E/Eアーキテクチャ

自動車電装とはE/E(Electrical&Electronic)、自動車の電気及び電子装備のことを示します。各種モーターやセンサー、制御装置、操作スイッチ、ブラックボックス、カメラを含む電気系部品や装備がこれに該当します。SDVの本格化により、自動車電装分野は業界内でもこれから伸びる産業として注目されています。そしてE/Eアーキテクチャとは、自動車内部の様々な装置を管理するために搭載されている各種制御機やケーブルなどの設計構造として定義されています。つまり、車両に搭載されているE/E装置をつなぐシステムのことを意味します。今回は、E/Eアーキテクチャの発展プロセスについて取り上げながら、次世代E/Eアーキテクチャが今後どのように変化していくかについて解説します。   分散型アーキテクチャ（Distributed Architecture）とは 昔の車は、ただ移動するための手段に過ぎませんでした。車両に搭載されるコンピューティング要素と言っても、モーターの制御を含む車両動作関連のECU（Electronic Control Unit）程度であり、この時の自動車は動力機関や安全性などによって車両の性能が決定されました。当時は、車両に搭載されるECUの数が少なかったため、一つの機能を提供する低い性能のECUを複数搭載することで、車両製造のコストを下げるとともに、エンジン制御、ブレーキ制御など、機能ごとに最適化されたECUを配備することができました。 しかし、自動車の電子化に伴い、自動車の快適性や利便性を向上させるための様々な機能が搭載されるようになりました。例えば、運転者に情報や娯楽を提供するインフォテイメント機能や温熱シートなどが開発され、これらの機能を実行するECUが必要となり、自動車メーカーは必要とされるECUを追加し続けることで車両アーキテクチャを構成していきました。 出典：ECUの平均搭載数の増加推移 上のグラフを見ると、自動車の機能が複雑になるにつれて車両に搭載されるECUの数がますます増えているのがわかります。実際、高級車の場合には100個以上のECUが搭載されるともいわれています。このように複数のECUを用途に応じて車内各所に配置したアーキテクチャを「分散型アーキテクチャ（Distributed Architecture）」といいます。 図１．分散型アーキテクチャ 出展：https://www.hyundai-kefico.com/en/future-tech/modular-architecture/content.do 分散型アーキテクチャでは図1のように、車両全体において、複数のECUが配置されている構成となっているのがわかります。 ECUの配置における基準は特になく、機能が追加されるたびにその機能を提供するECUを搭載していくため、このような複雑な構成を見せています。 分散型アーキテクチャの問題点としては、必要に応じてECUを搭載していくため、重複した機能を持つECUも存在すれば、不要な機能がそのまま残っている場合もあるということが挙げられます。こうなると、特定機能をアップデートする際には、当該機能と関連しているECUがどこに配置されているのかを見つけ出し、機能をいちいち比較しなければなりません。このアーキテクチャは車両機能の拡張性に限界があり、用途も限定的ということから、後述するドメイン型やゾーン型アーキテクチャへの移行が求められるようになりました。   ドメイン型アーキテクチャ（Domain Architecture）とは 従来の分散型アーキテクチャの課題を解決するために新しく提示されたのが「ドメイン型アーキテクチャ（Domain Architecture）」です。 図２．ドメイン型アーキテクチャ 出典：https://www.hyundai-kefico.com/en/future-tech/modular-architecture/content.do ドメイン型アーキテクチャでは、自動車の機能に基づいて、複数の関連機能が一つのドメインコントロールに統合されます。一般的にパワートレイン系、ボディ系、シャシ系、インフォテイメント系といった複数の機能単位（ドメイン）で分類されます。これらのドメインの制御を1つのユニットで統合することで、異なるサブシステム間の通信とデータ交換を最適化する、ドメイン制御ユニット（DCU）による集中型アーキテクチャが可能になります。ドメイン型アーキテクチャは、分散型アーキテクチャと比べ機能アップデートが容易になることから、現在多くの車両で採用されています。しかし、自動運転の到来が加速している現在、ドメインにフォーカスした従来のアーキテクチャは限界を迎えつつあります。その理由としては、2つほどが挙げられます。 1つ目に、自動運転技術の発展に伴い、車両に搭載すべき装置が爆発的に増加していることです。自動運転機能を実装するための装置は増える一方で、その装置が機能単位で縛られることによって物理的な限界が生じるようになりました。例えば、特定のドメインを管理するDCUが車両後部に配置されているとしましょう。そして、このドメインに属する装置が車両の前部に搭載されているとしたら、機能単位で分類するドメイン型アーキテクチャでは、どうしても前部の装置と後部のDCUをつなぐためのケーブルが必要になります。このようなケースが多くなると、車両のケーブルの重量と長さが耐えられないほど増えてしまいます。実際、車両ケーブルの重量および長さは車両の単価、燃費、重量に影響を与えるため、自動車設計時に非常に重要な要素となります。 2つ目に、自動運転を可能にするためには、自動車に搭載されている全ての装置間の情報共有が必須であるということです。ドメイン型アーキテクチャでは、車両装置を機能に基づいて分類しているため、機能のアップデートには最適であるものの、他のドメインに属している装置との情報共有に問題が発生する恐れがあります。 […]