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Green Success

自動車業界は、モーターや燃料電池など、革新的な駆動方式の開発を進めると同時に、内燃駆動システムの開発も継続しています。

新しいテクノロジを開発する能力
自動車業界は、モーターや燃料電池など、革新的な駆動方式の開発を進めると同時に、内燃駆動システムの開発も継続しています。自動車の開発者の現在の目標は、高いレベルの運転のしやすさを保持しながら、車の効率性を高めてCO2の排出量を減らすことにあります。
自動車以外の業界でも、効率性の向上や新しいコンセプトに対する要求があります。たとえば、原子力エネルギーへの依存から再生可能エネルギーへの移行が進みつつあり、信頼性の高い制御システムの必要性がますます高まっています。

Green Competence:dSPACEツールによる環境性能の開発

Green Competence:dSPACEツールによる環境性能の開発
dSPACEの製品は十分に試験されているため、ハイブリッドドライブまたはElectric Driveに採用されているすべての異なるコンポーネントの複雑な相互作用を開発の初期段階でテストすることができます。その結果、開発プロセス全体が効率化し、ECUの品質が保障されます。
dSPACEは、アーキテクチャベースのシステム設計、ブロック線図ベースの機能プロトタイピング、量産コードの自動生成、そしてECUテストに至る開発のあらゆる段階をサポートします。そのメリットは明白です。
  • フロントローディング – 迅速な開発
  • 品質保証 – 信頼性の高い製品
  • 統合されたプロセス – 単一ベンダーのツール
Green Success:環境性能に関する事例
dSPACEは、20年以上にわたり自動車業界への積極的なパートナーとして、新しい駆動技術の研究開発をサポートしてきました。dSPACEの製品は、ダウンサイズしたエンジンの最適化、電気自動車とハイブリッド駆動システム(マイクロ、マイルド、およびフルハイブリッド)の開発、そして燃料電池駆動システムを備えた水素自動車などの多くの革新技術の設計に重要な役割を果たしています。
また、風力エネルギーコンバータの研究開発など自動車以外の分野でも、dSPACE製品が使用されています。

Younicos社:New Energy
中央の電力網から取り残された遠隔地の村や島で、再生可能エネルギーをベースにした自立的でカーボンニュートラルな電力供給 を実現すること。これがYounicos社で計画し、開発中の新技術です。最初のプロジェクトは、アゾレス諸島のグラシオザ島で実行に移されました。必要なエネルギーの70~90%は太陽と風から得られ、残りの10~30%はその地域で製造されたバイオ燃料によって生成されます。3メガワットのナトリウム硫黄電池を電力貯蔵器として追加設置することで、大きな供給変動が補償されるので、島は化石燃料から完全に脱却することができます。
コンバータ制御の開発
バッテリのコンバータ制御には、リアルタイムコントローラと通信システムという2つの主要なコンポーネントがあります。コンバータの最適な制御を見つけ出すために、私たちはラピッドプロトタイピングを使用して、MATLAB/Simulinkで設計した、さまざまな電圧と周波数の制御アルゴリズムのテストを行っています。実際のテストでは、dSPACEのACモーター制御ソリューションが使用されました。これは、DS1005 Processor BoardとDS5202 FPGA Base Boardにピギーバックモジュールを加えたもので構成されます。アルゴリズムは、dSPACE Real-Time Interface(RTI)によってDS1005に実装され、ボード上で実行されます。DS5202は、プロセッサボードとコンバータ間に必要なI/O接続を提供します。アルゴリズムに何らかの変更が加えられた場合には、その変更内容を直ちにRTIを使用してMATLAB/SimulinkからDS1005に転送することができます。
消費、風、および太陽のシミュレーション
風力タービンとソーラーパワープラントをシミュレーションするために、Younicos社では、複数のdSPACE DS1005 PPC Board上に独自のシミュレーションモデルを実装して実行しました。現在利用可能な電力を確認するための入力パラメータは、グラシオザ島で測定された実際の風と太陽のデータを基に提供されます。次に、この利用可能な電力が、一日を通した島民全体のエネルギーの必要量を表す消費プロファイルと比較されます。次に、コンバータによってエネルギーの配給が実行されます。各バッテリは、コンバータを経由してシミュレーションされた供給網に結合されます。供給網にかかる負荷は、島の負荷プロファイルを再現する別のコンバータによって表されます。この太陽光発電システムは、電気自動車用の自律型充電ステーションに電力を供給します。
プロジェクトの実施
2012年8月、Younicos社と現地の電力会社が、商業ベースのプロジェクトとして電力系統への送電と電力価格に関する合意文書に署名しました。太陽光発電プラント、風力発電基地、電力貯蔵器の建設は2014年末には完了し、同時にすべてのシステムが稼働する予定です。

MAGNA STEYR社:ハイブリッドドライブ開発
MAGNA STEYR社とそのパートナー企業は、dSPACEプロトタイピングシステム(MicroAutoBoxとRapidPro)を使用して、新しいハイブリッドコンポーネントを車両に統合し、制御システムを実装しました。ハイブリッドデモ車両HySUV(メルセデスMクラス)では、dSPACEプロトタイパーをドライブトレイン制御の中心として採用することにより、ハイブリッドドライブを実現しています。MAGNA STEYR社とそのパートナー企業はこのデモ車両をプラットフォームとして使用し、走行特性、燃費、排気ガスのさらなる最適化を目指しています。
将来のドライブシステム
MAGNA STEYR社は、MAGNA POWERTRAIN社およびSiemens VDO社と共同で、モジュラー方式のハイブリッドドライブシステムを開発しました。この中で、「将来の車両ドライブ」のための専門家ネットワークであるK-net KFZの研究成果を利用しました。燃費、ダイナミクス、排気ガスを最適化できる可能性を調査するため、MAGNA社が開発したハイブリッドコンポーネントが、自動車メーカーのサポートを得ながらプロトタイプ車両のドライブトレインに統合されました。制御システム、およびドライブトレイン内部で相互接続される新しいコンポーネントは、主ハイブリッドドライブ制御に基づき、dSPACEプロトタイパー(MicroAutoBoxとRapidPro)を使用して実装されます。MAGNA STEYR社は、この作業をハイブリッドデモ車両HySUVの車内で実施しました。メルセデスML350のオートマチックトランスミッション(AT)とトランスファケースを、オートメーテッドマニュアルトランスミッション(AMT)と2つのElectric Driveシステムとクラッチで構成されるMAGNA社のE4WDモジュールに置き換えました。電気式四輪駆動を備えるフルハイブリッドドライブトレインは、このようにして実装されました。電力は、MAGNA STEYR社が開発したリチウムイオンバッテリシステムに蓄積されます。
プロトタイパーのハードウエアおよび制御ロジックの開発
制御ソフトウエアは、ドライブトレインにおけるトルク経路全体の制御ロジックおよびインターフェースから構成されます。開発の目標は、ハイブリッドドライブトレインのすべてのコンポーネントを、たったひとつのプロトタイピングシステムで制御することでした。MAGNA STEYR社では、標準的なソフトウエア開発プラットフォームであるMicroAutoBoxに加え、多様なシグナルコンディショニングおよびパワーステージを効率的に実現するためにRapidProシステムを使用することを決定しました。ソフトウエアとハードウエアの両面から信号の入出力を変更できるという柔軟性は、特にプロトタイプ開発の初期段階において、センサシステムとアクチュエータシステムがまだ完全に定義されていない場合に効果を発揮します。MAGNA STEYR社は、制御ロジックソフトウエアの実装とテストに成功した後、さらなる最適化を目指してテストドライブを行っている段階です。

パワースプリットハイブリッドSUVの制御
Challenge - X車両開発競技会のために、オハイオ州立大学(OSU)の学生チームは、ターボチャージャ付きディーゼルエンジンと、高電圧のベルト駆動スタータ/オルタネータ(BSA)、およびAC誘導型電動機を組み合わせたHEVを開発しました。この構成では、前後の駆動システムが道路を介してつながります。
MicroAutoBoxによる制御の実装
OSUでは、実際の実装に先立って、MATLAB®/Simulink®環境で独自に設計した車両シミュレーションツールを使用して、制御ストラテジの性能を検証しました。初期テストを経て、dSPACEのリアルタイムインターフェースとRTI CAN Blocksetを使用して、MicroAutoBoxシステムに制御ストラテジを実装しました。MicroAutoBoxは、dSPACEのReal-Time InterfaceおよびRTI CAN Blocksetを介してパワートレイン制御モジュールと接続します。MicroAutoBoxは、この車両の主制御装置で、エネルギーの最適化、バッテリの充電制御、エンジンの始動および停止、ドライバビリティ制御、電気式トラクション制御、回生ブレーキなど、ハイブリッドパワートレインの基本的な操作を実行しています。この学生が設計した車両では、MicroAutoBoxと他の制御モジュールとの通信はCANバスを通じて行われます。この多用途I/Oインターフェースの使用により、追加されたハイブリッドコンポーネント用のコントローラへのアナログおよびデジタルI/Oの統合が単純化されました。MicroAutoBoxの高速の演算プロセッサが、複雑な計算を伴うアルゴリズムを車両に搭載することを可能にしました。

ディーゼルとモーターを組み合わせたハイブリッドドライブの開発
Deutz社は、建設車両を得意とするAtlas Weyhausen社との共同プロジェクトにおいて、AR-65スーパー建設車両用の「マイルド」ハイブリッドシステムを開発するためにdSPACEツールを使用しました。「マイルド」とは、モーターをディーゼルエンジンに結合し、頻繁な制動と加速をサポートするという意味です。
ハイブリッドシステムのECUのソフトウエア機能の開発には、次のdSPACEツールが使用されました。
  • MicroAutoBox(ハイブリッドシステムECUの役割)
  • Real-Time Interface(MicroAutoBox用入出力インターフェースの設定)
  • RTI CAN MultiMessage Blockset(CAN通信の設定)
  • ControlDesk®(ハイブリッド機能の適合)
Deutz社では、RTIおよびRTI CAN MultiMessage Blocksetを使用することで、完全に機能するシステムソフトウエアをMicroAutoBox上にわずか3ヶ月で実装することができました。RTI CAN MultiMessage Blocksetは使いやすいツールで、CAN設定ファイル(DBCファイル)のリンクをサポートしているため、開発チームはCAN通信を短期間で設定することができます。ホイールローダーには3つのCANチャンネル(エンジンCAN、ハイブリッドCAN、車両CAN)を設定しました。Deutz社はシステムソフトウエアをSimulinkで直接プログラミングしたため、エンジン、モーター、インバータ、バッテリ、ワーク油圧機器、トラクション油圧機器コンポーネントを含むソフトウエア機能をプラントモデル(MIL)上で直ちに試行することができました。Deutz社は最初のプロトタイプコンポーネントが利用可能になる前に、ソフトウエア機能のテストを行うことができました。プロジェクトに与えられた開発期間が非常に短いという条件のもとで、これは絶対に欠かせない要件でした。
Deutz社は、あらかじめテストしたソフトウエア機能と、RTIによって設定した入出力(デジタル、アナログ、PWM、CAN)を使用することにより、MicroAutoBox上で作動するソフトウエアバージョンを生成し、テストベンチ上で検証を行いました。スタート/ストップ機能などのテストと適合には、ControlDeskが使用されました。
最後に、Deutz社では、MicroAutoBoxを上位のハイブリッドシステムECUとして使用することで建設車両を操作し、パワーアシストおよび負荷点の引き上げと移動に必要な機能を実装しました。