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E-모빌리티

전기차: 최적화된 차량 소프트웨어를 통한 고효율 실현

E-모빌리티의 핵심은 효율성 극대화하는 것입니다. 값 비싸고 무거운 배터리를 최적으로 활용하기 위해 차량 개발 프로세스는 전력 관리 최적화와 사용자 편의성 사이에서 끊임없이 균형을 이뤄야 합니다. 소프트웨어 측면에서는 방대한 양의 계측 데이터를 처리하는 것을 의미하며, 완성차 업체와 협력사는 데이터를 수집, 시각화, 처리할 수 있는 적절한 도구를 갖춰야 합니다.

이 일러스트는 사람과 도표로 둘러싸인 양식화된 미래형 자동차를 묘사합니다.

기존 내연기관은 적은 양의 실린더 데이터만 계측을 필요로 하였으나 이와 다르게 전기차 배터리는 200개 이상의 셀을 동시에 분석 및 비교해야 합니다. 이는 전기차 전환에 따라 계측, 검증, 캘리브레이션 시스템에 요구되는 성능이 급격히 증가했음을 시사합니다. 배터리 용량은 무게와 비용의 제약을 받으면서도 높은 편의성과 성능 기준을 충족해야 하므로, 에너지 관리 시스템을 정교하게 관리해야 합니다.

전기차 개발의 새로운 과제

소프트웨어는 전기차의 핵심입니다. 내연기관 시스템 위주의 업체들은 주로 다음과 같은 과제에 직면합니다.

복잡한 부품 관리

배터리, 전기 구동계 등 복잡한 기능을 가진 고도화된 부품을 제어하기 위해 새로운 계측 및 시각화 기능이 필요합니다.

에너지 효율성

열관리, 구동, 전력, 충전 시스템 전체의 에너지 분배를 최적화하는 솔루션이 요구됩니다.

비용 효율성

전기차의 판매 경쟁력 및 수익성 확보를 위해 배터리 수명을 유지하거나 늘리는 동시에 비용을 낮춰야 하는 상태입니다.

모든 구동계를 위한 유연한 솔루션

가상 자동차 앞에 있는 개발자의 그림

하이브리드, 전기, 수소 연료전지 등 다양한 차량에 있어 이타스 솔루션은 높은 수준의 하드웨어 및 소프트웨어 개발 프로세스를 요구하는 모든 구동 장치에 적합합니다.

이타스는 캘리브레이션, 진단, 검증을 위한 INCA 도구, 데이터 시각화 및 분석을 위한 MDA, 모델 기반 애플리케이션 소프트웨어 개발을 위한 ASCET, 간편한 리포팅을 위한 Analytics toolbox를 통합 패키지로 제공합니다.

“배터리 성능을 최대로 사용하기 위해 레인지와 서비스 주기 간의 완벽한 균형을 찾는 것은 온전히 캘리브레이션의 영역입니다. 이타스의 솔루션과 함께라면 가능합니다.”
Klaus Grabmaier, 이타스 계측 & 캘리브레이션 부문 기술 아키텍트

개발 도구 상세 분석

이미지는 이타스 소프트웨어와 하드웨어를 사용하여 이모빌리티를 위한 새로운 특징을 설계하는 방법을 설명하는 그래픽을 보여줍니다.

토크는 전류에 즉각적으로 반응하기에, 전기 모터에는 고속 제어 기능이 필수적입니다. 이에 따라 개발, 프로토타이핑, 테스트 단계에서 시간 제어라는 기능이 매우 중요해졌습니다.

래피드 프로토타이핑

200마이크로초 이하의 주기 시간을 구현하여 전기 모터의 빠른 제어 루프를 테스트하는 데 이상적입니다.

소프트웨어 엔지니어링

ASCET 소프트웨어 개발 도구는 실시간 제약이 있는 차량 시스템용으로 설계되었습니다. 배터리 관리를 위한 상태 지향 프로그래밍을 지원하며 ISO 26262 안전 표준 및 AUTOSAR 소프트웨어 컴포넌트 생성을 지원합니다.

캘리브레이션

INCA-MCE를 통한 빠르고 직접적인 ECU 접근 방식으로 기존 인터페이스 방식 대비 최대 400배 빠른 캘리브레이션 주기를 제공합니다. 경쟁력 있는 속도를 통해 동적 캘리브레이션 방법의 효과를 극대화하고 개발 시간을 크게 단축합니다.

새로운 구동계의 개발은 요구사항이 지속적으로 변화하는 동적인 환경에서 이루어집니다. 고도의 복잡성을 가진 개발 환경을 유연하게 확장하고 단순한 전용 소프트웨어를 쉽게 추가해야 할 필요성이 대두되고 있습니다. 하이브리드(HEV) 프로젝트는 여러 분야 간의 긴밀한 협업을 필요로 하며, 다양한 개발 환경에서 생성된 결과물들을 단일 플랫폼에 통합하여 테스트해야 하므로 주요한 표준 기술에의 개방성이 필수적입니다. 이타스의 툴은 이러한 개방성을 기본으로 지원합니다.

차량용 소프트웨어 개발 도구는 항상 전체 시스템 관점에서 고려되어야 합니다. 복잡한 시스템 개발 시 특정 요구사항에 맞춰 도구를 커스터마이징해야 합니다. 이타스는 AES(애플리케이션 및 엔지니어링 서비스)를 통해 임베디드 소프트웨어 개발 프로세스 최적화를 지원하고, 고객 맞춤형 솔루션의 정의, 구현 및 운영 서비스를 제공합니다. 이타스의 개발 툴은 하이브리드 구동계, E-모터의 실시간 시뮬레이션(HiL) 테스트, 배터리 관리, 제어기(ECU) 네트워크 분야에서 풍부한 검증 실적을 가지고 있습니다.

사진은 하이브리드 및 전기 자동차의 고전압 전기 시스템의 전압을 효과적으로 측정하는 동시에 측정 지점에 가까운 전기 절연을 통해 높은 수준의 안전성을 보장하는 이타스 측정 솔루션을 보여줍니다.

이타스 계측 솔루션은 계측 지점 부근에서 절연 기능을 통해 높은 수준의 안전성을 보장하며 하이브리드 및 전기차의 고전압 시스템 내부의 전압을 효과적으로 측정합니다. 프로브를 ES411, ES415, ES441 등 다목적 모듈과 조합하여 차량 내부 고전압 환경에 특화된 유연한 계측 장비를 구성할 수 있습니다. 이타스 계측 시스템 및 INCA와의 원활한 통합을 통해 ECU 검증 및 캘리브레이션 단계에서 효율적인 전압 계측 솔루션을 제공합니다.

주요 적용 분야

고전압 구동 배터리, 개별 배터리 셀 또는 중간 회로(인버터 DC 링크)의 전압 측정이 대표적입니다. ECU와 무관하게 전압 측정을 진행하여 배터리 충전 상태(SoC), 부하 조건 하에서의 배터리 가동, 고전압 전력망의 전압 진동, 위험한 상황 발생 시 배터리를 강제로 방전시킬 수 있는 상태 등을 판단할 수 있습니다. 정밀하게 동기화된 전류 측정과 조합하는 방식으로 전력망 내 소비 부하들의 전력 소비량 역시 정밀하게 산출할 수 있습니다.

계측 및 캘리브레이션 시스템 통합

ES415 모듈은 채널당 최대 100kHz의 가변 샘플링 속도를 지원하는 4개의 계측 채널을 제공합니다. 연결된 프로브 유형을 자동으로 인식하여 채널별 측정 범위를 설정합니다. 이 측정 범위와 프로브 특성의 정보는 계측 소프트웨어에 자동으로 전송되며 물리적인 측정값으로 자동 변환된 후 화면에 나타납니다.

계측 시스템 구성 시 여러 개의 ES4xx 측정 모듈을 연결하거나 다른 ES4xx 시리즈 모듈과 혼합하여 연결할 수 있으며, 이 장비들은 INCA 소프트웨어에서 직접 제어됩니다. 표준 XCP 인터페이스를 이용해 ES4xx 모듈과 절연 프로브를 타사 계측 도구에 연동할 수도 있습니다. ES4xx 모듈은 이더넷을 통해 PC에 직접 연결하거나, 제어기 및 버스 인터페이스 모듈인 ES592, ES593-D 또는 ES595에 연결할 수 있습니다. 계측 모듈들은 인터페이스 모듈들과 마이크로초 단위의 정밀도로 상호 동기화됩니다. 고전압 시스템의 전압 변동 데이터는 제어기 내부 측정값 및 차량 버스 신호(FlexRay, CAN, LIN)와 정밀하게 동기화되어 INCA에 기록됩니다.

유연한 케이블 구성

CBN400 및 CBN401 케이블은 1미터 길이의 계측 라인 4개로 구성됩니다. 고객의 요구 사항에 따라 프로브 수량(1개, 2개, 3개) 및 라인 길이를 변경한 맞춤형 케이블 제작이 가능합니다.

그래픽은 이타스 툴이 전기 자동차 소프트웨어 개발의 복잡성을 마스터하는 데 어떻게 도움을 주는지 보여줍니다.

하이브리드 차량은 전체 시스템의 복잡도가 높으며 각 기능들이 여러가지 ECU에 분산되어 있습니다. 구동계, 변속기, 제동 시스템 전반 공통을 조율하는 기능들이 점점 더 늘어나고 있어, 복잡한 체계를 통제하는 역량을 가지는 것이 시장에서의 경쟁 우위로 이어집니다. 이타스는 다음 도구들을 통해 이를 지원합니다.

INTECRIO

소프트웨어 컴포넌트들을 연결하여 실제 하드웨어 없이 가상 환경에서 전체 기능의 유효성을 사전 검증할 수 있도록 지원합니다. 고성능 모듈형태의 신속 프로토타이핑 시스템인 ES900과 결합하면 실험실 환경에서 뿐만 아니라 실제 차량 내에서 실물 센서, 액추에이터 및 제어기 네트워크를 연동한 실차 테스트를 수행할 수 있습니다.

ASCET

모델 및 상태 기반 소프트웨어 개발, 시뮬레이션, 자동 코드 생성을 지원하는 ASCET 툴 시리즈는 기존 컴포넌트의 재사용, 실시간 움직임 정의, 차량 기능 안전 표준(ISO 26262) 준수 기능을 제공하여 개발자를 돕습니다.

RTA, RTE

수백만 대의 차량에 적용된 후 검증되어온 RTA 운영체제는 AUTOSAR 런타임 환경 표준을 준수하며, 하이브리드 차량과 같이 점점 더 복잡해지는 ECU 소프트웨어 개발 환경에 있어 견고하고 신뢰성 높은 제어 솔루션을 제공합니다.

INCA

여러가지 ECU에 분산된 기능은 캘리브레이션 작업을 더 복잡하게 합니다. INCA 도구군은 서로 다른 ECU에 흩어져 있는 여러가지 캘리브레이션 파라미터들과 차량 통신 버스 데이터를 하나의 작업 화면에 통합하여 표시 및 처리합니다. 다양한 통신 버스 프로토콜과 인터페이스를 통한 제어기 접근 과정을 내부적으로 추상화하여 단순화하므로, 복잡한 하이브리드 기능의 캘리브레이션 효율성을 획기적으로 향상시킵니다. 여러 다른 제어기에 정의된 동일한 파라미터 명칭들을 동시에 동기화하여 측정하고 캘리브레이션할 수 있어 데이터 관리의 신뢰성이 극대화됩니다.

전기 구동계의 신규 제어 기능들은 빠르게, 또 안정적으로 개발되어야 합니다. 모터의 폐루프 제어, 배터리 및 열 관리 시스템과 같은 단품 컴포넌트 제어는 물론, 변속기, 이모터, 엔진이 유기적으로 맞물리는 하이브리드 제어(스탑앤스타트, 회생 제동, 파워 부스트 등) 기능까지 광범위하게 적용됩니다. 이타스는 다음 솔루션들을 지원합니다.

EHOOKS

소스 코드를 별도로 변경하거나 다시 컴파일하지 않고도 기존 제어 소프트웨어의 특정 실행 상태에 직접 테스트 바이패스 경로를 유연하게 삽입할 수 있는 바이패스 빌드 솔루션입니다.

사전 캘리브레이션

Simulink-INCA 연동 모듈(INCA-SIP) 또는 시뮬레이션 가상 PC용 XCP 오픈 인터페이스(INCA-SCX)를 이용하면, 하드웨어 장비가 준비되기 전에 가상 환경 내에서 INCA를 동일하게 연결해 계측 및 사전 캘리브레이션 작업을 진행할 수 있습니다. 이 가상 환경에서 생성된 제어 파라미터 데이터는 향후 실제 차량 검증 단계에서 그대로 재사용이 가능합니다.

이 이미지는 e-모빌리티의 사이버 보안에 초점을 맞춘 소프트웨어 개발자가 화면 앞에 있는 모습입니다.

전기차 사이버 보안

전기차로의 전환은 차량 전기/전자(E/E) 아키텍처의 혁신적인 변화를 가져오며 충전 인프라 연동, 무선 소프트웨어 업데이트(OTA) 등을 위한 신규 커넥티비티 경로 생성을 필두로 합니다. 그러나 외부와의 접점이 늘어나며 악성 소프트웨어 침투나 사이버 공격의 경로가 늘어날 수 있으므로 차량 전반에 걸쳐 고도로 설계된 새로운 보안 시스템이 필요합니다. 이타스는 위협 요인에 완벽히 대응할 수 있는 유연한 최첨단 차량 보안 기술과 개별적인 프로젝트 요구에 부합하도록 보안 전문가가 직접 기술 지원 서비스를 통합 제공합니다.

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