カーエレクトロニクスの信頼性向上と故障予測
高度なモニタリング・ソリューションで実現する自動車の信頼性
積極保全および予知保全の必要性
今日の自動車業界では、高度なソフトウェアとハードウェアの統合により、自動車は複雑なデータ駆動型マシンへと変貌を遂げました。
カメラ、レーダー、LiDARなどのセンサーは車両の周囲を常に監視し、アダプティブ・クルーズ・コントロール、車線維持支援、衝突回避などの高度な運転支援機能を可能にする、電子制御ユニットにデータを送信します。パワートレインの中心部では、電子機器が車両のドライビング・ダイナミクスを管理しながら、パフォーマンスと効率を最適化します。さらに、これらのエレクトロニクスはインフォテインメント・システムにまで広がり、エンターテインメントやナビゲーション、コネクティビティ・サービスを提供しています。タッチスクリーン・ディスプレイから音声コマンドまで、これらのシステムは運転体験を一変し、自動車をスマートで相互接続されたハブへと変えました。
こうした移行により、自動車は「車輪のついたデータセンター」と例えられるようになり、新たな挑戦と機会の時代を迎えることになりました。
複雑さのジレンマ：カーエレクトロニクスにおける課題
ニューヨーク・タイムズ紙によると、現代の自動車には3,000個以上の半導体チップが搭載されているといいます。[1] 自動車内の電子システムは、自動車アーキテクチャの最も複雑な構成要素へと経年進化してきました。先進的なシステムオンチップ（SoC）には数十億個のトランジスタが搭載されており、この数字は過去30年間で毎年倍増しています [2]。さらに、業界がソフトウェア定義の自動車に移行するにつれ、急速に複雑化するソフトウェアが業界のニーズと能力の差をさらに拡大しています。今日の自動車のソフトウェアのコード行数は、1億を超えている可能性があります。これに対し、最新の民間航空機のソフトウェアのコード行数は、「わずか」1,000万行です。自動車メーカーにとっては、統合が特に複雑です。自動車全体では、異なるCPU上で動作するさまざまなソフトウェアが連携しなければなりません。オペレーティング・システムは自動化され、（車種を超えて）再利用が可能かつ、組み込み可能でなければいけません。
自動車メーカーは、信頼性、安全性、顧客満足度を確保するため、この複雑性に対処することが不可欠です。しかし、電子機器の数が膨大になればなるほど、システム故障のリスクはますます高くなります。今日のテストは、製品が現場に配備された時点で終了し、通常は合否基準に基づいており、多くの場合、必要とされる解決策に欠けています。こうした不具合が必然的に発生した場合、ハードウェア、ソフトウェア・コンポーネント、その他の問題のいずれに起因するものであれ、その根本原因を迅速に特定することが最も重要になります。
高騰するコストと変革の必要性
電気自動車、先進運転支援システム、自律走行などの登場により、ソフトウェア駆動型自動車の電子技術がさらに加速度的に進化する中、モニタリングと診断の手法もそれに対応する必要があります。この進化は、ドライバー、自動車メーカー、運行管理者の期待に応えるために不可欠であると同時に、現在、年間150億ドルという途方もない額にのぼるリコールに関連するコストの上昇を緩和するものでもあります。[3]
事前対策への移行：予知保全と予防保全
故障（正常に機能しないこと）を防ぐ鍵は、故障になる前に故障（異常な動作や不具合）を特定し、解決することです。ここで重要なのは、診断的な手法では、故障が恒久的なものになった後にしか故障を検出できず、その時には故障が目前に迫っている可能性があるということです。典型的な記述的・診断的分析システムでは、問題の根本原因を常に突き止めることはできず、時間とコストのかかる試行錯誤のプロセスにつながってしまいます。
対照的に、高度な予測・予防保全手法は、将来何が起こるかを予測し、問題を未然に防ぐ最善の方法を提示します。これには、高品質のパフォーマンス指標として多くのデータポイントを実装する高度なセンサーを活用します。そのデータを分析することで、システムがいつ危機的な状態に陥るのかを明らかにすることができます。差し迫った障害が発生する数日から数ヶ月前にアラートが生成されるため、ユーザーは障害が恒久的なものとなり、障害が発生する前に改善策を講じる猶予が与えられます。
proteanTecsのモニタリングソリューション
残念ながら、従来の予知保全や予防保全のアプローチは、自動車メーカー、OEM、車両管理者が直面する安全性、性能、コストの課題に対応する高度なデバイスにスケールダウンすることができませんでした。これに対しproteanTecsは、予知保全と予防保全を可能にするだけでなく、自動車エレクトロニクスをインテリジェントなシステムセンサーに変える、継続的パフォーマンスモニタリング、ミッションプロファイルモニタリング、劣化モニタリングといったソリューションを開発しました。当社は、オンチップ・エージェントによって生成されたディープデータを機械学習アルゴリズムと組み合わせることで、自動車の稼働期間中に高度な予測分析を提供します。こうした現場モニタリング・アプリケーションで、チップを強化する車載SoCメーカーは当社に注目しています。さらに大手自動車OEM は、故障ゼロの目標に向けて、こうした要件を自社サプライ チェーンに組み込んでいます。
proteanTecsの継続的パフォーマンス・モニタリング・アプリケーションは、車載組込みソフトウェアを通じて、システム独自の性能指標を車内でリアルタイムにモニタリングします。環境条件や運用条件の変化、動的なミッション・プロファイル、潜在的な製造上の欠陥、アプリケーションのストレス、デバイスの経年劣化は、期待される性能や信頼性の変動・逸脱につながります。電子部品の誤動作や、予期せぬ動作によって引き起こされる変動を監視することで、信頼性リスク、運用要件違反、車両の機能安全への侵害を低減することができます。
劣化モニタリング・アプリケーションは、proteanTecsのオンチップ・エージェント・データから抽出されたパラメトリック・パフォーマンス値をモニタリングし、システムの異常動作の発生を予測し、残りの耐用年数を予測します。このアプリケーションは、磨耗や劣化の影響を検出して測定します。重要なしきい値を、ランダムに、または系統的に超えたかどうかを判断し、故障が発生する前に、故障に関するアラートを発します。これらの予測により、適切なサービスやアクションを起動し、不要な車両のダウンタイムを回避することができます。
プロテアンテックス(proteanTecs)のモニタリングエージェントは、ISO26262 自動車用安全度水準B（ASIL-B）認証を取得しています。これは、業務遂行に必要不可欠なシステムを最高水準でサポートするという、当社の継続的な取り組みを反映したものです。
このソリューションは、次世代の業界標準化の一部であり、ISO 26262の一部である予知保全コンプライアンスと、UCIe（Universal Chiplet Interconnect Express™）の一部であるPHYコンプライアンス用レーン・モニタリングを推進しています。
競争の激しい2023年 AutoTech Breakthrough Awards（オートテック・ブレークスルー・アワード）において、proteanTecsのソリューションは「Overall Connected Vehicle Innovation of the Year（総合コネクテッド・ビークル・イノベーション・オブ・ザ・イヤー）」を受賞し、こうしたモニタリング技術の重要性が高まっていることをさらに実証した。
パートナーシップによるイノベーションの促進
こうしたシステムの導入には、自動車エコシステム全体にわたるパートナーシップと協力体制が必要です。そのためproteanTecsは、自動車の性能と信頼性をさらに高めるために、次のような業界のリーダーと提携しています。
HARMAN：HARMANとの共同ソリューションは、無線技術、詳細なデータ分析、高度なデバイスヘルス・モニタリングを組み合わせ、フリート全体の故障を通知、予測、予防します。
HARMANのOTA兼サイバーセキュリティ担当VP兼ゼネラルマネージャーである、Michal Geva氏は次のように述べました。「世界は変化しており、車両はますます多くのソフトウェアを搭載するという進化の道を辿っています。現在、ソフトウェア定義車両は現実のものとなっているため、車両内のソフトウェアは最高のパフォーマンスと可用性を備えて維持・更新される必要があります。基本的に、proteanTecs のテクノロジーはチップを電子制御ユニット全体のスマートシステムセンサーに変換します。当社はこれと協力して、さまざまな OTA技術を通じて問題を検出・解決するプラットフォームを自動車メーカーに提供できます。このコラボレーションにより、自動車グレードの結果を提供しながら、最前線の消費者エクスペリエンスを保ちます。」
CEVA：CEVAの先進的 IPプラットフォームと、proteanTecs社のディープデータ分析を組み合わせるパートナーシップにより、先進チップの信頼性、消費電力、性能を向上させます。
Autotalksの研究開発担当VPである、Amos Freund氏は次のように述べています。「交通安全の新時代を切り開き、長期的に安定した性能を提供する当社の能力は、CEVAとproteanTecsにより強化されます。CEVAのDSPとproteanTecsの詳細なデータにより、当社はDSRCとC-V2X技術を同時にサポートし、必要な可視性を確保することができます。」
CEVAの最高執行責任者（COO）であるMichael Boukaya氏は、次のように述べています。「proteanTecsの斬新な技術は、CEVAが搭載するチップの寿命、電力プロファイル、性能をモニタリングし、延長することができます。当社は、特にミッションと稼働時間が重要なアプリケーションにおいて、同社と共同でお客様をサポートすることに大きな価値を感じています。」
DELL テクノロジーズ：proteanTecsは、Dellテクノロジーズのオートモーティブ・エコシステムの一部であり、両社が協力して、最新の自動車プラットフォームで使用される半導体チップが、ISO 26262規格を含む自動車業界で義務付けられている要件に準拠していることを保証しています。
結論
カーエレクトロニクスにおける予知保全と予防保全のメリットには、次のようなものが挙げられます：
ダウンタイムの削減
安全性と信頼性の向上
メンテナンスコストの削減
顧客満足度の向上
可能性を解き放つ： 自動車モニタリングソリューション
「自動車機能安全における予知保全と予防保全」についての詳細は、ホワイトペーパーをダウンロードしてご覧いただけます。
どのように、予知保全と予防保全をお客様の車両に導入するかについてご相談ください。
出典
“A Tiny Part’s Big Ripple: Global Chip Shortage Hobbles the Auto Industry”; Jack Ewing, Neal E. Boudette, TheNew York Times, Oct. 2021.
Automotive software and electronics 2030 (mckinsey.com)
“2019: The Year in Recalls”; Third Law, 2020.