はじめに
「HILによるxEVモータードライブECU開発・テストの加速」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 連携し、モータードライブ電子制御ユニット（ECU）の開発・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ー検証においてより安全で迅速、かつ包括的な手法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。
コントローラ向けのソフトウェアテストのみを考慮する場合、Typhoon チームの支援があれば非常に迅速に進められます。おそらく数日から数週間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、これらを統合してテストするTyphoon 極めて重要となります。Typhoon インフィニオン・テクノロジーズは、EVパワートレインシステム向けに完全に統合されたリアルタイム開発・テスト環境を提供するため協力しました。 このソリューションは、Typhoon 超高忠実度シミュレータ（HIL404や大容量HIL606など）と、インフィニオンの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・ヴァラスコ氏は、次世代eモビリティ新たな要求に応えるよう設計されている点を説明しました：
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、パワートレイン全体をTyphoon schematic editorでモデル化する効率的なワークフローが実現されます。高精度モデルにより、インバータ特性にはスイッチング損失、伝導損失、オン/オフ遅延を含めることが可能です。 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可能であり、これらの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
HILソリューション部門ディレクター
Typhoon
実際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。このプラグアンドプレイソリューションにより、最終ハードウェアが製造されるずっと前から包括的なソフトウェアテストが可能となります。コントローラ側では、あたかも実機のモーターに接続されているかのように動作し、エンジニアTyphoon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します。
合理化されたワークフロー
Typhoon 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 連携は、リアルタイムシミュレーションがEVモーター駆動装置の開発をいかに変革しているかを実証しています。検証を開発サイクルの早期段階に移行することで、エンジニアリングチームは物理的なプロトタイプが存在するよりはるか前に、より迅速に反復作業を行い、より多くのテストケースを網羅し、設計に対する確信を築くことができます。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駆動システムをより迅速に市場に提供することが可能になります。
