ECU 테스트는 실제 기능의 작업 영역 및 범위에 따라 매우 복잡해질 수 있다. 이는 해당 기능이 서로 밀접히 관련돼 있고 차량 유형, 특징 및 특별한 고객 요구에 따라 변화하는 5~9개의 ECU로 이뤄진 네트워크를 다뤄야 할 때 더욱 그러하다. 상황이 이러하기에, EvoBus에서는 벡터(Vector)의 VT System에 기반을 둔 새로운 컴포넌트 테스트 벤치를 도입했다. 유연하고 자동화된 테스트로 테스트 범위를 크게 넓히고 모든 테스트 케이스를 정확히 재현할 수 있게 됐다.

버스 부문에서의 당면 과제는 상용차로서 갖춰야 할 기술적 요구 사항을 충족하는 동시에 최소한 승용차와 동등한 수준의 안락함과 편의성을 제공하는 차량을 제조하는 것이다. 그 핵심은 단일 공통 하드웨어 장치에서 최대 120개의 기능을 구현하는 플랫폼 시스템을 개발하는 데 있다. 해당 시스템의 구성은 매우 단순할 수도 있고 고도로 복잡해질 수도 있다. 또한 개별 기능을 가능한 여러 형태로 조합해 제공할 필요도 있다. 구체적인 고객의 요구를 바탕으로 맞춤식으로 개조해야 할 경우가 있고 이 작업은 때로는 배송 직전에 이뤄지기도 하는데, 이를 위해서는 본체와 편의용 전자장치 영역의 아키텍처를 고도로 모듈화하고 유연하게 구성해야 한다. 버스 산업에서는 승용차 산업에 비해 매우 적은 양이 생산되므로 도심/장거리/관광 버스를 비롯한 모든 모델 시리즈에서 재사용이 바람직한 방식이다. 표준화돼 호환성이 뛰어난 하드웨어를 활용함으로써 시너지 효과를 얻을 수 있고 비용도 절감할 수 있는 것이다.
어떤 면에서 버스의 E/E(전기/전자) 요구 사항은 승용차의 요구 사항과 크게 다를 수 있는데, 이는 버스의 기능이 대부분 개별적인 고객의 요구에 의해 결정되기 때문이다. 각별히 면밀한 모듈성과 유연성이 요구되는 E/E 개념에서는 바로 이러한 점을 고려해야 한다. 각종 전자장치(하드웨어)는 가능한 전반적인 버스 제품 영역에서 광범위한 용도로 활용될 수 있어야 하며 비용이 효율적인 방식으로 조정 가능해야 한다. 기타 과제로는 연비 향상, 배기가스 감소, 능동형/수동형의 안전 및 지원 시스템에 대한 선행개발 등이 있다.
EvoBus는 이와 같은 E/E 개념의 모든 요구 사항을 융통성 있게 다룰 목적으로 확장 가능한 멀티플렉스 시스템, 즉 MUX 시스템을 개발했다. 최대 9개의 모듈로 구성되는 이 MUX 시스템의 전자장치 아키텍처는 일종의 분산 시스템 내에 있는 분산 시스템이라고 할 수 있다. MUX 시스템의 하드웨어와 펌웨어는 애플리케이션 개발을 위한 기본 컴포넌트 및 툴을 제공하는 일종의 미들웨어에 해당한다. 이 미들웨어는 IEC61131을 준수하는 OEM별 논리 칩을 활용해 사용자가 직접 프로그래밍할 수 있으며 애플리케이션 레벨 아래에 배치된다. 각 MUX 모듈은 구동장치, 차대, 내부, 텔레매틱스 및 진단의 5대 주요 CAN 버스로 구성된 전체 차량 네트워크와 여러 LIN 하위 네트워크에서 다양한 버스 분기로 분산된다.

테스트 과제: 최대 9개 모듈의 ECU 네트워크
MUX 시스템의 구성은 기능적 밀도와 높은 수준의 자유도를 가지므로 시행해야 할 테스트의 범위가 매우 넓어진다. EvoBus 2011에서는 시간 집약적이고 복잡한 테스트 단계를 최적화할 목적으로 MUX 시스템의 요구에 맞게 개별적으로 조정된 새로운 테스트 벤치를 도입했다. 이 테스트 벤치는 벡터의 VT System을 기반으로 한다. 이 테스트 벤치를 활용하면 테스트에 필요한 MUX 환경의 모든 컴포넌트 및 시스템 상태를 시뮬레이션 할 수 있다. 테스트 대상에는 CAN 및 LIN 통신의 신호뿐 아니라 다양한 하드웨어의 입출력 신호도 모두 포함된다. 벡터에서 제공하는 CANoe 테스트 및 시뮬레이션 소프트웨어가 설치된 PC는 사용자 인터페이스 역할을 한다.
공급업체의 테스트 후에는 컴포넌트 테스트를 시작으로 소프트웨어 모듈 테스트를 거쳐 HiL(Hardware-in-the-Loop) 테스트, 최종적으로는 실제 차량 내 테스트까지 포괄하는 V 모델 내 테스트 프로세스 체인이 시작된다. 컴포넌트 테스트에서는 미들웨어 기능의 정확한 작동 여부와 교정이 중점적으로 다뤄지며, 애플리케이션은 테스트 프로세스의 좀 더 뒤에 위치한 단계에서 다뤄진다. MUX 시스템 자체는 확장 가능한 피어 투 피어(Peer-to-Peer) 시스템이다. 차량에 사용되는 MUX 모듈의 수는 선택된 장비 버전과 고객의 특정 요구에 따라 달라진다. 각 MUX 모듈에는 대규모로 구성할 수 있는 여러 디지털 및 아날로그 방식의 I/O가 있다. MUX 모듈은 CAN 버스를 통해 서로 연결되어 전체 시스템을 형성한다(그림 1).
EvoBus 엔지니어는 VT System을 활용해 자동 현가 제어장치를 위한 밸브 제어, 짐칸 및 엔진 격실문, 복잡한 내부 조명 시스템을 위한 차문 제어 ECU 등과 같은 방대한 기능을 기초 테스트한다. 또한 차문 제어 ECU에 대해서는 고객의 특정 요구를 충족하기 위해 폭넓은 선택의 여지를 제공한다. 여기서 핵심 과제는 네트워크 관리이다. 전원 끄기 모드에서 시동 모드로의 전환, 또는 그 반대로 바뀌는 전환, 네트워크 종료 등의 상태 전환은 오류 없이 실행돼야 하며 애플리케이션 및 하드웨어와 정확하게 상호 작용하며 실행돼야 한다. 나머지 버스의 CAN 통신을 시뮬레이션하는 것 외에도 OSEK 네트워크 관리 또한 여기에서 시뮬레이션된다. 각 MUX 모듈에서는 항상 다른 MUX 장치의 현재 시스템 상태를 인지하고 있어야 하므로 동기화 프로세스가 지속적으로 실행된다.
프로세스 이미지의 교환 과정에서, 지정된 시간 및 실시간 요구 사항은 올바르게 충족되어야 하며 이는 곧 다른 테스트 기준을 나타낸다.

환경 시뮬레이션 및 테스트 자동화
또한 MUX 시스템은 다양한 하드웨어 변경 사항에 맞춰 자연스럽게 작동할 수 있는지 파악하기 위한 테스트를 거쳐야 한다. 테스트 내용에는 MUX 시스템의 하위 CAN 및 하위 LIN 버스에 대한 데이터 및 진단 라우팅이 포함된다. 진단 기능을 테스트할 경우에는 특별한 주의가 요구되며, 이는 곧 MUX 시스템의 입출력 채널에서 유연하고 다양한 진단 작업 구성이 허용된다는 점 때문이다. 그 결과, 진단 테스트 케이스의 수가 매우 많아지게 된다. 현재 MUX 시스템 자체의 트러블 코드를 테스트하려면 가장 중요한 테스트 케이스 1,000개를 구현할 필요가 있다. 그러나 시스템의 다양성으로 인해 가능한 조합 수의 10배 이상이 필요해질 수도 있다. 이 작업은 수동으로 실행할 수 없으며 경제적으로도 실행 불가능하다. 현재 VT System은 이러한 테스트를 수 시간 안에 자동으로 실행 및 문서화하는 기능을 지원한다.
MUX 테스트는 매우 복잡하고 다양하므로 테스트 시퀀스를 체계적으로 자동화해야만 경제적으로 처리할 수 있다. 19인치 산업용 랙 형식에 모듈식으로 탑재된 VT System은 특유의 테스트 자동화 작업을 위해 최적화됐으며, 6개의 모듈로 이뤄져 테스트 실험을 위한 대용량 HiL 시스템까지 이르는 작업용 장치가 구성될 수 있도록 지원한다(그림 2). VT System은 연결된 CAN 및 LIN 버스의 통신뿐 아니라 입력 및 출력 회로망과 관련해 ECU 환경의 포괄적인 에뮬레이션도 구현한다.
에뮬레이션의 주요 이점은 운전자, 승객, 차량 장비 및 기타 환경적 컴포넌트의 동작을 그대로 재현해 시뮬레이션 할 수 있다는 점이다. 예를 들어 차문 제어 테스트를 수행하려면 버스 문을 지정된 시간에 정확히 열기 위해 버튼을 반복적으로 눌러줘야 한다. 이러한 작업은 수동으로 실행되지 않고 테스트 시스템에 의해 실행된다. 따라서 정확한 시간에 맞춰 순서대로 진행되며 어느 때든 재현할 수 있다.

확장 가능한 테스트 시스템 통한 맞춤형 하드웨어 레이아웃 지원
이 시스템에서는 PWM 신호 생성 및 처리와 효과적인 값의 결정 등과 같은 더 복잡한 기능을 비롯해 일반적으로 사용되는 모든 아날로그 및 디지털 방식의 입출력 표준을 지원한다. VT1004 유형의 로드 및 측정 모듈은 ECU의 출력과 연결되는 반면에 VT2516 및 VT2004 모듈은 디지털 및 아날로그 입력을 작동시키기 위한 전자장치를 포함한다. VT7001 전원 공급 장치 모듈은 운영 전압을 조절하고 MUX 모듈에 의한 현재의 소비량을 측정한다. 그 밖에, VT6104 모듈은 CAN 및 LIN 네트워크의 네트워크 통신에 사용된다. VT6050 PC 모듈은 CANoe Realtime-PC이며 이를 통해 시뮬레이션과 테스트가 수행된다. 19인치 제어 캐비닛에 장착된 EvoBus 테스트 벤치의 입출력 레벨만 각각 12개의 VT System 모듈로 완전히 채워진 5개의 논리 레벨로 구성돼 있다. 이 시스템은 현재 9개의 가능한 MUX 모듈 중 5개 모듈에 대한 요구 사항을 지원한다. 또한 제어 캐비닛에는 수동 측정을 위해 MUX ECU의 모든 입력 핀에 개별적으로 액세스할 수 있도록 패치보드가 포함돼 있으며 모든 CAN/LIN 버스를 위한 분류용 접점 역시 제공된다.
일반적으로 포괄적인 ECU 테스트에는 정상적인 작동에서 벗어나는 상황의 테스트 시퀀스도 포함된다. 이러한 이유로 VT System은 ECU 환경에 정의된 오류를 생성하도록 설계됐으며, 그 예로는 입력단에 위치한 결함이 있는 센서나 출력에 연결된 구동기의 전형적인 로드 동작 등이 있다. 시스템에서는 요청이 수신되는 즉시 연료선에서 회선 차단 및 단락이 발생할 수 있고 Ground 및 배터리 전위로의 단락 또는 과전압 및 저전압이 발생할 수도 있다. 5개의 전기 부하는 특별한 기능을 수행한다. 즉, 각각 소스나 싱크로, 10암페어의 전류를 전도할 수 있으며 이 경우 MUX 시스템은 특수한 테스트 상황에 충분한 전압을 공급받을 수 있다.

모듈형 시스템 레이아웃의 실시간 기능
통신 버스 시뮬레이션에서는 Daimler 고유의 상호작용 레이어 및 OSEK 네트워크 관리를 위해 OEM 패키지를 활용한다. 이 경우 적은 노력으로 데이터 버스상의 사실적인 통신 동작뿐 아니라 전송 동작에 대해서도 완벽한 에뮬레이션을 수행할 수 있다. 실시간 관련 작업과 통신 버스 시뮬레이션 테스트 시퀀스는 VT6050 실시간 모듈에서 직접 실행된다. 또한 VT6050은 사용자 상호 작용과 표시 및 분석에 사용되는 CANoe 호스트 PC에 이더넷을 통해 연결된다. 이러한 작업 분산을 활용하면 전반적인 테스트 시스템에 고도의 확장성을 부여하는 데 크게 도움이 될 수 있다(그림 3).

테스트 벤치용 프론트엔드 표준 툴 CANoe
데스크톱 PC에 설치된 CANoe는 모든 사용자 작업, 테스트 정의 및 평가 작업에 대한 플랫폼 역할을 한다. EvoBus에서는 듀얼 모니터 설정을 통해 기본 프로그램 창, 출력 핀, 입력 핀, 측정 값 표시 등을 효과적으로 정리해 보여줄 수 있는 충분한 공간을 확보하고 있다. CANoe는 자동차 애플리케이션과 관련된 전자장치 개발에 활용되는 산업 표준으로 인정받고 있는 동시에 MUX 모듈에 여러 이점을 지원하는 다양한 기능을 제공한다. 직관적인 사용자 인터페이스로 인해 테스트 솔루션의 사용자 작업 관련 훈련은 빠르고 원활하게 실행된다. VT System의 모든 파라미터는 CANoe로부터 액세스할 수 있다. 벡터의 ‘테스트 기능 세트’는 고성능 테스트 자동화를 위한 기준을 충족한다. 그 밖에도, 테스트 시퀀스를 적절히 정의할 수 있고, 테스트를 실행할 수 있으며, 보고서를 생성할 수도 있다. 진단 규약에 맞는 재현 가능한 테스트 상황을 생성 및 실행할 경우 CANoe Option DiVa (Diagnostic Integration and Validation Assistant: 진단 통합 및 검증 지원)를 통해 유용한 서비스를 수행할 수 있다. 테스트 자동화 편집기에는 테스트 사양이 저장되는 DOORS 데이터베이스에 대한 인터페이스가 포함돼 있다. VT System에서 테스트 실행이 완료된 후 해당 결과는 데이터베이스에 XML 형식으로 다시 문서화돼 저장된다. 이 경우 Fail 결과를 추적할 수 있는 한편, 테스트 대상에 관한 해당 교정 및 통계 정보를 모든 샘플 레벨에서 확보할 수 있다. 보편적으로 활용할 수 있는 툴 집합과 최소화된 인터페이스 개수는 EvoBus에 있어서 중요한 요구였다. 이러한 요구 사항은 테스트 요건의 정의부터 테스트 실행 및 보고서 평가를 포괄하는 벡터의 접근 방식으로 해결됐다.
MUX ECU 네트워크를 테스트하는 작업에서 VT System을 통해 막대한 효율성을 실현할 수 있다. 특정 테스트 소프트웨어의 준비를 포함해 이전에는 약 2주가 소요되었던 광범위한 테스트는 이제 단 하루 만에 끝낼 수 있게 됐다. 이전에 ECU의 핀은 특별히 제작된 완전 수동 테스트 박스에 삽입되었으며 이 테스트 박스는 개별 테스트를 실행할 때마다 수동으로 전선을 갈아야만 했다. 이러한 접근 방식은 자동화가 불가능했으므로 제공되는 테스트 옵션도 거의 없었고 근본적으로 오류에 취약한 편이었다. 테스트를 반복해야 할 경우 담당 직원은 장시간 동안 해당 작업에 묶여 있었다. 한편으로, VT System을 활용할 경우 간단히 버튼만 누르면 테스트 실행을 재현할 수 있다. 오늘날 EvoBus에서는 새로운 시스템의 활용을 통해 500건의 개별 테스트(진단 제외)를 더 심도 깊고 폭넓고 정확하게 수행할 수 있으며, 한편으로 이전에는 이와 동일한 조건에서 약 100건의 무작위 검사 유형의 테스트만 수행할 수 있었다. 테스트 시스템의 다른 긍정적인 면으로는 탁월한 유연성을 거론할 수 있다. VT 테스트 솔루션은 새로운 소프트웨어 버전의 자동화 테스트에 활용될 뿐 아니라 고객 서비스 및 운영 부서에 Fail 결과에 관한 피드백을 보내기 위한 분석 툴 역할을 한다. 이러한 상황에서는 신속한 대응이 필요하기 마련이다. 따라서 하드웨어는 테스트 스크립트 작성 없이 CANoe 사용자 인터페이스를 통해 수동으로 실행될 수 있으며 이와 같은 방식으로 문제 해결 및 수정에 자연스럽게 활용될 수 있다.

EvoBus 테스트 벤치의 확장 계획
EvoBus에서 채택한 VT System은 완벽한 기능을 갖춘 약 2M 높이의 제어 캐비닛으로 이뤄지며 벡터에서 구현한 대형 VT System 프로젝트의 일부이다. 사양 작성 단계에서 시작 및 교육 단계에 이르는 프로젝트 기간은 약 5개월에 달한다. 꾸준히 진행되는 새로운 차량 유형의 개발과 하이브리드 구동장치의 도입으로 인해 필수적인 테스트 시스템은 계속적으로 확장될 예정이다. EvoBus에서는 입출력 모듈을 추가함으로써 테스트 벤치를 확대할 계획이다. 그 결과, 해당 테스트 벤치에서 최대 6개의 모듈로 구성된 MUX 시스템을 테스트할 수 있을 것이다. 이 경우 제 2의 제어 캐비닛으로 시스템을 보완할 필요가 있다. 이 과정은 총 9개의 모듈을 처리할 수 있는 완전한 시스템 구현으로 나아가는 중간 단계에 해당한다. 이는 곧 대형 관광버스의 각종 기능은 상당한 크기가 전제될 수 있기 때문이며, 이러한 규모에서 안락함과 편의성을 위한 전자 장치, 실내 온도 조절기, 내부 조명, 하이브리드 차량용 분산 기능, 고속 차문 개폐 메커니즘, 엔터테인먼트 시스템 및 기타 기능을 유지하려면 포괄적인 테스트가 항상 필요하다.