[논문]모델기반의 자동차 전장 시스템 설계 및 검증 기술

손준우; 금대현; 이선봉; 이석

문제 정의

본 논문에서는 네트워크 기반의 자동차 전장 시스템을 보다 효율적으로 설계 및 검증할 수 있는 방법에 대하여 소개하고자 한다. 먼저 2 장에서 모델 기반 전장 시스템 및 네트워크 설계 기법을 소개하고, 3 장에서 모델기반의 자동 테스트 생성 및 수행 기법을 설명한 후, 4 장에서 간단한 사례연구를 통하여 모델기반 설계 및 검증 절차의 유효성을 확인하고자 한다.
있다. 이에 본 논문에서는 네트워크 기반의 자동차 전장 시스템 설계 및 검증에 적합한 모델기반 개발 프로세스를 제안하고 사례연구를 통하여 그 유효성을 확인하였다.

가설 설정

Windows Lift System 이 라는 단순화된 전장 시 스템의 네트워크 구조는 4.1 절의 Fig. 10 과 같이 가정하였다. 그리고, 기능모델과 네트워크 구조 간의맵핑은 모델링 툴에서 제공하는 기능을 사용하였으며, 자동 생성된 ECU 모델을 이용하여 ECU 구현 모델을 설계하였다.

제안 방법

정의 등이 포함된다.3 ECU 구현 모델의 검증은어플리케이션 코드를 자동 생성하여 3.3 절에서 소개된 SILS 기반 자동 테스트 장치 상에서 수행하였으며, 모델 설계 단계에 기능뿐만 아니라 성능까지 테스트할 수 있었다.
Fig.3에 도식화된 것과 같이 요구사항작성 및 분석을 완료한 후 기능모델을 설계하고 시뮬레이션을 이용하여 기능 검증을 수행한다. 전장 시스템의 기능모델 설계는 Fig.
MILS 에서 사용된 시뮬레이션 자동 실행 스크립트를 확장하여 Rapid Prototype ECU 나 Prototype ECU 상에서 테스트 자동 실행 환경을 개발할 수 있으며 , Fig. 9 는 본 연구를 위하여 DsysD 사와 공동 개발한 SILS 기반 자동 테스트 실행을 위한 하드웨어와 소프트웨어이다& 자동 생성된 테스트시나리오를 시뮬레이션 소프트웨어에서 실행 시키면서 입출력값을 CAN 또는 RS-232 직렬통신을 통하여 하드웨어에 전달하는 방식으로 자동 실행 및 분석 환경을 구축하였다.
Windows Lift System 의 기 능모델은 Fig. 11과 같이 7 개의 기능그룹으로 구분하고 외부 입출력 변수를 정의한 후, 각 기능그룹별로 상세 기능을 상태도를 이용하여 설계하였다. 단위 기능 및 전체 시스템 기능을 검증하기 위하여 정적 오류가 있는지 체크한 후 시뮬레이션을 이용하여 동적 오류검증을 수행하였으며, 이때 테스트 시나리오는 요구사항을 기반으로 수기로 작성하였다.
10 과 같이 가정하였다. 그리고, 기능모델과 네트워크 구조 간의맵핑은 모델링 툴에서 제공하는 기능을 사용하였으며, 자동 생성된 ECU 모델을 이용하여 ECU 구현 모델을 설계하였다. Fig.
기능할당이 완료된 후에도 시스템의 기능이 정상적으로 수행되는지 검증한 후 네트워크 설계에 착수한다. 네트워크 설계는 메시지 정의 및 우선 순위 선정, 전송방식 및 주기 등을 결정하여 CAN 데이터베이스를 생성하는 작업이며, 2.
네트워크 시뮬레이션 모델은 통신 모델뿐만 아니라 기능 모델도 포함하고 있어야 하는데, 기존의 개발 방식에서는 시뮬레이션 툴이 제공하는 스크립트 언어를 이용하여 기능을 개략적으로 묘사하는 방식으로 기능 모델을 대신하였다. 그러나 모델기반 개발 프로세스를 이용할 경우 Fig.
11과 같이 7 개의 기능그룹으로 구분하고 외부 입출력 변수를 정의한 후, 각 기능그룹별로 상세 기능을 상태도를 이용하여 설계하였다. 단위 기능 및 전체 시스템 기능을 검증하기 위하여 정적 오류가 있는지 체크한 후 시뮬레이션을 이용하여 동적 오류검증을 수행하였으며, 이때 테스트 시나리오는 요구사항을 기반으로 수기로 작성하였다.
그리고, ECU 구현 모델의 테스트는 자동 생성된 코드를 실제 ECU 에 다운로드하여 테스트를 수행할 수 있으며, ECU 상에서 SILS (software-in-the loopsimulation) 환경을 이용한다. 마지막으로 시스템 통합테스트는 HILS (Hardware in the loop simulation) 환경을 이용하여 네트워크 테스트 및유닛 테스트를 실시한다.
방법에 대하여 소개하고자 한다. 먼저 2 장에서 모델 기반 전장 시스템 및 네트워크 설계 기법을 소개하고, 3 장에서 모델기반의 자동 테스트 생성 및 수행 기법을 설명한 후, 4 장에서 간단한 사례연구를 통하여 모델기반 설계 및 검증 절차의 유효성을 확인하고자 한다.
3에 기술된 개발 프로세스를 중심으로 설계 및 검증에 대한 설계 사례를 소개하고자 한다. 먼저, 요구사항을 주요 기능그룹 단위로 모호한 표현이 없이 명확한 문장으로 작성한 후 다수의 관련자에 의하여 충분한 검토를 마친 후 모델 설계에 착수하였다.
모델기반 개발 프로세스는 자동차 제어에 필요한 제어 알고리즘 또는 기능의 작동 방식을 상태도(State chart), 블록선도(Block Diagram), 순서도 (Flowchart) 등을 이용하여 기능 모델을 만들고 가상의 환경에서 시뮬레이션을 통하여 기능을 미리 검증하고자 하는 것이다.고
바디 네트워크 설계 방법은 아직 표준화된 절차를 갖추고 있지 못하고 있으나 본 논문에서 제안하는 Allocation 기법을 이용할 경우, 전장 시스템의 기능을 고려하지 않고 최적의 ECU 개수와 센서, 액츄에이터 등의 위치와 같은 물리적 특성만을 고려하여 네트워크 구조를 설계할 수 있다. 즉, 기존의 부품 중심 최적화 설계에서 발생할 수 있는 근접한 위치에 존재하는 다수의 ECU 들을 통합하고, 배선의 길이가 최소화될 수 있도록 ECU 와 센서 및 액츄에이터를 연결함으로써 네트워크 설계의 가격경쟁력을 향상시킬 수 있다.
바디 전장시스템의 기능전개가 완료되면 상태도(State chart)나 진리표(Truth Table) 등을 이용하여 기능 모델 설계를 하고 시뮬레이션을 통하여 요구사항을 만족하는지 검증작업을 수행한다. Fig.
복잡한 네트워크 설계를 단순화하기 위하여 기능 모델 설계와 네트워크 구조 설계를 독립적으로 수행한 후 Allocation 단계에 기능을 할당하는 접근방식을 활용하였으며, 설계가 진행되는 동안 수없이 반복하여야 하는 검증 절차를 자동화하여 검증의 효율성을 한층 향상시켰다.
테스트 시나리오를 바탕으로 모델기반 프로세스에 따라 각 단계에 맞는 테스트 장비 및 시스템을 구축하여 테스트를 수행한다. 그리고 테스트의 전 과정에 대한 보고서를 작성하고, 테스트 결과 및 관련 정 보들을 문서 화하여야 한다.

이론/모형

그리고, ECU 구현 모델의 테스트는 자동 생성된 코드를 실제 ECU 에 다운로드하여 테스트를 수행할 수 있으며, ECU 상에서 SILS (software-in-the loopsimulation) 환경을 이용한다. 마지막으로 시스템 통합테스트는 HILS (Hardware in the loop simulation) 환경을 이용하여 네트워크 테스트 및유닛 테스트를 실시한다.

성능/효과

기능 검증이 완료된 모델로부터 대부분의 상태(State)와 전이 (Transition)를 커버하는 테스트 케이스를 자동 생성하고, 자동 생성된 테스트 케이스를 이용하여 시뮬레이션을 자동 수행한 결과를 분석하는 과정을 반복하면서 모델의 신뢰성을 향상시킬 수 있었다. 또한 오류 수정 과정 중 필연적으로 수반되는 단순 반복적이지만 정확성을 요하는 작업들을 자동화함으로써 테스트의 정확성과 일관성을 향상시키고 소요 시간 및 노력도 절감할 수 있었다.
수 있었다. 또한 오류 수정 과정 중 필연적으로 수반되는 단순 반복적이지만 정확성을 요하는 작업들을 자동화함으로써 테스트의 정확성과 일관성을 향상시키고 소요 시간 및 노력도 절감할 수 있었다. Fig.
7 과같이 검증된 기능 모델을 네트워크 시뮬레이션 모델에 삽입함으로써 보다 정교한 시뮬레이션 모델을 구성할 수 있다. 또한, 개발 초기에 시뮬레이션을 이용한 네트워크 설계 및 검증과정에서 기능 모델의 오류를 발견할 수 있다는 장점도 갖는다.
소프트웨어 통합 과정이 완료된 실행 코드는 프로토타입 ECU 를 이용하여 구축한 실부하 시뮬레이터 상에서 단위 ECU 들과 네트워크 시스템에 대한 최종 검증과정을 완료하였다.
즉, 기존의 부품 중심 최적화 설계에서 발생할 수 있는 근접한 위치에 존재하는 다수의 ECU 들을 통합하고, 배선의 길이가 최소화될 수 있도록 ECU 와 센서 및 액츄에이터를 연결함으로써 네트워크 설계의 가격경쟁력을 향상시킬 수 있다.

후속연구

이러한 효율적 개발 프로세스는 제품의 신뢰성을 향상시켜줄 뿐만 아니라 개발 기간 단축과 비용 절감이라는 자동차 산업의 궁극적인 기대효과를 달성할 수 있는 수단이 될 것으로 예상된다.

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