ECU에 의한 전자제어는 갈수록 더 복잡해지고 있으며 그 제어 내용도 다양화되고 있다. 최근에는 자동차의 구성 요소 중에서 차량 탑재 전자제어가 중요한 역할을 하면서 그 중요성이 더욱 부각되고 있다. 이 때문에 ECU의 소프트웨어 품질을 단기간에 보증하기 위해서 소프트웨어 검증 방법의 근본적인 효율화가 요구되고 있다.
HILS 환경에 차량 모델을 구현하면, 실제 차량 탑재 조건의 네트워크 통합 시험을 벤치 테스트 환경에서 실시할 수 있다. 또한 HILS에 내장된 자동 테스트 프로그래밍 소프트웨어에 의해 기능 시험 이외에도 단선과 같은 전기적 고장, 통신 이상 등의 고장 진단도 시스템적으로 실시간 시뮬레이션을 자동으로 수행할 수 있다.
본고에서는 효율적인 ECU 소프트웨어 검증을 수행하기 위해서 미쓰비시자동차가 구축한 HILS 기반의 테스트 환경을 소개한다.
이 회사는 향후 확장성을 고려하려 ‘아웃랜더’의 전자 플랫폼을 기반으로 HILS를 설계했다. 아웃랜더는 20개 이상의 ECU가 장착되기 때문에 다섯 대의 랙을 준비하여 테스트 대상의 ECU를 각각의 랙에 접속했다. ECU의 입출력을 담당하는 I/O 보드, 단선이나 단락을 행하는 고장생성 보드를 랙에 설치함으로써 각각의 ECU에 대한 동작 환경을 조절할 수 있게 했다. 랙 간에는 광케이블로 연결하여 각 랙에 탑재된 실시간 프로세서에 의해 초고속 통신이 가능하다. 이렇게 하여 구축된 HILS로 한 대의 가상 차량을 구현했다.
HILS는 컨트롤 PC로 제어된다. 컨트롤 PC에 의해 작성된 시뮬레이션 데이터는 차량 모델이 내장되어 있는 프로세서 보드에서 연산되고 I/O 보드에서 ECU에 전기신호의 입출력이 수행된다. 그 결과 ECU는 실차에 접속되었을 때와 같은 동작을 수행하고, 그 모양을 컨트롤 PC로 확인할 수 있다(그림 1).
자동 테스트
HILS에 가장 기대되는 기능은 자동 테스트이다. 테스트 엔지니어가 수행하는 테스트 순서를 프로그램화하고, 컨트롤 PC의 실행 버튼을 누르는 것만으로 자동 테스트가 가능하다. 자동 테스트는 효율이 양호한 부하 테스트, 해석효율의 향상, 회귀 테스트의 적용, 장시간의 무인 테스트 등의 이점을 제공한다.
소프트웨어 테스트는 방대한 입출력 조건의 조합으로 치밀한 조작 조건을 필요로 한다. HILS는 테스트 프로그램을 완전히 시퀸스화 할 수 있기 때문에 임의의 부하 테스트를 설정할 수 있다. 이에 따라 복잡한 서브루틴이나 장시간의 반복시험 등의 어려운 부하 테스트를 효율적이며 자동으로 수행할 수 있다. 한번 작성한 테스트 프로그램은 테스트 프로젝트로서 관리되기 때문에 재현 시험 시 해석 효율을 비약적으로 향상시킬 수 있다. 대규모의 소프트웨어에 프로그램의 수정이 있었을 경우, 그 수정에 의해 예상 밖의 영향이 나타나지 않는지 회귀 테스트를 수행할 필요가 있다. 이럴 경우에도 HILS에서 관리하고 있는 테스트 프로그램을 활용하면 효율이 양호한 회귀 테스트를 수행할 수 있다. 방대한 테스트 프로그램 수가 개발 테스트에서 필요하지만, 장시간의 무인 테스트가 가능하기 때문에 테스트 엔지니어의 부담은 크지 않다. HILS에 설치되어 있는 dSPACE 사의 ‘Automation Desk’ 자동 테스트 프로그래밍 소프트웨어는 프로그램 코드를 테스트 엔지니어 스스로 작성하지 않아도 복잡한 시퀸스를 그래픽으로 구축할 수 있다.

전원 시뮬레이터를 이용한 전압
변동 시뮬레이션
ECU 불량은 공급전압 변동 시 많이 발생하는 경향이 있다. 미쓰비시자동차는 실차와 동등한 공급전압 변동을 시뮬레이션하기 위해 전용 전원 시뮬레이터를 사용했다.
이것을 HILS와 연동시켜 임의의 전압 파형을 생성할 수 있게 했다. 이를 통해 HILS에서는 무수한 공급전압 파형을 변화시키는 자동 전압 변동 시뮬레이션을 수행할 수 있다.

FIU 유닛을 사용한
단선·단락 시뮬레이션
최근 ECU는 고장 진단 기능을 강화하기 위해서 여러 가지 페일 세이프티(fail safety) 기능이나 고장 코드(Diagnostic Trouble Code, DTC)를 내장한다. 이 때문에 고장이 발생했을 때의 ECU 동작 확인과, 검출된 고장 코드를 확인하기 위한 테스트 환경을 HILS에 구현할 필요가 있다.
이에 대해 고장 생성 보드(Failure Insertion Unit, FIU)를 HILS에 구현했다.고장 생성 보드는 임의의 신호선을 단선시키거나, GND나 전원을 단락시키는 등의 전기적 고장을 자동으로 발생시킬 수 있다(그림 2). 고장 코드의 확인을 위한 진단 소프트웨어도 HILS와 연동시켜서 ECU로부터 자동으로 고장 코드를 읽어낼 수 있게 했다.

게이트웨이 유닛을 사용한
통신 시뮬레이션
ECU의 고장진단 기능은 하드웨어 고장뿐만 아니라, 통신 데이터 이상도 검출할 수 있어야 한다. 이를 위해서 통상적으로는 있을 수 없는 데이터가 송신되었을 경우에 수신하는 ECU의 거동이나 고장 코드를 확인할 필요가 있다. ECU 간에 송수신되는 통신 데이터를 의도적으로 변화시키기 위해서 HILS에 게이트웨이 유닛을 추가했다. 이 게이트웨이 유닛을 사용함으로써 통신 데이터 이상의 시뮬레이션이 가능하다(그림 3).

향후 계획

HILS에 의한 벤치 테스트 환경에서 실차 시험과 동등한 통합 시험이 가능하다. 그러나 자동 테스트 프로그램은 기존의 테스트 표준에 기반하여 작성되기 때문에 새로운 관점에서 프로그램을 재검토하지 않으면 안된다. 보다 적은 시험 항목으로 빠짐없이 테스트 대상을 망라하기 위해서는 소프트웨어 테스트 기법에 준한 시험 방법을 HILS에 도입해야 한다.
가상 차량에서 수행하는 실시간 시뮬레이션은 테스트 효율의 향상 및 개발비용 저감 측면에서 유용하다. CAE 시스템도 그 하나의 예이며, 차량 제어 개발에 있어서 필수 기술이 되었다.