の実効値レンド・キャプチャー付ギング・マルチメーター
・トレンド・キャプチャー
PCIこダウンロードすることなく記録データをグラフイカル表示
.i
ボタン
ヘルプ表示機能搭載(日本語対応).最大10,000データまでロギング.浮遊電圧による韻測定防止に役立つ
LoZ機能 .50Qレンジ (1mQ分解能) 10 mAソース電流
型式 標準販売価格
Fluke-287 ¥59,800(税抜}
Fluke-289 ¥64,800(税抜}
Fluke-289/FVF¥79,800(税掠}
ヤー
株式会社フルータ
干105-0012東京都港区芝大門2・2・11泉芝大門ビル TEL(03)3434四 0181 FAX(03)3434・0170大阪営業所:〒541-0043大阪市中央区高麗橋2・3・10 TEL(06)6229-0871 F似 (06)6229-1098
Web: h枇p:/www.fluke.cc;m/jp
広告企画
が出来るか?J :東京工業大学宇治橋貞幸氏
[10:10~ rドライブレコーダによる生体情報収集と傷害予測J:日本大学西本哲也氏
[10:40~ r日本外傷登録データバンクからみた交通事故傷害予測についてJ:
日本医科大学阪本雄一郎氏
[11:10-r最近の救急医療の状況についてJ:厚生労働省田遺晴山氏
[ 11 :50-reネルテsイスカッション「傷害予測で事故死傷者をどこまで減らせるか」モデレータ:自動車技術会近森順氏パネラー:全講演者
テーマ⑥一一プ「日中自動車技術フォーラム~自動車産業発展のための日中の技術に関する協力のあり方-J日時:5月22日(木) 9:30 -12:30 場所:ァネックスホーJ t-F205+F206総合司会:東京農工大学大学院永井正夫氏
[9:35-rAutomotive R&D in [ 12:00-パネルデイスカッションChinaJ:吉利控股集団蕗福全氏 「自動車産業発展のための日中の技術に[ 10:15-r日中か宴のl’e.ートナーにな関する協力のあり方」 るためにJ:トヨタ自動車岡田佳之氏 I/~*IM”I全講演者[ 10:40-r自動車の環境・エネルギーに関わる将来技術とその課題J:早稲テーマ⑥選田大学大聖泰弘氏 「自動車材料の最前線~次世代技術への[ 10:55 -:-r.取り組み-J
燃費向上に貢献する折り紙工学の超軽量車両構造への応用J:日IB~15月23日(木) 9:30 -15:45 中自動車技術研究会会長・東京工業大l~pJTI アネックスホーJt-F203+F204 学大学院萩原一郎氏 直三日新日本製銭高橋学氏
[ 11 :30-基調講演[9:35-rこれからの自動車材料を「中国自動車産業の最新動向友び展望」考えるJ:本田技術研究所東雄一氏 :現代文化研究所呉保寧氏 [ 10:05 -r新型衝突安全性能評価
を標準とした車載IIFを
アルタイムに送受信し、
パス占有率上限値での
データログを実現。
1490 リアルタイムアナライザGATEWAY OPTION
….
増設OP
LlN
RS-232C
GP-IB その他
(株)ケンウッドティー・ヱム・アイは、(株jテクシオに社名変更しました。
株式会社テクシオ認ZYZL沼53
TEXIOCORPORATION I次の柑蜘へどうぞ 1.名古屋営業所国
宮島町?223ifT513PZ黒鳥常J3252fgJE
Tel.(072)638-・大阪営業所917-2340 (0回
割問2121821足墜竪E
目的5 Group
72 Au↑omotive Electronics 2∞8Vol.2
自動車用リチウムイオン電池の
最新技術動向
藤原信浩
リチウムイオン二次電池(以下、 LiB)は、 1991年、ソニーが商品化した。その後、このLiBは、モパイル用途として高容量化など、今日までめざましい発展を続けている。これらの実績に基づいて、 LiBは、ハイブリッド自動車 (HEV)、プラグインハイブリッド自動車 (PHEV)および電気自動車 (EV)への搭載もまもなく始まり、本格普及期を迎えるだろう。
2008年のデトロイトモーターショーで、トヨタ自動車は、 2010年までに PHEVにLiBを搭載する予定であると発表した。日産自動車も 2010年にEVを発売することを発表した。米GM社、
ドイツ BMW杜など、欧米各社も HEVの発売予定を発表した。これらのことから、 2009年-2010年がLiB搭載の開始時期と予測される。
最近、自動車用LiB用の正極材料、負極材料の活物質をはじめ、電解液およびセバレータのメーカーは大幅な増産体制を発表している。 HEVで業界をリードするトヨタ自動車も、着実にLiBの工場設備を整えつつあると聞く。
自動車用LiBに必要な性能要件
モパイル用LiBと比較して、自動車用LiBの開発は、数段ハードルが高い。以下、それぞれの技術項目について述べる。.信頼性
例えは携帯電話機用電池の規格では、 1年間に60%程度まで、容量低下
76 Au↑omo↑ive Elec↑ronics 2∞8 Vol.2
を許容することになづている。自動車用は、 10年間で80%くらいまでの低下許容を目標に掲げている。
・安全性
自動車用は、 1個の電池容量がモパイル用の数倍から 10倍以上と桁違いに大きくなるので、安全性に対する要
求レベルがまったく違う。また、システム全体でLiBを 100個近い直列の組電池にすることで、システム電圧は数百ボルトに達する。
・電池発熱対策電池容量が大きいため発熱量も大/
きく、 100個近くの電池温度を均一に保つ技術が求められる。電池温度に関しては、電池形状が大きく関与する。電池温度を均一に保つには電池中心部に蓄熱する円筒型より、平角型、ラミネート型が適している。
以下、形状による分類を示す0
.円筒型
モバイル用で実績のある作り方である。ただし、多数のセルを使用する場合には、電池聞にすき聞ができてしまい、電池の実装密度が小さくなる。一般的に鋼缶のみである。中心部に蓄熱するので、放熱が困難である
0.ラミネー卜型
シート形状で積層して使用する。外装は金属の代わりにラミネートフィルムを用いたものである。平角型と同様に充放電によって厚さが増すことがある。電極間コンタクトをしっかり維持することが重要なのも平角型と同じである。
-平角型
鋼缶とアルミ缶の2種類がある。現在、モパイル用では、軽いアルミ缶が主流となっている。表面積が広いので、放熱がスムースである。体積効率も良い。
・使用温度範囲
自動車用LiBは、 -30tから 50数℃までの広範囲の使用可能な温度特性を求められる。最近、有望なデータが各所から発表されている。.高容量と高出力
自動車用LiBに、基本的にこの両方の要求があるのは、自然である。しかし、この2つの性能要求は、電池にとっては相反することであり、今後の開発課題である。
・満充電状態での劣化抑制の課題
この課題に対しては、筆者は以下のように考える。満充電の85%程度を満充電抗態と規定すれば、劣化を防げる。このように100%満充電しないで85%程度で充電完了すると、電池
、は長持ちする。これにより劣化を防止できて、安全性も高まる。 .30%程度の低SOC(stateof charge) での出力特性向上 HEVは、電極塗布厚を薄くして高出力の電池を設計する。 PHEVに搭載される電池容量は増加するのでこの課題は解決される。
・その他耐振動性保証、内圧に対する課題、
大面積電極で均一な電極間コンタクトを保つ技術などがモパイル用と自
内チ
J
本田技研工業
2008年から販売する燃料電池車
IFCXクラリティ」は、 IFCXコンセプ
ト」の市販パージョンである。燃料電
池スタック、モーター、 LiBなどパワ
ープラントを容積比で40%削減した
ことで設計の自由度が増した。電池
の詳細は明らかにされていない。
電極材料を比較する
現時点では、高エネルギー用は、ス
ピネル系MniE極、負極はハードカー
ボンの導入からスタ}トすると考え
る。 EV用には、負極に膨張収縮が少
ないハードカーボンの採用が有望で、
多くの企業や研究機関で検討されて
いるo HEV用には、正極は、オリピン
Fe系、負極は、 Ti系の可能性もある
0・正極代表的な正極材料は、 Ni3元系材料、スピネル構造マンガン酸リチウム (LiMn204)、オリピンFe系の3種類に大別できる。 Ni3元系材料は、高容量だが安全性などに課題があり、実用化
が難しいと言われてきた。現在、改良研究開発が進んでいる マンガン酸
O
リチウムは容量が若干少ないものの、
Au↑omo↑ive Elec↑ronics 2008 Vol.2 77
動車用LiBの違いであるO
コバルト系正極の結晶構造マンガン系正極の結晶構造圃コバルトおよび酸素艶リチウムイオン.マンガンおよひ酸素盤リチウムイオン
o

日間
のム
夫がされていると思われる。られている。
-h
トヨタ自動車

、/

、ノ
山川内
心山町
ム帰ト引シ到
富士重工業
電池は、スピネルMn系で製造は NECトーキンである。モジ、ユール工程以降を富士重工業で製造している
O
充電管理技術は、独自で開発してい
る。各電池に均等に充電電圧がかか
るように工夫されている技術である。
この技術があるので、 EVで先行しているところもある。米GM社
I Chevrolet VoltJは米A123社の電池を採用している。同社のFeオリビン型LiFeP04正極の特徴は、

構成元素に資源的な制約がない (Fe、 p)

現行正極材料の内で最高レベルの安全性で、 40ボルト超の過充電に対しでも熱暴走を起こさない
.LiFeP04は熱的に安定
・ナノ

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