테스트 벤치나 내구성 테스트에서 자동차 OEM들은 실제 조건에서 차량 컴포넌트의 거동에 대한 중요한 정보를 수집하고 있다. 그러나 생성된 엄청난 데이터양과 복잡한 상호관계 때문에 해당 데이터 집합을 확인하고 분석하는 일에는 상당한 시간이 소요된다. 자동변속기 테스트 시 측정 데이터를 보다 빨리 분석하기 위해 다임러는 벡터의 CANape 툴을 이용해 데이터 마이닝 작업을 자동화했다.

다임러는 1960년 4단 자동변속기를 개발했다. 이 변속기는 오늘날의 기준으로 매우 단순한 설계였다. 기술의 급속한 발전은 편안함 향상이나 향상된 동력전달, 낮은 연료소비, 보다 강력한 엔진, 다단 기어 등의 다양한 요구사항을 새롭게 제기했다. 예를 들면, 오버드라이브 장치의 변경, 유성 기어 장치 및 토크 컨버터의 추가, 전기유압식 변속 제어장치 출시(1995년) 등을 들 수 있다.

7G-Tronic Plus 자동변속기는 이러한 개발의 역사를 잘 보여주고 있다. 2010년에 설계된 7G-Tronic Plus는 최대 1,000 Nm의 토크를 처리할 수 있고, C 클래스의 4기통 후륜구동 차량에서부터 AMG 고성능 모델에 이르기까지 다양한 차량에 장착할 수 있다. 또한 스프린터 밴 일부 모델에도 사용되고 있는 이 변속기는 최적화된 연비, 운전의 즐거움, 편안한 승차감 등 모순되는 여러 요구사항을 성공적으로 결합시켰다. 2011년 이 변속기는 다임러의 사내 환경 리더십 상을 수상했다.

자동변속기에 수행되는 수많은 파라미터 최적화

원하는 주행 거동(driving behavior)을 광범위한 차량 모델에 구현하기 위해서는 ECU의 파라미터를 최적화해 캘리브레이션해야 한다. 제품의 완성도를 높이기 위해서는 수많은 테스트와 차내 내구성 측정을 거쳐야 한다. 매일 시행하는 테스트에서 수집된 측정 데이터는 서버에 저장돼 엔지니어들이 개발 및 캘리브레이션할 때 사용할 수 있다. 대량의 측정 데이터를 평가 분석하는 일은 이러한 데이터 중에 한계값 초과나 과다 열응력 등과 같은 오류를 찾는 일이다. 예를 들어, 기어 변속의 오류는 운전자나 승객이 느낄 수 있는 진동이나 덜컹거림으로 나타난다. 과도한 마모에 의해 발생하는 과다한 열응력은 클러치 동작 중에 허용 마찰계수를 초과하면 발생한다.

입증된 분석 프로세스의 한계

측정 데이터는 CANape 측정/캘리브레이션 툴이나 다른 데이터 로거에서 다양한 포맷으로 들어온다. 이전에는 다임러에서 개발한 툴을 이용해 1단계 처리를 했으며, 결과는 MS 엑셀 파일로 출력했다(그림 1). 그 다음에 MS 엑셀 매크로에서 생성한 그래픽 오버뷰를 통해 사용자가 오류 발생 지점을 파악할 수 있도록 했다. 이 결과를 이용해 해당 측정 파일을 CANape에 로딩하면 최종적으로 분석점이 표시된다.

이러한 접근방식은 시간이 오래 걸릴 뿐 아니라 단점이나 제한적인 요소도 많이 가지고 있다. 우선, MS 엑셀의 처리 속도는 매우 느린 편이다. 엄청난 데이터양과 합쳐져 문제를 더욱 악화시킨다. 더욱이 엑셀 테이블에서는 최대 행 수에 제약이 있기 때문에 처리할 수 있는 데이터의 최대량 또한 제한되며, 제공하는 그래픽 옵션도 제한돼 있다. 이러한 솔루션을 개선하기 위한 노력도 다임러에서 해야 했다.

데이터 마이닝을 통한 평가 자동화

다임러에서는 이미 CANape를 ECU 캘리브레이션, 테스트 벤치 및 내구성 테스트 시 측정 데이터 기록, 평가용 등으로 다양하게 사용하고 있었기 때문에 벡터의 CANape에 기반한 솔루션을 구현하기로 결정했다. 그래픽 디스플레이 기능은 측정 데이터 처리에 최적화시켰고, CANape에 내장된 프로그래밍 언어를 통해 회사별, 프로젝트별 평가 알고리즘을 작성할 수 있는 옵션을 제공한다.




분석 및 그래픽 플랫폼으로서의 캘리브레이션 툴

다임러는 되도록 빨리 사용할만한 분석 툴을 확보하고 이러한 컨셉트를 구현하기 위해 파트너로 벡터를 선정했다. 벡터의 업무는 다임러가 원하는 평가 알고리즘을 CANape Script를 이용해 작성하고 결과를 그래픽으로 표시할 수 있도록 하는 것이었다. CANape의 데이터 마이닝 기능은 현재 측정 데이터를 분석하는 데 사용되고 있다. CANape를 이용해 데이터를 분석할 때 사용자는 측정 파일에서 오류가 발생한 위치를 정확하게 표시할 수 있다(그림 2). CANape는 분석용으로 또는 결과물 디스플레이용 플랫폼으로 사용할 수 있다. 데이터 크기의 한계도 극복했으며, 이제는 최대 100 GB의 데이터를 문제없이 처리할 수 있다.

구성 측면에서는 사용자가 측정 데이터를 선택하고, 사용 가능한 평가 리스트에서 분석할 대상을 선정한 다음(예: 상단 기어 또는 하단 기어로 전환) 분석 프로세스를 시작한다(그림 3). 평가를 완료한 후에는 분석 내용을 요약하는 통계자료를 생성한다. 통계자료에서는 1단에서 2단으로 변속을 약 1,200회 실시했다는 것 등의 정보를 확인할 수 있다(그림 4). 예를 들면, XY 도표에 열 입력값을 다른 물리적 파라미터 위에 표시할 수 있다. 그 결과는 도표상에 점으로 표시되는데, 각각의 점은 한 번의 기어 변속을 나타낸다. 사용자는 도표상의 위치를 기준으로 한계 범위 밖에 놓인 점들을 확인할 수 있다. 점을 하나 선택하면, 관련 측정 파일이 로딩되고 사용자는 도표에서 시간축 위에 해당 값을 시각화시킬 수 있다. 해당 기어 변속이 발생한 시간을 직접 확인할 수 있다.

CANape에서는 창 내의 콘텐츠가 시간 동기화되기 때문에 다른 모든 창에서 토크나 엔진 속도 등의 특정 콘텐츠를 나타내는데, 선택한 데이터 점과 측정한 시간 점이 정확하게 일치한다.

창에서는 신호 응답뿐 아니라 마찰력의 최대 오차 등과 같은 한계값의 추세선도 표시할 수 있다. 한계 범위 외곽에 놓인 점들은 한계값 위반과 변속작업 오류를 나타낸다. 이를 통해 면밀한 검사가 필요한 기어 변속을 한눈에 확인할 수 있다.

측정 데이터 평가의 유연한 적응

다임러의 엔지니어들은 CANape의 데이터 마이닝 기능을 이용해 측정 데이터 일체에 대해 전반적인 분석을 수행하고 한계값을 위반했는지 또는 바람직하지 않은 사건이 발생했는지를 확인할 수 있다.

이는 개발자들이 기존 데이터를 보다 효율적으로 사용하고 특정 ECU 소프트웨어가 요구된 성숙도 수준에 도달했는지를 보다 신속하고 정확하게 판단하기 위한 중요한 과정이다.

분석에 대한 요구사항은 지속적으로 변화한다. 스크립트는 최종 고객이나 벡터에서 수정할 수 있다. CANape의 프로그래밍 언어가 충분하지 않을 경우, C 언어나 Simulink 모델을 이용해 라이브러리를 생성할 수 있으며, 이를 CANape에서 DLL로 사용할 수 있다. 이를 이용해 원하는 평가를 수행하는 것이 가능하다. 

에르한 테페(Erhan Tepe) 로이틀링겐 과학기술대학교에서 정보통신 기술을 전공했다. 자동차 서플라이어 업체에서 2년 동안 프로그래머로 일한 후 유럽경영대학(ESB)에서 석사학위를 받았다. 2007년 다임러에 파견되었다가 자동변속기 테스트 담당 엔지니어로 채용됐다. 현재 자동변속기 인증 분야에서 테스트 벤치 관리 및 차량 테스트를 담당하고 있다.

안드레아스 패처(Andreas Patzer) 카를스루에 기술대학에서 전기공학을 전공했다. 주요 관심 분야는 측정 및 제어공학과 정보 및 산업공학이다. 2003년 슈투트가르트에 소재한 벡터 인포마틱 사에 입사했으며, 현재 측정/캘리브레이션 제품 라인에서 고객관리 및 서비스 팀장을 맡고 있다.

AEM_Automotive Electronics Magazine