현대오트론 자동화 평가를 위한 HILS 구축

Beomseop Kim, Part Leader, Control System Verification Team, Hyundai Autron Co., Ltd.

"평가를 자동화할 수 있는 환경을 표준화함으로써 시스템 개발 기간을 1년에서 6개월로 단축할 수 있었습니다. 이렇게 개발된 HILs 를 약 15,000개의 테스트케이스를 이용해 검증했을 때, 기존 수동 평가로 테스트를 진행했을 때보다 테스트 시간을 30% 단축 약 40시간이 소요되었다"

- Beomseop Kim, Part Leader, Control System Verification Team, Hyundai Autron Co., Ltd.

과제:

NI의 PXI 기반의 자동화 HILS구축을 통해 기존의 수동평가로 테스트를 진행하던 것을 자동화로 변경한 현대오트론 사례를 만나실 수 있습니다. 초기의 자동차에 적용된 전기/전자장치는 대표적으로 점화, 충전과 같은 단순한 장치만으로 구성되었다. 하지만 현재의 자동차에는 그 적용범위가 증가하여 엔진제어, 섀시제어, 편의제어에 이르기까지 전체 운용 시스템에 적용되며, 새로운 전기/전자가 제어 기술들이 지속 개발되고 있는 중이다. 따라서 신규 개발된 차세대 아키텍처 구조의 제어기능 신뢰성 확보를 위한 검증이 요구 되고 있다. 하지만 기존 HILS(Hardware-In-the-Loop System) 는 이전 아키텍처의 BCM(Body Control Module)제어기 검증을 위한 환경구성으로 안테나 및 RF 시그널 시뮬레이션이 가능하지 않아 SMK, TPMS기능이 통합된 차세대 아키텍처 IBU(Integrated Body Unit) 제어기를 검증하기에 한계가 있었다.

솔루션:

NI PXI기반의 HlLs 테스트 솔루션 구축함에 따라 기존 수동 평가로 테스트를 진행하던 것을 자동화할 수 있었다.

필자:

KangYoung Lee - Research Engineer, Control System Verification Team, Hyundai Autron Co., Ltd
Beomseop Kim - Part Leader, Control System Verification Team, Hyundai Autron Co., Ltd.

 

소개

초기의 자동차에 적용된 전기/전자장치는 대표적으로 점화, 충전과 같은 단순한 장치만으로 구성되었다. 하지만 현재의 자동차에는 그 적용범위가 증가하여 엔진제어, 섀시제어, 편의제어에 이르기까지 전체 운용 시스템에 적용되며, 새로운 전기/전자가 제어 기술들이 지속 개발되고 있는 중이다. 이러한 개발의 산물로 차세대 전기/전자 제어 아키텍처가 개발 되었으며, 이는 기존 편의제어를 위한 아키텍처인 BCM(Body Control Module), SMK(SMartKey), SJB(Smart Junction Box), DDM(Driver Door Module), TPMS(Tire Pressure Monitoring System) 등의 다음 세대로, 기존 제어 기능들이 통합된 IBU(Integrated Body Unit), ICU(Integrated Central Unit), DAU(Driver Area Unit) 등으로 구성된 새로운 구조이다. 따라서 신규 개발된 차세대 아키텍처 구조의 제어기능 신뢰성 확보를 위한 검증이 요구 되고 있다. 하지만 기존 HILS(Hardware-In-the-Loop System) 는 이전 아키텍처의 제어기 검증을 위한 환경구성으로 차세대 아키텍처 구조의 제어기를 검증하기에 한계가 있었다.


본 개발은 차세대 아키텍처 제어기중 BCM 일부 기능과 SMK, TPMS 기능이 통합된 IBU제어기의 자동화 검증을 위해 기존 BCM 검증 장비를 개선한 신규 HILs 개발에 대한 내용이다. 

 

 

SMK(SMartKey)평가 환경 개발 및 연동 & TPMS(Tire Pressure Monitoring System) 환경 개발 및 연동

기존 HILS 시스템은 BCM 단품 검증을 위한 시스템으로, Digital Output 을 통한 High/Low Active type Switch 모사, Analog Output을 통한 MultifunctionSwitch, Analog Sensor 모사, Analog Input을 통한 제어기 출력신호 측정, Vector 장비를 통한 CAN 통신 환경 모사가 가능했으며, IBU 검증을 위해서는 SMK 안테나 Searching 환경 및 TPMS를 위한 RF 송신 환경의 추가 구축이 필요했다.

 

Interior1, Interior2, Driver Side, Assist Side, Trunk, Bumper 영역 안테나 시뮬레이션을 위해 각 안테나 라인에 릴레이 회로 및 스마트키(FOB)가 배치된 보드를 설계 하였다. Digital Output의 릴레이 회로 제어로 원하는 영역의 IBU LF Signal 라인과 안테나라인의 회로를 연결시킬 수 있으며, 이를 통해 LF Signal이 안테나까지 도달 하여 FOB Searching을 할 수 있다. 안테나 Searching 영역 내에 배치되어 있는 FOB은 RF Response하여 제어기는 FOB Searching 을 완료할 수 있다. 즉, 원하는 안테나를 제외한 회로는 모두 Open되어 안테나까지 신호가 도달하지 못하며, 연결된 안테나에서만 FOB을 Searching하고 제어기가 그 위치를 인식할 수 있게 되는 것이다.
안테나 회로 보드의 릴레이를 Digital Output으로 제어하는 방식으로 개발하여, 별도의 SW 추가 개발 없이 회로 보드의 추가와 Digital Output의 추가 할당만으로 기존 HILS와 간단하게 연동할 수 있었다.

 

다음으로 TPMS 의 검증 환경을 위해서는 Vehicle Speed(Wheel Speed)에 맞추어 Wheel Pulse 를 지속적으로 Count 해주어야 한다. 이를 위해서 TPMS를 위한 프로그램은 Background에서 지속적으로 동작하도록 개발하였다. FPGA 보드에서는 차속 정보를 참조한 Wheel Pulse를 지속적으로 Count하며, Count 된 Tooth에 맞추어 RF 송신 시점을 RFSG 보드에 Interrupt Request를 전송한다. 이 Request에 맞추어 RFSG는 TPMS 제조사, ID, 압력, 온도 등의 정보를 바탕으로 RF Signal을 IBU로 전송하며, IBU는 타이어의 공기압의 정상/비정상여부를 판단하여 클러스터에 Warning Display CAN Signal을 전송하게 된다.

 



이 외에 비정상 타이어의 위치 판단을 위한 자동 위치 학습 및 수신되는 RF Signal의 유효성 여부를 판단하는 자동 학습 기능 동작 환경 구성을 위해 Vehicle Speed(Wheel Speed)에 맞추어 Wheel  Pulse Count 와 RF 송신이 동작 하도록 개발 하였고, 제조사에 맞게 참조하는 센서 데이터들이 자동으로 구성되도록 하였다. 이 프로그램은 개별적으로 실행이 가능하며, 자동화 프로그램과 연동시 TCP/IP 통신으로 제어된다. 프로그램의 GUI는 아래와 같다.

 

HILs 솔루션의 소프트웨어 및 하드웨어 구성

HILS 소프트웨어는 Testcase 및 Result관리 및 장비 운용을 위해 C#으로 개발된 Main 프로그램이 있으며, 그 프로그램에서 각 테스트 케이스 별 테스트 스텝에 맞게, 필요한 vi 들을 호출하고, 실행하며 Result를 Return 한다. 호출되는 Vi 들은 PlugIn타입으로 되어 있으며, 모체가 되는 Vi에 인터페이스만 동일하게 맞추면 쉽게 개발 및 동작 할 수 있는 구조이다. PlugIn vi 의 종류는 Digital I/O, Analog I/O의 Simulation 및 Measure 을 위한 DAQ.vi, CAN Simulation 및 Measure 를 위한 CAN.vi, RF 시그널 환경 모사 등 TPMS 평가를 위한 TPMS.vi, 파워서플라이나 제어기와의 RS232 등의 통신을 위한 Serial.vi, Electronic-Load, Digital Multi Meter 제어를 위한 GPIB.vi 등이 있다. 이 vi 들로 인해 계측 하드웨어 및 전원등이 제어되며 그 구조는 하기와 같다.

 


HILs는 총 2개의 RACK으로 구성되어 있으며, 2개의 RACK 의 PXI는 MXI 통신 방식으로 연결되어 1개의 PXI처럼 제어한다. 차량 제어기에 맞게 개발된 Signal Conditioning Board가 장착되었다. 그 RACK의 구성은 하기 그림과 같다.

 


 

 

 


장비 시험 운용 결과 및 결론

개발이 완료된 HILS에 현대기아차그룹에서 신규 개발중인 IBU의 평가환경을 구성하여 시험운용 하였다. 기능사양서 기반으로 개발된 약 15,000개의 테스트케이스를 이용하여 검증을 수행하였고, 총 수행시간은 40 시간 정도가 소요되었다. 장비 검증 결과, 수동 검증시 발견된 결함 8건에 대해 동일한 결함이 검출되었으며, 이 후 소프트웨어가 업데이트된 IBU 에 대한 자동화 검증 결과도 수동 검증과 동일함을 확인하였다.

기존 BCM 단품 검증 기능에 SMK, TPMS 검증 기능이 추가된 HILS를 개발을 통해 차세대 아키텍처 제어기 IBU 검증에 대응할 수 있게 되었다. 총 2회에 걸친 자동화 HILS 시험 운행으로 개발된 HILS의 신뢰도 및 완성도를 확인할 수 있었으며, 이 개발된 HILS는 현대기아자동차그룹에 납품되어 4억원의 매출을 창출하였으며, 향 후 IBU 검증용 테스트케이스와 검증기술의 전달로 20억 규모의 시장을 예상한다. 또한, 기존 수동 평가시 소요되던 시간을 30%로 단축시키는 효과를 얻을 수 있었다.

개발된 차세대 아키텍처 대응 IBU 평가용 HILs 는 본 기술을 적용하여 신규 개발될 IBU 제어기의 신뢰성확보를 위한 검증에 운용될 예정이며, 추가 구축될 장비들의 표준이 될 예정이다. 또한 전자제어기 협조제어 등 시스템간 상호 영향성 확대에 따라 시스템 레벨 검증 강화의 필요성이 증대 되고 있는 시점이다. 본 기술을 확장하여 제어기 단품 평가 뿐만 아니라 전자제어 시스템 통합 평가가 가능한 HILS를 신규 개발할 예정이며, 이를 통해 자동차 전자 제어 기술의 품질을 확보 할 수 있을 것이다.

 

필자 정보:

KangYoung Lee
Research Engineer, Control System Verification Team, Hyundai Autron Co., Ltd
kangyoung.lee@hyundai-autron.com

그림 1. SMK(SMartKey), 안테나 시뮬레이션 환경 개발
그림 2. Tooth Count에 따른 Wheel Pulse 및 RF 신호 생성 환경 개발
그림 3. TPMS 시뮬레이션 프로그램 GUI
그림 4. HILs 소프트웨어 및 하드웨어 구조
그림 5. HILs 하드웨어 구조
그림 6. HILs Rack 1,2