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）パワートレインコントローラの制御ソフトウェア開発は複雑な作業であり、継続的な修正とテストが必要です。まず、要件分析を行い、機能と性能を定義します。次に、制御システムアーキテクチャを設計し、各パワートレインコンポーネントとの相互作用仕様を策定します。最後に、制御ソフトウェアは厳格なテストを受け、コントローラの安全な動作を確保します。しかし、開発プロセスの最終段階までテストを開始しないと、開発の早い段階で障害が検出されず、コストの増加や開発期間の遅延につながる可能性があります。モデルベースデザイン（MDB）アプローチを採用することで、EVパワートレイン制御ソフトウェア開発におけるこれらの課題を克服できます。
モデルベースデザイン| メリットは何ですか?
EVパワートレインのような複雑なシステムの開発には、最高レベルの品質とバグゼロを実現する効率的な設計アプローチが不可欠です。MBDアプローチを採用することで、効率性が向上し、開発期間が短縮されます。MBDは、数理モデルを用いて電動パワートレインをエミュレートし、開発中にコントローラの応答を検証することで、実際の制御システムに対する信頼性の高いテストを実現します。さらに、開発チームは最新バージョンのモデルを使用して、同時に共同作業を行うことができます。
MBDアプローチは、設計段階における継続的な基本テストを促進し、早期のエラー検出と修正を容易にします。その結果、このアプローチは広範なデバッグを最小限に抑え、時間とリソースを大幅に節約します。しかしながら、制御ソフトウェア開発においては、異なるハードウェアプラットフォーム間の互換性の確保や、すべてのコントローラパラメータへの包括的なアクセスによるシステムパフォーマンスの最適化など、追加の課題が発生することがよくあります。
制御設計と検証| 制御ソフトウェア開発の段階
MBDアプローチを用いてEVパワートレインコントローラの制御ソフトウェアを開発する場合、複数の段階を踏む必要があります。最初のステップは、要件を収集し、モデルインザループ（MIL）手法を用いたシミュレーションソフトウェアを用いて制御ロジックをテストすることです。制御ロジックの検証が完了したら、次のステップはソフトウェアインザループ（SIL）手法を用いてソフトウェア設計を検証することです。この段階で、ラピッドコントロールプロトタイピング（RCP）アプローチの適用が開始されます。これは、デジタルプラントモデルに接続された開発用コンピュータ上でコントローラモデルのシミュレーションを実行するものです。これは、実際のコントローラハードウェアをテストする複雑さを伴わずに、開発中のコントローラのコンセプトをコスト効率よくテストできる方法です。
制御ソフトウェアの検証後、コントローラコードは入出力インターフェースを備えたリアルタイムハードウェアに転送され、制御戦略を効果的に実行します。この段階では、特定のアプリケーション向けに最適化された最終的なハードウェアが入手できない場合があるため、汎用的な制御ハードウェアが使用されることもあります。コントローラコードを展開した後、コントローラをオープンループ動作と入力信号にさらす簡単なテストを実行し、ハードウェアの応答と動作を検証します。
コントローラがハードウェア上でスムーズに動作したら、プラントに対してテストを行います。ハードウェア・イン・ザ・ループ（HIL）は制御対象のプラントをエミュレートするため、コントローラのプロトタイピング中に物理的な発電所を必要とせずに済みます。最後に、コスト最適化されたハードウェアコントローラ上で制御コードが実行され、同時にHILを用いたシステムのエミュレーションが継続されます。これらの2つの段階で、物理プラントはHIL上でリアルタイムに実行される適切な計算モデルに置き換えられ、その入出力はテスト対象デバイス（DUT）やその他の機器とインターフェースできます。
テストの限界や開発後期におけるデバッグはプロジェクトコストの増大につながるため、開発が進むにつれて問題の特定と修正にかかるコストはますます増大します。開発者が潜在的な問題を迅速に特定・解決し、後々のコストのかかるデバッグ作業を最小限に抑えるためには、開発プロセス全体を通して厳密かつ包括的なテストを実施する必要があります。このようなアプローチは、リソース利用を最適化し、EVパワートレインコントローラ向けの高品質な制御ソフトウェアの提供を保証します。
業界の視点| 市場で入手可能な最先端技術
最適な製品開発には、優れたハードウェアとサポートソリューションが不可欠です。Infineon、Vector、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で維持する、最先端かつ高度な開発ツールを提供しています。
Infineon AURIX™ TC3xx 車載 MCU
インフィニオンは、MCU向けチップ供給におけるマーケットリーダーです。その一例がAURIX™-TC3xxマイクロコントローラファミリーです。ヘキサコアまでの高性能アーキテクチャ、高度なコネクティビティ、安全性、そして機能保護機能を備え、様々な車載アプリケーションに最適です。AURIX™-TC3xxファミリーのコンセプトは、ASIL-D要件を満たしながら、最適な柔軟性を実現するスケーラブルな機能セットとピン配置も提供します。
32ビットTriCore™プロセッサアーキテクチャをベースとするAURIX™-TC3xxは、リアルタイム性能と電力効率を両立し、シングルコアからマルチコアまで幅広いパフォーマンスオプションを提供することで、スケーラビリティと設計柔軟性を実現します。これらのMCUは、ハイブリッド制御ユニット、HEVおよびBEVのインバータ制御、バッテリマネジメント、DC-DCチャージャーおよびコンバータ、モーターマネジメントシステムなど、電気自動車およびハイブリッド駆動システムのEVアプリケーションに最適です。
VectorのVX1000システム
VectorのVX1000システムは、 ECUの計測およびキャリブレーションタスクのためのスケーラブルで高性能なソリューションを提供します。車両、テストベンチ、そして研究室でシームレスに活用できます。このシステムは、高解像度レーダーセンサーで取得した生データとXCPデータを補完し、高精度な制御を可能にします。
VX1000は、ECUと計測・キャリブレーションツール間のインターフェースとして、ECU内部データへの高速アクセスを可能にし、より高い伝送速度を実現します。自動車業界で広く採用されている標準規格であるXCP on Ethernetを介してPCに接続することで、スムーズな統合を実現します。
VX1000は、ECUデバッグインターフェース接続に適したコンパクトなデバイスサイズ、モジュールとデバイスのガルバニック絶縁、アダプタを介した多様なECUコネクタへの広範なサポート、ECUソフトウェアへの容易な統合など、数多くの利点を備えています。これらの特性により、VX1000は自動車業界におけるECU計測・キャリブレーションの厳しい要件に容易に対応できる、包括的かつ効率的なソリューションとなっています。
Typhoon HIL 超高忠実度HIL
Typhoon HILの高忠実度エミュレータは、高度なハードウェアとソフトウェアを用いてシステムを正確にテストします。HILアプローチにより、物理プロトタイプを構築する前にコントローラのテストが可能になり、様々なテスト条件を適用し、外乱や障害発生時の挙動を検証できます。
Typhoon HILハードウェアは、幅広いインターフェースおよび接続オプションを備えた超高忠実度モデルを通じて、複雑なシステムの電気的特性と動的特性を再現する、強力で柔軟なエミュレーションプラットフォームを提供します。さらに、Typhoon HILの垂直統合ソフトウェアを使用することで、実システムの仮想モデルを作成し、物理システムの挙動を正確に再現するデジタルツインを作成することができます。
デジタルツインを活用することで、エンジニアは故障、変動、過渡事象など、様々な条件下で設計をテストできます。さらに、Typhoon HILソリューションには自動テスト機能も含まれています。これにより、複雑なテストシナリオを作成し、コードリビジョンごとに繰り返し実行可能なテストサイクルを作成できます。これにより、時間とリソースを節約できるだけでなく、テストサイクルの加速、テストカバレッジの拡大、信頼性の向上といった大きなメリットが得られます。結果として、製品品質の向上と市場投入期間の短縮を実現できます。
HILのメリット| Typhoon HILでEVパワートレインコントローラー開発を効率化
EVパワートレイン向けの最先端ソリューションを開発するには、制御開発を効率化するための最先端のプロセッサとテストデバイスが必要です。インフィニオンは、堅牢なEVソリューション開発の要件を満たす、強力で高品質なMCUを提供しています。
Typhoon HILとVectorをテストに使用すれば、様々なシナリオに対してコントローラーを徹底的にテストし、パワートレインの堅牢で信頼性の高い動作を保証できるプラットフォームが得られます。Typhoon HILソリューションを使用すれば、高性能なInfineonハードウェアとソフトウェアを、高い忠実度で再現された実際のイベントにさらすことができます。その結果、コントローラーは幅広い動作シナリオと障害にテストされ、量産ハードウェアでのテストに可能な限り近い状態でDUTの動作を検証できます。自動テストは、アップデートや新機能の追加ごとにコントローラーをシームレスに評価できます。さらに、ハードウェアテストのコストを増やすことなく、新しいテストを継続的に追加してテスト範囲を拡大できます。テストを自動化するだけでなく、テスト結果を自動的にレポートし、開発プロセスの信頼性の高いドキュメントを生成することもできます。
Typhoon HILプラットフォームでは、Infineonの物理ハードウェア上で制御コードが既に実行されている状態で、MCUを様々なテストシナリオに公開できます。しかし、EVパワートレインコントローラの動作を正確に検証するには、システム出力だけでなく、テスト実行中のコントローラの内部状態にもアクセスする必要があります。そこで、VectorのVX1000ソリューションを使用すれば、ECUの内部データにアクセスし、コントローラが各テストシナリオにどのように反応するかを詳細に把握することができます。VX1000システムは、EVパワートレインECUへのデータの読み取りと送信を可能にし、コントローラの内部状態を測定し、制御ソフトウェアの動作を最適化するために必要なキャリブレーションを可能にします。
Infineon、Vector、TyphoonのHILソリューションを組み合わせることで、EVパワートレインコントローラの制御ソフトウェアの開発とテストを効率的に行うことができます。このアプローチは、時間とコストを節約し、信頼性と堅牢性を兼ね備えたパフォーマンスを保証します。
クレジット
著者|カッシアーノ・F・モラエス、ヘイター・J・テッサロ、グスタボ・ブルインスマ
編集者| ボリス・ヨバノヴィッチ、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・テッサロ、ミリカ・オブラドヴィッチ
