ハードウェア・イン・ザ・ループ（HIL）と リアルタイムシミュレーションにより、 ホンダが「HondaJet Echelon」の商業化を加速

 

「ピカリングインターフェース社のシステムの柔軟性とパワーは、私たちの持続的な開発環境でその価値を証明しています。また、ピカリングのチームは私たちの期待を超えて、航空機開発ラボの能力を拡張するための堅牢なハードウェアとソフトウェアパッケージの開発に協力してくれました。」　- マイケル・ホジソン氏 シニアエンジニア インテグレーションテスト施設

HondaJet Echelonの最大巡航速度は450ノットの真対気速度（KTAS）、最大飛行高度は47,000フィート（FL470）で、2,625海里（nm）の航続距離を目指しています。ホンダ エアクラフト カンパニー（Honda Aircraft Company）は、パフォーマンスと快適さの新しい基準を設定することを目指しています。また、非常に燃料効率が良く、アメリカ合衆国を横断するノンストップの軽ジェットとしては世界初となる予定です。

この航空機のコンセプトは2021年にラスベガスで開催されたNBAAビジネス航空コンベンション＆エキシビション（NBAA-BACE）で発表され、2023年6月に商業化計画が正式に発表されました。ホンダは2028年の型式認証を目指しています。

航空機には、コックピットのアビオニクス、機械システムのコントローラー、高度なフライトコントロール、安全システムなど、多くの先進的な電子システムが搭載されています。これらはすべて、50以上の列線交換ユニット（LRU）で構成されています。

多くのLRUは、1つ以上のセンサーとインターフェースし、これにはリニアおよびロータリ可変差動変圧器（LVDTおよびRVDT）、サーモカップル、およびその他の変換器が含まれます。LRU間の通信は、イーサネット、ARINC-429、RS-232、-422、-485などの業界標準のバスを介して行われます。

HondaJet Echelonには約3000のシグナルがあり、その多くはリアルタイム、つまりミリ秒以内に、そして完全に決定論的な方法で処理されなければならないものです。これは安全上重要な機能を提供するシステムに必要とされるためです。

 

アプリケーション駆動型開発
新型航空機のアビオニクス機器を開発することは容易ではありませんが、ホンダの他の航空機からLRUを再利用することができます。ただし、LRUがハードウェアの改版を受けるたびに、またはソフトウェアが更新されるたびに、その機能性と他のユニットとの相互運用性を検証する必要があります。したがって、個々のLRUおよびフルシステムの検証は、複雑で厳格なプロセスです。

システム統合は、ハードウェアとソフトウェア・イン・ザ・ループ（HILおよびSIL）を使用して、専用のプラットフォーム（図1参照）で行われます。これは実質的にHondaJet Echelonの胴体とコックピットで、アビオニクス機器の配線と開発中のLRU用のスロットが装備されています。しかし、このプラットフォームには実際のLVDT、RVDT、および他のセンサーは含まれていません。代わりにこれらはシミュレートされます。すべてのシステム開発作業は、ノースカロライナ州グリーンズボロのHonda専用のAdvanced System Integration Test Facilities（ASITF）で行われています。

図1 - HondaJet EchelonのHIL/SILシステム統合のためのホンダのプラットフォーム

「シミュレーションを使用することで、実際の変換器で達成できるすべてのことを実現できますが、故障注入をより簡単に実行し、シグナルを監視するという追加の利点があります。これは効果的にテスト駆動開発戦略であり、設計の反復を可能にし、航空機開発のペースを加速し、コストを削減し、認証に進む際により多くの自信を与えています。」 -マイケル・ホジソン氏 シニアエンジニア インテグレーションテスト施設

HondaJet Echelonのアビオニクスの開発用プラットフォームは、サードパーティのHILシステムインテグレーターによって構築されました。当初は、システムがシステム統合と検証に必要なほとんどのリアルタイムテストを行うことができましたが、LVDT、RVDT、特定のスイッチングコンポーネントはシステム内に組み込むことができず、サードパーティ製のボードでシミュレートされていました。これらは同期されたタイミングゾーン外に位置しており、リアルタイムではありませんでした（図2参照）。

ホンダは、より統合されたソリューションを作成するためにピカリング インターフェースに協力を求めました。このソリューションは、リアルタイムで高密度のシグナルを処理することができます。ピカリングのソリューションは、18スロットのLXI/USBモジュラーシャーシとさまざまなシミュレーターモジュールの形をとりました。シャーシはLXI Standard 1.4に完全準拠しており、3U PXIモジュールをインストールして標準化されたギガビットイーサネットインターフェースまたはUSBインターフェースを介して制御することができます。

 

モジュールには以下が含まれます：

• PXIミリボルトサーモカップルシミュレータ（41-760-001）：各チャンネルが低電圧出力を二つのコネクタピンに提供する多チャンネルシミュレータで、±20mVの出力を0.7µVの解像度、±50mVを1.7µVの解像度、±100mVを3.3µVの解像度で提供し、ほとんどのサーモカップルタイプをカバーします。。 

 

• PXI/PXIe LVDT/RVDT/リゾルバ（41/43-670-001-ABBC）：4つのバンクがあり、それぞれが5線式または6線式のLVDT/RVDT、またはリゾルバの出力をシミュレートするか、共有励起信号を使用するデュアル4線式をシミュレートできます。このモジュールは、最大で4チャンネルの5線式または6線式、または8チャンネルの4線式をシミュレートすることができます。

 

• 83x SPDT高密度2A PXIリレーモジュール（40-100-001）：このモジュールは航空宇宙および防衛セクターでの使用を意図して設計されており、最大200VDCまたは140VACの電圧で最大2Aをスイッチングするアプリケーションに適しています。

 

• PXI 20x SPST 10Aパワーリレーモジュール（40-160-003）：このモジュールは、最大10A、250VACの誘導性/容量性負荷のスイッチングに適しています。

 

• PXI 48チャンネル抵抗モジュール（40-280-121）：各チャンネルは、ショートサーキット、オープンサーキット、または固定抵抗値としてプログラム可能です。

 

• PXI 128x2マトリックスモジュール 1極（40-584-001）：各スイッチは、ホットまたはコールドスイッチングで最大2A、60Wまで処理できます。

 

• PXI/PXIe 16チャンネルアナログ出力/カレントループシミュレータ（41/43-765-001）：最大4つの16ビットデジタル・アナログ変換器（DAC）で構成され、それぞれ4つの電流出力を作り出すことができます。±24mAモードにより、電流を供給または吸収するセンサを供給または吸収するセンサーをシミュレートする能力を提供します。

 

上記のすべてがPXI/PXIeモジュールであるにもかかわらず、それらはLXI準拠のデバイスとして扱われ、ドライバーレスのソフトフロントパネルによって制御されます。

LXIユニットをサードパーティのフレームワークに統合するのは一つの課題でした。ホジソン氏は次のように述べています。「私たちは、LXIがリアルタイムシミュレータとイーサネット経由で通信する必要があると判断しました。しかし、この機能をサポートするドライバーはサードパーティのフレームワークと互換性がありませんでした。

ピカリングインターフェース社のソフトウェアチームとの協力により、ホンダのエンジニアリングチームは、LXIシステムがサードパーティのリアルタイムフレームワークからPXIモジュールを制御することを可能にする特別な通信パッケージを開発しました。ホジソン氏は「現在、私たちのテストルーチンはリアルタイムソフトウェアにLXIシャーシに指示して、例えば仮想的なLVDTを特定の位置に動かすように通信させています」と説明しています。

HondaJetによって設計され、ピカリングによって統合されたケーブルは、スイッチング資産のI/Oを相互接続パネルからシミュレーションテストリグに接続するために使用されています。図3は、現在完全に統合されたリアルタイムシステムのアーキテクチャを示しています。

図3 - 拡張されたシステム統合プラットフォームのアーキテクチャ

 

結果
HIL統合システムは2023年半ばに完全に運用可能（すなわちリアルタイムで完全に制御可能）となり、ホンダはテスト時間を短縮することができ、それによってHondaJet Echelonの開発プログラムを加速することができました。

ホンダは、HondaJet Echelon向けに1900件以上の自動テストケースを持っており、これらのテストはC#とPythonの組み合わせで記述されています：C#はインターフェースを提供し、PythonはAPIに接続する機能を提供します。「例えば、私たちはFAA認証のために乗員警告システム（CAS）のテストを自動化しています」とホジソン氏は説明します。「APIに対してリアルタイムソフトウェアを操作するテスト管理ソフトウェアを使用しています。

これらの成果に感銘を受けたホンダは、元々HondaJet HA-420航空機の開発のために建設されたASITFラボにピカリングのLXIシステムを複数導入するだけでなく、ASITF施設内の他の場所でもピカリングのシミュレーターの使用を計画しています。

ホジソン氏は最後に次のように結論づけています。「ピカリングシステムの柔軟性とパワーは、私たちの持続可能な開発環境でその価値を証明しました。また、ピカリングのチームは私たちの期待を超えて、航空機開発ラボの能力を拡張する堅牢なハードウェアとソフトウェアパッケージを開発する手助けをしてくれました。

上の図では、ピッカリングの LXI シャーシには、リアルタイムで制御および反応できるいくつかのシミュレータ モジュールが含まれています。 統合ソリューションとして、Honda (テスト) の時間と費用を節約します。

 

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