모델 기반 시스템 엔지니어링을 사용하여 ADAS 기능의 포괄적 디지털 트윈 개발

MBSE 접근 방식

글로벌 자율주행차(AV) 시장은 빠르게 성장하고 있습니다. Statista는 2025년까지 시장 가치가 거의 4천억 달러에 달할 것으로 추정합니다. Hon Hai Technology Group(Foxconn)의 자회사인 FIH Mobile은 지난 수십 년 동안 송수화기, 모바일 및 무선 통신 장치와 가전 제품을 위한 수직 통합 형태의 엔드 투 엔드 설계, 개발 및 제조 서비스로 가장 잘 알려졌습니다. 새로운 신흥 기술에 대한 수요가 증가함에 따라 FIH Mobile은 전문성을 ADAS(첨단 운전자 지원 시스템) 및 AV 시장으로 확장했습니다.

2021년에 FIH Mobile은 선도적인 글로벌 자동차 제조업체이자 모빌리티 제공업체인 Stellantis와 합작하여 Mobile Drive Technology Co., Ltd(MobileDrive)를 설립했습니다. MobileDrive는 보조 하드웨어 및 소프트웨어를 갖춘 인포테인먼트, 텔레매틱스 및 클라우드 서비스 플랫폼을 개발합니다. MobileDrive는 시장 수요를 충족하기 위해 최고 품질의 소프트웨어를 신속하게 제공하는 것을 목표로 합니다. 이에 자사의 ADAS 목표를 뒷받침하는 모델 기반 시스템 엔지니어링(MBSE) 접근 방식의 개발에 도움을 줄 Simcenter™ 엔지니어링 및 컨설팅 서비스를 선택했습니다.

MobileDrive는 Simcenter 엔지니어링과 협력하면 데이터를 캡처하여 모든 주요 영역에서 시스템을 최적화하는 강력한 디지털 스레드를 활용할 수 있음을 파악했습니다.

전략적 ADAS 파트너

ADAS를 개발하려면 애플리케이션과 기능적 안전에 대한 광범위한 지식과 경험이 필요합니다. Simcenter 엔지니어링은 이러한 분야에 대한 전문성이 입증되어 MobileDrive에 매우 적합했습니다.

MobileDrive의 주요 관심사는 모델 기반 프레임워크를 사용하여 차선 유지 보조(LKA), 차선 유지 및 긴급 조향 보조(ESA)와 같은 공통 ADAS 애플리케이션에 대한 알고리즘과 소프트웨어 제어 기능을 개발하는 방법을 습득하는 것이었습니다. MobileDrive는 이러한 기능을 개발하고 엔지니어링 직원에게 필요한 소프트웨어 전문 지식을 제공하기 위한 기술 파트너로 Simcenter 엔지니어링을 선택했습니다.

두 가지 목표, 하나의 ADAS 비전

MobileDrive의 초기 목표는 ADAS 애플리케이션 소프트웨어 개발에 있어 중국 및 대만 OEM(Original Equipment Manufacturer)의 신뢰할 수 있는 파트너가 되는 것입니다. 향후에는 업계 선두의 자동차 전장품 공급업체가 되는 것을 목표로 하고 있습니다.

Simcenter 엔지니어링은 MobileDrive가 이러한 목표를 달성할 수 있도록 공급업체 및 OEM 요구사항부터 소프트웨어 요구사항까지 단계적으로 적용하는 로드맵을 구축하여 MBSE 접근 방식으로의 전환을 지원하고 있습니다.

팀은 MobileDrive가 야심 찬 출시 시간 목표를 달성하도록 지원하는 첫 번째 횡방향 컨트롤러의 일부로 LKA, 긴급 차선 유지(ELK), 차선 유지 제어(LFC), 자동 차선 변경(ALC), ESA 및 자율 긴급 조향(AES) 등 6가지 기능을 개발하기로 합의했습니다.

MobileDrive의 CTO(최고기술책임자)인 Winston Hsu는 "요구사항을 이행하는 방법과 초기 아키텍처를 구축하는 방법을 포함하여 Simcenter 엔지니어링 팀의 기본 사항을 정확히 파악해야 했습니다. 그뿐만 아니라 소프트웨어 개발을 안내하기 위해 테스트 사용 사례를 작성하고 관리하는 모범 사례도 이해해야 했습니다."라고 말합니다.

Simcenter 엔지니어링은 MobileDrive의 ADAS 비전을 위한 완벽한 방법론과 로드맵을 제공했습니다. 여기에는 기능 및 기술 안전 요구사항 작성, 기능적 안전 테스트 수행, 테스트 사례 생성, 선도적인 시스템 시뮬레이션 플랫폼인 Simcenter Amesim™ 소프트웨어와 Siemens Digital Industries Software의 가상 ADAS 검증 패키지인 Simcenter Prescan™ 소프트웨어를 사용한 시뮬레이션 모델에 기반하는 시스템 개발 및 테스트가 포함되었습니다. 또한 Siemens의 클라우드 기반 ALM(애플리케이션 라이프사이클 관리) 도구인 Polarion™ 포트폴리오를 사용하여 전체 요구사항 추적 가능성을 제공했습니다. Simcenter 엔지니어링 팀은 MobileDrive가 사내에서 기술을 복제할 수 있도록 Polarion을 사용하여 전체 기술 이전을 수행했습니다. Simcenter 엔지니어링과 이러한 제품은 소프트웨어, 하드웨어 및 서비스를 포괄하는 통합 포트폴리오인 Siemens Xcelerator의 일부입니다.

시뮬레이션 모델 구축

이 프로젝트에서는 Simcenter 엔지니어링 팀이 횡방향 컨트롤러를 검증하기 위해 상세한 차량 동역학 모델을 구축해야 했습니다. 이를 위해 Simcenter 엔지니어링 전문가는 시장 조사를 수행하여 전체 차량 요구사항을 기반으로 시스템 요구사항을 정의했습니다.

그런 다음 Simcenter 엔지니어링은 이러한 지식과 ADAS에 대한 폭넓은 경험을 활용하여 모든 차량 동역학을 모델링했고 컨트롤러 검증을 위한 가상 테스트 환경을 제공했습니다. 팀은 Simcenter Amesim과 Simcenter Prescan을 결합하여 기능 안전과 관련된 시나리오를 비롯한 다양한 주행 시나리오에 대한 환경을 정의할 수 있었습니다. 또한 가상 환경을 통해 시스템은 ADAS 제어 기능의 일부로 센서 융합에 사용되는 카메라와 단거리 및 장거리 레이더 같은 다양한 ADAS 센서를 통합할 수 있었습니다. 그런 다음 컨트롤러를 가상 테스트 환경에 통합하고 다양한 소프트웨어 플랫폼 간의 폐루프 프레임워크에서 여러 기능을 테스트했습니다.

이 프레임워크를 통해 팀은 제품을 포괄적인 디지털 트윈으로 살펴볼 수 있었습니다. 이 방법은 매우 유용했습니다. 팀은 해당 정보를 사용하여 시스템 및 소프트웨어 성능 문제를 신속하게 발견함으로써 개발 주기 초기에 이를 해결할 수 있었습니다.

요구사항 추적

Polarion 활용은 이 프로젝트에서 핵심적인 역할을 했습니다. Simcenter 엔지니어링 팀은 Polarion을 사용하여 사용 사례, 고객 요구사항, OEM 요구사항, 시스템, 소프트웨어, 기능 안전 및 오류 모드 요구사항과 같은 다양한 소스의 모든 수준의 요구사항을 저장했습니다. 그런 다음 이러한 요구사항을 단계적으로 분해하여 소프트웨어 아키텍처 및 소프트웨어 기능 요구사항 사양을 개발했고, 이 사양은 MiL(Model-in-the-Loop) 폐루프 테스트를 위해 Simulink를 사용하여 구현되었습니다. Simcenter 엔지니어링은 또한 Polarion 기능을 활용하여 요구사항, 테스트 사례, 기술 안전 요구사항 간에 완벽한 추적 가능성을 제공함으로써 제어 소프트웨어를 검증하는 데 사용되는 많은 검증 테스트를 유지관리하고 캡처했습니다. 이는 MobileDrive가 ASPICE(Automotive SPICE) 및 ISO(International Organization for Standardization) 26262 규제를 준수하고자 하는 의지를 뒷받침했습니다.

Simcenter 엔지니어링은 Polarion을 사용하여 모든 요구사항에 대한 테스트 사례를 생성하고, 사례와 요구사항 간의 추적 가능성을 보여주며, Simcenter 기반 차량 및 교통 모델과 함께 Simulink 컨트롤러를 사용하여 폐루프 시뮬레이션에서 이를 실행했습니다. 그런 다음 이러한 결과를 자동으로 Polarion으로 가져와서 MobileDrive 및 Simcenter 엔지니어링 팀 모두에게 통과/실패 기준 및 KPI(Key Performance Indicators) 매개변수에 대한 실시간 메트릭을 제공하는 대시보드를 제공했습니다. 이를 통해 프로젝트 관리 팀과 기타 팀은 검증 테스트를 통과하거나 실패한 요구사항의 수를 실시간으로 능동적으로 평가할 수 있었습니다.

다음으로, Simcenter 엔지니어링 팀은 클라우드에서 Polarion 서버를 호스팅하여 Siemens와 MobileDrive 간의 커뮤니케이션을 동기화했습니다. 이를 통해 팀 간의 커뮤니케이션이 간소화되었고 단일 위치에서 질문하고 데이터를 교환하며 대시보드를 볼 수 있었습니다.

또한 클라우드 솔루션을 통해 두 팀은 개별적으로 또는 공동으로 요구사항을 원격으로 검토하거나 승인하고 요구사항에 주석을 작성할 수 있었습니다.

시뮬레이션 단계가 종료되면 MobileDrive는 ECU(전자 제어 장치)에서 결과를 테스트했습니다. MobileDrive의 프로젝트 관리자인 Burt Chen은 "Simcenter 엔지니어링이 제공한 MBSE 접근 방식이 매우 성공적으로 구현되어 기뻤습니다. 모든 기능이 약속대로 작동했고, 덕분에 고품질 소프트웨어를 OEM에 제공할 수 있다는 확신을 갖게 되었습니다."라고 말합니다.

단순한 개발자 그 이상

프로젝트가 끝날 무렵 Simcenter 엔지니어링은 MobileDrive에 구현 및 기술 이전을 제공했습니다. 이 과정은 교육 세션을 통해 진행되었습니다. 이 세션에서 Simcenter 팀은 다양한 실습 워크숍 포럼을 실시하면서 MobileDrive 팀을 위해 MBSE 프레임워크의 사용 방법을 소개했습니다. 팀은 또한 MobileDrive가 요구사항에 대한 완전한 가시성을 확보하고 향후 개발을 위해 쉽게 복제할 수 있도록 모든 Polarion 프로젝트를 이전했습니다.

이러한 기술 이전 세션에서 Simcenter 엔지니어링 팀의 최우선 과제는 MobileDrive에 업계 내의 모범 사례, 가상 테스트 프레임워크를 사용하여 문제를 효율적으로 해결하는 방법, 소프트웨어를 자체 개발 및 생산 환경으로 변환하는 방법 등을 시연하는 것이었습니다. 모든 모델, 대시보드 및 기술은 MobileDrive의 생산에 직접 사용하도록 설계되었으며, 고객 요구사항에 따라 쉽게 업데이트하고 확장할 수도 있습니다.

MBSE 및 디지털 트윈 사용

"Simcenter 엔지니어링은 V-다이어그램 전체에서 MBSE를 개발하고 사용하기 위한 업계 모범 사례를 제공했습니다."라고 Chen은 말합니다. "이제 제품 개발을 위한 알고리즘 및 검증 활동을 가속하는 방법을 완전히 이해하게 되었습니다. 또한 Polarion을 사용하여 ISO26262와 같은 기능 안전 표준을 충족하기 위해 규정 준수 및 구조화를 개선할 수 있는 방법을 확인할 수 있었습니다."

MobileDrive와 Simcenter 엔지니어링 팀은 기능 개발, 교육 및 기술 교환에 총 1년 반의 시간을 투자했습니다.

Polarion을 사용함으로써 MobileDrive는 공급업체를 거치지 않고도 즉시 컨트롤러 소프트웨어 요구사항을 변경할 수 있게 되었습니다. Polarion을 사용하면 MobileDrive는 자체 요구사항에 지속적으로 액세스할 수 있으므로, 이러한 요구사항을 공급업체로부터 재구매하지 않고 자산으로 구축, 변경 및 사용할 수 있습니다.

결국 MobileDrive는 물리적 프로토타입이 제작되기도 전에 ADAS 제품 타임라인을 단축했습니다. 이는 포괄적인 디지털 트윈 환경에서 ADAS 소프트웨어 기능을 조기에 검증할 수 있는 새로운 능력 덕분이었습니다. 이 경우 HiL(Hardware-in-the-Loop) 테스트 벤치 또는 시험 트렉은 필요하지 않으며 Simcenter Amesim 및 Simcenter Prescan을 사용하면 됩니다.

"MobileDrive의 궁극적인 목표는 ADAS ECU의 선두 공급업체가 되는 것입니다."라고 Hsu는 말합니다. "Simcenter 엔지니어링과의 파트너십 덕분에 훨씬 더 간소화되고 효율적인 방식으로 이러한 ECU를 시장에 출시할 수 있을 것으로 기대합니다."