効率化されたe-Drive HILテスト

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化している。その結果、特に既存のEV電子制御ユニット（ECU）においては、開発段階で使用される堅牢かつ継続的なテストシステムの導入が不可欠である。EVを扱う際に継続的なソフトウェアテスト手法を活用するためには、テストがシームレスに実行され、一貫して有意義な結果を提供することを保証する、堅牢なモデリングと自動化ソリューションが必要である。

ECUコードテストは実システム使用前に実施されるため、破壊的な起動テストの可能性を大幅に低減します。制御アルゴリズムを早期に実ハードウェアへ移植することで、システム統合前に多くの課題を解決できます。その結果、この手法は開発期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ためには、ECUのテスト環境を実際の物理環境に可能な限り近づけるため、専用ハードウェアを採用する必要があります。より迅速かつ正確なテストを実現する最良の選択肢は、必要なテストハードウェアを全て備え、新規デバイスの接続や内部信号の追跡が可能な複数接続ポートを備えた専用テスト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の保護機能も提供します。

セットアップ | テストベンチ構築

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一連の装置で構成される。これらの装置は以下の目的で使用される：

• e-Driveシミュレーションを実行する。
• HILとECU間の状態信号
• 故障と温度測定をシミュレートする。
• ハードウェア障害を挿入する。

ECUソフトウェアのテストにおいて、シミュレータは中核的な役割を担います。エンジニアリングチームが作成したモデルに基づき、駆動系をシミュレートします。 このタスクを実行する最先端ソリューションは、HIL（ハードウェア・イン・ザ・ループ）に基づくリアルタイムシミュレーションである。Typhoon 、0.2マイクロ秒までの時間ステップでモデルをエミュレート可能であり、1台あたり最大8基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および通信プロトコルインターフェースを提供する。

e-Drive ECUのテスト時には、信号を適切に調整し、実システムでECUが受信する信号を正確に再現する必要があります。テスト対象ECUを可能な限り実環境に近い状態で動作させるため、HILデバイスの±10V範囲を超える信号や、ECUが温度に変換する抵抗値を含む信号が生じる場合があります。 こうしたシナリオでは、HIL Connect HILとECU間の信号調整装置として機能するとともに、電圧信号以外の信号タイプも提供します。

電気自動車（EV）において、ECUは保護装置のスイッチング、受動・能動部品、およびバッテリーパックの充電時に生じる電気的妨害の影響を受けやすい。これらの妨害はECUの安全性に悪影響を及ぼす可能性がある。安全な動作を確保し、実環境での起動/停止手順を再現するため、被試験装置（DUT）への（およびDUTからの）信号はリレーを経由する。このリレーはソフトウェアで制御され、調整された方法で開閉が可能である。 最後に、試験台はECU用の安全なコンパートメントを提供し、試験手順中の問題発生時に機械的衝撃や接続不良を回避しなければならない。

コアハードウェアに加え、テストベンチではテストの信頼性を高めるための補助装置が必要となる。これらの装置はハードウェア障害を誘発し、ECU制御アルゴリズムの測定能力をテストするために使用される。

測定値 | 温度と故障

ECUの徹底的なテストにおいては、温度測定と故障テストがシステムの信頼性と安全性を確保する上で極めて重要な役割を果たす。温度センサーのエミュレーションは、被試験装置（DUT）が読み取ることを想定している範囲に対して抵抗エミュレータとして機能する抵抗ネットワークを用いて行われる。一方、故障テストでは、制御された故障を導入し、システムが異常状態にどのように対応するかを評価する。

HILシミュレータを用いたソフトウェアを通じて、テストに故障を挿入できます。ただし、実世界の故障をより正確に再現するためには、専用ハードウェアをテストベンチに統合することが可能です。故障挿入カードは、モジュラーHIL Connect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用いて、システムの故障状態（入力端子と出力端子間の開放回路、短絡、故障端子に供給される外部信号への短絡など）をシミュレートします。

故障診断やその他のテストを実施する際、制御の動作をより深く理解するためにECU信号の分析に関心を持つかもしれません。 信号への干渉を発生させずに容易にアクセスすることは複雑な作業となる場合があります。しかし、専用のテストベンチを使用する場合、ブレイクアウトボックスを利用することで目的の信号に便利にアクセスできます。その結果、バナナプラグをオシロスコープやマルチメーターと組み合わせて信号を詳細に分析することが可能です。用途に応じて、シールドケーブル付きのブレイクアウトボックスを使用して以下の信号にアクセスできます：

• ノイズに敏感な位相電流信号。
• 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のゲート信号。
• CAN信号。

故障に加え、デバイスの動作温度変化に対するコントローラの応答をテストすることが極めて重要である。e-Drivesの場合、コントローラがインバータとモーターの動作を制御し、その完全性を維持できることを保証することが不可欠である。これらの温度は通常、NTCサーミスタを用いて測定される。抵抗エミュレータカードはベンチに統合可能であり、HILシミュレータを介してCAN経由で制御することでECUをテストできる。

モデリングとテスト | 高度なハードウェアおよびソフトウェアソリューション

最適な製品開発には、優れたハードウェアと支援ツールが不可欠です。Typhoon 、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水準で維持することを保証する、最先端かつ高度な開発ツールを提供します。

電気自動車の開発が急速に進展し、新たな規格が導入・更新される中、効果的なテストには使いやすく柔軟な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駆動系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一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。ここで、事前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 Schematic Editor などのソフトウェアは、インバーターやバッテリーを含む数百の事前構築済みコンポーネントを提供します。これらをビルディングブロックとして使用し、ドラッグ＆ドロップ操作だけでシミュレーションシステムを構築できるため、モデリング時間を大幅に短縮できます。

モデルを設計し、schematic editor内でコンポーネントのパラメータ設定を完了したら、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実行時インタラクションUIを作成する必要があります。生成されたモデルは、テストおよび自動車用ツールとの互換性を持ち、規格評価に備えた準備が整っている必要があります。さらに、テストベンチとの対話や制御を容易に行える方法が重要です。 これを実現するには、Typhoon SCADAなどのSCADAソフトウェアを利用できます。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できます。

TyphoonTest 、テスト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フレームワークを基盤とし、包括的なAPIを備えています。これにより、Pythonコミュニティが提供する膨大な既存のテストソリューションを活用し、サーバー経由でアクションを実行し、対話型テスト結果を含むレポートを自動生成できます。 さらに、TyphoonTest 汎用およびドメイン固有の豊富な関数を備えたライブラリ TyphoonTest 、最小限のコーディングでテストシナリオの構築、シグナルの取得、変換の適用、データ分析を実現します。

結論 | eモビリティ 加速する

急速に進化するEVの分野において、ドライバーの安全性を保証するためにはECUの信頼性を確保することが極めて重要です。本記事で概説した堅牢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解決策を提供します。専用テストベンチ、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テストに対する包括的なアプローチを実現します。 故障挿入、温度エミュレーション、自動化の統合により、EV開発者はテストプロセスを効率化し、開発期間を短縮し、システムの総合的な品質と信頼性を向上させることができます。EV産業が進歩するにつれ、これらのテスト手法はあらゆる開発チームにおいて重要な役割を果たすことになるでしょう。Typhoon 、お客様のテスト用途に最適な専用ソフトウェアとハードウェアの組み合わせで、この旅路をサポートします。

クレジット:

著者 | カシアーノ・F・モラエス、ヘイトール・J・テッサーロ
編集者 | ボリス・ヨバノビッチ、ペタル・ガートナー、デボラ・サント
ビジュアル | グスタボ・ブルインスマ、ヘイトール・J・テッサーロ、カール・ミッケイ、ミリカ・オブラドヴィッチ