ソフトウェア定義型自動車：コードで駆動する未来

ソフトウェア定義型自動車（SDV）という用語は、流行語のように聞こえるかもしれませんが、自動車の設計、製造、体験の在り方に大きな変化をもたらしています。2010 年代初頭に誕生したこの用語は、ハードウェア中心の自動車設計からソフトウェア主導のアーキテクチャへの移行を表しています。SDV では、ソフトウェアはインフォテインメントやナビゲーションだけでなく、ブレーキ、ステアリング、エネルギー管理などの重要なシステムも制御します。この進化により、自動車はダイナミックで更新可能なプラットフォームへと変化し、従来の自動車というよりも、車輪付きのスマートフォンのようなものになりました。

ソフトウェア定義型自動車の主なトレンド

今日、SDV はもはや未来の話ではなく、自動車業界を再構築する新しい標準となっています。ほぼすべての主要自動車メーカーが、AIの統合、自動運転、没入型車内体験に重点を置いたSDVの機能を強調しています。

現在の自動車業界におけるトップ5のトレンド

1. AIと機械学習：予測メンテナンス、ドライバーの行動モデル化、リアルタイムの意思決定を可能にします。
2. 統合ソフトウェアプラットフォーム：OEMは、分散型ECUから集中型コンピューティングプラットフォームへの移行を進めています。
3. 継続的インテグレーション/継続的デプロイメント（CI/CD）：より迅速で安全なソフトウェアアップデートを実現しています。
4. 設計段階からのサイバーセキュリティ：車両がますます接続化される中、セキュリティはもはや基本的な要件となっています。
5. 体験中心の設計：OEM は「オリジナル・エクスペリエンス・マニュファクチャラー」へと進化し、パーソナライズされたソフトウェア主導のユーザージャーニーに注力しています。

ギアからギガバイトへ

従来、自動車は、電子機器が散りばめられた機械の驚異でした。しかし、シームレスな接続、自動運転機能、無線によるアップデートなど、消費者の期待が進化するにつれて、ソフトウェアが主導権を握るようになりました。SDV では、ソフトウェアはインフォテインメントやナビゲーションだけでなく、ブレーキ、ステアリング、エネルギー管理などのコア機能も定義します。

この変革は、次のような大きなメリットをもたらします。

• 無線によるソフトウェアアップデート（OTA）による迅速なイノベーションサイクル
  これにより、メーカーは顧客がディーラーを訪れる必要なく、新機能の展開、バグの修正、性能の向上を実現できます。
• パーソナライズされた運転体験
  ソフトウェアは、車両が個々のドライバーの好み（シート位置、空調設定、インフォテインメントの選択）や運転スタイルに適応することを可能にします。
• 安全性と診断機能の向上
  SDVは、自身のシステムをリアルタイムで監視し、異常を検出、さらには故障を事前に予測できます。
• 新機能の市場投入期間の短縮
  モジュール式のソフトウェアアーキテクチャとCI/CDパイプラインにより、従来の自動車開発サイクルよりもはるかに迅速に新機能を開発、テスト、展開することができます。

しかし、これには重大な課題も伴います。

• 機能安全とサイバーセキュリティの確保
  車両が接続化されるにつれて、その脆弱性も増します。あらゆる状況下でソフトウェアが安全に動作し、悪意のある攻撃から保護されることは極めて重要です。
• 分散システムにおけるソフトウェアの複雑さの管理
  現代の車両には100を超えるECUが搭載されており、それぞれが異なるソフトウェアスタックを実行しています。これらのシステムを調整しつつ、性能と信頼性を維持することは、重大なエンジニアリング課題となります。
• ISO 26262やAUTOSARなどの業界規格の準拠
  SDVソフトウェアは、ISO 26262（機能安全）、ASPICE（プロセス成熟度）、UNECE WP.29（サイバーセキュリティ）などの標準に準拠する必要があります。これらの基準は、厳格な文書化、テスト、および追跡可能性の要件を課しています。
• 車両の長い寿命にわたるコード品質の維持
  数年に一度交換されることが多い消費者向け電子機器とは異なり、車両は10年から20年以上、安全に動作し続けることが求められます。

車載ソフト開発：安全第一

SDV 用ソフトウェアの開発では、失敗は許されません。すべてのコードは堅牢で、追跡可能、テスト可能でなければなりません。開発者はこの責任を認識し、さまざまな手法を用いて要件を満たしています。

業界標準の遵守

• ISO 26262：自動車システムにおける機能安全の標準規格。ソフトウェアの開発、検証、および検証に関する厳格なプロセスを義務付けています。
• MISRA C/C++：安全でない言語機能を制限し、予測可能な動作を促進するガイドラインのセットです。
• AUTOSAR （クラシックとアダプティブ）：ECU 間の相互運用性とスケーラビリティを可能にする標準化されたアーキテクチャ。例えば、アダプティブクルーズコントロールシステム用の C++ コードを書く開発者は、MISRA と ISO 26262 の推奨に従い、実行時に動的メモリ割り当てを回避し、予測不能な動作を防止します。

コーディングガイドラインの採用

C、C++、C#、または CUDA のいずれを使用する場合でも、厳格なコーディングガイドラインを遵守することが不可欠です：

• C/C++: MISRA または CERT ガイドラインに従います。未定義の動作を避け、静的解析ツールを使用し、仮定を文書化します。
• C#: .NET アナライザーを使用し、Roslyn ベースのツールでルールを強制します。安全クリティカルなパスではリフレクションと動的型付けを避けます。
• CUDA：決定性を最適化します。ワープの分岐を避け、メモリアクセスパターンが予測可能であることを確認します。

適切なツールを使用

SDV 開発では、ツールは極めて重要です。静的コード解析、アーキテクチャ検証、およびコンプライアンスチェックは必須です。これにより、安全という最優先の要件が確実に満たされるほか、次のような追加の利点もあります。

• 技術的負債（ソフトウェアの劣化とも呼ばれる）を削減することで、長期的な保守性を確保します。ソフトウェアの劣化を防ぐことで、開発コストの削減と投資収益率の向上につながります。
• MISRA、ISO 26262、CWE、CERTなどのコーディングガイドラインおよび規格の準拠を確実にします
• コードが定義されたソフトウェアアーキテクチャに準拠していることを確認します。これは、機能安全の前提条件であるだけでなく、何百万行ものコードと何百もの電子制御ユニット（ECU）が関わる複雑さを管理するために不可欠です。
• テストの成功を保証します。早期に問題を排除する（シフトレフトアプローチ）ことで、ソフトウェアの信頼性と準拠性を証明するためのテストに必要な時間を短縮します。

人命に関わるテストを実施

開発中の徹底したコード分析は重要ですが、テストを補完するものであって、置き換えるものではありません。SDVの安全性が極めて重要な性質を考慮すると、テストは徹底的で、複数のレベルをカバーする必要があります。各層は、現実の環境をより忠実にシミュレートし、あらゆる条件下でソフトウェアが正しく動作することを確認します。

モデル・イン・ザ・ループ（MiL）

MiLテストは、実際のコードを書く前に、数学的モデルを使用してシステムの動作をシミュレートします。開発サイクルの早期段階で制御アルゴリズムとシステム論理を検証するために使用されます。

ソフトウェア・イン・ザ・ループ（SiL）

SiLテストは、実際の生産コードをシミュレートされた環境（通常はPC）で実行します。モデルベース設計と現実世界への展開のギャップを埋めます。これにより、他のコンポーネントと統合された際に、コンパイルされたソフトウェアが期待通りに動作することを検証できます。

ハードウェア・イン・ザ・ループ（HiL）

HiLテストは、実際のソフトウェアとハードウェア（ECUなど）を、車両の物理環境を模倣したシミュレーターに接続します。これは、ソフトウェアが実際のハードウェアコンポーネントと組み合わせてリアルタイム条件下で期待通りに動作することを最終的に証明する手段です。

問題が発生した場合

SDVの道のりがすべて順調というわけではありません。SDVにおけるソフトウェア問題は、財務的損失や企業の評判失墜を招くだけでなく、障害が致命的な結果をもたらす可能性もあります。従来の機械的故障とは異なり、ソフトウェアバグは微細で断続的であり、再現が困難であるという事実により、この問題はさらに深刻化します。これらのバグは特定の条件下でのみ発生することが多く、開発段階で検出をより困難にします。

最近、あるメーカーは、重大なソフトウェアの故障により、米国で1万4,000台を超える電気自動車とプラグインハイブリッド車をリコールする事態に陥りました。このバグは、特定の条件下でブレーキを完全に無効化する可能性があり—特に、ドライバーが「ワンペダルドライブ」や「Bモード」などの再生ブレーキモードを100秒以上ペダルを踏まずに使用した場合に発生しました。

その他の問題には、サイバーセキュリティリスクの潜在的なリスクが含まれます。SDVがますます接続されるにつれ、その脆弱性も増大します。インフォテインメントシステムなどのサブシステムにおける脆弱性は、ステアリングやブレーキなどの重要なシステムへのアクセスを可能にする可能性があります。

また、オーバー・ザ・エア（OTA）更新の機能は強力ですが、デメリットもあります。適切に検証されていないOTA更新は、新たなバグを導入したり、車両のシステム全体が機能停止する可能性もあります。例えば、バッテリー管理システムの更新に失敗すると、車両が走行不能になる可能性があります。

これらの問題や例は、機能だけでなく、タイミング、同時実行、およびフェイルセーフについても、早期の検証、自動化されたコードレビュー、およびテストプロセスの重要性を強調しています。

結論：コードこそが新たなエンジン

ソフトウェア定義車両は単なるトレンドではありません。モビリティの未来そのものです。開発者にとって、これは考え方の転換を意味します。つまり、動作するコードを書くことから、持続し、保護し、進化するコードを書くことへの転換です。言い換えれば、機能的であるだけでなく、安全で保守可能、かつ将来性のあるコードを書くということです。

業界標準を採用し、適切なツールを使用し、厳格な開発プラクティスに従うことで、ソフトウェアエンジニアはより安全で、よりスマートで、より持続可能な未来へと自動車業界を導くことができます。

当社が支援できること

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