HILS 검증

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

차량용 ECU(Electronic Control Unit, 전자제어단위) 및 부품은 점점 다양하고, 복잡해지고 있습니다.

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메르세데스-벤츠 S클래스나 BMW 7시리즈, 현대 제네시스와 같은 고급 차종에는 ECU가 70~100여 개 탑재되어 있어서, 더 이상 수작업으로 시험하거나 실제 자동차(실차) 환경에서만 시험하기에는 시간, 비용 등 한계를 보이고 있습니다. 그렇기 때문에 실차 시험 전에 모의실험(simulation) 환경에서 테스트를 선행하여 이런 한계점을 줄여나가고 있는 추세입니다.

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현재, 혼다, 아우디, 미쓰비시 등의 외국 자동차 업체들은 차체(car body), 동력전달장치(power train), 샤시(shassis)의 ECU 별로 모의실험 환경을 구성하여 총 30~100여 대 정도의 장비로 환경을 구축하고, 검증을 수행하고 있습니다. 국내 자동차 업체 역시, HILS(Hardware In the Loop Simulation) 검증의 중요성을 이해하고, 현재 안정적인 HILS 환경을 구축하는 데 박차를 가하고 있습니다.

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또한, 지난 2011년 ISO에서 자동차 기능 안전 표준인 ISO 26262를 제정하여 항목 선정부터 양산, 폐기까지 준수해야 할 항목들을 정하였습니다. 그중에서도 단위 시험(Unit Testing)과 통합 시험(Integration Testing) 과정에서 HILS 검증을 언급하고 있고, 요구사항 검증 단계에서는 적극 권장하고 있어서 HILS 검증이 큰 주목을 받기 시작했습니다.

 

 

 

 

 

 

 

 

HILS 검증이란

HILS란 Hardware In the Loop Simulation의 약어로, 복잡한 실시간 시스템의 개발 및 시험에 사용되는 기술입니다. HILS 검증 환경은 아래 그림처럼, 제어 시스템, 플랜트 그리고 HIL 모의실험기(simulator)로 구성됩니다. 제어시스템은 각종 제어기를 의미하고, BCM, IBU, Cluster, DDM, ADM 등을 예로 들 수 있습니다.

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플랜트는 제어기와 연결되어 있는 물리적인 부분으로, 감지기(sensor), 구동기(actuator) 등으로 구성됩니다. 마지막으로 HIL Simulator는 가상으로 환경을 구축하여 실제 자동차 환경을 모사할 수 있는 장치입니다.

 

 

 

 

 

 

 

HILS 검증의 장점

HILS 검증을 이용하면, 자동차처럼 여러 모듈들이 모여서 하나의 시스템을 형성하는 경우에 전체 시스템이 완성되기 전에 각각의 모듈에 대해서 성능시험을 진행할 수 있으므로 개발 기간을 단축할 수 있고 여러 단계 시험을 거치므로 최종 품질 향상도 기대할 수 있습니다.

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또한, 비용 절감도 기대할 수 있습니다. 보통의 경우 실제 제품을 만들어서 시험하는 것보다 모의실험(simulation)으로 대체하는 것이 비용이 낮으므로 HILS 검증을 하는 것이 완성 제품을 개발하는 비용을 줄일 수 있습니다. 특히, 통합 시험의 경우 실제 자동차 환경에서 시험할 때 단선, 센서 고장, 차량 충돌 시험 등 위험하거나 물리적 파괴가 따르는 경우가 발생할 수 있습니다.

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예를 들어 차량 충돌 시험을 한다고 가정해 보겠습니다. 실제 자동차로 시험을 진행하는데 정상 동작이 하지 않는다고 가정하면 결함을 발견하기 위해 몇 대의 자동차가 손상될 수 있고, 결과적으로는 시간, 비용과 더불어 시험 수행 시 안전에 대한 문제가 발생할 수 있습니다.

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따라서 HILS 검증을 통해 가상 환경에서 입출력 신호를 통해 결함을 확인하고, 정상 동작 확인 후 실제 자동차 환경에서 시험을 진행하여 물리적인 손실이나 시간을 줄일 수 있습니다.

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HILS 검증 방식

 

1. 검증 대상 구분

우선 크게 차체, 샤시, 동력전달장치 ECU 등으로 구분을 할 수 있습니다. 예를 들어, 차체 ECU 검증을 한다고 하면, 차체 ECU 중에서도 시험 대상 제어기를 선정하고, 관련 규격을 분석합니다.

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2. 환경 구축

선정한 시험 대상 제어기와 HILS 장비와 PC 간의 환경을 구축합니다. 이때 각 제어기의 입출력 신호를 고려하여 장비와 PC를 연결해야 합니다. 제어기와 HIL Simulator의 연결은 실제 통신선 연결 작업으로 이루어지고, 이렇게 연결한 것을 바탕으로 하여 PC로 제어할 수 있도록 환경을 구축합니다. PC로 환경을 구축할 때는 HILS 장비와 연동되는 관련 도구를 선정하여 활용할 수 있습니다.

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3. HILS 검증 수행

환경 구축을 마치고 본격적으로 HILS 검증을 수행합니다. 기본적으로 각 제어기의 규격서를 바탕으로 시험 사례(test cases)를 생성하여 검증을 수행합니다. 이 외에도 악의 조건 평가, Fail-safety 관점의 평가 등을 수행할 수 있습니다.

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4. HILS 검증 결과 분석 및 수정

HILS 검증 후 수행 결과를 분석합니다. 시험 사례 혹은 HILS 장비 연결 문제인지 하드웨어 또는 소프트웨어의 결함인지를 파악하는 등 결함 여부를 결정합니다. 만약 결함이라면, 제어기 개발 업체에 전달하여 적절한 조치를 취하게 됩니다. 결함이 수정되면, 다시 HILS 검증을 수행하여 결함이 더 이상 발생하지 않는지 확인합니다.

 

 

 

 

 

 

 

지금까지 알아본 것처럼, HILS 검증은 실제 차량과 거의 동일한 환경에서 검증을 수행할 수 있는 효율적인 검증 방식입니다. 또한 자동차뿐만 아니라 무인 항공기, 선박, 무기 등 실제 환경에서 시험하기 어려운 분야에서도 활발하게 적용되고 있습니다.