はじめに
「HILを活用したxEVモーター駆動ECUの開発・テストの加速」と題したウェビナーでは、インフィニオン・テクノロジーズ、インフィニタム、Typhoon HIL 、エンジニアリングチームがモーター駆動用電子制御ユニット（ECU）の開発・テストにおいて直面する課題について議論するとともに、HILシミュレーションがコントローラーの検証において、いかに安全かつ迅速で包括的なアプローチを提供するかを実演しました。
EVモーター駆動制御の検証における課題
信頼性の高いEVモーター駆動制御の開発は、アルゴリズムが全動作条件範囲で一貫した性能を発揮することを保証することから始まる。コントローラーは、物理プロトタイプに実装されるはるか以前に、外乱の管理、過渡現象への対応、安全保護機能の徹底を可能にしなければならない。ベンチテストや実機ハードウェアに大きく依存する従来のワークフローでは、初期検証段階で不足が生じがちだ。InfinitumのシニアパワーエレクトロニクスエンジニアであるRyan Collinは、HILシミュレーションがこのプロセスを加速する方法を説明した：
ここでHILシステムの真価が発揮されます。最終的なハードウェア試験台に到達する前に、定常状態や過渡状態など様々な動作ポイントでの性能を迅速にテストし、安全機能が期待通りに動作していることを検証できるのです。
ライアン・コリン
シニアパワーエレクトロニクスエンジニア
インフィニタム
もう一つの重要なステップは、適切なマイクロコントローラを選択することです。これにより、プラットフォームが現在のプロジェクト要件と将来の機能要求の両方を満たせるかどうかが決まります。主な考慮事項には、I/O容量、ADC、PWM、メモリ、クロック周波数、コストが含まれます。
ハードウェアテスト前に安全機能の堅牢性を確保することも不可欠である。物理プロトタイピングには制約が多く、初期段階ではハードウェアが入手できない場合があり、故障シナリオの再現は安全性を損なう恐れがあり、高価な機器の損傷リスクを伴う。Infinitumの主任制御エンジニアであるLizhi Quは、HILがコントローラの初期テスト段階をいかに加速させるかを強調している。
コントローラのソフトウェアテストのみを考慮する場合、Typhoon HIL 協力があれば、かなり迅速に進めることができます。おそらく、数日か数週間程度で完了するでしょう。
Lizhi Qu
主任制御エンジニア
Infinitum
ソフトウェアとハードウェアの架け橋としてのリアルタイムシミュレーション
コントローラの性能はアルゴリズムとハードウェアの両方に依存しており、これらを統合してテストを行う上で、Typhoon HIL 極めてTyphoon HIL 。Typhoon HIL ・テクノロジーズTyphoon HIL 提携し、EVパワートレインシステム向けの完全に統合されたリアルタイム開発・テスト環境を提供しています。 このソリューションは、Typhoon HILHIL404や大容量のHIL606といった超高忠実度シミュレータと、インフィニオン・テクノロジーズのAURIX™ TC3xおよびTC4x自動車用マイクロコントローラ（MCU）を組み合わせたものです。インフィニオン・テクノロジーズのフィールド・アプリケーション・エンジニアリング担当ディレクター、ロバート・ヴァラショ氏は、今後発売されるTC4シリーズがeモビリティ新たな要求を満たすよう設計されている点を次のように説明しました：
電動化の速度が急速に進んでいるため、新たな対応策が必要となっています。TC4シリーズは周辺機器だけでなく制御側にも対応し、進化するモーターおよび電力変換要件に対応する高度な数学的処理を実現します。
ロバート・ヴァラスコ
フィールドアプリケーションエンジニアリング部長
インフィニオンテクノロジーズ
このアプローチにより、Typhoon HIL schematic editorでパワートレイン全体をモデリングする、効率的なワークフローが実現されます。高精度なモデルを使用することで、インバータの特性にスイッチング損失や導通損失、あるいはターンオン／ターンオフの遅延などを反映させることができます。 モーターのシミュレーションでは、磁気飽和、空間高調波、鉄損などの非線形効果を含めることができ、パラメータは実験室での測定値から導出するか、JMAGなどの有限要素解析（FEA）ソフトウェアから直接インポートすることができます。
私たちは主に、設定や導入、保守が容易で、製品ライフサイクル全体を通じて運用でき、後工程での共有が容易であり、将来のプロジェクトでの再利用さえも可能なシステムの構築に注力しています。
ペタル・ガートナー
ソリューション 担当ディレクター
Typhoon HIL
本物のインフィニオン製コントローラは、専用のインフィニオン TriBoard インターフェースカードを介して HIL シミュレータに直接接続されます。これはプラグアンドプレイ方式のソリューションであり、最終的なハードウェアが製造されるずっと前に、包括的なソフトウェアテストを実施することを可能にします。コントローラ側からは、あたかも実際のモーターに接続されているかのように動作し、一方、エンジニアは Typhoon の SCADA インターフェースを通じて、シミュレートされた電流、電圧、温度をリアルタイムで監視することができます。
合理化されたワークフロー
Typhoon HILソリューションを活用することで、エンジニアは以下のことが可能になります：
- 定常状態および過渡状態の両方の条件下で制御アルゴリズムを検証する。
- 高忠実度のインバータおよびモータ挙動をシミュレートし、非線形性と熱的影響を含む。
- 短絡などの危険なシナリオを安全かつ繰り返しテストする。
- オープンAPIを通じてテストとレポート作成を自動化し、製品ライフサイクル全体にわたる一貫性を確保します。
インフィニオンのAURIX™マイコンと直接統合することで、このワークフローはソフトウェア開発と物理的なデプロイメントの間のギャップを埋めます。エンジニアは最終ハードウェアが利用可能になるずっと前に評価ボード上でテストを開始できるため、コスト削減と市場投入までの時間短縮が実現します。
結論
インフィニオン、インフィニタム、Typhoon HIL 協業は、リアルタイムシミュレーションがEV用モータードライブの開発をいかに変革しているTyphoon HIL 検証工程を開発サイクルの早期に前倒しすることで、エンジニアリングチームは反復開発を迅速化し、より多くのテストケースを網羅し、実機プロトタイプが完成するはるか以前から設計に対する確信を深めることができます。HILシミュレーションにより、チームは変化し続ける業界のニーズに対応し、信頼性が高く高性能なモータードライブシステムを市場へより迅速に提供することが可能になります。
