LabVIEW​と​PXI​を​使用​し​て、​現在​の​車両​に​搭載​さ​れ​て​いる​センサボックス​向け​の​自動​CAN​通信​テスト​システム​を​作成

"ナショナル​イン​ス​ツル​メンツ​の​ソフトウェア/​ハードウェア​製品​に​は​多く​の​メリット​が​ある​ため、​テスト・​計測​システム​を​難なく​作成​する​こと​が​でき​ま​した。​NI​製品​は​柔軟​で​使い​や​すく、​オンライン​で​入手​できる​LabVIEW​ドライバ​を​使用​す​れ​ば​サード​パーティ​製品​と​の​統合​も​簡単​です。" ​

- Joey Nino N. Aguila, Global Inventive Technologies Int'l Inc.

課題:

温度​管理​さ​れ​た​温度​室​において​最大​6​台​の​センサボックス​で、​分散​型​コントローラ​エリア​ネットワーク​(CAN)​計測​信号​による​自動​同時​データ​集録​を​行う​高速​テスト・​計測​システム​を​開発​する。 ​

ソリューション:

NI LabVIEW​ソフトウェア​と​PXI​ハードウェア​を​使用​し​て、​CAN​信号​を​介​し​て​テスト​対象​デバイス​(DUT)​から​データ​を​集録​し、​フロント​エンド​ソフトウェア​1​つ​で​ベンチ​トップ​温度​室​の​温度​設定​を​制御​した。 ​

NI PXIモジュール式計測器を使用すれば、​高速​データ​集録​や​タイミング​と​同期​について​心配​する​必要​は​ありま​せん。​NI​製品​が​代わり​に​や​って​く​れ​ます。​ハードウェア​は、​この​テスト​の​セットアップ​で​求め​ら​れ​て​いる​とおり​30 ms​という​速​さ​で​実行​し​ます。LabVIEWは​データ​フロー​パ​ラ​ダイ​ム​を​採用​し​て​いる​ため、​テキスト​ベース​の​逐次​プログラミング​に​代わる​方法​として、​同時/​並列​で​の​コード​実行​が​可能​となり​ます。​複数​の​計測​や​デバイス​を​同時に​監視・​制御​する​こと​が​でき​ます。​この​テスト​システム​で​使用​した​もの​を​含​め、​ほとんど​の​ベンチ​トップ​計測​器​に​は​オンライン​で​入手​できる​LabVIEW​ドライバ​が​ある​ので、​計測​器​の​統合​も​管理​が​し​や​すく​なり​ます。​その​よう​な​メリット​が​ある​おかげ​で、​システム​の​機能​の​開発​に​専念​する​こと​が​でき​ま​した。

 

 

主要​コンセプト

この​システム​における​DUT​と​は、​現代​の​車両​に​搭載​さ​れ​て​いる​センサボックス​(図​1​参照)​の​こと​で、​横/​縦​加速度、​ヨー​レート、​ロール​レート、​x/​y/​z​方向​の​計測​を​行い​ます。​この​DUT​は、​エンジン​制御​装置​(ECU)​に​CAN​信号​を​送信​する​前​に、​多少​の​内部​処理​が​必要​です。​ECU​は、​人間​の​脳​の​よう​に​情報​を​解釈​し​て​行動​に​移す​車両​の​メイン​コントローラ​として​の​役割​が​あり​ます。

 

テスト​の​原理​は​シンプル​です。​解析​エンジニア​が​DUT(CAN​計測​器​に​接続​可能)​を​温度​室内​に​配置​し、​希望​の​温度​設定​ポイント​に​設定​し​ます。​エンジニア​は​CAN​通信​経由​で​表示​さ​れ​た​計測​値​を​確認​し、​後で​解析​を​行う​ため、​Microsoft Excel​形式​で​ローカル​の​ハード​ドライブ​に​データ​を​保存​し​ます。​温度​室​自体​を​複数​の​設定​ポイント​に​プログラム​する​こと​が​でき​ない​ため、​エンジニア​が​手動​で​設定​する​必要​が​あり​ます。​その後​行う​手順​として​は、​特定​の​時間​に​DUT​の​電源​投入​リセット​(POR)​を​実行​し​て​応答​を​見​たり、​30 ms​ごと​に​読み取り​を​行う​など​が​あり​ます​が、​それに​は​高速​ハードウェア​が​必要​です。

 

 

テスト​の​有意性

DUT​の​主​な​役割​は、​車両​の​走行​時、​特に​ジグザグ​走行​時​や​横​傾斜​の​ある​道​の​走行​時に、​重心​と​速度​に関する​特定​の​計測​値​を​提供​する​こと​です。​ECU​は​計測​値​を​評価​し​て、​車両​の​シャフト​や​ホイール​の​位置​を​修正​する​こと​で​横滑り​を​防止​し​ます​(図​2​参照)。

 

DUT​の​役割​に​は​人命​が​関わる​ため、​極端​な​温度​で​あっ​て​も​常に​正確​に​動作​する​こと​が​重要​です。​量産​前​に​実験​室​で​デバイス​機能​の​テスト​を​行う​の​は​そのため​です。

 

システム​に​使用​した​製品

当社​の​システム​は、​温度​室​の​温度​の​変動​を​制御、​監視​し、​DUT​の​電圧​を​供給​し​計測​し​て、​CAN​通信​経由​で​高速​データ​を​集録​し​ます​(図​3​参照)。​また​その他​に​も、​リアルタイム​で​の​グラフ​表示​や​Excel​へ​の​データ​ロギング​など​が​あり​ます。

 

解析​エンジニア​は​テスト​設定​を​入力​し​(図​4)、​OK​を​クリック​し​て​データ​の​集録​を​開始​し​ます。​システム​は​自動​で​停止​し​て​データ​を​ローカル​の​ハードディスク​に​保存​し​ます​ので、​テスト​中​エンジニア​が​つい​て​いる​必要​は​ありま​せん。​テスト​が​終了​したら、​システム​で​の​解析​が​実行​可能​となり​ます。​ナショナル​イン​ス​ツル​メンツ​の​ソフトウェア​と​ハードウェア​は、​当社​の​仕様​と​構成​に​非常​に​適​し​てい​ます。​コントローラ、​SMU、​CAN​インタフェース​など、​全て​の​ハードウェア​が​コンパクト​な​シャー​シ​に​統合​さ​れ​て​いる​ので、​実験​室​でも​場所​を​取​ら​ず​狭い​ところ​に​も​適​し​てい​ます。

 

 

システム​設計

当社​は、​温度​管理​さ​れ​た​環境​で​複数​の​セン​サ​ボックス​デバイス​を​テスト​できる​自動​テスト・​計測​システム​を​作成​しま​した。​カスタム​テスト​設定​で、​最大​6​台​の​デバイス​の​同時​データ​集録​が​可能​です​(図​5​参照)。

 

堅牢​性​と​性能、​モジュール​性、​低​コスト​を​考慮​し​て、​商用​PC​では​なく​2​スロット​の​NI PXI-8101組​込​コントローラ​を​選び​ま​した。​CAN​データ​集録​に​は、​CAN​用​の​NI PXI​ソリューション​を​使用​しま​した。​NI PXI-8513/2は、​ソフトウェア​で​選択​可能​な​2​スロット​の​CAN PXI​インタフェース​です。​NI-​XNET CAN​および​FlexRay​インタフェース​は、​HIL(hardware-​in-​the-​loop)​シミュレーション、​RCP(ラピッドコントロールプロトタイピング)、​バス​監視、​オートメーション​制御​など​の​アプリケーション​で​求め​られる、​数百​の​CAN​フレーム​および​信号​を​リアルタイム​かつ​高速​で​操作​する​の​に​適​し​てい​ます。​ソフトウェア​で​選択​可能​な​特性​の​ため​に、​高速、​低速/​フォールトトレラント、​および​単線​式​用​CAN​オン​ボード​トラ​ン​シー​バ​を​使用​し​て、​CAN​を​自由自在​に​開発​する​こと​が​でき​ます。​この​アプリケーション​で​必要​と​さ​れる​30 ms​の​データ​集録​に​は、​十分​すぎる​柔軟性​を​備え​てい​ます。

 

DUT​の​電源​に​は、​NI PXI-4130​ソース​メジャー​ユニット​(SMU)​を​使用​しま​した。​最大​±20 V、​2 A​の​補助​電源​を​供給​でき​ます。​この​電源​は​6​つ​の​CAN​チャンネル​間​で​共有​し​ます。

 

ESPEC SU-241​ベンチ​トップ​温度​室​では、​平衡​温度​制御​を​採用​し​てい​ます。​温度​を​平衡​化​する​こと​で、​テスト​施設​内​で​望ましい​環境​条件​を​再現​する​こと​が​でき​ます。​それ​を​する​に​は、​低熱​負荷​ヒータ​を​継続​的​に​制御​し​ます。​各​ユニット​は​リアルタイム​で​制御​し​て、​温度​を​平衡​化​し​ます。​さらに、​冷却装置の容量は常に更新され、​最小限​の​エネルギー​で​被験​物​の​熱​負荷​を​無効​に​する​こと​が​でき​ます。​この​温度​室​は​コントローラ​に​RS232​経由​で​接続​さ​れ​てい​ます。

 

 

図​6​は、​この​テスト​システム​の​最終​的​な​PXI​ハードウェア​構成​を​示し​てい​ます。​必要​な​モジュール​は​全て​1​つ​の​PXI​シャー​シ​に​収​め​ら​れ​て​いる​ので、​全体​の​サイズ​が​大幅​に​縮小​さ​れ​てい​ます。​また​この​セットアップ​では、​全て​の​基本​計測​器​は​PXI​バック​プレー​ン​経由​で​接続​さ​れ​て​いる​ため、​高速​の​性能​と​スループット​が​実現​でき​ます。

 

CAN、​SMU、​温度​室​を​使用​した​自動​テスト​の​構成​は、​LabVIEW​で​開発​した​フロント​エンド​ソフトウェア​によって​行​いま​した。​LabVIEW​は​データ​フロー​実行​形式​の​プログラミング​言語​なので、​複数​の​セン​サ​ボックス​デバイス​の​同時​かつ​並列​計測​が​可能​です。​この​機能​は、​ソフトウェア​開発​者​が​各​デバイス​から​複数​の​CAN​信号​を​読み取る​こと​が​できるだけ​で​なく、​温度​室​の​設定​温度​と​SMU​の​電圧​供給​を​逐次​的​で​なく​同時に​制御・​監視​する​こと​が​できる​など、​大変​貴重​な​もの​です。

 

 

まとめ

LabVIEW​の​おかげ​で、​プログラミング​構文​の​暗記​や​逐次​コード​の​実行、​手間​の​かかる​デバッグ​プロセス​は​不要​となり​ま​した。​コード​の​開発​は​劇的​に​容易​に​なり、​時間​と​コスト​の​節約​に​つ​な​が​って​い​ます。​また、​LabVIEW​なら​以前​の​コード​を​再​利用​し​て、​開発​時間​を​短縮​する​こと​も​可能​です。

 

当社​が​選​ん​だ​NI​ハードウェア​は、​要件​の​厳しい​高​優先​度​の​工業​アプリケーション​に​最適​で​した。​モジュール​性、​堅牢​性、​高性能​が、​この​PXI​ベース​の​工業​用​アプリケーション​に​NI​の​ハードウェア​を​選​ん​だ​理由​です。​PXI​モジュール/​コントローラ​は、​長時間​稼働​する​よう​設計​さ​れ​て​おり、​当社​の​アプリケーション​に​最適​で​した。

 

ナショナル​イン​ス​ツル​メンツ​の​ソフトウェア/​ハードウェア​製品​に​は​多く​の​メリット​が​ある​ため、​テスト・​計測​システム​を​難なく​作成​する​こと​が​でき​ま​した。​NI​製品​は​柔軟​で​使い​や​すく、​オンライン​で​入手​できる​LabVIEW​ドライバ​を​使用​す​れ​ば​サード​パーティ​製品​と​の​統合​も​簡単​です。

 

著者​情報:

Joey Nino N. Aguila
Global Inventive Technologies Int'l Inc.
​Blk 6 Lot 3, Mountview ave. cor. Mayon St. Mountview Insdutrial Complex Bancal, Carmona
​Cavite
​Philippines
​Tel: +63 046 430 3617
​Fax: +63 046 4303617
joey.aguila@fujimaster.com

​図​1.​実際​の​センサボックス​DUT
​図​2.​車両​の​モーション​シナリオ
​図​5.​メイン​の​GUI
​図​6.PXI​ハードウェア​構成
​図​3.​ブロック​図
​図​4.​テスト​設定
​図​7.​実際​の​テスト​システム​1
​図​8.​実際​の​テスト​システム​2