최근 자동차 복잡도는 점점 더 증가하고 있습니다. e-모빌리티, 자율 주행, 커넥티드 카와 같은 topic은 자동차 제조업체가 신차를 개발할 때 소프트웨어 개발이 점점 더 중요한 구성 요소가 된다는 것을 의미합니다. MIL(Model-in-the-Loop), HIL(Hardware-in-the-Loop) 및 SIL(Software-in-the-Loop)과 같은 기존의 테스트 방법은 통합 소프트웨어 배포 지점이 다양할 경우, 짧은 신차 개발 일정으로 인한 한계점이 분명합니다.

이러한 문제를 해결하기 위해, 자동차 제조업체들은 소프트웨어 인증 및 검증에 대해 더욱 포괄적인 접근 방식으로 전환하고 있습니다. 이 문서에서는 가상 검증 환경을 사용하여 오늘날의 자동차에서 새로운 기술의 복잡성을 관리하는 방법에 대해 기술합니다. 구체적으로, 여기에는 dSPACE 툴 체인을 사용하여 48V 배터리 관리 애플리케이션을 검증하는 KPIT에서 개발한 가상 테스트 벤치가 포함됩니다.

통합 소프트웨어 검증의 당면 과제

임베디드 소프트웨어의 품질을 높이고자 하는 경우에는 더 많은 테스트(회귀)만으로만 이 작업을 수행할 수 있는지 의문을 가질 수 있습니다. 그러나 테스트는 이미 프로젝트 일정과 자원의 많은 부분을 차지하기 때문에 실행 가능하지 않습니다. 조직의 테스트 및 디버깅 프로세스는 전체 소프트웨어 플랫폼(예: 공유 소프트웨어 라이브러리)에 영향을 미치므로 테스트 복잡성이 증가합니다. 예를 들어, 단일 소프트웨어 기능 또는 구성 요소는 수십 가지 variant 제품(저/중/고급, 국가별 등)으로 사용될 수 있습니다. 결국 이것은 수천 개의 테스트로 이어지며, 버그가 한 variant제품에서 수정되면 이 변경이 다른 모든 variant 제품에도 영향을 미친다는 단점이 있습니다.

또, 다른 단점은 소프트웨어 통합 테스트가 HIL 테스트 벤치에서 순차적으로 수행된다는 것입니다. 따라서, 소프트웨어 통합 오류는 개발 cycle의 마지막에 발견되며, 이로 인해 전체 개발 일정이 지연될 수 있습니다. 또한, HIL(Hardware-in-the-Loop) 환경은 통합 및 테스트 팀이 일반적으로 HIL 환경을 공유하기 때문에 소프트웨어 팀이 액세스하기 어렵습니다. 각 팀마다 약간 다른 HIL 구성이 필요할 수 있으며, 그로 인해 오류가 발생하기 쉽고 구성 시간이 오래 걸릴 수 있습니다. 또한, 이는 전체 프로그램에 대한 전체 테스트 시간을 증가시킵니다.

KPIT의 가상 테스트 벤치 기술 책임자인 Priyanshi Gupta는 다음과 같이 설명합니다. "우리의 가상 테스트 벤치(VTB)는 dSPACE가 제공하는 솔루션을 사용하여, component 레벨에서 HIL 테스트 벤치를 가상으로 재현합니다. 예를 들어, 차량 관리 시스템, e-드라이브 인버터 및 배터리 관리 시스템 레벨의 테스트입니다.” 이러한 가상 테스트 벤치 세트는 dSPACE 시뮬레이션 소프트웨어인 VEOS, dSPACE 아키텍처 소프트웨어인 SystemDesk, dSPACE 자동차 시뮬레이션 모델(ASM)인 plant 모델 및 레스트버스 시뮬레이션 컨테이너를 통합하여 생성됩니다. 또한, 표준 테스트 Tool은 VTB에 연결되어 VTB와 HIL에서 일관된 테스트를 실행할 수 있습니다.

Gupta는 다음과 같이 덧붙입니다. "이러한 접근 방식은 전체 차량 시스템에 확장 가능하며 회사의 모든 엔지니어가 사용할 수 있는 보다 빠른 개발, 통합 및 검증 프로세스를 가능하게 합니다.” "이 과정에서 클릭 한 번으로 테스트 환경을 설정하고 업데이트할 수 있으며, 필요에 따라 지연 없이 확장할 수 있습니다. 또한, 다양한 OEM 전용 Tool 및 지속적 통합/지속적 배포 파이프라인과 쉽게 통합되어 이점을 극대화합니다.”

배터리 관리 시스템의 가상 HIL 테스트를 위한 애플리케이션 사용 예

배터리 관리 시스템(BMS) 테스트의 주요 초점은 여러 소프트웨어 및 하드웨어 구성 요소에 적용되는 모든 기능들에 있습니다. 일반적으로, 이러한 테스트는 실제 하드웨어, 주변 장치, 물리적 연결이 필요하며 작업자가 런타임 동안 하드웨어 및 주변 장치를 분리할 수 있도록 하는 HIL 설정으로 수행됩니다. 이러한 테스트 방법의 좋은 예는 주변 장치 결함(하드웨어 레벨 결함 주입)을 주입한 후 알고리즘을 확인한 다음 배터리 알고리즘을 검증하는 것입니다.

전기 자동차(EV) 또는 하이브리드 전기 자동차(HEV)에서 배터리 팩은 전체 전기자동차 시스템의 안전성, 효율성 및 신뢰성을 보장하기 위해 지속적으로 모니터링되고 관리되어야 합니다. 이를 위해서는 배터리의 충전 상태 모니터링, 최적의 충전 알고리즘, 셀 및 열 밸런싱 기능을 위한 회로가 포함하는 배터리 관리 시스템(BMS)이 필요합니다. BMS는 다른 온보드 시스템과도 작동합니다. 또한, 차량이 가속 또는 제동 중일 때와 같이 급속하게 변화하는 충전 및 방전 조건에서도 실시간으로 작동해야 합니다.

그림 2는 센서 필터링 구성 요소 중 하나의 설계 결함이 전체 소프트웨어, 해당 알고리즘, 제어 및 지속적인 진단에 어떻게 영향을 미치는지 명확하게 보여줍니다. 이 문제는 KPIT BMS 소프트웨어 플랫폼의 검증 중에 발생했으며 VTE에서 감지되었습니다. KPIT의 BMS 제어 및 소프트웨어 솔루션 설계자인 Debango Chakrobarty는 다음과 같이 말합니다. "전체적으로, dSPACE 툴 체인 및 환경을 사용하여 BMS 소프트웨어 플랫폼의 90%를 성공적으로 검증할 수 있었습니다.”

진단 서비스 프로토콜의 확장 및 검증

진단 서비스는 일반적으로 여러 그룹에 의해 기능 또는 프로토콜의 단계에서 집중적으로 수행됩니다. 그러나 dSPACE 환경의 유연성은 KPIT가 통합 진단 서비스(UDS) 및 관련 기능과 같은 진단 서비스 프로토콜을 확장하고 검증하는 데 도움이 되었습니다. KPIT는 BMS 소프트웨어에 대한 개방 테스트 시퀀스 교환(OTX) 및 사용자 지정 기능과 같은 표준 테스트 제품군을 테스트하여 진단 및 소프트웨어 개발 문제를 확인하고 해결했습니다.

VHIL 구성 요소는 런타임 동안 플랜트 모델의 입력을 변경하여 오류를 생성하는 데 사용되었습니다. 이를 통해, 소프트웨어가 올바른 진단 에러 코드를 trigger했습니다. 또한, KPIT는 표준 준수를 확인하기 위해 OTX를 실행하는 타사 Tool을 통합했습니다. 이를 통해, BMS의 응답이 검증되었습니다.

또, 다른 테스트에서는 접촉기가 성공적으로 닫혔는지 확인하기 위해 모든 물리적 매개변수를 정상 범위 내로 유지하여 BMS가 CAN의 고전압 요청을 통해 고전압의 동작 상태를 보고할 수 있도록 했습니다. 셀 과전압 결함은 중요 과전압 임계값을 초과할 때까지 셀 전압을 증가시킴으로써 배터리 플랜트 모델에 의해 주입되었습니다. 이에 대한 응답으로 BMS는 과전압 결함의 영향을 받아 접촉기를 열었으며 CAN을 통해 상태를 모니터링했습니다. 이를 통해 결함 주입에 대한 closed-loop 검증이 보장되었습니다.

마지막 테스트 사례에서 KPIT는 배터리 플랜트 모델에 저온 고장이 발생한 셀 온도 센서를 주입했습니다. BMS가 전송하는 파워 제한 값이 가상 CAN 버스를 통해 모니터링되었습니다. BMS 파워 제한은 하강 램프를 나타냈으며, 이는 시스템이 limp-home 모드로 전환되었음을 의미합니다. 열 시스템 출력에 응답하여 BMS 열 조절 지령이 표시되었습니다.

KPIT의 가상 테스트 환경은 위에서 설명한 테스트 외에도 모든 통신 프레임에 대한 회귀 테스트, 통합 기능 검증 및 차량 수준의 가상 테스트 벤치로의 확장을 가능하게 했습니다.

또한 가상 테스트 벤치의 실행은 지속적 통합/지속적 테스트(CI/CT) 워크플로우에 통합됩니다. 개발 주기 전반에 걸쳐 100개 이상의 데이터 파이프라인이 정의되어 구성 요소부터 시스템 수준에까지 이르는 모든 고객의 테스트를 보장합니다. 테스트 실행 프로세스의 단순화된 버전이 그림 3에 나와 있습니다. BMS 테스트 벤치에 대한 구현은 Jenkins CI를 사용하여 설정됩니다. 이러한 파이프라인은 서로 다른 기술을 사용하여 서로 다른 KPIT 고객에서 구현되었습니다.

가상 테스트 환경의 장점

플랫폼 기반 접근 방식이 오늘날의 제품 개발 환경에서 점점 더 인기를 얻게됨에 따라 KPIT VTE와 같은 가상 테스트 벤치는 테스트 효율성을 최대화하면서 구성 요소 플랫폼을 더 많은variant제품으로 확장, 조정 및 변환할 수 있는 완벽한 환경을 제공합니다.

KPIT의 가상 테스트 환경 설계자인 Neeraj Patidar는 "우리는 dSPACE와 함께 모든 OEM 차량 프로그램에 대한 구성 요소, 하위 시스템 및 차량 수준에서 테스트를 수행하는 데 사용할 수 있는 이 테스트 환경을 개발했습니다."라고 보고합니다. "장점은 분명합니다. 구성 요소 수준의 가상 HIL 설정 및 환경은 ECU 소프트웨어의 더 빠른 검증을 가능하게 하며 V-사이클 전반에 걸쳐 테스트 범위를 90% 증가시킵니다." KPIT는 고객에게 OEM 구현을 위한 전용 가속기로 VTE 구성 요소를 제공합니다. VTE는 동시에 여러 테스트 작업을 제출할 수 있는 수천 명의 동시 사용자를 위해 정확하고 안정적인 공동 시뮬레이션 환경을 제공합니다.

KPIT Technologies Ltd 제공