기어 변속은 최대한 안전하고 신속하게 수행되어야 합니다. 이 몇 마이크로초 안에 모든 것이 제대로 진행되도록 하려면 어떻게 해야 할까요? 이는 24시간 고속 테스트를 가능하게 하고 개발 중에 상당한 시간을 절약하는 시뮬레이터 작업입니다.
Aisin Corporation은 연비 향상과 환경 유해 물질 사용 감소를 위해 점점 더 전기화로 전환하고 있습니다. 변속 작업을 더욱 효율적으로 수행하기 위해 액추에이터(이 경우 전기 모터), 감속 기어, 제어 장치 및 센서를 포함하는 통합된 전자기계식 와이어형 변속 시스템을 개발했습니다. 와이어형 변속 시스템을 사용하면 기어 변속 레버와 변속기를 기계적으로 연결하지 않고도 전자식 제어로 차량의 변속 모드를 전환할 수 있습니다. 이를 통해 무게와 공간이 절약되고 기어 변속이 훨씬 빨라집니다. 차량 기술의 자동화가 진행됨에 따라, 와이어형 기술은 필수 불가결한 요소가 되었습니다. Aisin의 이상적인 와이어형 변속 시스템은 기능적 가치로는 빠르고 정확한 변속을 달성하며 안전 가치로는 전자기계식 통합을 달성합니다.
Aisin의 섀시 및 차량 안전 시스템 총괄 책임자인 Atsuto Ogino는 "우리는 다운스트림 단계에 더 적은 시간을 투자할 수 있도록 개발 중에 최대한 빨리 신기술을 테스트하고 싶었습니다. 우리의 가장 큰 과제 중 하나는 액추에이터 또는 전기 모터 제어 시스템의 안전에 중요한 부품을 포괄적으로 테스트하기 위해 마이크로초 간격으로 와이어형 변속 시스템에 결함을 제공하는 것이었습니다 이를 위해서는 복잡성과 정확성이 요구되었으며 엄청난 노력을 기울여야 했습니다."라고 설명했습니다.
더 정확하고 더 빠른 개발을 위한 소프트웨어 우선 방식
소프트웨어는 차량뿐만 아니라 제어 시스템 개발 분야에서도 점점 더 중요해지고 있습니다. 소프트웨어와 하드웨어를 분리하고 소프트웨어 개발을 우선시하는 '소프트웨어 우선' 접근 방식이 있습니다. 모델의 반복적인 평가 및 개선을 통해 개발이 이루어지던 과거 방식은 프로세스가 계획대로 실행되지 않을 때 종종 문제가 발생했기 때문에 갈수록 과거의 일이 되어가고 있습니다. 대신, 현재는 가상 환경에서 시뮬레이션을 통해 얻은 정보가 적시에 개발에 통합되도록 초점을 맞추고 있습니다. 이러한 경험을 바탕으로 실제 제품을 훨씬 더 정확하고 빠르게 구현할 수 있습니다.
시뮬레이션을 통해 프로세스를 미리 해결할 수 있으므로 사양이 반드시 디버깅을 수행할 필요는 없습니다. 시뮬레이션 결과에 기반한 설계 검토를 사용하여 모호한 사양을 제거할 수도 있습니다. 이 작업의 기본은 테스트 환경과 도구를 지속적으로 개선하는 것입니다. 이러한 개선 덕분에 모델을 사용하여 실제 차량 및 기계 대신 가상 환경에서 소프트웨어를 평가할 수 있습니다.
와이어형 변속 시스템에서, 오류로 인해 작동이 중단되면 대피 성능에 큰 영향을 미칩니다. 따라서 페일 세이프 개념의 안전한 상태에서 작동하는 것이 필수적입니다. 동시에 본질적인 안전 개념은 부품 수 감소를 요구합니다. 결과적으로, Aisin Corporation은 부품 수를 줄이면서 통합된 전자기계식 액추에이터로 통합되고 독립적이며 이중화된 전기/전자(E/E) 시스템을 구현하여 대피 구동 성능이 향상된 신뢰성 높은 와이어형 변속 액추에이터를 개발했습니다.
HIL 시뮬레이션을 통한 포괄적이고 재현 가능한 문제 해결
Aisin Corporation은 와이어형 변속 시스템이 통합된 전자기계식 제품이기 때문에 HIL 시뮬레이션이 와이어형 변속 검증에 적합하다고 느꼈습니다. HIL 시뮬레이션을 사용하면 통합된 전자기계식 프로토타입 없이도 개발 프로세스 중에 제품을 쉽게 검증할 수 있습니다.
무엇보다도, HIL(Hardware-in-the-Loop) 시뮬레이션을 사용하여 실제 차량에 주입 및 재현하기 어려운 결함을 주입할 수 있습니다. 또한 데이터베이스에서 테스트 패턴을 관리하여 재사용성이 보장되므로 테스트 벤치 및 실제 차량 평가에 패턴을 사용할 수 있습니다.
Ogino는 "Aisin에서 HIL 개발은 중요한 역할을 합니다. HIL 개발은 제어 장치, 회로, 모터 및 기어를 결합합니다. 이를 통해, 시뮬레이션에서 통신 수준, 신호 수준, 전기적 수준 및 기계적 수준에 맞춰 유연하게 대응할 수 있습니다. 개발 초기 단계에 전자기계식 설계를 위한 소프트웨어 도구를 사용하여 기계 설계 수준에 기초한 상세한 e-모터 모델이 만들어졌습니다. JMAG 설계자. 재료 특성 외에도 스테이터, 로터 및 영구 자석의 정확한 기하학적 특성이 이 모델에서 정의되었습니다. 정의된 네트워크 지점을 사용하여 유한 요소 시뮬레이션(FEM)을 며칠에 걸쳐 수행했으며 그 결과는 왕복 시간(RTT) 파일 형식으로 저장되었습니다. 이러한 결과를 통해, 우리는 실제 e-모터가 제조되기 전에 MIL(Model-in-the-Loop) 또는 HIL 시뮬레이션을 통해 컨트롤러 설계를 완료할 수 있었습니다."라고 설명합니다.
Ogino는 "Covid-19 시대에는 테스트 엔지니어가 모든 테스트 현장에 가기가 어려웠습니다. 따라서 Aisin에서는 dSPACE HIL 시스템을 홈 오피스에서도 사용할 수 있도록 연결했습니다. 이를 위해, 테스트 엔지니어는 테스트 데이터를 클라우드에 로드했습니다. 그런 다음 회사의 PC에서 이 데이터를 검색하고 dSPACE 솔루션과 함께 테스트를 실행하여 테스트 보고서를 클라우드로 다시 보냈습니다. 이 작업은 순조롭게 진행되었습니다."라고 덧붙입니다.
마이크로초 간격으로 데이터 공급 및 평가
dSPACE HIL 시스템은 엔지니어가 모터 제어 시스템의 안전에 중요한 부분과 관련된 다양한 속도, 크기 및 범위의 결함을 주입하고 평가하는 문제를 해결할 수 있다는 새로운 가능성을 열어주었습니다. Ogino는 "우리는 매우 빠른 필드 프로그래머블 게이트 어레이(FPGA) 보드가 장착된 SCALEXIO 실시간 시스템을 사용했기 때문에 유연한 dSPACE XSG Electric Components 라이브러리와 JMAG Addon-Lib를 사용하여 매우 정확하고(FEM 기반) 빠른 저지연 전기 모터 모델을 시뮬레이션할 수 있었습니다. 또한 이 시스템에서 연중무휴 24시간 내내 스윕 테스트를 평가할 수 있었습니다.
보통은 일정한 간격으로 결함이 주입되며 213~223ms의 특정 10ms 테스트 간격 내에서만 결함이 발생한 경우가 있었습니다. 그것이 우리가 직면했던 주요 과제였습니다."라고 말합니다. 그는 "이를 마스터하기 위해 우리는 µs~ns 범위에서 정확하게 사전 정의된 위치에 선택한 결함을 주입했습니다. 이러한 결함을 사용하여 제어 시스템을 철저히 테스트하고 평가했습니다. 이는 dSPACE HIL 시스템 덕분에 문제 없이 작동했습니다. 또한, 검토 및 조정 후에 나머지 작업이 자동으로 수행되기 때문에 테스트 평가에 시간을 할애할 필요가 거의 없었습니다."라고 말합니다.
평가는 야간에 자동으로 수행되었으며 완성된 보고서는 관련 당사자에게 즉시 전달되었습니다. 또한 HIL 시뮬레이션을 위해 생성된 테스트 패턴을 변환하여 MIL 시뮬레이션에 사용하거나 그 반대의 경우도 가능했습니다. 두 테스트 방법(MIL 및 HIL)은 Aisin에서 실제 차량 및 기계에 성공적으로 사용됩니다.
임무 완수!
Aisin은 HIL 시뮬레이션을 통해 얻은 데이터를 기반으로 위치 정확도와 응답성이 뛰어난 변속 동작을 제공하는 와이어형 변속기를 개발했습니다. 또한, 적은 잇수로 고감속과 고효율의 헬리컬 기어링 덕분에 새로운 시스템의 설치가 용이합니다.
와이어형 변속은 앞으로 광범위한 차량에서 사용될 것입니다. 이는 전기화 증가와 자율 주행 발전을 위한 필수 토대입니다.
dSPACE 매거진, 2023년 1월 발간
AISIN 소개
AISIN CORPORATION은 자동차 산업용 구성 요소 개발 및 생산에 주력하는 일본의 자동차 부품 공급업체입니다. 교통사고 사망자 제로화를 목표로 '주행, 회전, 정지'를 고도로 제어할 수 있는 시스템 제품은 물론 운전의 즐거움과 편안함을 향상시키는 제품을 공급하고 있습니다. Atsuto Ogino 가 총괄 책임자인 이 섀시 및 차량 안전 시스템 회사는 주변 모니터링 시스템, 자동 주차 시스템 및 운전자 모니터링 시스템 개발에 중점을 두고 있습니다. 그의 주요 초점은 차량 모션 시뮬레이션과 시스템 및 제어 개발입니다.
