はじめに
Infineon Technologies、Infinitum、およびTyphoon HILは、「HILによるxEVモータードライブECU開発とテストの高速化」ウェビナーで、モータードライブ電子制御ユニット（ECU）の開発とテストにおいてエンジニアリングチームが直面する課題について議論し、HILシミュレーションがコントローラの検証により安全、迅速、かつ包括的なパスを提供することを実証しました。
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、アルゴリズムがあらゆる動作条件で一貫して動作することを保証することから始まります。コントローラは、外乱を管理し、過渡現象を処理し、物理的なプロトタイプに導入される前に安全保護を実施する必要があります。ベンチセットアップや実際の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、初期の検証でギャップが生じることがよくあります。Infinitum 社のシニアパワーエレクトロニクスエンジニア Ryan Collin 氏は、HIL シミュレーションがこのプロセスをどのように加速するかを説明しました：
ここでHILシステムの価値が発揮される。最終的なハードウェア・テストベッドに到達する前に、定常状態と過渡状態という異なる動作ポイントにおける性能を素早くテストし、安全機能が期待通りに機能しているかどうかを検証することができます。
Ryan Collin
Senior Power Electronics Engineer
Infinitum
もう1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、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的要求の両方を満たすことができるかどうかを決定します。主な検討事項には、I/O容量、ADC、PWM、メモリ、クロック周波数、コストなどがあります。
ハードウェア・テストの前に安全機能の堅牢性を確認することも不可欠です。物理的なプロトタイピングには限界があることが多く、初期段階ではハードウェアが利用できない場合があります。また、故障シナリオを再現することは安全でない場合があり、高価な機器を損傷する危険性があります。Infinitum社のプリンシパル・コントロール・エンジニアであるLizhi Qu氏は、HILがコントローラの初期テスト段階をどのように加速するかを強調している。
コントローラーのソフトウェアテストだけを考えれば、Typhoon HILチームの助けを借りれば、かなり速くできる。たいていの場合、数日から数週間で済むだろう。
Lizhi Qu
プリンシパル・コントロール・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ます。これらをまとめてテストすることが、Typhoon HILの重要な役割です。Typhoon HILとInfineon Technologiesは、完全に統合されたEVパワートレイン・システムのリアルタイム開発・テスト環境を提供するために協力しました。このソリューションは、HIL404や大容量のHIL606といったTyphoon HILの超高忠実度シミュレータと、InfineonのAURIX™ TC3xおよびTC4x車載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・ディレクターであるロバート・バラスコ氏は、今後発売されるTC4シリーズが、どのようにeモビリティ新たな要求に応えるように設計されているかを説明した：
電動化のスピードは、それを処理する新しい方法を必要とするほど押し進められています。TC4シリーズは、ペリフェラルだけでなく制御面にも対応し、進化するモーターと電力変換の要件に対応する高度な数学を可能にします。
ロバート・バラスコ
フィールド・アプリケーション・エンジニアリング・ディレクター
インフィニオン・テクノロジーズ
このアプローチにより、パワートレイン全体をTyphoon HILschematic editorモデル化する合理的なワークフローが実現します。忠実度の高いモデルにより、インバータの特性にスイッチング損失や導通損失、ターンオン/ターンオフ遅延を含めることができます。モーターについては、磁気飽和、空間高調波、鉄損などの非線形効果をシミュレーションに含めることができ、パラメータはラボの測定値から導き出すか、JMAGのような有限要素解析（FEA）ソフトウェアから直接インポートします。
私たちは主に、製品のライフサイクル全体を通して、設定やデプロイ、メンテナンスが簡単で、将来的に共有しやすく、将来のプロジェクトでも再利用できるようなシステムを構築することに重点を置いています。
Petar Gartner
HILソリューション担当ディレクター
Typhoon HIL
実際のInfineonコントローラは、専用のInfineon 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します。プラグアンドプレイのソリューションにより、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行うことができます。エンジニアは、TyphoonSCADA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観察します。
合理化されたワークフロー
Typhoon HILのソリューションを使用することで、エンジニアは以下のことが可能になります：
- 定常状態と過渡状態の両方で制御アルゴリズムを検証する。
- 非線形性と熱効果を含む、高忠実度のインバータとモータの動作をシミュレートします。
- 短絡などの危険なシナリオを安全かつ繰り返しテストできます。
- オープンAPIを通じてテストとレポーティングを自動化し、製品ライフサイクル全体の一貫性を確保します。
インフィニオンのAURIX™ MCU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展開のギャップを埋めます。エンジニアは、最終的なハードウェアが利用可能になるずっと前に評価ボードでテストを開始することができ、コストと市場投入までの時間を削減します。
結論
Infineon社、Infinitum社、Typhoon HIL社のコラボレーションは、リアルタイムシミュレーションがEVモータードライブ開発にどのような変革をもたらすかを示しています。開発サイクルの早い段階で検証を行うことで、エンジニアリングチームは、物理的なプロトタイプが完成する前に、より多くのテストケースを網羅し、設計の信頼性を高めることができます。HILシミュレーションにより、チームは進化する業界の要求に対応し、信頼性の高い高性能モータードライブシステムをより早く市場に投入することができます。
