내연기관 엔진의 흡기 시스템만큼 복잡한 소프트웨어 시스템은 찾기 어려울 것이다. 흡기 시스템에는 고려해야 할 요소가 너무 많은 데다 각 요소들이 서로 영향을 주고받기 때문이다. 시스템 개발 초기부터 이러한 연관 관계를 정확히 파악하지 않는다면 개발 비용이 쉽게 불어날 수 있다. 이타스는 이처럼 복잡한 시스템을 개발 초기부터 정확히 파악하고 설명하기 위해 SCODE 툴을 개발했다.

글│토마스 블레일(Thomas Bleile), 로버트 보쉬, 흡기시스템 function 개발 담당 선임 전문가

 

SCODE 개발팀은 점점 더 복잡해지는 소프트웨어 개발 과정을 잘 관리하려는 목적으로 SCODE 개발에 착수했다. 로버트보쉬가 디젤엔진 흡기 시스템의 function 개발을 위해 지난 5년간 실제로 사용한 SCODE 사례를 돌아보면, 이 툴이 개발팀의 당초 목표를 달성했는지를 알 수 있다.


과제
현대식 디젤엔진은 흡기 시스템에 따라 그 특징이 달라진다. 수천여 개의 캘리브레이션 파라미터로 이루어진 흡기 시스템의 복잡한 소프트웨어는 최적 성능을 설정하고 안정감을 개선할 뿐만 아니라, 동시에 실도로 주행 테스트(Real Driving Emissions, RDE) 등 점차 엄격해지고 있는 배출 기준을 충족한다.

보쉬가 개발하는 흡기 시스템 소프트웨어는 단지 엔진 하나에만 국한된 시스템이 아니다. 이 소프트웨어는 엔진 출력, 변속기 variant, 배출 기준 및 개별 시장에 따른 설정 등과 모두 연관 있다. 같은 엔진에 적용되는 캘리브레이션 variant의 수가 세 자릿수에 이르는 경우도 흔하다. 또한 소프트웨어는 시간 및 비용에 관한 제약사항도 반드시 준수해야 한다. 이러한 상황에서 전통적인 방식으로는 잠재적인 변화에 유연하게 대처하기는커녕 소프트웨어의 복잡성을 해결할 수도 없다.




목표 값, 흡기 시스템 액추에이터 및 작동 모드로 구성된 3차원적인 복잡성


솔루션
이러한 소프트웨어 시스템을 제어하기 위하여 보쉬는 약 10년 전부터 점진적으로 정적 맵을 물리적 모델로 대체해왔다. 이 모델은 ECU에 저장된 공식을 사용해 시스템 동작을 설명하고 개별 시간에 제어 모델을 계산한다.

이제 SCODE-ANALYZER를 통해 사용자는 제어 시스템의 복잡한 연관 관계를 설명 및 검증할 수 있다. SCODE-CONGRA를 사용하면 물리적 공식을 통해 제어 시스템을 설명하고, 제어 시스템을 쌍방향 그래프로 나타내 검증할 수 있을 뿐만 아니라, 이를 프로그램 코드로 생성할 수도 있다. MATLABⓡ 및 Simulinkⓡ 환경에 통합하는 것도 가능하다. SCODE-ANALYZER 및 SCODE-CONGRA 툴은 function 형태를 기반으로 하며 함수의 구조와 관계에 대한 연구이다. 그리고 작동에 영향을 미치는 시스템 정보를 재설계하는 인지 자동화에 기초한다.

SCODE-ANALYZER는 시스템 사양서에 우선순위와 구성물을 추가한다. SCODE-ANALYZER는 각 스위치의 요구사항을 확인 후, 이 정보를 바탕으로 전체 problem space를 정의한다. 그런 다음 function 개발 단계에서부터 형태적 분석을 이용하여 problem space를 모드(mode)라고 알려진 논리적 부분 공간으로 분해한다. 이러한 논리적 부분 공간의 예로는 정상 운행시 배기가스 회수율, 미세먼지 필터 재생을 위한 공기량, 혹은 질소산화물(NOx) 촉매 컨버터 재생을 위해 앞선 두 파라미터의 동시 제어 등이 있을 수 있다. 그 결과 이론적으로는 해결해야 할 부분 공간의 수가 10억 개이지만, 실제로는 그 수가 총 10개로 크게 감축된다.

각 모드는 모든 요구사항을 완전히 커버한다. SCODE-ANALYZER는 바람직하지 않은 조합과 불가능한 조합을 제거하며, problem space의 모든 조합은 정확히 한 모드에 할당된다. 그 결과 모든 요구사항을 커버하고 불필요한 조합은 모두 배제된 부분 공간을 완벽하고 명확하게 설명할 수 있다.


확실한 장점
SCODE는 소프트웨어 물리적 모델의 복잡성을 현격히 감소시켜 캘리브레이션에 드는 수고를 감축한다. 또한 소프트웨어 설계를 단순화하여 유사한 function 개발에 소요되는 시간을 평균 25~30% 정도 감축한다. 캘리브레이션에 드는 시간과 노력도 마찬가지로 줄어든다. 또한 시스템을 명확하고 정확하게 설명하는 한편, 기존 요소의 재사용성을 크게 개선한 결과 설계 안전성도 증가한다. 각 모드를 매우 간단한 형태로 표시함으로써 제어 흐름 내내 문서화를 개선하는 부수적인 효과도 가져다준다.

즉 새롭게 개발된 SCODE 툴은 실제로 개발팀의 예상을 훨씬 뛰어넘는 효과를 입증했다. 보쉬는 우선 디젤엔진에 이 툴을 도입한 후, 현재 가솔린엔진, 전기 및 하이브리드 엔진에도 표준 프로세스로 적용하고자 작업을 진행하고 있다.