はじめに ｜パワートレイン制御ソフトウェア開発
電気自動車（EV）のハードウェアとソフトウェアは、ますます複雑になっている。その結果、特に既存のEV電子制御ユニット（ECU）の開発では、ロバストで継続的なテストシステムの導入が不可欠となっています。EVを扱う際に継続的なソフトウェアテストアプローチを使用できるようにするには、テストがシームレスに実行され、意味のある結果が一貫して得られるようにするための、ロバストなモデリングと自動化ソリューションが必要です。
ECUコードテストは実際のシステムを使用する前に行われるため、破壊的なスタートテストの可能性が劇的に減少します。コントローラのアルゴリズムを早い段階で実際のハードウェアに移植することで、システム統合前にかなりの数の問題を解決することができます。その結果、このアプローチは開発時間とコストを大幅に削減します。
テストプロセスをより現実的なものにするには、ECUのテスト環境を実際の物理的環境にできるだけ近づけるために、専用のハードウェアを採用する必要があります。より迅速で正確なテストを行うための最良の選択肢は、必要なテスト用ハードウェアをすべて備え、新しいデバイスを接続して内部信号を追跡するための複数の接続端子を備えた専用ベンチを使用することです。これらのベンチは、ユーザーとECUを保護する機能も備えています。
セットアップ ｜テストベンチの構築
専用ベンチは、ECUコードテストを可能にするために接続されたデバイス群で構成されます。これらのデバイスは以下の目的で使用されます：
- e-Driveシミュレーションを実行します。
- HILとECU間のコンディション信号。
- 故障と温度計測のシミュレーション
- ハードウェアの欠陥を挿入する。
シミュレーターは、ECUソフトウェアをテストする際の中心的な役割を果たす。シミュレータは、エンジニアリングチームが作成したモデルに基づいてドライブトレインをシミュレートします。このタスクを実行する最先端のソリューションは、HILに基づくリアルタイムシミュレーションです。例えば、Typhoon HIL606は、最大0.2 µsの時間ステップでモデルをエミュレートでき、デバイスあたり最大8個の三相詳細コンバータモデルをサポートし、アナログ/デジタルI/Oと通信プロトコルのインターフェースを提供します。
e-Drive ECUをテストする場合、ECUが実際のシステムで受信する信号を適切に表現するように信号を調整する必要があります。ECUを可能な限り実システムに近い環境でテストするために、特定の信号がHILデバイスの+/-10 Vの範囲外であったり、ECUが温度に変換する抵抗値が含まれていたりすることがあります。このようなシナリオでは、HIL ConnectデバイスがHILとECU間の信号調整デバイスとして機能し、電圧信号以外の信号タイプも提供します。
EVの場合、ECUは保護装置や受動部品、能動部品のスイッチング、バッテリーパックの充電中などに発生する電気的な妨害に弱い。これらの外乱は、ECUの安全性に悪影響を及ぼす可能性があります。安全な動作を確保し、実世界のスタートアップ/シャットダウン手順を再現するため、DUTへの（およびDUTからの）信号は、ソフトウェアトリガーで制御された方法で閉じたり開いたりできるリレーを通過します。最後に、ベンチはECUのための安全なコンパートメントを提供し、テスト手順中に問題が発生した場合の機械的衝撃や不利な接続問題を回避しなければなりません。
テストベンチには、コアハードウェアに加えて、テストの忠実度を高めるための補完デバイスが必要です。これらのデバイスは、ハードウェアの故障を誘発し、ECU制御アルゴリズムの計測能力をテストするために使用されます。
計測 ｜温度と故障
ECUを徹底的にテストする場合、温度測定と故障試験はシステムの信頼性と安全性を確保する上で重要な役割を果たします。温度センサーのエミュレーションは、DUTが読み取ると予想される範囲の抵抗エミュレーターとして機能する抵抗ネットワークを使用して行われます。一方、フォールトテストに関しては、制御されたフォールトを導入して、システムが悪条件にどのように反応するかを評価します。
HILシミュレータを使えば、ソフトウェアを使ってテストに故障を挿入することができます。しかし、実際の故障をより正確に表現するために、専用のハードウェアをテストベンチに組み込むことができます。フォルト挿入カードは、モジュラーHILコネクトで使用するために設計されたオプションです。リレーネットワークを使用して、開回路、入出力端子間の短絡、故障端子に供給される外部信号に対する短絡など、システムの故障状態をシミュレートします。
故障テストやその他のテストを実施する際、ECU信号を解析して制御の仕組みをより深く理解したいと思うかもしれません。干渉を発生させることなく、簡単に信号にアクセスするのは複雑な作業です。しかし、専用のテストベンチを使用する場合は、目的の信号に簡単にアクセスできるブレイクアウトボックスを使用できます。その結果、バナナプラグとオシロスコープやマルチメータを組み合わせて、信号を詳細に分析することができます。アプリケーションによっては、ブレイクアウト・ボックスにシールド・ケーブルを使用してアクセスすることもできます：
- ノイズに敏感な相電流信号。
- ノイズに敏感なレゾルバ信号。
- ノイズに敏感なインバータゲーティング信号。
- CAN信号。
故障に加えて、デバイスの動作温度の変化に対するコントローラの応答をテストすることも極めて重要です。e-Driveの場合、コントローラがインバータとモータの動作を制御し、その完全性を維持できることを確認することが不可欠です。これらの温度は通常、NTCサーミスタを使用して測定されます。抵抗エミュレータカードをベンチに組み込み、HILシミュレータを使用してCAN経由で制御することで、ECUをテストできます。
モデリング＆テスト｜先進のハードウェア＆ソフトウェア・ソリューション
最適な製品開発のためには、優れたハードウェアとサポートツールが必要です。Typhoon HILは、設計時間とコストを削減し、ソリューションの品質と信頼性を最高レベルに維持する、最先端の洗練された開発ツールを提供します。
電気自動車の開発が急速に進化し、新しい規格が導入されたり更新されたりする中で、効果的なテストを行うためには、使いやすく柔軟性のあるソフトウェアソリューションが不可欠です。テストの第一歩は、EVドライブトレインの適切なモデルを用意することです。各コンポーネントをゼロからモデリングすることも可能ですが、現代のシナリオではより迅速なソリューションが求められます。そこで、あらかじめパッケージ化されたモデルを備えたモデリング環境が活躍します。Typhoon HILのSchematic Editorのようなソフトウェアには、インバータやバッテリーを含む何百ものビルド済みコンポーネントが用意されており、ドラッグ・アンド・ドロップするだけでシミュレーション・システムを作成するビルディング・ブロックとして使用できるため、モデリング時間を短縮できます。
モデルを設計し、回路図エディタ内でコンポーネントをパラメトリック化したら、モデルをリアルタイム動作に移行し、シミュレーション用のランタイム・インタラクションUIを作成する必要があります。生成されたモデルは、テストツールや車載ツールと互換性があり、規格評価に対応できるものでなければなりません。さらに、テストベンチとの対話や制御を簡単に行う方法も重要です。Typhoon HILのHIL SCADAなどのSCADAソフトウェアを使用することで、これを実現できます。ウィジェットを使用することで、シミュレーションモデルやテストベンチとリアルタイムで対話したり、テスト結果を検査したりすることができます。
TyphoonTest IDEは、テストの作成と自動化を簡素化する直感的なグラフィカルユーザーインターフェースです。pytestとAllureフレームワークをベースにしており、包括的なAPIが含まれています。その結果、Pythonコミュニティから提供されている膨大な既存のテストソリューションを活用し、サーバーを通してアクションを実行し、インタラクティブなテスト結果を含むレポートを自動的に生成することができます。さらに、TyphoonTestには、テストシナリオの構築、シグナルの取り込み、変換の適用、最小限のコーディングでデータを分析するための、豊富な汎用関数とドメイン固有の関数を備えたライブラリがあります。
結論 ｜eモビリティ 加速する
急速に進化するEVの世界において、ECUの信頼性を確保することは、ドライバーの安全を保証するために極めて重要である。この記事で概説するようなロバストかつ継続的なテストは、この課題に対する将来を見据えたソリューションを提供する。専用のテストベンチ、リアルタイムシミュレーション、高度なモデリングツールは、ECUテストへの完全なアプローチを提供する。故障の挿入、温度エミュレーション、自動化を統合することで、EV開発者はテストプロセスを合理化し、開発時間を短縮し、システム全体の品質と信頼性を高めることができます。EV業界の進歩に伴い、これらのテスト手法はすべての開発チームにおいて重要な役割を果たすようになるでしょう。Typhoon HILは、お客様のテストアプリケーションに特化したソフトウェアとハードウェアの最適な組み合わせで、この旅をサポートします。
クレジット
著者 ｜カシアーノ・F・モラエス、ハイトール・J・テッサロ
編集部 ｜ボリス・ジョバノビッチ、ペタル・ガルトナー、デボラ・サント
ビジュアル ｜グスタボ・ブルインスマ、ハイトール・J・テッサロ、カール・ミッケイ、ミリカ・オブラドビッチ
