データリプレイ

データリプレイ – ADAS/ADの検証に向けた再現可能な現実

ADASや自動運転機能を開発する際には、現実的な条件下で、できれば再現性が高く効率的な方法でソフトウェアのテストを行う必要があります。

まさにこのような場面において、実際の走行データやセンサーデータを開発環境およびテスト環境で直接使用する「データリプレイ」が重要になります。カメラ、レーダー、LIDAR、バス、ネットワーク、タイミング、およびビデオデータが、本物そっくりで完全に同期された状態で、テスト対象システム（SUT）に供給されます。これにより、大規模な試乗に伴う労力、コスト、リスクを伴わずに、実世界条件下での知覚、センサーフュージョン、および意思決定ロジックの検証が可能になります。

オープンループのテスト手法であるデータリプレイは、明確な原則に基づいています。すなわち、再生されたデータがシステムに対して明確に定義された刺激を与える一方で、システムのレスポンスは入力信号に影響を与えません。これにより、完全な制御が可能になります。同一の交通シナリオを必要なだけ何度でも再生し、ソフトウェアのバージョンを客観的に比較し、リグレッションを迅速かつ確実に検出することができます。

要するに、データリプレイは、ラボ内での効率的、透明性が高く、スケーラブルなADASおよびADの検証のための安定した基盤を確立するものです。

なぜデータリプレイを使用するのでしょうか？

現実的なセンサーデータ – 実際のカメラ、レーダー、LIDARのデータを再生し、対象ハードウェア上で知覚アルゴリズムや融合アルゴリズムを現実的な環境でテストします。
決定論的なオープンループテスト – 同一の入力データにより、ソフトウェアのリリース、パラメータセット、およびハードウェアの世代間の客観的な比較が可能になります。
正確なタイミングと同期 – センサー、バス、およびEthernetインターフェイス全体で、再現性のあるタイムスタンプ、フレームレート、および信号間の関係を確保します。
のを絞った堅牢性および故障テスト – センサーデータ（遅延、データ損失、外乱など）を意図的に操作し、故障処理および性能低下への対応戦略を検証します。

ラボ内でのテストカバレッジの向上 – 試運転や環境条件に左右されることなく、発生頻度の低いシナリオやセーフティクリティカルなシナリオの再現性のあるテストが可能となります。
シームレスなHIL統合 – 統一されたテストアーキテクチャ内で、データリプレイとHILをシームレスに切り替えることが可能です。
効率的なデータ活用 – データレイクから取得した大規模な走行データセットを、自動テストキャンペーン向けに的を絞って再利用します。
検証の高速化 – 欠陥の早期検出、再現性のある結果、および開発・検証サイクルの短縮。

他の業界でも実績のあるテスト手法

自動車分野においてADASや自動運転機能で有効性が実証された手法は、他の業界にも直接応用可能です。複雑なシステムが実際のセンサーデータやアルゴリズムに依存するあらゆる場面において、データリプレイは大きな付加価値をもたらします。これは、実際のシステム運用経験と管理されたテストプロセスを組み合わせることで、複雑なシステムにおいて再現性のある結果、信頼性の高い意思決定、そして高い開発品質を実現するための基盤を築きます。

商用車： 実際の積載状況、環境、センサーデータを用いて、運転支援、安全、および自動化機能の評価を行います 。これには、建設現場、物流業務、オフロードシナリオといった過酷なユースケースも含まれます。
航空電子機器： センサーデータ、ミッションデータ、テレメトリデータの決定論的リプレイを通じた、セーフティクリティカルなシステムの解析および検証。
鉄道システム： 実際の運行条件下における、センサーベースのモニタリング、支援、および自動化機能のテストおよび検証――再現可能であり、かつ進行中の運行に支障をきたすことなく実施されます。
医療技術： アルゴリズム、ソフトウェア更新、およびシステム変更を客観的に評価するための、実際の測定データおよびデバイスデータの再現可能な再生。
ロボティクス： 実際の環境データおよびセンサーデータに基づく、知覚、ナビゲーション、コントロール機能の検証。

データリプレイソリューション – 知覚およびセンサーフュージョンの的を絞った評価

HIL環境においてADASや自動運転機能を検証する際、実際のセンサーデータを再現性が高く、かつ時間精度の高い形で処理することが不可欠です。オープンループリプレイでは、実際のテスト車両で同期して記録された運転シナリオ（特に、タイムスタンプ付きのカメラ映像ストリームと、それに関連する車両バスデータ）が、実際の電子制御ユニット（ECU）に対して決定論的に再生されます。

テスト対象システム（SUT）は、これらの入力信号を車両内とまったく同じように処理しますが、その出力がシミュレーションの入力にフィードバックされることはありません。これにより、内部アルゴリズムを意図的に切り離し、制御された現実的な条件下で、知覚、センサーフュージョン、および意思決定ロジックを評価することが可能になります。

この目的のために、ベクター社とSolectrix社がHILアプリケーション向けに共同開発した、包括的で実運用実績のあるオープンループテストソリューションを使用できます。

記録された生データは、正確なタイミングと同期で再生され、物理インターフェースを介してSUTに直接注入されます。欠落している、または記録されていないバスメッセージは、残留バスシミュレーションを使用して選択的に補完することができ、一貫したシステムコンテキストを確保します。その後、ビデオデータはビデオインターフェースボード（VIB）に送信され、あたかもテスト車両にまだインストールされているかのように、実際の制御ユニットにオリジナルのビデオストリームを供給します。

SUTのレスポンス（検知された物体、車線上の軌跡、または走行可能な空きスペースなど）は体系的に解析され、グラウンド・トゥルース・データと直接比較されます。これにより、最新の運転支援機能および自動運転機能を、客観的かつスケーラブルで効率的に検証するための技術的基盤が提供されます。

ビデオインターフェースボード – ビデオ注入のためのモジュール式ソリューション

FPGAベースのビデオインターフェースボード（VIB）を使用することで、CSI‑2ビデオデータを正確なタイミングと同期でキャプチャ、処理、再生することが可能です。このモジュール式システムは、幅広い確立されたシリアル化／デシリアル化技術（SerDes）やビデオ伝送プロトコルに対応しており、さまざまなカメラや組み込み制御ユニットを簡単に接続することができます：

これにより、異種混在のセットアップを容易に実現できるほか、インターフェイスの要件が変化しても、長期的に柔軟性を維持することが可能です。

要求の厳しいアプリケーション向けの広帯域幅

ビデオインターフェースボードをご利用いただければ、要求の厳しいテスト環境向けに設計されたソリューションをご活用いただけます。ADAS/ADアプリケーションはもちろん、航空宇宙、産業、医療技術の各分野においても、システム挙動の詳細な解析や評価のために、高帯域幅のビデオコンテンツを正確かつ安定して再生できるというメリットを享受いただけます。

最大限の柔軟性を実現するモジュール式設計

ビデオインターフェイスボードは、ベースボードと、シリアル化／デシリアル化インターフェースを内蔵した交換可能なカメラアダプターで構成されています。このモジュラー設計により、お客様の個別の要件に合わせて、迅速かつ容易に、そしてコスト効率良くシステムをカスタマイズすることができます。

フォールトインジェクション – 堅牢性に対象を絞って妥当性確認

データリプレイにおけるフォールトインジェクションを利用することで、追加の駆動データを必要とすることなく、制御された環境下で再現性を持って、システムが実際の故障状態にどのように応答するかを体系的に評価することができます。すべての試験は、標準LV124、LV148、ISO 16750、およびISO 7637に準拠して実施されます。このアプローチにより、重要なシナリオを予測可能な形で試験することが可能となり、現実的な条件下でのシステム挙動の評価が可能になります。

一般的には、それぞれ異なる種類のフォールトに対処する2つの手法が使用されます：

I2C操作、
Power over coax（PoC）によるフォールトインジェクション。

これら2つの手法を組み合わせることで、厳密に定義された条件下において、ADAS機能の堅牢性、フォールト時の挙動、および性能低減戦略を評価することができます。重要な状況を、再現性を持って比較することが可能であり、効率的かつ安全に、リスクを伴うドライブを行うことなく実施できます。

I2Cの操作

I²Cベースのフォールトインジェクションでは、カメラとECU間の制御、設定、およびデータ通信に、意図的かつ制御可能な形で介入します。これにより、機能的な不具合と画像関連の不具合の両方について、的を絞ったシミュレーションと解析が可能になります。代表的なアプリケーション例としては、以下のものが挙げられます：