2020年6月2日

電気自動車用モーター駆動装置のソフトウェア設計・テストにおけるより優れた手法

所要時間 | 4分

電子システムおよびEVシステムの高精度モデリングを活用することで、導入前に制御上の問題を安全に捕捉でき、プロジェクトのスケジュール達成率向上とワークフローの効率化を実現します。完全自動化されたテストとモデルパラメータの容易なインポートにより、さらなる効率化が図られます。これらの進歩がプロジェクトにもたらすメリットについて詳しくは、ブログ記事をご覧ください。

はじめに

モデルベースソフトウェア開発は、ソフトウェアの安全上重要な性質と、開発・テストプロセスがISO 26262規格に準拠する必要性から、自動車業界で広く受け入れられている手法である。正確な物理プラントモデル（例：モーター駆動装置）が利用可能であるため、ソフトウェアテストは開発プロセスの早い段階で開始でき、問題が発生した時点で即座に発見・修正することが可能となります。
モデルベースソフトウェア開発のワークフローは通常、3つの段階を経ます：モデル・イン・ザ・ループ（MIL）、ソフトウェア・イン・ザ・ループ（SIL）、そしてハードウェア・イン・ザ・ループ（HIL）またはコントローラーHIL（C-HIL）です。従来の内燃機関車両では、物理サブシステムのモデル精度を全開発段階を通じて維持することは容易です（リアルタイムシミュレーションの実現が比較的容易であるため）。しかし、電気自動車（EV）では、リアルタイムHILシミュレーションに必要なモデル精度を得ることは困難でした。

モータードライブ設計においてモデルベースエンジニアリングを活用する理由とは？

Typhoon HIL 、EVソフトウェア開発者は、MIL/SILおよびHILの全段階で同一の精度レベルのプラントモデルを利用できるようになりました。実際、有限要素モデルから生成された高精度な機械モデルを活用することで、ソフトウェア開発ワークフロー全体を通じてモデルの整合性が維持されます。これにより、テストの効率と有効性が劇的に向上し、ハードウェア設計チームと制御設計チーム間の連携も強化されます。モデルベース設計およびテストにより、製品開発プロセスの効率化、プロジェクトスケジュールの遵守率向上、およびソフトウェア欠陥の削減が実現されます。

Typhoon HIL 、モデルベースエンジニアリングのワークフローをどのようにTyphoon HIL しますか？

この高精度なFEAモーターモデルは、実際の物理的なモーターを可能な限り忠実に再現したものです。モデルの集中定数回路パラメータのルックアップテーブルを、ワンクリックでTyphoon HIL ツールチェーンに抽出・インポートできます。その後、実際のECU（エンジン制御ユニット）と連携して、モーターをリアルタイムでシミュレーションします。このモーターモデルには、非線形磁束飽和効果、空間高調波、および損失データが含まれています。これにより、HILシミュレーションで物理システムの挙動を可能な限り忠実に再現できるほか、故障を含む幅広いシナリオや動作条件下において、組み込みソフトウェアのテストを再現性のある方法で自動化することが可能になります。

JMAG RT-Typhoonソリューションのワークフローはどのようなものですか？

モーターモデルデータを生成する方法はいくつかあります（図1参照）。JMAG – DesignerではFEAモデルの設定に最も幅広い選択肢が提供され、JMAG – Expressでは事前作成されたテンプレートが活用できます。測定データやライブラリからのデータを使用することも可能です。

JMAG RTは、ルックアップテーブル形式のRTTファイルを生成します。これは、1次元モデルや集中定数回路モーターモデルと呼ばれることもあります。このファイルは、 Typhoon HIL Schematic Editorに構築された残りの電気駆動システムに直接インポートして追加することができます。

超高忠実度はどのような違いをもたらすのか？

Typhoon HIL 、パワーエレクトロニクス用途向けに設計されており、4世代にわたるHIL設計を通じて最適化されています。主な特長として、FPGAプロセッサ設計に由来する200 nsのタイムステップによる超高精度シミュレーションと超低遅延が挙げられます。これに伴い提供される垂直統合型ソフトウェアは、ハードウェアによるモデル実行方法を定義できるだけでなく、豊富なモーターモデルライブラリ、ネイティブな位置および速度フィードバック信号への対応、さらには様々なドライブアプリケーションをサポートする多様なエンコーダ通信規格も備えています。

C-HILは駆動制御ソフトウェアの完全自動テストを実現します：機能テスト、性能テスト、故障テスト、回帰テスト。C-HILを使用すれば、実際のハードウェア、ソフトウェア、ファームウェアを備えた未改造の実機コントローラをテストできます。実験室でのテストと比較して、機器損傷の懸念がなく、テストカバレッジは桁違いに高く、ソフトウェア回帰テストの自動化が可能です。最高レベルのテストカバレッジと極めて高いテスト忠実度を両立させます（図2参照）。