ETAS INCA Add-on HIOKI イータスが電力計測の老舗をパートナーに迎え、電動パワートレーンの開発を加速 PR

• 2020/07/16
• Motor Fan illustrated編集部

ブックマークする

電動パワートレーンの開発には内燃エンジンのそれとは異なる計測技術が求められる。なかでも難しいのが、インバーターの高速スイッチングによる高周波成分を含む高電圧、大電流の電気計測だ。

TEXT：髙橋一平（Ippey TAKAHASHI）　PHOTO：山上博也（Hiroya YAMAGAMI）　FIGURE：ETAS

見えない電気を可視化する

　電子制御用のECUや、そこに内蔵されるソフトウェアを開発するためのシステムツールを手がけるETASが、新たな機能を採り入れた電動パワートレーン向けの開発システムを発表した。

　その中核は、ECUのキャリブレーション（適合）用ツール（PCベースのソフトウェア）であるINCA。自動車業界においてデファクトスタンダードとして知られるこのツールに、インバーターを介したモーターの制御と、その動作を自動計測できるのが、このシステムの特徴だ。

　一般的なxEVシステムでのインバーター/モーター制御ECU開発では、シミュレーション内の地形情報に基づく走行負荷をリターダーやブレーキなどで作り出しながら、インバーター/モーターの制御パラメーターを設定し、応答が狙い通りであるか否かをECU内部の値、電力や電流を計測し、判断する。応答が狙いから外れる場合は、制御パラメーターを変更し、再び計測する。

　こうした制御パラメーターの変更と計測確認のループからなる作業は、手入力で行なうこともできるが、INCAの強みはなんといっても、このような作業の自動化ツールINCA-FLOWがすでに提供されている点にある。最終的な仕上げの部分はエンジニアの手に頼るとしても、基本的なデータ計測作業が自動で済んでいれば、その手間と時間を最小限に抑えることができるのだ。

　また、このループ作業では、制御パラメーターだけではなく、制御ソフトウェアを変更・修正することもある。その場合、バイパス処理といわれる手法が用いられる。この手法では、外部のプロトタイピングモジュール上で動作するソフトウェアと、ECUが協調動作することで、ECUそのもののソフトウェアを変更することなく検証が可能になる。

　左ページ中央の開発システムは、これらの要素を組み合わせたものである。ETAS ASCETやMATLAB/Simulinkで作成したモーター/インバーター制御モデルが、プロトタイピングモジュールES910.3（左ページ中央写真左側の３段重ねのモジュール中段）上で動作する。ES910.3はECUを模擬し、指示速度に応じた目標回転を実現するようにモーターを制御する。INCA-FLOWからWLTP走行モード指示を出せば、モード走行を模擬することが可能となる。さらに、INCAとINCA-FLOWを連携させることにより、制御パラメーターセットの自動切り替え機能を実現している。つまり、複数の条件を切り替えて同一走行パターンを繰り返し実行することにより、連続試験の自動化および無人化が可能となる。このシステムで注目すべきは、電動パワートレーン向けとして、加わることとなったパワーアナライザPW6001（写真右側下）である。

　この測定器は、その名の通り電力の測定分析を主な目的としたもの。電力を知るためには電圧と電流の値を計測する必要があるのだが、じつは自動車の電動パワートレーンで用いられる電気の計測は簡単なことではない。バッテリーの直流から三相交流を作り出すインバーターでは、kHz単位でスイッチング（スイッチのオンオフ）が行なわれていることから、高速かつ微細な変動をともなううえ、大電流ゆえに正確な電流測定には高性能な電流センサーが必須となるためだ。

　今回、ETASでは日置電機と協業。日置電機のパワーアナライザをシステムに加えることで、高電圧大電流の電気を高精度で捉え、インバーターやモーターの電力変換効率や損失を正確に測定する機能を新たに追加している。ちなみに同社は電気測定用テスターの老舗として知られる測定器メーカーで、前述の理由から困難とされるインバーター関連の電気測定においては、世界有数ともいえる豊富なノウハウと技術を持つ、知る人ぞ知る存在だ。

　電力および電圧電流値といった、電気に関するパラメーターが正確に得られるということは、実験の精度が大きく向上することを意味する。つまり、これまで以上に効率的な開発が可能になることはもちろん、キャリブレーションの品質（適合品質）向上にも繋がるはずである。電動パワートレーンにおける電気の振る舞いは、内燃エンジンの燃焼状態に相当すると思って間違いない。それが可視化されるのだから、もはやこれはブレークスルーと呼んでも良いはずだ。

電気の挙動を捉えることで開発効率が大きく向上

制御ロジックから電気信号まで制御のすべてを可視化する