최적의 실내 기후는 우리의 삶의 질에 큰 기여를 합니다: 난방, 환기, 공조는 삶의 질에 필요한 쾌적함을 제공합니다. 글로벌 기업 Copeland가 이에 참여합니다. 냉난방 최적화를 위한 지속 가능한 솔루션을 통해 실내 공기 질과 에너지 효율을 개선하는 데 중요한 기여를 하고 있습니다. dSPACE 툴을 기반으로 한 가상 테스트 환경은 회사의 ECU 검증을 지원합니다.
제어기 개발과 관련하여 조기 가상 검증은 자동차 산업뿐만 아니라 그 이상에 대해서도 이점을 제공할 수 있는 트렌드입니다. 검증을 위해 SIL(software-in-the-loop) 시뮬레이션을 사용할 때의 가장 큰 장점은 소프트웨어 개발과 테스트 실행을 자신의 PC에서 직접 수행할 수 있다는 점입니다. 그 결과, 하드웨어와 HIL(hardware-in-the-loop) 시뮬레이터를 사용하기 전에 소프트웨어 검증을 시작할 수 있습니다.
SIL, HVAC에 적용
생활 공간, 작업 공간, 산업 분야에 관계없이: 실내 난방, 환기, 냉방을 위한 기후 친화적인 솔루션에 대한 수요가 그 어느 때보다 높습니다. 혁신적이고 지속 가능한 공조시스템(HVAC) 솔루션을 제공하는 Copeland는 제조업체, 설치업체 및 건물 소유주에게 중요한 파트너입니다. Copeland는 전자 제어 유닛(ECU)의 기능을 테스트하고 검증할 때 SIL을 사용합니다. 이를 위한 개발 및 테스트 환경은 dSPACE 툴과 Copeland의 환경 모델을 기반으로 합니다. 이러한 맥락에서 Copeland는 또한 특수 dSPACE 툴셋인 V-ECU SDK(SDK: Software Development Kit)을 사용하여 기존 C 코드에서 적합한 가상 ECU(V-ECU)를 최대한 빠르게 획득했습니다.
기본 테스트 설정
Copeland는 PC 기반 시뮬레이션을 위한 dSPACE 플랫폼인 VEOS를 기반으로 한 가상 테스트 환경을 사용하여 실내 온도 조절 장치를 검증합니다. 기본 테스트 설정은 closed-loop 테스트의 일반적인 구성 요소로 구성됩니다.
- 가상 ECU(V-ECU): V-ECU에는 센서와 액츄에이터에 대한 입력 및 출력으로 테스트할 코드가 포함되어 있습니다.
- 환경 모델: 액츄에이터를 고려하면서 연결된 센서의 값을 시뮬레이션합니다. 열 모델은 표준화된 FMU(Functional Mock-up Unit) 형식을 통해 Copeland에서 제공합니다.
- ControlDesk: dSPACE 실험 및 계측 소프트웨어는 선택된 변수 값을 시각화하고 Copeland가 컨트롤러와 환경 모델을 모두 사용하여 대화형으로 실험 및 테스트할 수 있게 해줍니다.
- AutomationDesk: Copeland는 dSPACE의 강력한 테스트 작성 및 테스트 자동화 툴을 사용하여 이후 단계에서 자동으로 실행되는 테스트 사례 라이브러리를 구축합니다.
가상 트윈으로서의 V-ECU
ECU 검증을 위한 가상 테스트 환경을 설정할 때 테스트 대상 시스템(SUT)을 생성하는 것은 중요한 단계입니다. 이때 테스트할 ECU 코드를 아무런 변경 없이 시뮬레이션에 통합하는 것이 중요합니다. 이를 위해서는 시뮬레이션 환경에서 코드를 호출하고 센서 값과 제어 변수를 모델과 교환해야 합니다. 그 결과, 원래 코드가 포함된 V-ECU 형태로 제어기의 가상 트윈이 생성됩니다.
C 코드에서 V-ECU까지
Copeland의 제어 알고리즘은 C로 개발되었으며, 계단 함수에 통합되어 있습니다. 이 기능은 세 가지 일반적인 작업을 수행합니다.
- 시뮬레이션의 입력 데이터를 코드 내부 변수로 읽어들이기: V-ECU를 사용하면 자유롭게 구성할 수 있는 가상 포트를 통해 이 작업을 수행할 수 있습니다.
- 제어 알고리즘 실행하기: 알고리즘은 방금 설정된 입력 값을 사용하여 출력 변수의 값을 계산합니다. 이 양산 코드는 테스트 대상을 나타내며 나중에 대상 하드웨어에 변경되지 않은 형태로 사용됩니다.
- 계산된 값은 V-ECU의 출력 포트에 기록됩니다.
계단 함수는 글루 코드, 즉 시뮬레이션 환경과 양산 코드 간의 연결고리입니다. Copeland의 특정 애플리케이션에서 이 계단 함수는 100ms마다 반복적으로 실행됩니다. 이 프로젝트에서는 하나의 계단 함수만으로도 V-ECU에 충분하지만 여러 계단 함수를 사용하여 보다 복잡한 시간 동작을 시뮬레이션하는 것도 가능합니다.
요약하자면, V-ECU를 가상화할 때 주요 작업은 다음과 같습니다.
- 통신을 위한 가상 포트 정의
- 호출 주기를 포함한 계단 함수 정의
- V-ECU 컨테이너 파일 구성 및 생성
Copeland는 dSPACE의 V-ECU SDK 덕분에 이러한 모든 작업을 독립적으로 수행할 수 있었습니다.
V-ECU SDK로 간편해진 V-ECU
V-ECU SDK는 C 코드에서 V-ECU를 가상화하고 생성하기 위한 dSPACE의 툴셋입니다. 이 툴셋은 2022년부터 Copeland에서 성공적으로 사용되고 있습니다. Copeland는 SDK 덕분에 기존 C 코드에서 ECU 검증에 적합한 V-ECU를 빠르고 쉽게 생성할 수 있었습니다. Copeland의 시니어 소프트웨어 엔지니어인 Han Hu는 이러한 간소화가 그의 팀과 전체 검증 프로세스에 미친 영향에 매우 만족하고 있습니다. “dSPACE의 V-ECU SDK 덕분에 하드웨어 없이도 언제 어디서나 더욱 유연하게 소프트웨어를 테스트할 수 있습니다.”
분산 작업 및 간편한 SIL 소개
V-ECU SDK 자체의 텍스트 기반 구성과 스크립트 기반 VEOS 자동화를 통해 오픈 소스 소프트웨어 Git와 같이 테스트 설정에 대한 버전 관리 시스템을 쉽게 통합할 수 있습니다.
Copeland에서는 당초 한 명의 전문가가 개략적인 구조를 설정하고 원하는 성숙도에 도달한 다음 Git를 통해 배포했습니다. 이를 통해 전체 개발팀에서 VEOS를 개발 및 테스트 환경으로 사용하기 위한 진입 문턱을 최소한으로 낮추고 오늘날 Copeland에서 확립된 분산 작업을 위한 기틀을 마련했습니다.
요약 및 전망
이 프로젝트의 맥락에서 Copeland는 VEOS를 기반으로 SIL 개발 및 테스트 환경을 설정하고 성공적으로 도입할 수 있었습니다. dSPACE V-ECU SDK 덕분에 특별한 SIL 경험이나 추가 엔지니어링 없이도 이 목표를 달성할 수 있었습니다. SIL 덕분에 Copeland는 단 몇 단계 만에 검증에 대한 실질적인 부가가치를 얻었습니다. 또한 이 예는 SIL이 자동차 산업을 넘어 얼마나 다재다능한지, 그리고 VEOS와 V-ECU SDK를 사용하여 SIL 검증을 시작하는 것이 얼마나 쉬운지 보여줍니다.
Copeland는 SIL 시뮬레이션을 기반으로 AutomationDesk로 자동화된 테스트를 개발하고 있습니다. 이러한 테스트는 SIL 개발을 위한 회귀 테스트로 사용되며 향후 HIL 검증을 위한 준비 작업으로도 사용됩니다.
Copeland Europe GmbH 제공
dSPACE MAGAZINE, 2024년 4월 발행
