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ます。そのため、特に既存のEV電子制御ユニット（ECU）の開発においては、堅牢で継続的なテストシステムを導入することが不可欠です。EVにおいて継続的なソフトウェアテストアプローチを実現するには、テストがシームレスに実行され、一貫して有意義な結果が得られるよう、堅牢なモデリングと自動化ソリューションが不可欠です。

ECUコードのテストは実システムを使用する前に実施されるため、破壊的な始動テストが発生する可能性が大幅に低減されます。コントローラのアルゴリズムを早期に実ハードウェアに移植することで、システム統合前に多くの問題を解決できます。その結果、このアプローチ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専用のハードウェアを使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方法は、必要なテスト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部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の保護も提供します。

セットアップ| テストベンチの構築

専用ベンチは、ECUコードのテストを可能にするために接続された複数のデバイスで構成されています。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 間の状態信号。
  • 障害と温度測定をシミュレートします。
  • ハードウェア障害を挿入します。

ECUソフトウェアのテストにおいて、シミュレータは中心的な役割を果たします。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ための最先端のソリューションは、HILベースのリアルタイムシミュレーションです。例えば、Typhoon HIL606は、最小0.2µsの時間ステップでモデルをエミュレートし、デバイスごとに最大8つの三相詳細コンバータモデルをサポートし、アナログおよびデジタルI/Oと通信プロトコルインターフェースを提供します。

HIL606（背面）-1
図1. Typhoon HIL HIL606リアルタイムシミュレーター。

e-Drive ECUをテストする際、ECUが実システムで受信する信号を適切に再現するように信号を調整する必要があります。ECUを可能な限り実環境に近い環境でテストするために、一部の信号はHILデバイスの±10Vの範囲外であったり、ECUが温度に変換する抵抗値を含んでいたりする場合があります。このようなシナリオでは、HIL Connectデバイスは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。

HILコネクト（背面）
図 2. Typhoon HIL HIL Connect インターフェース。

EVのECUは、スイッチング保護デバイス、受動部品および能動部品、そしてバッテリーパックの充電中に発生する電気的擾乱の影響を受けやすくなっています。これらの擾乱は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、現実世界の起動／シャットダウン手順を再現するために、DUTとの間の信号はリレーを経由します。リレーはソフトウェアによって制御され、制御された方法で開閉できます。最後に、試験ベンチはECUを安全に収容する区画を提供し、試験中に問題が発生した場合でも、機械的な衝撃や接続不良を回避できなければなりません。

テストベンチでは、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、ハードウェア障害を誘発し、ECU制御アルゴリズムの測定機能をテストするために使用されます。

測定| 温度と障害

ECUを徹底的にテストする上で、温度測定と故障テスト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として機能する抵抗ネットワークを用いて行われます。一方、故障テストでは、制御された故障を発生させることで、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シミュレータを使用すれば、ソフトウェアを通じてテストに故障を挿入できます。しかし、現実世界の故障をより正確に再現するために、専用のハードウェアをテストベンチに統合することも可能です。故障挿入カードは、Modular HIL Connectで使用するために設計されたオプションです。このカードはリレーネットワークを使用して、断線、入出力端子間の短絡、故障端子に供給される外部信号への短絡など、システム内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行う際に、ECUの信号を解析して制御の仕組みをより深く理解したい場合があります。信号に簡単かつ干渉なくアクセスするのは、複雑な作業に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は、ブレイクアウトボックスを使用することで、必要な信号に容易にアクセスできます。これにより、バナナプラグとオシロスコープやマルチメーターを組み合わせて、信号を詳細に解析できます。アプリケーションに応じて、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、以下の機器にアクセスできます。

  • 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 ゲート信号。
  • 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重要です。電動ドライブの場合、コントローラがインバータとモーターの挙動を制御し、それらの整合性を維持できることを保証することが不可欠です。これらの温度は通常、NTCサーミスタを用いて測定されます。抵抗エミュレータカードをベンチに統合し、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。

モデリングとテスト | 高度なハードウェアとソフトウェアのソリューション

最適な製品開発には、優れたハードウェアとサポートツールが不可欠です。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で維持する、最先端かつ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み、新たな規格が導入・更新される中で、効果的なテストには、使いやすく柔軟性の高い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ル化することも可能ですが、現代の状況ではより迅速なソリューションが求められます。そこで、パッケージ化されたモデルを備えたモデリング環境が役立ちます。Typhoon HILのSchematic Editorなどのソフトウェアは、インバータやバッテリーなど、数百種類のコンポーネントをあらかじめ用意しており、それらをビルディングブロックとして使用して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構築できるため、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ータ化したら、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、テストツールや自動車ツールと互換性があり、規格評価に対応している必要があります。さらに、テストベンチを簡単に操作・制御できることも重要です。これを実現するには、Typhoon HILのHIL SCADAなどのSCADAソフトウェアを使用できます。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をリアルタイムで操作したり、テスト結果を検査したりできます。

TyphoonTest IDEは、直感的なグラフィカルユーザーインターフェースで、テストの作成と自動化を簡素化します。pytestとAllureフレームワークをベースとし、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豊富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、インタラクティブな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には、汎用関数とドメイン固有の関数を豊富に備えたライブラリが用意されており、最小限のコーディングでテストシナリオの作成、シグナルのキャプチャ、変換の適用、データ分析を行うことができます。

e-Driveブログ 図3
図 3. Typhoon HIL 統合e-Mobility テスト ソリューション。

結論| e-モビリティのテストを加速する

急速に進化するEV市場において、ドライバーの安全を確保するには、ECUの信頼性確保が不可欠です。この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ソリューションを提供します。専用のテストベンチ、リアルタイムシミュレーション、そして高度なモデリングツールは、ECUテストへの包括的なアプローチを提供します。故障挿入、温度エミュレーション、そして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、開発期間を短縮し、システム全体の品質と信頼性を向上させることができます。EV業界の発展に伴い、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が期待されています。Typhoon HILは、お客様のテストアプリケーション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を提供することで、この道のりをサポートします。

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クレジット:

著者|カッシアーノ・F・モラエス、ヘイトール・J・テッサロ
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、カール・ミッケイ、ミリカ・オブラドヴィッチ