GenRad - 자동차 기능 테스트

Author(s):
GenRad GenRad - GenRad

Industry:
Automotive

Products:
LabWindows/CVI, PXI/CompactPCI, TestStand

The Challenge:
자동차 산업이 직면해 있는 전체적 테스트 문제를 이해하고 자동차 산업을 위한 현재와 미래의 테스트 및 기술 문제에 대처하는 저렴한 기능 테스트 시스템을 구성한다.

The Solution:
산업 테스트 문제에 대처할 새로운 샤시 및 스위칭/스캐닝 하위 시스템 설계. NI와 협력하여 수직 테스트 솔루션 구축을 위해 NI의 소프트웨어와 하드웨어 도구 활용

발췌
자동차에서 전자제어장치(ECU: Electronic Control Unit)는 엔진의 연료 소모를 줄이고 환경을 깨끗하게 유지시킵니다. 또한 탑승자를 편안하게 하고 사고로부터 보호하며 목적지까지 안내해 줍니다.

본 문서에서는 현재와 미래의 주도적 기술과 이러한 기술들이 테스트에 어떤 영향을 미치는지 간단하게 소개합니다. 로딩 요건, 네트워킹 및 기능 ATE에 필요한 기타 중요한 매개변수에 대해 논의합니다. 또한 GenRad에서 선택한 NI 기기 및 소프트웨어와 GenRad가 스위칭과 신호 전처리를 위해 21슬롯 샤시와 6U 형태를 설계한 이유에 대해서도 살펴봅니다.

테스트 문제

GenRad가 자동차 산업의 생산 테스트 문제를 해결하기로 결정했을 때 저희는 NI와 협력 관계를 맺어 GR Versa 제품군을 제작했습니다. Versa를 적합하게 구성하기 위해 우선 기술을 완전히 이해해야 했습니다. 테스트에서 해결해야 하는 몇 가지 기술을 여기 설명합니다.

자동차는 40년 넘게 12V 표준에서 작동해왔습니다. 그러나 현재는 이 전기적 요건으로는 부족하게 되었습니다. 문제는 12V에서 전류가 아주 높다는 것입니다(단일 회로의 경우 최대 60A!!!).

자동차 산업이 42V 시스템으로 이동하고 있는 이유가 여기에 있습니다. 전선 크기의 감소, 커넥터의 열 응력 감소 등이 이로부터 얻어지는 장점입니다.

이 경우 조명에 문제가 있습니다. 전압이 증가하면서 저항을 증가시키기 위해 필라멘트를 더 얇고 길게 만들어야 하는데 그러면 필라멘트가 진동에 취약해질 수 있습니다.
자동차 산업에서 펄스 폭 변조(PWM)를 모색하고 있는 이유가 여기에 있습니다. 이 기술은 평균 12V를 출력하는 AC 신호를 제공합니다. 자동차의 전자장치는 하나 또는 여러 개의 직렬 네트워크 표준을 통해 통신하고 있습니다. 언급한 PWM 모듈 I은 전구가 끊어졌는지를 확인하고 계기판에 표시하여 운전자에게 경고를 줄 수 있습니다. 또한, 잠김 방지 브레이크(ABS)는 자가 테스트를 수행하며, 엔진 배기 시스템은 센서를 모니터링하고 온도 조절장치는 차내를 포근하게 유지시킵니다. 그림 1은 이러한 아키텍처의 복잡성을 나타내는 한 예입니다.

자동차 제조업체에서는 차량을 전자적으로 조종하고 정지시키는 시스템을 개발하고 있습니다. 그림 2에 나타낸 뱇ochDrive/Steer by Wire는 차체가 가볍고 나쁜 조건에서 제어 성능이 좋으며 가격도 저렴합니다.

기타 다음과 같은 기술들이 관심을 끌고 있습니다.
■인터넷 서핑, 휴대전화 음성 인식 및 멀티미디어와 GPS 제어를 제공하는 PC
■주머니의 트랜스폰더를 감지하고 거울, 좌석, 온도 제어, CD/라디오 등 자동차를 원하는 대로 조정하는 수동 원격 무선 엔트리 시스템
■비디오 및 게임을 의자 등쪽으로 보내고 음악을 해당 헤드셋으로 보내기 위한 광섬유 네트워크
■안전을 위해 인접 차량과의 거리와 속도를 일정하게 유지하기 위해 레이더와 작동하는 자동 속도 조정 시스템
■머리 위 디스플레이에 피사체를 투영하는 강화된 야간 적외선 비전

기술	엔진 관리 장치	전기식 파워 핸들	ABS 모듈	차체 컨트롤러	변속기 컨트롤러	에어백 제어	무선 엔트리	대화식 운행 제어
매개변수
I/O 카운트	60-130	25	10	80	25	25	10	없음
I/O 아날로그 %	80%	90%	100%	50%	10%	90%	90%	80%
전압 범위	400VAC	15 VDC	200 VAC	15 VDC	15 VDC	200 VAC	15 VDC	15 VDC
주파수 범위	50kHz	없음	20kHz	DC	10kHz	DC	350-450MHz	8GHz
전류 범위(로드 종류)	50A(연료 분사기) 10A(점화 코일)	60A(파워 핸들 펌프)	30A(브레이크 펌프)	20A(창 모터)	20A(변속기 솔레노이드)	20A(스퀴브 발포 – 최대 힘)	10A(잠금 솔레노이드)	10A(스로틀 제어 모터)
최대 피크 전류(시간)	100Ms	5s	1s	10s	1s	100Ms	500Ms	3s
고전류 노드 수	12	1	2	10	8	2	3	1
평균 전류	10A	20A	2A	2A	2A	500A	5A	5A
네트워크	예	예	예	예	예	예	예	예 표

이 기술을 어떻게 테스트할 것인가?
이러한 과제를 해결하기 위해 자동차 테스트가 어떤 방향으로 전개되어야 하는지 살펴보도록 하겠습니다.

동시성은 다수의 측정을 나란히 수행하는 것과 관계가 있습니다. 이는 여러 가지 이유로 중요합니다.
■ 한 번에 하나의 측정만 수행하면 ECU 테스트에 시간이 오래 걸립니다.
■ 비동기적 기능
■ 인라인 테스트의 증가된 인기

테스트의 병렬 진행을 위해 ATE에는 다중 스레드를 지원하고 각 스레드가 하나 또는 다수의 ECU에 대한 하나의 특정한 자극이나 측정을 제어하는 소프트에어 환경이 필요합니다. 또한 최소의 CPU 대역폭으로 다른 기기와 독립적으로 작동하는 것으로 정의할 수 있는 로컬 기기 인텔리전스가 병렬 테스트에서 하나의 역할을 담당할 수 있습니다. 테스트가 캡처되거나 신호가 생성되면 기기가 테스트 상태와 관련 데이터를 CPU로 보냅니다.

모든 새로운 기술들이 그렇듯이 ECU에 대한 테스트 요건도 확대되고 있습니다. 표 1에서 주요 ECU에 대한 보편적인 테스트 요건을 볼 수 있습니다. 기능 테스트 플랫폼은 이러한 ECU를 테스트하고 미래 기술을 지원하기 위해 확장할 수 있어야 합니다.

네트워크 테스트의 경우 문제는 채널 수와 각각의 프로토콜입니다. 복잡한 ECU에는 여러 네트워크 채널이 있습니다. 중앙 ECU는 엔진 제어, ABS 브레이크 및 변속기와 통신할 수 있습니다. 패널화된 형태로 ECU를 테스트하는 경우 UUT 간에 테스터의 네트워크 채널을 전환하거나 필요한 모든 채널을 지원하는 계측 구성이 필요합니다.

자동차는 전자 기계 집약도가 높기 때문에 항상 모터나 솔레노이드 시뮬레이션을 하게 됩니다. 창 모터, 파워 록, 연료 분사 등과 같은 로드를 테스트 시스템에 도입하거나 에뮬레이션해야 합니다.

시스템 로드 문제는 테스트하는 ECU에 달려있습니다. 예를 들어, 엔진 관리 장치는 연료 분사장치를 동작시키고 코일에 점화 불꽃을 일으켜야 합니다. 대부분의 분사장치에는 최대 50A에 이르는 높은 전류가 순간적으로 흐릅니다. 점화 플러그는 전류는 낮지만 점화 과정에서 역기전력이 매우 높은 경향이 있습니다. 로드 회로의 설계 시에 이러한 매개변수, 테스터의 신뢰성 및 오퍼레이터 안전을 고려해야 합니다. 테스트 중 이러한 로드 전체에 걸쳐 파형 특성을 분석해야 할 수 있습니다.

무엇이 빠져 있는가?
이러한 요건을 모두 고찰한 후 필요한 기술을 정의하기 시작했습니다. 아래는 이러한 시장에 대처하기 위해 내린 결정들입니다.

패널화된 대량의 ECU를 위한 많은 측정을 처리하기 위해 표준 NI PXI 샤시에서 이용할 수 있는 7개 이상의 기기 슬롯이 필요했습니다. 따라서 가능한 최악의 경우에도 충분하다고 판단되는 21슬롯 샤시를 설계했습니다.

3U 크기는 계측에 이상적이었지만 스위칭과 신호 컨디셔닝을 위해 6U 크기 장치로 이동해야 한다는 것을 알게 되었습니다. GenRad는 ■6U Plus■라는 크기에 이른바 PXIscan이라는 스위칭 모듈을 설계했습니다. 그림 3에 나타낸 것과 같이 3U PXI 카드의 3배 정도 크기(거의 80평방인치)가 되도록 스위칭과 신호 컨디셔닝을 설계했습니다. 이를 통해 컴팩트한 테스트 시스템을 얻기 위해 시스템 슬롯을 최대로 활용할 수 있습니다. SCXI도 고려했었지만 현재의 설계로 더 작은 시스템 크기가 가능했는데 이는 자동화 환경에 필요한 것이었습니다. 배선에서도 길이와 복잡성이 줄어들었습니다.

또한 6U 형태로 자동차 네트워크를 테스트하기 위한 모듈을 설계했습니다. 이 크기는 단일 모듈에 충분한 채널을 두어 대부분의 테스트 요건을 해결할 수 있었습니다.

테스터 구성
다음은 자동차 테스트의 폭 넓은 요건을 만족시키기 위한 구성 예입니다. 그림 4는 시스템 예입니다.

GenRad 구성요소
샤시
PXIscan 컨트롤로 모듈 및 소프트웨어
64 x 4 차동 스캐너
신호 전처리 카드
Quad Amplifier 카드
Hi-전류 스캐너
자동차 네트워크 모듈
광대역 모듈

NI 구성요소
MXI-3 컨트롤러
NI LabWindows CVI
NI TestStand
NI 4060 DMM
PXI-6030E 다기능 I/O
NI 6602 카운터/타이머
NI 5411 임의 파형 발생기
NI 5112 오실로스코프
NI 6040E MIO
NI 6533 32 pin Dynamic Dig I/O

이 구성은 ABS에서 엔진 관리 장치까지 폭 넓은 요건을 만족시킵니다. 완벽한 시스템을 구성하려면 추가 하드웨어와 애플리케이션이 필요합니다. 이를 통해 시스템 통합자는 애플리케이션을 개발하고 이를 고객 시설에 완전 통합시키는 전문 분야에 집중할 수 있습니다.

결론
자동차 산업에 대한 GenRad의 분석, 85년 동안 테스트 분야에서 활약한 전력 그리고 NI의 광범위한 소프트웨어 및 하드웨어 도구는 GR Versa를 매우 성공적인 제품으로 만들었습니다. GenRad는 계속해서 NI의 도움으로 이 제품군을 개발하여 다른 산업에서도 활용할 계획입니다.

참고문헌
1. LIN Technology for Automotive – Copyright 2000 by Motorola Inc.
2. Electronics Growth will Drive New Auto Industry – Michael Heidingsfelder, RolandBerger NA –
4/14/2000
3. A Vision of the Future of Automotive Electronics – Daniel K. Ward & Harold L. Fields – Delphi
Delco Electronics – Intelligent Vehicle Systems (SAE SP-1538)
4. Automotive testing Requirements – Harry Watt – GenRad, Inc. – 1998
5. Automakers Press for Low-Speed LIN Network – Test & Measurement Online – 3/23/2000
Figure 4

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