TATA Motors​社、​NI​ツール​を​使用​し​て​ハイブリッド​車​シミュレーション​向け​HIL​テスト​システム​を​構築

TATA Motors社、​Sanjay Mane氏

「NI​の​モジュール​型​ハードウェア​と​拡張​性​の​高い​ソフトウェア​を​使用​した​こと​で、​信頼​性​と​適応​性​を​備え、​今後​の​プロジェクト​でも​継続​し​て​使用​できる​HIL​テスト​システム​を​構築​する​こと​が​でき​ま​した。」

―TATA Motors​社、​Sanjay Mane氏

課題:

パラレル​ハイブリッド​車​に​搭載​さ​れる​複数​の​ECU​の​評価​に​対応​できる​拡張​性​と​柔軟性​を​備え​た​汎用​HIL (Hardware-​In-​the-​Loop) プラットフォーム​の​開発。

ソリューション:

PXI​プラットフォーム​の​拡張​性、​NI VeriStand​の​即座​に​使用​できる​機能​を​活用​し、​相互接続された​6​台​の​ECU​の​テスト​を​2​か​月​で​完了​できる​システム​の​構築。

Tata Motors​について

Tata Motors​社​は​インド​最大手​の​自動車​メーカー​です。​商用​車​において​は​各​セグメント​の​業界​トップ、​乗用車​において​は​小型車、​中型​車、​ユーティリティ​ビークル​の​各​セグメント​において​受賞​歴​を​誇る​製品​を​提供​し、​業界​上位​の​地位​を​築​い​てい​ます。​さらに、​トラック​製造​において​は​世界​第​5​位、​バス​製造​において​は​世界​第​4​位​の​メーカー​です。

 

筆者​ら​の​役割​は、​Tata Motors​社​の​先進​統合​チーム​の​一員​として、​ECU (電子​制御​ユニット) や​計器​群​など、​自動車​内​の​主要​な​電子​部品​の​統合​を​評価​する​こと​で​した。​また、​フィールド​で​発生​した​不具合​報告​へ​の​対応​と​対策、​関連​チーム​へ​の​情報​の​フィードバック​も​担当​しま​した。​私​たち​の​チーム​は、​自動車​の​開発​工程​において、​設計​段階​と​最後​の​実装​段階​と​の​架け橋​の​役割​も​担​って​いる​と​言う​こと​が​でき​ます。

 

アプリケーション​の​仕様

本稿​で​取り上げる​プロジェクト​の​目的​は、​最小限​の​労力​で​すべて​の​ECU​の​テスト​が​でき、​カスタマイズ​が​容易​な​汎用​テスト​装置​を​構築​する​こと​で​した。​また、​その​システム​に​は、​複数​の​ECU​を​同時に​扱う​こと​が​できる​拡張​性​と、​別​の​ECU​と​の​通信​を​実現​できる​柔軟性​が​必要​で​した。

 

私​たち​は、​パラレル​ハイブリッド​車​に​対応​できる​よう​に、​すべて​の​ECU​と​電子​部品​を​統合​した​実験​環境​を​作り、​HIL (Hardware-​in-​the-​Loop) テスト​によって​検証​する​という​方針​を​とり​ま​した。​また、​フィールド​で​起​こ​り​得る​あらゆる​シナリオ​に​対処​し、​最初​の​試​作品​を​製作​する​前​に​問題​を​解消​し​て​おき​たい​と​考え​てい​ま​した。​この​テスト​の​結果​は、​ECU​に​適用​する​ソフトウェア​の​選択​と、​複数​の​ベンダ​から​提供​さ​れる​多く​の​機能​を​備え​た​選択肢​の​評価​に​大いに​役​立ち​ま​した。

 

最初​に​自動車​の​概念​設計​を​行​っ​た​際​に​は、​4​つ​の​主要​な​ECU​に対し、​それぞれ​の​要件​ごと​に​テスト​を​実施​する​という​手法​を​考え​てい​ま​した。​その​時点​では、​この​手法​に​対応​可能​な​NI​製​以外​の​HIL​システム​を​使用​する​ことに​決定​し、​実際​に​それ​を​調達​し​てい​ま​した。​それと​同じ​時期​に、​NI​の​PXI​システム​を​使用​し​て、​別​の​自動車​用​の​ECU​の​HIL​テスト​に​NI​の​PXI​システム​を​使用​し​てい​ま​した。 その​ときの​経験​から、​私​たち​は​PXI​技術​の​モジュール​性​に​強い​関心​を​持ち​ま​した。​そこで、​私​たち​は​PXI​プラットフォーム​の​利点​について​検討​し、​将来​にわたって​活用​できる​もの​として​NI​の​PXI​リアルタイム​システム​を​購入​する​ことに​しま​した。

 

2​~​3​か​月経​って​自動車​の​設計​が​進​ん​だ​結果、​主要​な​ECU​の​数​が​4​台​から​6​台​に​変更​に​なり​ま​した。​NI​製​では​ない​HIL​システム​は​当初​の​要件​で​あっ​た​4​台​の​ECU​に​対応​する​よう​オーダーメード​さ​れ​てい​た​ので、​チャンネル​数​が​不足​しま​した。​その​時点​で、​私​たち​は​NI​の​PXI​リアルタイム​システム​に​移行​し、​NI VeriStand​を​使い​始め​ま​した。

 

私​たち​は、​チャンネル​を​増やす​ため​に​数個​の​モジュール​を​追加​しま​した。​NI VeriStand​を​採用​した​結果、​6​台​の​ECU​の​テスト​環境​を​2​か​月​も​か​から​ず​開発​する​こと​が​でき​ま​した。

 

 

 

システム​アーキテクチャ

NI VeriStand​の​エンジン​は、​複数​の​プラント​モデル​を​同時に​実行​でき​ます。 各​モデル​は、​CAN (Controller Area Network) 上の​物理​I/​O​を​介​し​て、​それぞれに​対応​する​ECU​と​の​通信​を​行い​ます。​そして、​各​ECU​は​共通​の​CAN​ネットワーク​を​介​し​て​相互​に​通信​を​実行​し​ます。​私​たち​は、​排気​再​循環​バルブ​や​モータ、​電気​的​負荷​など、​複数​の​コンポーネント​を​テスト​システム​に​組み込み​ま​した。

 

通常、​モデル​I/​O​は​ハードウェア​I/​O​に​マッピング​さ​れ​ます。​しかし、​カム​や​クランク​など、​特定​の​非​標準​信号​では​インライン​処理​が​必要​で​した。私​たち​は​NI LabVIEW FPGA​モジュール​と​NI RIO (再​構成​可能​I/​O) テクノロジ​を​活用​し​て、​高速​の​データ​収集​と​非​標準​的​な​信号​に対する​信号​処理​を​NI VeriStand​に​組み込み​ま​した。​それ​によって、​非常​に​高い​柔軟性​を​得る​こと​が​でき​ま​した。

 

 

 

テスト​の​実施​中、​私​たち​は​駆動​条件​の​シミュレーション​を​行​いま​した。 また、​CAN​ネットワーク​において​各種​ECU​から​の​エラー​フレーム​と​診断​メッセージ​を​監視​しま​した。​それらの​フレーム​は、​統合​結果​の​質​を​表す​指標​となり、​潜在​的​な​不具合​を​検出​する​うえ​で​役​立ち​ま​した。​また、​ECU​の​ファームウェア​の​問題​を​分離​する​こと​も​でき​ま​した。​テスト​によって​得​ら​れ​た​結果​は、​設計​チーム​に​フィードバック​する​とともに、​場合​によって​は​コンポーネント​の​サプライヤ​に​も​送付​しま​した。

 

 

主​な​メリット

NI​の​製品​を​使用​した​HIL​テスト​システム​により、​以前​の​テスト​装置​における​問題​を​解決​する​こと​が​でき​ま​した。​それだけ​で​なく、​さまざま​な​面​で​生産​性​の​向上​を​図る​こと​も​でき​ま​した。​この​システム​の​主​な​利点​として​は​以下​の​よう​な​こと​が​挙​げ​ら​れ​ます。

 

  • 拡張​性: 私​たち​が​担当​した​プロジェクト​では​拡張​が​可能​な​テスト​システム​を​必要​として​いま​した。​それ​が、​PXI​によって​実現​さ​れ​ま​した。​システム​の​チャンネル​数​に対する​要件​は​将来​的​に​増加​する​可能性​が​あり​ます。​この​こと​は​従来​の​オーダーメード​の​ソリューション​では​大きな​障害​に​なり​ま​した。​PXI​システム​に​は​モジュール​を​容易​に​追加​する​こと​が​できる​ため、​簡単​に​アップ​グレード​を​施す​こと​が​でき、​長期間​にわたって​システム​を​使用​でき​ます。
  • 柔軟性: 私​たち​は、​将来​ほか​の​自動車​の​ECU​に​も​適用​できる​テスト​システム​を​構築​した​いと​考え​てい​ま​した。​開発​した​テスト​システム​は、​一般​的​な​ハードウェア​モジュール​と、​カスタマイズ​が​可能​で​柔軟性​に​富​ん​だ​ソフトウェア​で​構成​さ​れ​てい​ます。​私​たち​は​異なる​ECU​の​セット​で​同じ​構成​を​使用​する​こと​が​でき​ます。​必要​な​変更​点​の​1​つ​は、​新た​な​NI VeriStand​プロジェクト​を​作成​し​て​新た​な​プラント​モジュール​を​取り込む​こと​です。 もう​1​つ​は、​新た​な​ECU​に​物理​的​な​接続​を​加える​こと​です。
  • 生産​性: テスト​を​行う​際、​その​時点​では​まだ​ECU​の​現物​が​存在​しない​という​状況​が​ありま​した。​この​よう​な​ケース​では、​実際​の​ECU​の​代わり​に​ECU​の​シミュレーション​モデル​を​使用​し​て​プラント​モデル​の​マッピング​を​行​いま​した。​パラメータ​を​使​って​ハードウェア​の​I/​O​を​モデル​の​I/​O​に​大変​容易​に​マッピング​する​こと​が​できる​ので、​生産​性​は​大幅​に​向上​しま​した。​筆者​は​NI VeriStand​の​プロジェクト​を​1​人​で​担当​しま​した​が、​ソフトウェア​の​開発​に​は​1​か​月​も​かかり​ま​せん​で​した。
  • ハードウェア​の​品質: NI​の​PXI​ハードウェア​は、​ほか​の​システム​と​比較​し​て​品質​と​信頼​性​の​面​で​優​れ​てい​ま​した。​また、​FPGA​の​プログラミング​を​自由​に​行える​こと​から、​ほぼ​完全​な​システム​応答​を​得る​こと​が​でき​ま​した。

 

 

 

NI​の​HIL​プラットフォーム​を​選択​する​理由

NI​の​モジュール​型​ハードウェア​と​拡張​性​の​高い​ソフトウェア​を​使用​した​こと​で、​信頼​性​と​適応​性​を​備え、​今後​の​プロジェクト​でも​継続​し​て​使用​できる​HIL​テスト​システム​を​構築​する​こと​が​でき​ま​した。​システム​に対して​独自​に​カスタマイズ​を​施せる​こと​から、​試験​の​結果​に​確信​が​持てる​とともに、​NI​の​継続​的​な​サポート​の​おかげ​で​いち早く​目標​を​達成​する​こと​が​でき​ま​した。

 

作成​者​情報:

Sanjay Mane
TATA Motors

図​1. ​ ​全体​の​システム​アーキテクチャ ​
図​2. ​ ​システム​の​ユーザ​インタフェース ​
図​3. ​ ​HIL​システム​の​構成 ​