動くターゲットを撃つ -電気自動車スタートアップ企業のためのHILSテストリグの設計

 

EVテストシステム開発チームは、使いやすくプログラムしやすい高品質な製品を長年提供してきたPickeringの実績が、Pickeringを選んだ重要な理由であるとコメントしました。

 

「私たちが対処していたすべての変化の中で、頼れるものがあるというのは良いことでした – 心配しなくていいものです」 - HILテストシステムチームリーダー

 

挑戦を想像してみてください。あなたは電気自動車（EV）スタートアップ企業で、ハードウェアインザループシミュレーション（HILS）テストシステムを設計しています。すべてが新しいものです – ハードウェア、ソフトウェア、ツール、テスター、テストコード。しかし、システムは動作環境を正確にシミュレートするために、可能な限り正確でなければなりません。あなたはまた、EVのバッテリーを収める電子制御ユニット（ECU）にも取り組んでいます。バッテリーを徹底的にテストするためには、通常の動作範囲を超えて負荷をかける必要があります。テスト環境は非常に危険になる可能性があるため、防爆バンカーが必要です。

 

要約すると、これは非常にダイナミックでリスクの高い状況です。そしてもちろん、彼らはスタートアップなので、確立された製品ロードマップがなく、テストシステムの要件を2～3年先まで正確に予測することができません。見通せるのはおそらく6か月程度です。非常に柔軟でスケーラブルなシステムが必要になります。

 

自動車ECUシステム向けのハードウェア・イン・ザ・ループシミュレーション

ECUは多くの製品の中心にあります。開発中には、通常HILSが使用され、ECUが実際に動作する環境をシミュレートした状況でECUの動作をテストします。計測装置は、ECUのセンサー入力をシミュレートし、ECUの制御出力を取得して検証するために使用されます。安全に関わるコントローラは通常、認証が必要であり、短絡や断線などの故障が導入され、ECUの反応が予測可能で何より安全な方法で動作しているかを確認します。自動故障挿入システムにより、検証テストを制御され、再現可能な方法で効率的に実行できます。

ハードウェアインザループシミュレーションの例

自動車の環境は、特にセンサーにとって非常に過酷な場合があり、一般的に広範囲の温度変化が経験されます。腐食、経年劣化、損傷、さらには不適切な取り付けによって故障が発生することがあります。特にADASシステム、最終的には自動運転、インフォテインメント、車載AI、セキュリティのためにより多くの電子システムが導入されるにつれて、車両に搭載されている機能やオプションが増えるため、ECUは非常に複雑になっています。そのため、HILSの精度は成功するローンチに不可欠です。

電気自動車には新しい課題が伴います。従来の車両では、バッテリーは非常にシンプルです。しかし、電気自動車ではバッテリーが重要な役割を果たすため、バッテリーを管理するECUは、安全な運転を確保するために、高精度で効率的かつ信頼性が保証されている必要があります。

 

電気自動車スタートアップ企業でのバッテリーECUのソフトウェアテスト

Pickering Interfacesは、高性能電子テストおよび検証システムの設計、導入、維持を効率化する製品とサービスを提供しています。同社は、EVスタートアップのバッテリーECUのソフトウェアテストシステムを設計しているチームからアプローチを受けました。HILテストシステムとベンチトップテスターの両方が必要とされました。

ソフトウェアテストチームは三つの課題に直面しました。第一に、非常に動的で変化の多い状況に置かれていたことです。新しい市場に取り組むスタートアップとして、製品ラインは新たな要件が出てくるたびに進化していました。これは、共通のテスト要素を持つ長期的なテスト戦略を計画・実施することが困難であることを意味していました。第二に、すべてが新しかったことです。ECUソフトウェア、ハードウェア、センサーのすべてが新しいものでした。ハードウェアとソフトウェアの両方にデバッグが必要であり、問題がハードウェアの故障によるものかソフトウェアによるものか判断がつかないこともありました。バッテリーの構成も新しいものでした。実際、テストチーム自体も—高度な経験を持つ人材で構成されていたにもかかわらず—新しいものでした。最後に、テスト環境は潜在的に危険であるということです。運用上の安全を確保するために、バッテリーは規定の定格よりもはるかに高い条件でテストする必要があります。最大50Aの高電流や高電圧を使用する必要があります。したがって、多くの冗長性が必要でした。

 

このような状況の中で、チームはテストシステムが機能的に安全で、正確かつ再現可能であり、動的なハードウェアおよびソフトウェアの開発に対応できるようにするため、常に戦っていました。彼らの言葉を借りれば、それは「すべての要素を同時に引き出しながら、厳しいスケジュールを守るという途方もない挑戦」でした。

 

したがって、ソフトウェアテストプラットフォームは拡張可能で非常に柔軟である必要がありました。業界標準のPXIおよびLXI形式に基づく計測機器を使用する決定は明白でした。それでも、EVスタートアップはソフトウェアテスト戦略において、完全に機能するHILSシステムと柔軟なベンチトップ機器の両方を使用することを決定しました。

 

HILSシステムは、テスト対象システムが動作する環境をシミュレートしなければなりません。これは、モデルを使用するか物理的手段で達成することができます。精度と再現性が重要です。モデルは非常に省スペースでコスト効率が良い場合がありますが、精度が低下する可能性があります。バッテリーの場合、熱暴走を防ぐために温度を管理することが重要です。EV用バッテリーは、簡単に100個以上のサーミスタを使用することができます。

EVの試験開発チームは、サーミスタの物理的表現としてプログラム可能な抵抗器を使用することを好みました。なぜなら、その動作はサーミスタ（もちろん抵抗器の一種です）の動作に非常に近いためです。プログラム可能な抵抗器は、温度による変化を含む実際のセンサーの全範囲の特性も示します。これらの特性はEV社によって「サーマルアイソトープ」と呼ばれています。しかし、100個以上のセンサーをシミュレートするには、大きな試験システムを作らないために、できるだけ多くのチャンネルを持つプログラム可能な抵抗器カードを選択する必要があります。顧客は、試験システムについて「すべての可能な事態をシミュレートしてテストできるように、実際のシステムよりも複雑である」とコメントしました。

 

障害挿入ももう一つの考慮事項です。例えば、断線をどのように再現し、対応しますか？大型リレーを駆動する場合、最悪のシナリオでは50Aもの電流が流れる可能性があります。基本的には溶接機のようなものですので、すべての回路は50Aに耐え、特定の時間内に反応し、効果的に遮断できなければなりません。

 

ピッカリングソリューションズ

HILテストシステムのチームリーダーは、以前の勤務先から長年にわたりPickering製品を使用していました。チームの既存のHILSシステムは、新しいテスト範囲や機能のニーズに十分に対応できる柔軟性がなかったため、彼らはその制限を克服するためにPickeringにアプローチすることを決めました。Pickeringはチームと協力して、彼らの要件により適したHILSシステムのロードマップを開発しました。

 

以下のPickering製品を中心とした完全な物理HILSシステム:

• PXI バッテリーセルシミュレーター（モデル 41-752）

 

• PXI プログラム可能抵抗モジュール（モデル 40-295 のカスタマイズ版）

 

• PXI 故障注入スイッチング（モデル 40-190B）

 

• PXI 高密度マルチプレクサ（モデル 40-614C および 40-615A）

 

• PXI 14スロットシャーシ（モデル 40-914）

 

HILSシステムは完全自動運転を目的として設計され、夜間無人での完全な物理機能テストを実行します。より具体的で詳細なテストのために、EVメーカーは、Pickeringの2スロットLXI/USBシャーシ（モデル60-104-001）に収められた同様の製品を基にしたベンチトップシステムも指定しました。完全なHILSシステムではPickeringソリューションの性能、拡張性、柔軟性に重点が置かれていましたが、ベンチトップテスターでは小型であることが主要な利点でした。

これらの利点に加えて、EVテストシステムの開発チームは、Pickering が提供してきた使いやすくプログラムしやすい高品質な製品の長い歴史が、Pickering を選んだ大きな理由であるとコメントしました。Pickering の顧客は「私たちが直面しているすべての変化の中で、心配する必要のない頼れるものがあるのは良いことでした」と述べました。

 

システムインテグレーションサービス

ペリテックは、各種センサ、信号変換モジュール、リレー、通信機器などを活用し、お客様の計測・制御システムを最適に構成します。機器単体の提供にとどまらず、以下を含む一貫したシステムインテグレーションサービスを提供します。

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