電気​自動車​用​の​先進​的​イン​ホイール​電気​駆動​システム​の​自動​ダイナモ​メータ​テスト

Mark McDonnell, Protean Electric Ltd.

"以前​は​長​く​て​3​週間​か​かって​い​た​テスト​も、​完全​な​無人​自動​テスト​により​わずか​12​時間​で​完了​できる​よう​に​なり​ま​した。​その​結果​開発​に​かかる​期間​を​数​か​月​短縮​する​こと​が​でき​ま​した。" ​

- Mark McDonnell, Protean Electric Ltd.

課題:

当社​の​統合​モータ/​インバータ​の​詳細​な​テスト​と​特性​評価​を​自動化​し、​性能​の​あらゆる​面​を​網羅​した​テスト​を​短時間​で​行う。 ​

ソリューション:

NI LabVIEW​ソフトウェア​と​NI CompactDAQ​統合​ハードウェア​を​使用​し​て​自動化​する​こと​により、​テスト​の​時間​と​費用​の​両方​を​劇的​に​削減​した。 ​

Protean Drive system​は、​ハイブリッド​および​バッテリー​式​電動​輸送​機器​(BEV)​向け​の​世界​最高​クラス​の​イン​ホイール​電気​駆動​システム​です。​クリーン​テクノロジー​の​トップ​メーカー、​Protean Electric​社​が​開発​した​この​画期的​な​推進​装置​は、​既存​の​ハイブリッド​車​プラットフォーム​と​比較​し​て​多く​の​利点​を​備え​てい​ます。​Protean Drive system​に​搭載​さ​れ​た​統合​モータ/​インバータ​は、​車両​の​性能​や​コスト​を​犠牲​に​する​こと​なく、​フルサイズ​の​セダン​や​SUV​の​充電​に​必要​な​高​出力​と​トル​ク​密度​を​提供​し​ます。​また、​通常​走行​で​の​回生​ブレーキ​が​可能​な​ため、​大量​の​運動​エネルギー​を​再び​捉​えて、​それ​を​バッテリー​に​戻す​こと​が​可能​です。​システム​は​イン​ホイール​の​パッケージ​に​な​って​いる​ため、​車内​スペース​を​乗客​や​バッテリ​用​に​確保​する​こと​が​でき、​全て​の​トランス​ミッション​用​外部​部品​が​不要​となり​ます。​また、​各​ホイール​個別​の​トル​ク​制御​により、​高度​な​車両​力学​に​も​対応​し​ます。

 

Protean Electric​社​では、​世界中​の​多く​の​車両​メーカー​と​共同​で​開発​に​取り組み、​Protean Drive System​の​試作、​テスト、​少量​の​生産​は​英国​に​ある​同社​の​開発​機関​で​行​いま​した。

 

難題: 時間​と​コスト

その​よう​な​画期的​な​駆動​システム​を​開発​する​に​は、​統合​モータ/​インバータ​の​あらゆる​面​の​性能​を​網羅​した​十分​な​テスト​と​特性​評価​を​実施​する​必要​が​あり​ます。​特性​評価​は​当社​の​ダイナモ​メータ​を​使​って​行​われ、​制御​や​データ​集録​の​ため​の​様々​な​システム​と​の​通信​も​必要​です。​Protean Drive System​と​当社​の​ダイナモ​メータ​は​いずれ​も​CAN(コントローラ​エリア​ネットワーク)​経由​で​個別に​制御​し、​テスト​時には​複数​の​CAN​チャンネル、​温度、​圧力、​電圧、​電流、​デジタル​入力​など、​様々​な​入力​から​大量​の​データ​を​収集​し​ます。

 

我々​の​目的​は、​この​テスト​を​自動化​し​て​技術​者​が​特性​評価​の​実行​に​費やす​時間​を​短縮​する​こと​で​した。​多様​な​サード​パーティ​製品​を​使用​し​て、​あらゆる​速度​や​負荷​範囲​にわたり​駆動​性能​と​回生​ブレーキ​性能​の​両方​を​全​側面​から​手動​で​テスト​する​の​は、​エンジニア​が​フルタイム​で​2​週間​かかる​ほど​の​作業​で​した。​さらに​その後​も、​多く​の​ソース​から​集録​した​全て​の​データ​の​処理​と​コンパイル​に​1​週間​かかり​ます。​新​製品​が​出る​たび​に、​再現​性​と​性能​の​均質​性​を​確保​する​ため、​大量​の​サンプル​で​特性​評価​を​行う​必要​が​あり​ます。​全て​を​合わせる​と、​高​コスト​の​開発​時間​が​数カ月​に​も​及ぶ​ことに​なり​ます。

 

ソリューション

その​ソリューション​として、​ナショナル​イン​ス​ツル​メンツ​の​統合​さ​れ​た​ソフトウェア​と​ハードウェア​を​使用​し​て、​自動化​により​時間​と​コスト​を​削減​する​方法​を​とり​ま​した。LabVIEWは、​業界​で​広​く​採用​さ​れ​て​いる​上、​ナショナル​イン​ス​ツル​メンツ​と​サード​パーティ​の​数多く​の​ハードウェア​と​の​互換性​を​有​し​て​いる​ため、​当然​の​選択​で​した。

 

当社​では​LabVIEW​を​使用​し​て、​CAN​経由​で​Protean Drive System​と​ダイナモ​メータ​の​両方​を​個別に​制御​でき、​統合​さ​れ​た​故障​監視/​データ​ロギング​機能​を​備え​た​全​自動​の​制御​プログラム​を​作成​しま​した。​簡単​に​入手​可能​な​LabVIEW​ドライバ​を​使用​する​こと​で、​既存​の​サード​パーティ​CAN​ハードウェア​と​の​統合​も​簡単​です。​それ​により​開発​時間​が​大幅​に​削減​でき​ます。

 

当社​の​LabVIEW​制御​プログラム​を​使用​すると、​必要​に​応​じ​て​ロード​できる​定義​済み​の​テスト​サイクル​を​スプレッドシート​形式​で​作成​でき​ます。​利用​可能​な​いずれ​か​の​入力​に​基​づ​い​て、​サイクル​の​特定​部分​の​ルーピング​や​条件​付き​実行​を​加える​こと​が​可能​です。​またLabVIEW PID​制御/​ファジー​ロジック​ツール​キットを​使用​した​こと​で、​トル​ク、​速度、​温度、​その他​計測​する​全て​の​変数​を​自動​制御​で​設定​する​こと​が​でき​ま​した。​全​自動​の​システム​を​開発​する​に​は、​多く​の​種類​の​故障​を​監視​し​何らかの​故障​が​起​こ​っ​た​際​に​は​機器​を​安全​に​停止​できる​エラー​処理​システム​を​組み込む​必要​が​あり​ます。​その​よう​な​システム​なら​誰​も​操作​し​なく​て​も​無人​で​運用​でき​ます​ので、​技術​者​は​他の​業務​に​専念​する​こと​が​可能​です。

 

データ​ロギング​の​追加​に​は、​NI CompactDAQシステム​と​C​シリーズ​モジュール​を​適宜​組み合わせ​て​使用​しま​した。​モジュール​式​の​NI CompactDAQ​と​幅広い​構成​オプション​により、​温度、​電圧、​デジタル​入力​など​全て​を​1​つ​の​機器​に​接続​する​こと​が​でき​ま​した。​LabVIEW​と​NI CompactDAQ​システム​の​緊密​な​ソフトウェア/​ハードウェア​統合​性​を​利用​し​て、​様々​な​タイプ​の​データ​を​1​つ​の​プログラム​で​記録​した​ため、​管理​も​非常​に​簡単​に​な​って​い​ます。​LabVIEW​プログラム​は、​テスト​の​実行​中​に​データ​を​集め​て​自動​で​処理​し、​整理​し​ます​ので、​最終​的​な​手作業​による​処理​が​不要​です。​LabVIEW​レポート生成ツールキットを利用すれば、​標準​の​Windows​フォーマット​の​レポート​が​生成​さ​れ​ます​ので、​そのまま​顧客​や​経営​陣​へ​提示​する​文書​として​使用​でき​ます。

 

メリット

LabVIEW​ソフトウェア​と​NI CompactDAQ​ハードウェア​を​使​って​作成​した​自動​統合​システム​は、​当社​製品​の​テスト​に​変革​を​も​たら​しま​した。​以前​は​長​く​て​3​週間​か​かって​い​た​テスト​も、​完全​な​無人​自動​テスト​により​わずか​12​時間​で​完了​できる​よう​に​なり​ま​した。​その​おかげ​で​実際​に​数カ月​の​開発​時間​が​節約​でき​てい​ます。​また、​自動車​業界​の​標準​運転​サイクル​の​実行​の​際​も、​マニュアル​では​決して​制御​でき​ない​速​さ​で​速度​と​トル​ク​を​過渡​変化​させる​こと​が​でき​ます。

 

さらに、​収集​する​データ​も​以前​より​はるかに​詳細​に​な​って​い​ます。​また​オペレータ​による​誤差​なく​全て​の​テスト​が​全く​同じ​よう​に​実施​さ​れる​ため、​精度​と​再現​性​も​大幅​に​向上​し​てい​ます。

 

メリット​を​さらに​拡大

最近​NI CompactDAQ​ハードウェア​を​追加​で​購入​し、​当社​の​全​テスト​装置​に​同じ​システム​を​配備​し​て​いる​ほか、​最終​的​な​製造​テスト​へ​の​導入​を​進​め​て​いる​ところ​です。​NI Developer Suite​に​は​コード​配布​ツール​が​付属​し​て​いる​ため、​ソフトウェア​パッケージ​の​実装​も​簡単​で​した。​制御​ソフトウェア​を​インストール​し​て​NI CompactDAQ​に​接続​する​だけ​で​システム​の​拡張​が​可能​です。

 

著者​情報:


​Mark McDonnell
Protean Electric Ltd.
​Silvertree, Unit 10B, Coxbridge Business Park
​Farnham GU10 5EH
​United Kingdom
mark.mcdonnell@proteanelectric.com

図​1. ​ ​Protean Drive​が​格納​さ​れ​た​ホイール​の​断面 ​
図​2. ​ ​Protean Drive​を​設置​した​SUV ​
図​3. ​ ​CompactDAQ​テスト ​
図​4. ​ ​LabVIEW​フロント​パネル ​