บทความ | ดร.บุรินทร์ เกิดทรัพย์
นักวิจัย ทีมวิจัยมอเตอร์และการแปลงผันกำลังงาน (MAP) เนคเทค สวทช.
เรียบเรียง | ปาลิตา โคนเคน และ นัทธ์หทัย ทองนะ
ปัจจุบัน อุตสาหกรรมยานยนต์ไฟฟ้าได้รับความสนใจเพิ่มเป็นอย่างมาก ส่งผลทำให้เกิดการแข่งขันในการพัฒนาอุปกรณ์ต่างๆ ที่ต้องการการพัฒนาที่รวดเร็วและลดความเสี่ยงที่จะเกิดอันตรายในระหว่างขั้นตอนการพัฒนา เทคโนโลยีฮาร์ดแวร์อินเดอะลูปจึงเข้ามามีบทบาทเพิ่มมากขึ้น ซึ่งบริษัทผู้ผลิตยานยนต์ระดับนานาชาติมีการนำกระบวนการเหล่านี้มาใช้งานมาเป็นเวลานานแล้ว แต่ในประเทศไทย เรื่องนี้อาจจะยังถือเป็นเรื่องใหม่และยังไม่มีการพูดถึงมากนัก วันนี้ เรามาทำความรู้จักกับเทคโนโลยีฮาร์ดแวร์อินเดอะลูปกันว่ามีประโยชน์ต่ออุตสาหกรรมยานยนต์ไฟฟ้าอย่างไร
ฮาร์ดแวร์อินเดอะลูปคืออะไร
ฮาร์ดแวร์อินเดอะลูป หากแปลตามความหมายโดยตรง คือ การจำลองด้วยฮาร์ดแวร์แบบวนซ้ำ ซึ่งถือเป็นส่วนสำคัญในการพัฒนาทางอิเล็กทรอนิกส์สำหรับใช้ในการทดสอบฟังก์ชันการทำงานของชุดควบคุม โดยทั่วไปแล้ว การทดสอบนี้เริ่มจากการชุดควบคุมอิเล็กทรอนิกส์ (Electronic Control Unit, ECU) ที่เป็นฮาร์ดแวร์จริงกับแบบจำลองแบบเรียลไทม์ เพื่อทดสอบฟังก์ชันการทำงานต่างๆ ในสภาพแวดล้อมเสมือนจริง (Virtual environment) นี้ โดยเรียกได้ว่า การทดสอบลักษณะนี้เป็นการทดสอบระดับสัญญาณ (Signal) นั่นเอง
ทำไมต้องใช้งานฮาร์ดแวร์อินเดอะลูป
ในปัจจุบัน การพัฒนาเทคโนโลยีต่างๆ ที่เกี่ยวข้องกับยานยนต์ไฟฟ้า ต้องการลดระยะเวลาและลดต้นทุนในการพัฒนาลง อีกทั้ง ต้องการลดความเสี่ยงที่จะเกิดความเสียหายต่ออุปกรณ์จริงๆ รวมทั้ง ลดความเสี่ยงที่จะเกิดอันตรายต่อคนในขั้นตอนการพัฒนา ดังนั้น การใช้งานเทคโนโลยีฮาร์ดแวร์อินเดอะลูปจึงมีบทบาทเพิ่มขึ้นอย่างมาก
ยกตัวอย่างเช่น เมื่อต้องการพัฒนาชุดควบคุมอิเล็กทรอนิกส์สำหรับใช้งานภายในยานยนต์ไฟฟ้า ทีมพัฒนายังไม่จำเป็นต้องรอให้บริษัทผลิตยานยนต์ไฟฟ้าจริงๆ ขึ้นมา แต่สามารถสร้างแบบจำลองของยานยนต์ไฟฟ้าทั้งคันขึ้นมาบนโปรแกรมคอมพิวเตอร์ จากนั้น สามารถนำชุดควบคุมอิเล็กทรอนิกส์จริงๆ มาเชื่อมต่อกับแบบจำลองนี้ และทดสอบการทำงานแบบเรียลไทม์ได้ทันที จะเห็นได้ว่าวิธีการพัฒนาลักษณะนี้ จะช่วยลดระยะเวลาและต้นทุนในการพัฒนาลงเป็นอย่างมาก เนื่องจากหากต้องการทดสอบกับยานยนต์ไฟฟ้าโมเดลใหม่ ก็สามารถปรับเปลี่ยนคุณลักษณะของยานยนต์ไฟฟ้านี้ได้ในโมเดลทันที ไม่จำเป็นต่อรอผลิตยานยนต์ไฟฟ้าคันใหม่ขึ้นมาจริงๆ นอกจากนี้ การทดสอบชุดควบคุมอิเล็กทรอนิกส์นี้ ทางทีมพัฒนาสามารถทำการทดสอบกับแบบจำลองได้ตลอดเวลา 24 ชั่วโมง ซึ่งจะช่วยเร่งขั้นตอนการพัฒนาได้เพิ่มขึ้น ซึ่งต่างจากการทดสอบกับยานยนต์ไฟฟ้าจริงๆ ที่อาจจะมีข้อจำกัดเรื่องระยะเวลาในการทดสอบ
ฮาร์ดแวร์อินเดอะลูปทำงานอย่างไร
ตามที่ได้กล่าวไว้ข้างต้น เทคโนโลยีฮาร์ดแวร์อินเดอะลูปเป็นการทดสอบฮาร์ดแวร์จริงร่วมกับแบบจำลองแบบเรียลไทม์ ซึ่งแสดงลักษณะการทำงานในรูปที่ 1 (ที่มา: เว็บไซต์ dSPACE) ในรูปด้านซ้ายเป็นการทดสอบแบบดั้งเดิม ซึ่งทดสอบชุดควบคุมอิเล็กทรอนิกส์จริงกับยานยนต์ไฟฟ้าจริง โดยชุดควบคุมอิเล็กทรอนิกส์จะรับสัญญาณต่างๆ จากชุดเซ็นเซอร์จริงที่ติดตั้งในยานยนต์ไฟฟ้า จากนั้นจึงส่งสัญญาณควบคุมต่างๆ ไปสั่งการทำงานอุปกรณ์จริงภายในยานยนต์ไฟฟ้าต่อไป ซึ่งการเชื่อมต่อของสัญญาณระหว่างชุดควบคุมอิเล็กทรอนิกส์และยานยนต์ไฟฟ้าจริงนี้ผ่านชุดเชื่อมต่อทางไฟฟ้า (Electrical interface) สำหรับรูปด้านขวา แสดงการแทนที่ยานยนต์ไฟฟ้าจริงด้วยแบบจำลองแบบเรียลไทม์ โดยที่สัญญาณที่ส่งไปยังชุดควบคุมอิเล็กทรอนิกส์จะสร้างจากแบบจำลองยานยนต์ไฟฟ้าผ่านแบบจำลองชุดเซ็นเซอร์ และสัญญาณจากชุดควบคุมอิเล็กทรอนิกส์จะถูกส่งมายังแบบจำลองอุปกรณ์ต่างๆ ภายในยานยนต์ไฟฟ้า ซึ่งการเชื่อมต่อของสัญญาณระหว่างชุดควบคุมอิเล็กทรอนิกส์และยานยนต์ไฟฟ้าจริงนี้ผ่านชุดเชื่อมต่อทางไฟฟ้า (Electrical interface) เช่นเดียวกัน จากขั้นตอนดังกล่าว พบว่าส่วนประกอบสำคัญที่ต้องใช้ในการทดสอบฮาร์ดแวร์อินเดอะลูปประกอบด้วย 2 ส่วนคือ ชุดควบคุมอิเล็กทรอนิกส์จริงและชุดสร้างแบบจำลองแบบเรียลไทม์ที่มีชุดเชื่อมต่อทางไฟฟ้า (Electrical interface) ดังแสดงในรูปที่ 2 (ที่มา: เว็บไซต์ dSPACE)
จากข้อมูลข้างต้น การทดสอบฮาร์ดแวร์อินเดอะลูปนี้ใช้สำหรับการทดสอบฟังก์ชันการทำงานของชุดควบคุมอิเล็กทรอนิกส์เพียง 1 ชุด เท่านั้น แต่ในความเป็นจริงแล้ว ในยานยนต์ไฟฟ้าจะประกอบด้วยชุดควบคุมอิเล็กทรอนิกส์หลายชุดเชื่อมต่อกัน ดังนั้น การทดสอบจึงมีความซับซ้อนเพิ่มมากขึ้น จึงจำเป็นต้องทดสอบในลักษณะของโดเมนของชุดควบคุมอิเล็กทรอนิกส์และแบบเครือข่าย (ECU Domain และ Network Testing) โดยการทดสอบลักษณะนี้อาจจะต้องใช้เครื่องสร้างแบบจำลองแบบเรียลไทม์หลายเครื่องเชื่อมต่อกับชุดควบคุมอิเล็กทรอนิกส์หลายชุดนั่นเอง
ในตอนนี้ เราได้พูดถึงการทดสอบฮาร์ดแวร์อินเดอะลูปในระดับสัญญาณเท่านั้น แต่ในความเป็นจริงแล้ว กระบวนการพัฒนาอุปกรณ์ไฟฟ้าภายในยานยนต์ไฟฟ้าจำเป็นต้องใช้งานกับกำลังไฟฟ้าสูงขึ้น ซึ่งอาจจะเป็นระบบแรงดันไฟฟ้าต่ำและแรงดันไฟฟ้าสูง อย่างเช่น ระบบระบบแบตเตอรี่ ระบบมอเตอร์และอินเวอร์เตอร์ เป็นต้น โดยการทดสอบกับกำลังไฟฟ้าสูงนั้นต้องการระบบทดสอบที่ซับซ้อนเพิ่มมากขึ้น แต่ก็จะสามารถให้ผลการทดสอบใกล้เคียงกับสภาพการใช้งานจริงเพิ่มมากขึ้นด้วยเช่นกัน สำหรับในโอกาสถัดไป ทีมวิจัยจะแนะนำการทดสอบฮาร์ดแวร์อินเดอะลูปในระดับกำลังไฟฟ้า (Power Hardware-in-the-loop, PHIL) ต่อไป
ศูนย์นวัตกรรมการผลิตยั่งยืน(SMC) ให้บริการทดสอบฮาร์ดแวร์อินเดอะลูปอะไรบ้าง
สำหรับชุดทดสอบฮาร์ดแวร์อินเดอะลูปที่มีให้บริการโดยทีมวิจัยของศูนย์เทคโนโลยีอิเล็กทรอนิกส์และคอมพิวเตอร์แห่งชาติ (เนคเทค) มีให้บริการอยู่ 2 แห่งเช่นเดียวกัน นั่นคือ อุทยานวิทยาศาสตร์ประเทศไทย (Thailand Science Park) จังหวัดปทุมธานี และศูนย์นวัตกรรมการผลิตยั่งยืน (SMC) จังหวัดระยอง ดังแสดงในตารางที่ 1
ตารางที่ 1 ชุดทดสอบฮาร์ดแวร์อินเดอะลูปที่ให้บริการโดยเนคเทค
อุทยานวิทยาศาสตร์ประเทศไทย | ศูนย์นวัตกรรมการผลิตยั่งยืน |
Vehicle Control Unit (VCU) HIL | Battery Management System (BMS) HIL |
ทั้งนี้ ชุดทดสอบฮาร์ดแวร์อินเดอะลูปที่ติดตั้งที่อุทยานวิทยาศาสตร์ประเทศไทย จังหวัดปทุมธานี จะเปิดให้บริการกับหน่วยงานภายนอก รวมทั้งบริษัทเอกชน ในช่วงต้นปี 2566 ส่วนชุดทดสอบฮาร์ดแวร์อินเดอะลูปที่ ศูนย์นวัตกรรมการผลิตยั่งยืน จังหวัดระยอง มีกำหนดเปิดให้บริการช่วงกลางปี 2566 หากผู้สนใจต้องการข้อมูลเพิ่มเติม สามารถติดต่อทีมวิจัยได้โดยตรง หรือสามารถแวะมาเยี่ยมชมการทำงานของชุดทดสอบฮาร์ดแวร์อินเดอะลูปได้เช่นกัน
เอกสารอ้างอิง
[1] เว็บไซต์ dSPACE