高い

Jun 10, 2023

ポルシェ エンジニアリングは、電気ドライブの開発に最先端のテスト手順を使用しています。これには、現実のテストと仮想環境で実施されるテストの両方が含まれます。 これらを使用すると、開発時間を大幅に短縮し、必要なテスト車両の数を減らすことができます。

電気ドライブ用の新しいコンポーネントやシステムの開発効率を向上し続けるために、ポルシェ エンジニアリングは、高電圧技術の要件に特に適合したテスト方法を使用しています。 一例として、高電圧バッテリーはビーティッヒハイム・ビッシンゲンとナルドの拠点にある車両およびコンポーネントのテストベンチでテストされ、パルス インバーター (PI) のソフトウェアのテストにはハードウェアインザループ シミュレーション環境が利用可能です。 これには、仮想車両システムで実際のハードウェアをテストすることが含まれます。

PI は、バッテリーからの DC 電圧を多相 AC 電圧と電気駆動モーター用の関連する回転磁界に変換するため、電気自動車において重要な役割を果たします。 エネルギー回収がオーバーラン モードでアクティブになっている場合、PI は逆方向に動作し、モーターの AC 電圧をバッテリーの充電に使用される DC 電圧に変換します。 ポルシェ エンジニアリングのテクニカル プロジェクト リーダー、ラファエル バンザフ氏は、「さまざまな運転状況におけるさまざまなパフォーマンスと快適性の要件に合わせた正確な PI 制御には、非常に複雑な制御アルゴリズムと安全機能が必要で、ドライブを稼働させる前にテストする必要があります」と説明します。 「これには、たとえば、エアバッグ展開による衝突などの例外的な状況において、駆動システムが安全な状態に入るようにすることが含まれます。」 PI-HiL システムの開発前は、テストは車両内または実際のテストベンチで実行する必要があり、コントロール ユニットのソフトウェア エラーが発生した場合に何かが損傷するリスクが常にありました。

そこでポルシェ エンジニアリングは、実際の PI ECU がハードウェアインザループ (HiL) として統合された、PI ソフトウェアをテストするためのテストベンチ コンセプトを開発しました。 「ECU は車両のバージョンとまったく同じであるため、インストールされているソフトウェアの機能について信頼できる結論を導くことができます」とポルシェ エンジニアリングの開発エンジニア、トーマス フクテンハンスは述べています。 「唯一の変更は、ECU 内の PI 制御基板などの低電圧コンポーネントから高電圧コンポーネントを切り離すことです。これは機能と安全の両方の理由から必要ですが、テストには影響しません。」

HiL テストの実行時、PI コントロール ボードは実際のハードウェアを起動するのではなく、PI 電源ユニットのシミュレーションを起動します。 これは、エアバッグやモーターなどの車両システムによって引き起こされる PI 制御への影響を考慮に入れるために、高電圧バッテリー、電気駆動モーター、バス システム、および車両の残りの部分のシミュレーションにリンクされます。ブレーキ制御システムとドライバーはPI制御で制御されます。 逆に、シミュレーションは相電流や温度などの仮想センサー データを PI 制御ユニットに送り返し、それによって制御ループを閉じます。 リアルタイム機能に対する要求が高いため、バッテリーと車両の残りの部分のシミュレーションはリアルタイム コンピューター (RTPC) で実行されますが、シミュレーションを可能にするさらに高速な FPGA (フィールド プログラマブル ゲート アレイ) も使用されます。ナノ秒範囲内の時間は、パワーエレクトロニクスと電気モーターに使用されます。

HiL テストベンチで可能なテスト範囲には、主に仕様要件に従った機能テストが含まれますが、新しいソフトウェアのフラッシュ テスト、車両内でさらなる分析が行われる前の安全ステップとしての検証テスト、インターフェイス、診断機能、実行時間、サイバーセキュリティおよび仮想耐久性テストの実行時間。 「実際のテストベンチや車内でのテストを PI-HiL に完全に置き換えることはできませんが、その範囲を大幅に縮小することで、実際のテストベンチの負荷を軽減し、コストを大幅に削減しながら安全性も向上させることができます」と Banzhaf 氏は報告しています。 。

PI-HiL テストベンチの開発は、ポルシェ エンジニアリングの異なる拠点間の緊密な協力の結果です。 現在 6 台の PI-HiL システムが使用されており、この容量はさらに増加する予定です。 「私たちのアプローチの特別な特徴は、テストベンチを制御するための完全なリモート アクセスです」と Füchtenhans 氏は言います。 「これにより、たとえば、スウェーデンや米国でテストを実行しているアプリケーション エンジニアが、その場所からシミュレーションを制御できるようになります。すべてのテストベンチは相互に接続され、アーカイブ システムにも接続されているため、サーバー上のデータを利用できるようになります。特に上海拠点では、ヨーロッパと中国の時差により、チームの国際ネットワークで 24 時間体制でテストの実施と評価が可能であるため、この点で高いテスト効率を実現する素晴らしい機会が提供されます。 」

ポルシェ エンジニアリングの PI-HiL のもう 1 つの利点は、その高度な自動化です。 顧客から提供されたPI制御システムの要件ドキュメントが自動的にインポートされます。 テスト仕様は顧客の仕様から自動的に導出され、実装可能なさまざまなテスト ケースやトライアルを生成するために使用されます。 「クローズドな自動化チェーンにより、テスト プロセス全体の効率が向上します。PI テスト シリーズの 1,000 を超えるテスト ケースを手動で作成するのに数週間を費やす代わりに、必要な時間はわずか数時間だけです。」と Banzhaf 氏は言います。

将来的には、人工知能 (AI) 手法を採用する計画もあります。AI は、自然言語処理 (NLP) を使用して、単純なテキスト文書として提供された要件仕様を正しく解釈し、機械可読コードに変換することが期待されています。 これは、テスト シーケンスを自動的に生成するための基礎として使用されます。 現在、この活動は、システム全体の包括的な専門知識を持っている必要がある専門家によって実行されています。 「私たちのアプローチは専門知識をデジタルの世界に移し、開発時間とコストの節約に役立ちます。初期の検証は非常に成功しました。したがって、中期的には定期的なテストプロセスでも AI を使用すると確信しています」と Banzhaf 氏は説明します。 。

仮想テスト手順はますます多くの領域をカバーしていますが、高電圧バッテリーの実際のテストを完全に置き換えることはできません。 このため、ポルシェ エンジニアリングはビーティッヒハイム ビッシンゲンに車両、システム、セルのテストベンチを備えた大規模なインフラストラクチャを維持しています。 前者はバッテリーを部品レベルでより正確に分析するために使用され、後者は電池化学レベルで結論を引き出すこともできます。 運転プロファイルと負荷スペクトルを柔軟に適応させることで、テストに関連する運転状況をシミュレートできます。 テストの目的に応じて、バッテリーの充放電挙動、容量、内部抵抗、温度挙動がキャプチャおよび記録されます。

バッテリーは、たとえば WLTP 運転サイクルでのバッテリー容量や電流の測定など、車両のテストベンチに取り付けた状態でテストできます。 これは、20,000 キロメートルごとのバッテリーのテストが必須のテスト範囲の一部である耐久テスト車両では特に重要です。 「テストのためにバッテリーを取り外すと時間がかかりすぎます。取り外しには約 1 週間かかりますが、車両の納入とテスト準備からテストとデータ評価までの所要時間は、当社にとってわずか約 48 時間です」と Dirk Pilling 氏は言います。 , ポルシェ エンジニアリングの高電圧バッテリーの開発エンジニア。 同氏はまた別の側面も指摘し、「例えばバッテリーを車体に接続しているネジが緩められ、その後の再取り付け時に再び接続されるため、バッテリーの作業により車両の耐久性テストが改ざんされる可能性がある」と述べた。 リークテストは、別のテストベンチでバッテリーハウジングに対して実行できます。 ポルシェ エンジニアリングの高電圧バッテリー プロジェクト リーダーであるウルリッヒ ランゲ博士は、「液漏れは、特に腐食や振動による損傷によって引き起こされます。その後、バッテリー システムに水が侵入すると、ショートが発生する可能性があります」と説明します。

統合ワークショップは、ビーティッヒハイム ビッシンゲンのすべてのバッテリー テストで重要な役割を果たしています。 「バッテリーは測定用に準備され、必要なセンサー技術が装備されていますが、バッテリーパックとモジュール全体もテスト用のプロトタイプとしてセットアップされ、テスト後の評価のためにバッテリーは分解されます」とランゲ氏は言います。 場合によっては、ワークショップでは、ナルド テクニカル センター (NTC) でのテスト用のバッテリーの準備も行います。

過去 2 年間にわたり、ポルシェ エンジニアリングは、GB/T および ECE に準拠した高電圧バッテリーの「誤用テスト」のために、NTC に完全なテスト施設を設置してきました。 これには、例えば過熱によって引き起こされる可能性のあるバッテリーセルの「熱暴走」が発生した場合に、バッテリーがどのように反応するかを調べることが含まれます。 NTC では、これらの悪用検査は建物内で実施されます。 「密閉された建物内での熱暴走試験では、バッテリー内で燃焼する火災が制御下にあり、いかなる損傷も引き起こさないことを確認するために、測定の実施方法に厳しい要求が課せられます」と、ナルド テクニカル センターの BEV コーディネーター、アントニオ トマ氏は述べています。

したがって、ナルドのエンジニアリング チームは、NTC の安全専門家および消防士と協力して、洗練された安全コンセプトを開発しました。 納品後、バッテリーはテストを受ける前に検査用に準備されます。 自動的に作動する消火システムにより、高い安全性が確保されています。 テスト後にバッテリーの状態が評価されます。 重大な場合は、NTC の専門家が損傷の分析と調査結果を開始できるまで、バッテリーを火災感知器を備えた施錠された箱の中で 24 時間休ませる必要があります。 検査後、バッテリーは防火システムを備えた避難所に保管され、廃棄されるのを待ちます。

これに基づいて、NTC はセルの過熱や自然発火試験だけでなく、顧客の要件に合わせたバッテリーの誤使用試験やバッテリーハウジングの耐火性の分析も含む包括的なサービスを提供しています。 。 サービスの範囲は、保管、準備、テストの実行から事後分析や詳細なレポートまで多岐にわたります。 「試験棟での試験の大きな利点は、実験室の条件下で作業できることです。さらに、私たちは自動車開発の経験があるため、特定の要件を理解しており、その共通の基盤を持って顧客と協力することができます。」とトーマ氏は言います。

ポルシェ エンジニアリングは、現実のプロセスと仮想プロセスを組み合わせて、カスタマイズされたテスト サービスを提供できます。 どちらの場合でも、顧客は最先端のテクノロジーにおける専門知識、手法、サービスの恩恵を受けることができます。

ポルシェ エンジニアリングは、高電圧テクノロジーの要件に特に適合したテスト方法を使用します。 これらには、従来のテスト ベンチだけでなく、PI コントローラーの仮想テスト用の HiL テスト ベンチも含まれます。 将来的には、人工知能は開発時間とコストを節約するのに役立ちます。

本文はポルシェ エンジニアリング マガジン 2023 年 1 号に初掲載されました

著者: リチャード・バックハウス

写真：ラファエル・クロエッツ。 ルカ・サンティーニ

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