はじめに: 制御ソフトウェアのテストにおける AVL の役割。
AVLは、自動車業界におけるパワートレインシステムの開発、シミュレーション、テスト、統合を専門とする世界最大の独立系企業です。AVL e-Storage BTEシステム製品ラインは、自動車、オフハイウェイ、船舶、航空、定置型電源アプリケーション向けの電動ドライブラインコンポーネントの特性評価と検証用に開発・最適化されています。e-Storageシステムは、バッテリーテスターまたはバッテリーエミュレーターとして機能する、動的かつ安定した双方向DC電源を提供します。自動化システムと組み合わせることで、電気駆動装置、インバーター、バッテリー、燃料電池、スーパーキャパシタなどの単一コンポーネントから、電動パワートレインシステム全体まで、幅広いテストを可能にします。
e-Storageシステムは、モジュール式で拡張可能な構造により、お客様固有の要件に合わせてカスタマイズできます。動的性能、精度、広い電圧範囲、そして安定性を特徴とし、事前定義された負荷プロファイルに従うことが可能です。これにより、テスト対象デバイスを実際の動作条件にさらし、様々なシナリオにおける動作を検証するエミュレーションが可能になります。
コントローラアルゴリズムを実際のターゲットハードウェアに早期に移植できるため、システム統合前に多くの問題（特に制御ハードウェアの構成に関する問題）を解決できます。これにより、開発時間とコストを大幅に削減できます。
ローランド・グルール博士
BU電動化およびレーシングテストシステム
AVL リスト、グラーツ、オーストリア
HIL設計とテストは、最先端の制御戦略を新しいe-Storage製品世代に導入する上で重要な役割を果たします。AVLは、アジャイルコントローラ開発プロセス、完全自動化されたファームウェアテスト、ファームウェア回帰テストを採用し、Typhoon HILのC-HILテクノロジーを用いて数千もの自動テストケースを開発しました。このファームウェアテストへのアプローチにより、R&Dチームは制御アルゴリズムの開発とソフトウェア検証にかかる時間と労力を削減し、新機能や新製品の市場投入までの時間を短縮することができました。さらに、HILテストベッドはあらゆるデバイスをエミュレートでき、並列動作も可能なため、デバイスバリアントの在庫維持にかかる投資コストも大幅に削減されました。
課題: テスト機器のファームウェアの HIL テスト。
想定される用途に基づき、AVL e-Storage BTEシステムは、高いダイナミクス、広い電圧範囲（通常8～800V）、低い残留リップル、そして様々な負荷に対する安定性といった基準を満たす必要があることを理解しました。このシステムは、バッテリーテスター、バッテリーエミュレーター、電動モーターインバーターテスターなど、様々なユースケースに対応できるよう設計されています。こうした可変性とリアルタイムフェイルセーフ動作は、パワーエレクトロニクスシステムのデジタル制御に特化したマイクロコントローラーの実装に依存しており、徹底的なテストと検証が必要です。
前述の要件を満たすため、開発チームとテストエンジニアチームは、スケーラブルなハードウェア設計、信頼性の高いアプリケーションソフトウェア、そして高度な制御戦略という3つの主要なシステム要素に同時に取り組む必要がありました。特に最後の制御戦略は最も困難でした。寄生効果や非線形性を考慮するだけでは不十分で、組み込み制御システムをハードウェアに実装するには、スイッチング動作をリアルタイムで観察・分析できる開発・テスト環境が必要でした。
ソリューション: HIL を使用した組み込みソフトウェア開発。
組み込み制御ソフトウェアの迅速な検証を実現するため、Typhoon HILの6シリーズリアルタイムシミュレーションデバイスを中核としてHILテストを実施しました。使用されているHILテストベッドは、4台のHIL604ユニットとIndustrial Premium Toolboxパッケージ、そして自動テストスクリプト設定用のTyTest Toolboxで構成されています。パワーコントローラユニット（PCU）内のマイクロコントローラの演算能力と動作は、アダプタボードを介してHILシステムと簡単に接続することで評価されます。このセットアップは、ラピッドコントロールプロトタイピング（RCP）、ソフトウェア回帰テスト、そして全デバイスにおけるファームウェア全体とそのバリアントの自動テスト（並列動作や安全性テストを含む）に使用されます。
HILテストを活用することで、閉ループ制御の検証だけでなく、開発の初期段階からアプリケーションソフトウェアのテストとデバッグが可能になります。これは、早期段階でエラーを発見し修正することが容易になるため、非常に重要です。そのため、HILを用いたソフトウェア開発は、実機開発に伴うコストや潜在的な損害を回避できるため、開発期間の短縮だけでなく、コスト削減と安全性も実現します。HILシステムは、逆の用途にも活用できます。様々な条件下でシミュレートされたハードウェア上でソフトウェアを柔軟に評価することで、必要なパフォーマンス要件に最適なハードウェア構成を容易に見つけることができます。
これらのテストの忠実度は非常に高く、ハードウェアプロトタイプセットアップから得られた測定値はHILシミュレーションのデータとほぼ完全に一致します。C-HILは、システム仕様策定、設計、プロトタイピング、テスト、検証、そして保守に至るまで、モデルベースシステム開発のVカーブ全体を通して、最終製品の複数の要素（組み込みソフトウェア、アプリケーションソフトウェア、ハードウェア）をサポートするツールとして機能します。保守は見落とされがちですが、e-Storage Systemのような製品ファミリーの組み込みソフトウェア、ハードウェア、自動テストスクリプトのデジタルコピーがあれば、プロジェクトのドキュメント作成とシステム保守が極めて容易になります。
結論: HIL は制御ソフトウェアの開発と検証を高速化します。
HILテスト駆動設計を用いることで、製品開発のVカーブ全体を通して、製品成熟度の段階を問わず、製品開発の効率性を向上させることができます。パワーエレクトロニクス製品の組み込み制御ソフトウェア開発において、HILプラットフォームは特に有効です。アプリケーションソフトウェアおよびハードウェア開発と並行して、ラピッドコントロールプロトタイピングを実施できるためです。これにより、制御ソフトウェアの検証、実際の制御ハードウェアへの移植、動作テストを実施し、システム統合前に最適な構成を見出すことができます。これらの結果、開発プロセスのスピードアップ、コスト削減、安全性向上が同時に実現します。
