Dans le contexte actuel, où le marché automobile mondial est à la fois extrêmement compétitif et attentif aux coûts, les constructeurs (OEM) adoptent la validation virtuelle pour accélérer la conception, le développement et les essais de leurs véhicules. Cette approche permet de réduire de manière significative le temps de développement et les coûts, en réalisant les tests et en identifiant les problèmes beaucoup plus tôt dans le cycle de développement, avant même que le matériel ne soit disponible. Un exemple clé de cette transition virtuelle est le passage du développement et de la validation logiciels sur calculateurs physiques (ECU) et bancs d’essai, à l’utilisation de calculateurs virtualisés, ou V-ECU, et de simulations software-in-the-loop (SIL).
Accélérer le développement des véhicules grâce à la transition virtuelle
Comme de nombreux constructeurs exigent désormais la livraison de V-ECU pour effectuer la vérification logicielle au niveau système, Nexteer Automotive intègre cette exigence dans ses programmes de production de directions assistées électriques (EPS). Toutefois, développer et intégrer un V-ECU dans un système véhicule tout en respectant les normes de qualité et de sécurité implique de relever plusieurs défis.
C’est dans ce cadre que Nexteer, en partenariat avec dSPACE, a développé un V-ECU de niveau 3 exploitant la chaîne d’outils dSPACE, notamment VEOS, pour effectuer la vérification logicielle avec une précision et une fiabilité optimisées. Le niveau 3 signifie que le V-ECU intègre le logiciel applicatif, le logiciel de base de production, ainsi que les pilotes et le système d’exploitation, tous conçus pour fonctionner dans un environnement de simulation virtuelle. Le V-ECU reproduit ainsi un comportement quasiment identique à celui du véritable ECU, ce qui permet de réaliser des tests et une validation complets tout en réutilisant dans l’environnement virtuel les tests conçus pour le véritable ECU.
La complexité croissante des logiciels nécessite de nouvelles approches en matière de tests. Un environnement de simulation SIL et HIL parfaitement intégré, combinant V-ECU et ECU réels, améliore l’efficacité en offrant une validation continue et optimale pendant toutes les phases du développement.
Garantir la sécurité fonctionnelle tout au long du développement
En tant que fournisseur mondial de premier plan de directions assistées électriques (EPS), de systèmes steer-by-wire (SbW) et d’autres solutions de contrôle de mouvement pilotées par logiciel, Nexteer doit respecter la classification Automotive Safety Integrity Level (ASIL) D. Il s’agit du niveau de risque le plus élevé défini par la norme ISO 26262 sur la sécurité fonctionnelle des systèmes électriques et électroniques. Pour se conformer à cette norme industrielle, des mesures de sécurité particulièrement strictes sont requises afin de garantir la fonctionnalité de la direction et la sécurité du conducteur.
La rigueur de l’ISO 26262 impose des processus de développement et de test exhaustifs et continus, garantissant sécurité et qualité à chaque étape du cycle de vie du produit. Cela couvre l’ensemble du processus, de la compréhension des exigences clients à l’évaluation des cas limites, jusqu’à la vérification finale.
"With VEOS from dSPACE, we can accelerate innovation by validating functions early in the development cycle. The software-in-the-loop and V-ECU integration capabilities significantly reduce time-to-market and allow us to deliver high-quality vehicle software faster and more efficiently."
Simuler pour garantir et améliorer la sécurité et la qualité
La réussite de cette transition virtuelle ne se limite pas aux OEM et repose sur une collaboration étroite tout au long de la chaîne d’approvisionnement. Pour garantir précision et compatibilité, les constructeurs doivent collaborer étroitement avec leurs fournisseurs afin d’intégrer parfaitement les composants dans des environnements de simulation au niveau système. C’est particulièrement vrai pour la simulation de composants critiques qui exige un respect strict des normes de sécurité fonctionnelle automobile, une condition essentielle pour garantir la fiabilité du système.
Le développement d’un V-ECU de niveau 3 pour la vérification logicielle au niveau système offre de nombreux avantages aux constructeurs. Toutefois, atteindre l’ASIL D en matière de sécurité fonctionnelle soulève plusieurs défis majeurs qui doivent être relevés :
Essais et validation
Garantir que le V-ECU réagisse comme prévu dans l’ensemble des scénarios de conduite, y compris les cas limites, constitue un défi de taille. Un V-ECU n’est en aucun cas une solution universelle ; il doit faire l’objet d’une validation et de tests continus dans des conditions variées afin de garantir sa fiabilité et ses performances.
Portabilité du modèle
L’intégration aux chaînes d’outils se heurte souvent à des obstacles liés aux formats propriétaires et aux différents niveaux d’abstraction. Garantir la portabilité des modèles entre les environnements de simulation — MIL (Model In the Loop), SIL (Software In the Loop) et HIL (Hardware In the Loop)
— sans nécessiter de modifications accroît encore la complexité.
Les V-ECU niveau 3 Nexteer pour les composants critiques
Grâce aux V-ECU, Nexteer vise à simuler les interactions entre plusieurs calculateurs au sein du système, évaluer le comportement du système dans diverses conditions et détecter d’éventuelles anomalies avant même le passage aux essais matériels. Cette approche favorise des tests approfondis dès les premières étapes du cycle de développement, limite la dépendance aux prototypes physiques et accélère la validation, tout en garantissant une intégration logicielle robuste et des performances fiables.
En s’associant à dSPACE, Nexteer a développé un V-ECU de Niveau 3 permettant une simulation haute fidélité de l’ensemble du système de direction assistée électrique, tout en garantissant le respect des normes de sécurité fonctionnelle avant le passage aux essais matériels.
La chaîne d’outils dSPACE, et tout particulièrement VEOS, a permis des tests virtualisés afin de garantir que le logiciel se comporte comme prévu et de valider le fonctionnement du système de direction assistée électrique dès les premières étapes du développement.
La chaîne d’outils VEOS de dSPACE a été essentielle pour relever de nombreux défis majeurs, tels que le développement des V-ECU et des modèles restbus : Nexteer a exploité SystemDesk de dSPACE pour configurer et intégrer le logiciel, ainsi que pour créer le V-ECU de Niveau 3. Bus Manager de dSPACE permet de générer les modèles restbus CAN, tandis que l’Ethernet Package facilite la création des modèles restbus Ethernet.
Intégration avec le Model-Based Development (MBD)
VEOS s’intègre de manière transparente aux outils de MBD, en particulier MATLAB/Simulink. Cette intégration a permis aux développeurs d’incorporer directement les modèles MATLAB dans les produits dSPACE.
Simulation V-ECU
Grâce au VEOS Player, V-ECU, modèles d’environnement et modèles restbus s’intègrent parfaitement à un système de simulation, offrant une simulation haute fidélité qui permet de tester le code ECU comme sur le matériel réel. La chaîne d’outils prend en charge plusieurs protocoles de communication (CAN, LIN, Ethernet) tout en garantissant que les V-ECU virtuels se comportent de manière réaliste, interagissent entre eux et participent à la communication bus de l’ensemble des réseaux du véhicule.
Automatisation des tests
dSPACE permet de tester les V-ECU via ControlDesk et AutomationDesk. Il s'agit de tests manuels et automatisés.
Les outils dSPACE offrent une intégration fluide avec MATLAB/Simulink, utilisés par Nexteer pour la modélisation et le développement d’algorithmes. Ce workflow parfaitement intégré entre l’environnement de modélisation et la plateforme de test dSPACE nous a permis d’accélérer le développement tout en réduisant les erreurs lors de l’intégration.
Le V-ECU permet de tester précocement le logiciel de l'unité de contrôle sans recourir au matériel réel.
Méthodes de développement et d'essai
Le développement et les tests du V-ECU ont mobilisé plusieurs méthodes et bonnes pratiques assurant un comportement fiable du système aussi bien en simulation qu’en conditions réelles. Ces méthodes incluent :
Software-in-the-Loop (SIL) : Validation anticipée des algorithmes de contrôle dans environnement simulé.
Tests d'intégration : Assurer le bon fonctionnement du V-ECU à l’échelle système dès que l’ensemble du logiciel est intégré.
Injection de fautes et tests de robustesse : Vérifier le comportement ECU face aux anomalies et tester sa tolérance aux pannes.
Validation avec des données réelles : Comparer les résultats de simulation avec des données concrètes pour confirmer la fidélité du système virtualisé.
Le test conçu pour le V-ECU couvre un large éventail de conditions et de scénarios garantissant un comportement conforme dans différents environnements. Ces cas de test assurent une validation complète des fonctionnalités individuelles et de l’intégration système globale, confirmant que le V-ECU est fiable, performant et capable de gérer aussi bien des conditions réelles que des situations extrêmes.
Nexteer entretient une collaboration de longue date avec dSPACE dans le domaine des systèmes hardware-in-the-loop. Nous sommes constamment impressionnés par leur support technique de qualité et leurs contenus de formation complets. Fort de leur succès dans le développement et les tests de V-ECU, et guidés par les retours clients, nous avons choisi dSPACE comme fournisseur d’outils pour le développement et la validation de V-ECU, en utilisant notamment des solutions telles que VEOS.
Une collaboration réussie
En collaboration avec dSPACE, Nexteer a livré à ses clients constructeurs un V-ECU de niveau 3 présentant plusieurs avantages majeurs :
Économies de coûts : Les V-ECU permettent aux constructeurs de se passer d’investissements supplémentaires en matériel pour le développement et les tests, tout en réduisant le recours aux bancs d’essai et autres outils coûteux dès les premières phases du projet.
Cycles de développement accélérés : Les V-ECU offrent aux constructeurs la possibilité de débuter les tests logiciels avant même que le matériel physique soit disponible. Ils leur permettent de simuler diverses conditions de conduite et situations extrêmes, accélérant ainsi la procédure de validation.
Validation et tests optimisés Les V-ECU permettent aux constructeurs de repérer les problèmes logiciels dès les premières phases, réduisant le risque d’erreurs coûteuses à un stade avancé du développement.
Intégration transparente : Les calculateurs virtuels facilitent l'intégration des différents composants de l'architecture d'un véhicule sans attendre que la disponibilité du matériel physique. Un atout majeur pour le développement des véhicules connectés et autonomes.
En résumé, les outils dSPACE et leurs puissantes capacités de simulation et de test ont été essentiels pour développer un V-ECU fiable, conforme aux exigences de sécurité fonctionnelle, permettant à Nexteer d’atteindre ses objectifs de projet et de satisfaire pleinement ses clients. Le recours à une seule suite d’outils a assuré une transférabilité optimale des modèles et artefacts de simulation entre tous les environnements de simulation. Nexteer se réjouit de poursuivre sa collaboration avec dSPACE pour optimiser le développement, les tests et la validation de ses solutions de contrôle de mouvement critiques pour la sécurité, tout en offrant un service encore meilleur à ses clients constructeurs à l’échelle mondiale.
