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빠르게 변화하는 테스트 벤치의 세계

기록의 갱신

ECU 를 실제로 사용하기 전에 수행해야 하는 수많은 테스트로 인해 상당한 ECU 개발 비용이

소요되고 있다. 또한, 테스트 벤치 컨셉 및 테스트 절차 프로그래밍을 위해 요구되는 노력이 매우

증가하고 있다. 이러한 맥락에서 여러 달씩 소요되던 테스트 벤치의 개발 기간을 수 주일 내로

단축하는 등 최근 차량 부품 업체인 ZF TRW 가 새로운 세대의 테스트 벤치를 통해 실현한 비용 및

시간 절감 사례는 매우 인상적이다.

수년 전만해도 잠김 방지 브레이크 시스템(ABS)은 첨단 차량 장비로 여겨져 고급 차량에만

장착되었다. 오늘날 최첨단 장비 수준은 전자 안전성 제어(Electronic Stability Control, ESC)와 같이

복잡하고 확장된 구동 제어 시스템까지 이르렀다. ABS 에서 ESC 시스템으로의 기술적 발전은 차량용

전장 부품의 복잡성이 모든 분야에서 어떻게 심화되고 있는지를 잘 보여준다. 운전자가 브레이크를

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작동할 때만 적용되는 ABS 와 달리 ESC 시스템은 자동으로 작동한다. 이를 위해 가속 데이터와

종/횡력 및 비틀림 운동 등에 대한 정보를 시스템에 제공하기 위해 더 많은 센서가 필요하다. 따라서

새로 출시된 ECU 들은 자체 센서가 제공하는 수많은 신호 및 연결된 버스 시스템의 데이터를 처리할

수 있어야 한다.

한계점에 도달한 테스트

차량 부품 업체인 ZF TRW 가 독일의 코블렌츠(Koblenz) 공장에서 개발하는 제품에는 ESC 시스템용

제어장치가 포함되어 있다. 개발 과정이 더욱 복잡해지면서 테스트를 위한 노력 역시 더욱 요구되고

있다. ECU 의 수와 기능의 확장은 테스트 비용의 증가로 이어지고 있다. 지난 10 년간 고급 차량에

설치된 ECU 의 수는 약 30 개에서 200 개로 크게 증가하였다. 예상할 수 있는 모든 작동 및 환경

조건에서 모든 유형의 ECU 를 테스트하기 위한 수많은 테스트 시나리오에 수반되는 기술은 매우

방대하다. 따라서 각각의 차량 모델 및 OEM 에 대해 고유의 ECU 버전이 필요하다. ZF TRW 에서는

하나의 ECU 배리언트(variant)가 하나의 ESC 시스템으로 구현되고, 또 하나의 배리언트(Variant)는

주차 브레이크 기능을 통합한다.

각 ECU 는 EMC 테스트 외에도 제품 출시 전 수많은 전기적, 기능적, 기계적, 환경적 테스트를

통과해야 한다. 시뮬레이션은 극한의 조건에서 환경적 변수뿐 아니라 기계적, 전기 기계적 압력을

재현해야 한다. 예를 들어, 온도 순환 내구성 테스트에서는 장치 및 PC 보드 부품들이 섭씨 영하

40 도에서 영상 120 도에 이르는 온도변화의 충격에 노출된다. 기계적인 스트레스는 Sine 파형의

진동과 소음의 테스트부터 최대 30g 가속의 개별 충격 테스트까지 다양하다. 또한, 고압 세척 장치가

엔진 세척을 시뮬레이션하기 위해 염수 분무와 미세 모래 및 살수 등으로 밀폐성 테스트가 진행된다.

가상 ECU 환경

상기 테스트 수행 시 전제 조건은 ECU 가 전기적, 기능적으로 동작 상태여야 한다. 그러나 가상

테스트 및 ECU 기능에 대한 포괄적인 진단은 테스트 벤치가 전기, 전자적 차량 환경을 완벽하게

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재현하는 경우에만 가능하다. 이는 모든 디지털 및 아날로그 데이터 입력단에 실제 전압값과

전류값으로 생성된 신호가 인가되어야 함을 의미한다. 이러한 원리는 연결되는 부하 및 버스

시뮬레이션에도 동일하게 적용된다. 이는 CAN 뿐만 아니라 FlexRay, LIN, MOST 와 같은 다른 버스

시스템들도 여러 개의 버스 상에서 동시에 많은 ECU 가 통신할 수 있도록 차량 내에 구성되어 있기

때문이다. 멀티 버스 시스템의 복잡성이 증가하면서 기존의 버스 시뮬레이션을 반드시 거쳐야 하며,

때에 따라 게이트웨이에 대한 시뮬레이션도 적용되어야 한다.

[그림 1: 각 테스트 벤치는 여섯 개의 시스템이 장착된 19 인치 캐비닛으로 구성되어 있어, 하나의 테스트 벤치가 여섯 개의

ECU 를 동시에 테스트할 수 있다.]

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최근 테스트 벤치 엔지니어들은 증가하는 ECU 테스트의 복잡성을 수용하고 미래의 시간 제약

조건을 충족할 수 있는 더욱 진보적이고 유연한 테스트 벤치 솔루션을 찾기 시작했으며, 그 솔루션은

모든 ZF TRW 의 사업장에서 국제적으로 균일하게 적용할 수 있어야만 했다. 이후 ZF TRW 는 총

32 개의 새로운 테스트 벤치를 독일, 미국, 체코 공화국 및 중국에서 사용하기 시작했다. 각 테스트

벤치는 여섯 개의 시스템이 장착된 19 인치 캐비닛으로 구성되어 있어, 하나의 테스트 벤치가 여섯

개의 ECU 를 동시에 테스트할 수 있다(그림 1). 각 캐비닛에는 데이터 입력, 결과 표시 및 상태

메시지의 판독을 지원하기 위해 스캐너와 터치스크린 및 키보드가 설치되어있다(그림 2). 선반에

설치된 각각의 시스템들은 최대 500A 대전류 및 30V 의 정격 전압을 공급할 수 있는 중앙 전력 공급

장치로부터 에너지를 공급받는다. 이러한 높은 전력은 ESC 제어기의 테스트를 위해 필요한데 여기서

580W 의 구동 장치가 브레이크의 유압을 형성하면서 높은 전류가 발생한다. 높은 에너지 공급

능력에도 불구하고 선반이 설치된 모든 장치가 병렬 테스트 도중 동시에 최대 전력을 소비하지

않도록 에너지 소비를 관리할 필요가 있다.

[그림 2: 사용자 친화적인 스크린, 스캐너 및 키보드 설치로 테스트 벤치의 작동을 단순화했다.]

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지능적 네트워크 인터페이스 강화

벡터의 특수 하드웨어 장치인 VN8900 은 컴포넌트 기반의 테스트 벤치를 위한 솔루션에서 중요한

역할을 한다(그림 3). ZF TRW 의 테스트 벤치 공급 업체인 Smart Testsolutions GmbH 는 선반에

장착된 각 시스템에 하나의 VN8900 시스템을 장착하여 사용한다(그림 4). VN8900 시스템은 전용

x86 OS 를 장착하여 FlexRay, CAN(FD), LIN, J1708 및 K-Line 버스 시스템을 지원하는 모듈형

네트워크 인터페이스다. 특히, 이 시스템은 다수의 버스 채널에 병렬로 접속할 수 있도록 설계되어

있어 최소한의 반응 시간과 대기 시간으로 높은 입출력 처리 결과를 제공한다. 또한, 아날로그 및

디지털 입출력을 위한 확장 옵션을 다양하게 설정 가능한 버스 인터페이스와 함께 제공한다. 이

지능적 인터페이스는 USB 나 Ethernet 을 통해 PC 에서 쉽게 설정할 수 있다.

[그림 3: 통합된 실시간 컴퓨터와 함께 모듈러 VN8900 네트워크 인터페이스는 ECU 네트워크 통신에서 중요한 역할을 한다.]

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[그림 4: 스탠드얼론(stand-alone) 시스템의 블록 회로 다이어그램; 여섯 개의 유닛이 하나의 테스트 벤치에 설치되어 있음]

VN8900 시스템은 벡터의 시뮬레이션 및 분석 툴인 CANoe 및 CANalyzer 과 함께 사용할 수 있도록

최적화되어 있어 새로운 테스트 벤치를 ZF TRW 의 툴 체인에 쉽고 완벽하게 통합할 수 있다. 따라서

개발 부서에서 사용하는 기존의 CANoe 및 버스 시뮬레이션의 수정을 최소화하여 새로운 테스트에

재사용할 수 있다. 기존의 버스 시뮬레이션은 내부적으로 이미 검증되었기 때문에, 재사용 시 품질

보증을 위한 추가적인 조치가 필요하지 않다. 이를 통해 모든 내부적인 우려 사항이 초기에

제거됨으로써, 관련 업무 담당자나 특히 프로젝트 리더의 업무량 및 시스템 전환에 필요한 시간이

대폭 감소한다: OEM 1 에서 OEM 2 로 ECU 테스트를 재조정 시 과거에는 최대 8 개월이

소요되었지만, 이제는 최대 2~3 주만 소요된다. 또한, 시스템의 유연성이 매우 높아 테스트 시작

바로 전 소프트웨어에 대해 고객의 요구사항에 변경 발생 시, 1 주일 내로 이를 조정할 수 있다.

신뢰성 있는 테스트

또 다른 VN8900 시스템의 특징은 별도의 운영 PC 혹은 모니터링 PC 와 연결이 필요 없는 자동 운영

옵션이다. 테스트 엔지니어는 일반 PC 단말기에서 CANoe 를 사용하여 CAPL 스크립트 언어로 버스

시뮬레이션 및 테스트 시퀀스를 생성한다. 이후 이를 VN8900 시스템에 간단히 로딩한 후 시행할 수

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있다. ZF TRW 는 장기적인 테스트 시행 시 이러한 방식이 안정성과 내구성이 뛰어나다는 것을

발견했다. 이전에는 최대 6 개월간의 장기 테스트 시행 시, 한두 달 경과 후 PC 가 고장을 일으키면

진행 중인 테스트에 대한 모니터링이 불가능해 불편을 겪었다. 이러한 문제들이 새로운 테스트

벤치에서는 아직 발견되지 않았다.

오늘날 테스트 제어, 테스트 시각화, ECU 통신은 엄격히 구분된다. VN8900 시스템은 LAN

인터페이스를 통해 Smart Testsolutions 의 리눅스 기반 호스트 컴퓨터와 통신한다. 이 경우 벡터가

제공하는 특수 Ethernet/UDP 프로토콜인 FDX(Fast Data Exchange)가 사용된다. ZF TRW 는 벡터와

긴밀한 협조를 통해 FDX 프로토콜을 사용 목적에 맞게 수정할 수 있었다. ZF TRW 는 이 프레임워크

내에서 FIFO 방식으로 데이터를 교환했으며, 벡터는 ZF TRW 로부터 VN8900 을 보다 개선할 수 있는

아이디어를 얻었다. FDX 를 통해 자동으로 운영되는 테스트에 다양한 방법으로 액세스할 수 있으며

어플리케이션을 시작 및 중단할 수 있다. 또한, FDX 는 에러 코드 읽기나 제거 또는 XCP 변수 읽기

및 저장 버스 시뮬레이션 설정을 바꾸는 등 여러 가지 기능을 포함하고 있다.

효율적인 예산을 위한 솔루션

ZF TRW 가 벡터의 솔루션을 선택한 가장 큰 이유는 필요한 프로토콜에 대한 폭넓은 지원 때문이다.

벡터는 일반적인 프로토콜은 물론 OEM 맞춤형 차량 네트워크이나 진단 시스템을 지원할 수 있는

세부적인 솔루션을 보유하고 있다. 고객들이 다른 제조사의 저렴한 하드웨어 컴포넌트를 사용하게

되면, 개별 버스 시스템 또는 여러 OEM 에 대한 XCP 지원을 위해 프로토콜이 추가로 개발되어야 할

경우 하드웨어 구입 시 절감되는 비용 이상의 추가 비용이 발생한다.

또한, 벡터는 ZF TRW 와 같은 사용자들이 CANoe 스탠드얼론 확장 라이센스를 사용함으로써 시스템

업데이트 시 추가 비용이 발생하지 않도록 고객들을 위한 라이센스 문제를 해결했다. 개발용

PC 에서 하나의 CANoe 라이센스를 사용하여 테스트 벤치 어플리케이션을 개수 제한 없이 생성할

수 있다. 라이센스에는 VN8900 시스템을 최신 CANoe 스탠드얼론 확장 버전으로 업데이트되도록

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항상 포함되어 있다. 테스트 벤치 라이프 사이클의 마지막 단계에서도, 사용자는 여전히 VN8900

장치를 다른 용도로 유용하게 사용할 수 있다.

계속되는 개발

차량 부품 업체인 ZF TRW 는 ESC 제어기의 테스트에 최초로 사용된 새로운 테스트 벤치를 포함해

다양한 설정 환경과 조합할 수 있는 여섯 개에서 일곱 개의 모듈로 구성된 컴포넌트 기반의 테스트

시스템을 보유하고 있다. 또한, ZF TRW 는 에어백 제어기나 운전 보조 시스템과 같이 다른 유형의

ECU 를 위한 테스트에 알맞게 테스트 벤치 컨셉을 신속히 조정할 수 있다. 이에 따라, 요구 사항

변경에 대응하여 관리자들의 시스템 변경시간이 매우 단축되었다. 자율 주행을 위한 미래 시스템이

이미 구상되고 있으며, 새로운 테스트 벤치는 미래 기술에 필요한 레이더와 카메라 시스템 등 기존의

기술이 보유한 잠재적 역량을 활용할 수 있도록 다양한 기회를 제공할 것이다.

독일 출판물 “ Elektronik automotive”, 2015 년 8-9 월호 기사 번역판

그림 제공: Vector Informatik GmbH

링크:

벡터 홈페이지: www.vector.com

Homepage ZF TRW: www.trw.com

저자:

카챠 하만(Katja Hahmann), Vector Informatik

켐니츠(Chemnitz) 기술 대학에서 전자 공학을 전공하였다. 1997 년

슈투트가르트(Stuttgart)에 소재한 Vector Informatik GmbH 에

입사하였으며, 현재 네트워크 및 분산 시스템 제품 라인에서 CANoe

어플리케이션 개발 부서장으로 근무하고 있다.

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슈테판 지페르트-가드(Stefan Siefert-Gäde), ZF TRW

코블렌츠(Koblenz) 기술 전문대에서 전자 공학을 전공하였다. 2006 년

코블렌츠에 소재한 TRW Automotive 에 입사했다. 2014 년 이후 글로벌

전자 기술 분야에서 테스트 장비 글로벌 및 전략적 개발을 위한

코디네이터로 근무하고 있다.

본 보도자료 배포 시 최종 인쇄물을 당사에 보내주시면 감사하겠습니다.

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