おすすめのHILSを比較！基礎知識やできること、選び方までをわかりやすく解説！

HILSは、制御装置を実機の代わりのシミュレーターにつなぎ、動作を試験する仕組みです。実機では危険な条件や、費用のかかる条件も再現できます。まず、仕組みと試験の内容、設計用ツールとの関係を押さえましょう。

実機の代わりにシミュレーターをつなぐ仕組み

HILSでは、試験する制御装置の入出力を、リアルタイムシミュレーターにつなぎます。シミュレーターがエンジンやモーター、車両の動きを計算します。その結果を、信号として制御装置に返す流れです。

制御装置から見ると、本物の機械が動いているのと同じ状態になります。計算を決められた時間内に終えるリアルタイム処理が、この仕組みの土台です。

HILSでできる試験

HILSでは、自動車のECUの機能試験や、モーター・インバーター制御の試験を行えます。実機ができる前の段階で、制御ソフトを検証することも可能です。

故障や異常の条件を再現した試験も、安全に繰り返せます。試験を自動化すれば、繰り返し行う回帰試験の手間も減らせます。

制御ソフトの設計ツールとの関係

制御ソフトそのものの設計は、モデルベース開発ツールの役割です。HILSは、設計した制御ソフトを制御装置に載せた状態で、試験する段階で使われます。

そのため、設計に使うMATLAB/Simulinkなどとの連携が、製品選びの確認点になります。ツールの扱いは製品ごとに違い、事前の確認が欠かせません。

編集部メモ：HILSは、シミュレーター本体だけでは試験になりません。I/Oボードや通信の機能、モデルを動かすソフトまで含めた構成で比べる必要があります。

HILSを選ぶ際には、試験する制御装置の種類と、必要な入出力の規模を先に整理することが重要です。ここが合わない製品は、他の機能がそろっていても使えません。次の4つの観点で整理しましょう。

試験する制御装置とモデルの規模を決める

最初に、試験するのが自動車のECUか、モーターやインバーターの制御か、電力系統の機器かを決めます。製品は、得意な対象が分かれています。

動かすモデルの規模も整理しましょう。大規模な系統モデルや車両モデルの計算には、処理性能の高い機種が要ります。対象や規模の記載がない製品は、問い合わせが欠かせません。

入出力のチャネル数と通信を確認する

制御装置とつなぐ入出力の種類とチャネル数を確認します。アナログやデジタルの入出力の数が、後から足りなくなる場合もあります。

通信は、製品によって対応が違う点に注意が必要です。車載通信のCANやEthernetに強い製品があります。電力系統のIEC 61850に強い製品もあるため、対象の通信を確認が要ります。拡張ユニットで入出力を増やせるかも、見ておく点です。

モデル開発ツールとの連携を見る

設計にMATLABのモデルを使うなら、そのモデルをそのまま動かせるかが確認点です。CarMakerなど車両モデルのツールとの連携も、製品によって異なります。

FMIなどの標準規格でモデルを取り込めると、他社ツールの資産も使いやすくなります。使うツールが決まっている場合は、先に対応を確かめましょう。

テストの自動化と拡張性を確認する

試験を繰り返すなら、自動化の手段が重要です。PythonやTestStandから試験を実行できるか確かめます。CI/CDに組み込めるかも見ましょう。

将来の構成の拡張も見ておきます。筐体やCPUを増やせる製品や、後から入出力を足せる製品があります。選定の進め方はHILSの選び方の記事も参考にしてください。

製品を並べるときは、同じ物差しを当てる必要があります。HILSで見る項目は次の5つです。互いに関連するので、まず表で全体像をつかみましょう。

リアルタイム処理の性能と扱えるモデルの規模

模擬する対象の動きを、決められた時間内に計算し切れるかを比べる項目です。CPUのコア数や、高速な処理を担うFPGAの有無が影響します。

演算周期の数値を公開している製品と、していない製品があります。数値の記載がない場合は、資料や問い合わせで確かめましょう。

入出力の種類とチャネル数

制御装置と信号をやり取りする部分を比べる項目です。アナログとデジタルの入出力の数、クランク信号やセンサーの模擬といった専用のI/Oがあるかを見ます。

断線や地絡といった故障を模擬できるかも、製品によって異なります。後から入出力を増やせるかも、あわせて確認する点です。

対応する車載・産業用通信

制御装置とつながる通信の種類を比べる項目です。車載ではCANやCAN FD、LIN、Ethernetが代表例です。

電力系統の機器を試すなら、IEC 61850やDNP3への対応が焦点になります。対応する規格の一覧が製品ページにない場合は、個別に確認が必要です。

モデル開発ツールとの連携

モデルを作るツールと、シミュレーターのつながりを比べる項目です。MATLABで作ったモデルを、そのまま実行できる製品があります。

FMIの取り込みや、CarMakerなど車両モデルのツールとの連携も確認します。モデルを動かすための追加ソフトがあるかも、見る点です。

テストの自動化・管理の機能

試験を繰り返し実行し、結果を管理するための項目です。専用の自動化ソフトを持つ製品や、PythonのAPIを備える製品があります。

既存のテスト管理ツールにつなげられるかも比べましょう。ASAM XILのような標準のインターフェースに対応するかも、判断材料です。

比較項目のどこに重点を置くかは、自社の状況で変わります。企業の特徴ごとに、確認する順番を整理しました。自社に近いものから読んでください。

車載ECUを開発する企業

エンジンや車体、ADASなどのECUを試験する企業です。最初に確認したいのは、必要な入出力と車載通信に対応するかです。多数のECUをつなぐなら、構成を広げられる製品が候補になります。

CarMakerなど車両モデルのツールを使う場合は、連携する製品を選ぶとモデルを引き継げます。国内メーカーの支援を求めるなら、国産のHILSも比べましょう。

モーターやインバーターを開発する企業

電動化に向けて、モーター制御やインバーターを開発する企業です。高速なスイッチングを検証できる時間刻みと、FPGAによるモーターの模擬が焦点です。

JMAG-RTなど精密なモーターモデルを使うなら、その対応を確かめます。高電圧のフルパワー試験は、設置や安全対策の規模が大きくなる点にも注意してください。

電力系統や再生可能エネルギーの機器を扱う企業

保護リレーや系統連系のインバーター、変電所の機器を試験する企業です。IEC 61850やDNP3など、電力系統の通信に対応するかが最初の確認点です。

自動車向けの製品は、系統の試験を想定していない場合があります。対象を電力系統に絞った製品と、広く使える製品の違いを、用途に照らして比べましょう。

Simulinkで制御を設計している企業

制御の設計をSimulinkで行っている企業です。同じモデルをそのまま実機で動かせる製品なら、HILへの移行の手間を抑えられます。

リアルタイム実行ソフトは、対応するハードウェアが決まっている場合があります。ソフトとハードの組み合わせと、それぞれの見積もりを確認してください。

専任の担当が少なく、小さく始めたい企業

HILの専任担当が少なく、まず小さく試したい企業です。制御の試作と入門レベルのHILを一台で行える、コンパクトな機種が候補になります。

上位システムへ広げられるかも見ておきましょう。価格は公開されていないため、試験の対象と規模を整理してから、見積もりを依頼してください。

HILSは、試験する対象や入出力の規模で費用が大きく変わります。製品ページのある20製品のうち、価格を公式サイトで公開している製品はありません。20製品すべてが、問い合わせや見積もりでの確認になります。

総額は、I/Oの規模や、ソフトとハードウェアの組み合わせで見積もりが大きく変わります。ソフトだけを案内する製品では、別途ハードウェアの費用が生じる点にも注意してください。費用の見方はHILSの費用相場の記事も参考にしてください。

製品データとして数値化できる4項目を、5段階の評価で横並びにしました。品質管理・工程管理・現場での使いやすさ・中小適合の4つです。並びは中小適合の高い順で、同点は残りの評価軸の順に比べ、最後は製品名で決めています。

ここからは表に挙げた20製品を、順位の並びのまま見ていきます。強みだけでなく、向かないケースもあわせて示しました。自社の試験対象と入出力の規模に照らして読み進めてください。

エー・アンド・デイ モータHILS

FPGAでモーターを模擬し、実モーターなしでモータECUを検証するHILSです。PMSMやインバーター、センサーの標準モデルがそろいます。JMAG-RT対応モデルや空間高調波モデルも実装できる点が特徴です。

天絡・地絡・断線を実回路で再現でき、最速10nsでデータを記録できます。用途はモータECUの検証に絞られ、車両全体のECU試験には別の構成が要ります。価格は公式サイトに掲載がなく、問い合わせが必要です。

Simulink Real-Time

Simulinkのモデルを、Speedgoatの実機でワンクリックで動かせるソフトです。Simulink Testと組み合わせると、MIL・SILのテストをHILへ移せます。

実行にはSpeedgoatのリアルタイムターゲットと、MATLAB・Simulinkが要ります。価格は公式サイトに表示がなく、無料試用が用意されている状況です。Simulinkを使っていない現場には不向きでしょう。

Concurrent SIMulation Workbench

RedHawk Linux上で、複数のツールのモデルを並行して動かせる実時間基盤です。Simulink、CarMaker、FMIのモデルのほか、手書きのC/C++モデルも扱えます。モデルとI/O構成は分けて管理します。

PythonやC#、CのAPIがあり、CI/CDとも連携しやすい構成です。Linuxに慣れていない現場では、学習の時間が要ります。I/O込みのターンキー機を一式で買いたい場合には向きません。

OPAL-RT RT-LAB

Simulinkのモデルを実機とつなぐまでを、一つで行えるOPAL-RTのソフトです。CPUのEMT並列実行とFPGAのEMTシミュレーションを、用途に応じて使い分けます。

IEC 61850やDNP3、CAN、EtherCATなど幅広い通信に対応します。OPAL-RTのシミュレーターと組み合わせる前提で、ソフト単体ではHILを構成できません。国内の窓口は、代理店の株式会社NEATです。

NI VeriStand

I/O設定やデータロギング、刺激生成、アラームを、一つで設定できるNIのソフトです。HIL試験の組み立てに使うソフトです。TestStandやPython、ASAM XILで、試験の自動化や外部ツールとの連携も行えます。

実行にはNIのリアルタイムハードウェアが要ります。ソフト単体ではHILを構成できず、価格も公開されていません。他社製のハードウェアでHILを組みたい場合には向きません。

Typhoon HIL HIL404

モーター駆動と自動車向けパワーエレクトロニクスに絞った、4コアのHILシミュレーターです。MATLAB/SimulinkやPSIM、JMAG-RTと連携でき、既存のモデルも使えます。

XIL/ASAM互換APIにより、他社のテスト自動化ツールとも接続できる製品です。アナログ入出力は各16chで、入出力を多く使う構成には上位機種が要ります。パワーエレクトロニクス以外が中心の試験には不向きです。

Typhoon HIL HIL506

最大6コアで、複数のコンバータを含む構成を模擬できる中位のHILシミュレーターです。最大16台を並べると、100台以上のコンバータを含む大規模なシステムも扱えるとされています。

Pythonベースのソフトで試験を自動化できます。アナログ入力は16chのため、入力を多く使う構成では上位のHIL606が候補です。車載ネットワーク全体の試験は対象外で、価格は公式サイトにありません。

Vector VT System

信号の入出力に必要な回路をモジュールに内蔵し、HILの配線を簡素化できるシステムです。CANoeがモジュールを自動検出します。vTESTstudioと合わせて、試験の作成から実行まで進められます。

CANoeと組み合わせて使うため、CANoeの導入が前提です。プラントモデルの扱いは、別途の確認が要ります。大規模な車両モデルを高速に計算することが主目的の場合には、不向きです。

エー・アンド・デイ HELIOS

I/Oとインターフェースを一体にして、複数の筐体へ広げられる国産のHILSプラットフォームです。ECU試験向けに、クランク・カム信号やSENT、車載EthernetのI/Oボードがそろいます。

マルチノードで、最大9個のCPUを同時に実行できます。製品ページには価格や対応ツール、故障模擬の詳細がなく、資料での確認が必要です。自動車以外の制御装置を試すなら、構成の相談が要ります。

OPAL-RT OP4610XG2

Core i5とKintex-7 FPGAを積んだ、XG2シリーズの中規模機です。電力変換器や電動ドライブを模擬できます。拡張ユニットで、高速I/Oを最大128ch追加できる点も特徴です。

I/Oモジュールは1台あたり最大4つで、多数の入出力が要る場合は上位機が候補です。国内の問い合わせ窓口は、代理店の株式会社NEATになります。価格は公式サイトにありません。

エー・アンド・デイ AD-PROCYON

サーバー向けCPUのマルチコアで並列処理し、大規模なモデルを実時間で動かすシミュレーターです。MATLAB/Simulinkのモデルを、実時間で実行できます。

CarSimやCarMaker、GT-SUITEなどのツールとの連携が、用途に挙げられています。演算周期やレイテンシーの数値は製品ページになく、資料での確認が必要です。価格も公開されておらず、構成ごとの見積もりになります。

dSPACE MicroLabBox II

I/Oを内蔵した一体型のラボ用システムで、制御の試作と入門レベルのHILの両方に使えます。ユーザーがプログラムできるFPGAを積む構成です。AutomationDeskで、試験の自動化も組めるでしょう。

公式には、入門レベルのHILという位置づけです。多数のECUをつなぐ車両ネットワーク全体の試験は、上位システムの領域になります。価格は公式サイトに掲載がなく、問い合わせが必要です。

dSPACE SCALEXIO

信号レベルのHILから、フルパワーのインバーター試験まで、同じ基盤で構成を選べます。モジュール型のシステムです。機械式テストベンチにも対応し、FPGAベースの高速I/Oも特徴です。

FMIで、サードパーティ製のモデルも取り込めます。構成は要件から設計する必要があり、導入時に詰める作業が生じます。価格は公式サイトにありません。少数のI/Oで基板を一枚だけ試す用途には、過剰になりがちです。

RTDS NovaCor 2.0

保護リレーや系統制御装置を、模擬した電力系統と閉ループでつないで試験する製品です。電力系統用のシミュレーターで、IEC 61850のSV・GOOSEやDNP3などの通信に対応します。

コアはライセンスで1〜10個の範囲で解放され、あとから追加できます。電力系統に特化しており、自動車のECU試験には向きません。国内は、株式会社J-POWERビジネスサービスが国内の窓口です。

Typhoon HIL HIL606

最上位のHILシミュレーターで、最大8コアを備えます。アナログ出力は64ch、デジタル入出力は各64chです。高速スイッチングの制御を検証できます。

パワーエレクトロニクスとモーター駆動が中心の設計で、車両ネットワーク全体の試験には向きません。価格は公式サイトになく、構成ごとに見積もりが要ります。教育用途で費用を抑えたい場合にも不向きです。

IPG Automotive Xpack Real-time System

CarMakerと組み合わせて、車両のHILを組む実時間機です。CompactPCI Serialを基にしたモジュール構成です。CPU・筐体・I/Oを用途に合わせて選べます。

CAN FDやLIN、Ethernetに加えて、PSI5やSENTのモジュールもあります。公式に挙がる用途は、ADAS、パワートレイン、車両ダイナミクスです。自動車以外の制御装置や、CarMakerを使わない現場には向きません。

OPAL-RT OP5707XG2

Xeon GoldとVirtex-7 FPGAを一体にした、高性能なHIL向けの製品です。大規模な系統モデルと、高速なスイッチングの模擬を両立できます。RT-LABとHYPERSIMの両方で使えます。

最大8つのI/Oモジュールを載せられる構成です。通信プロトコルの一覧は製品ページにないため、個別の確認が要ります。小規模な制御基板だけを試験するなら、機能が大きすぎるでしょう。

鷺宮製作所 ステアリングHILS CRH440

車両モデルで計算したラック荷重を加え、ステアリングを車両なしで評価するHILSです。荷重はリニアモーター式のアクチュエーターで与えます。油圧サーボが苦手な高応答・低作動音の負荷もかけられ、異音の評価にも使えます。

ステアリング系に特化した装置で、ほかのECUや電動パワートレインの試験には使えません。恒温槽や操舵入力装置はオプションで、構成と価格は個別の確認が要ります。

dSPACE SCALEXIO Power HIL

最大1,250Vのパワーエレクトロニクス機器を、フルパワーで試験できるテストベンチです。実機のモーターやバッテリーは要りません。ISO 21498とLV 123の試験に対応し、電動車や産業用ドライブまで用途が広がります。

高電圧の試験設備のため、設置場所や電源、安全対策を含む導入の規模が大きくなります。信号レベルのECU試験だけなら不要です。電流や出力の値は、製品ページに記載がありません。

AVL Inverter TS

インバーターを必要な電圧・電流のもとで試験する、パワーHILの試験システムです。実モーターや実バッテリーは要りません。モーターと独立しているため、開発の初期から検証を始められます。

インバーターを対象にした大型の設備で、信号レベルのECU試験には向きません。電圧や電流などの仕様は、資料での確認が要ります。小規模な試験室への導入も難しくなります。

HILSには、無料で使い始められる製品はなく、リアルタイムの実行環境と入出力の導入が前提です。無料で試せるのは、一部のソフトの試用などにとどまります。

無料で試せるのは、モデルの実行環境の一部にとどまります。制御装置をつなぐ試験を行うには、ハードウェアの導入が必要です。試用の条件は製品ごとに異なるため、見積もりの段階で確かめましょう。

HILSの比較は、5つの項目で整理すると進めやすくなります。リアルタイム処理の性能、入出力と通信、モデル開発ツールとの連携です。テストの自動化と、扱えるモデルの規模も加えた5つです。

まず、試験する制御装置の種類と、使うモデル開発ツールを書き出しましょう。次に、必要な入出力と通信に対応するかを確かめ、見積もりを比べます。価格を公開している製品は20製品のうち0製品で、すべて問い合わせが必要です。製品はHILS（ハードウェアインザループシミュレーション）のカテゴリページで比較できます。選定の進め方はHILSの選び方の記事、メーカー別の傾向はHILSのメーカーの記事もご覧ください。