Les constructeurs font face à la complexité croissante des voitures modernes avec de nouvelles approches dans le domaine de la vérification et de la validation. KPIT Technologies a développé un environnement de test qui peut être utilisé pour intégrer et simuler des systèmes de gestion de batterie virtuels. Ainsi, les tests BMS sont possibles dans un environnement SIL.

Les véhicules d'aujourd’hui deviennent de plus en plus complexes. Des sujets tels que l’électromobilité, la conduite autonome ou encore les véhicules connectés font que le développement de logiciels est de plus en plus prédominant lorsque les constructeurs travaillent sur une nouvelle voiture. Les méthodes de test de développement traditionnelles telles que MIL (Model-In-the-Loop), HIL (Hardware-In-the-Loop) et SIL (Software-In-the-Loop) atteignent rapidement leurs limites parce que les délais sont serrés lorsqu'il y a plusieurs points d'intégration logicielle.

Pour résoudre ce problème, les constructeurs se tournent vers une approche plus globale de la vérification et de la validation des logiciels. Cet article décrit comment gérer la complexité des nouvelles technologies dans les automobiles actuelles en utilisant la validation virtuelle. Concrètement, il s’agit d’un banc d’essai virtuel développé par KPIT qui utilise la chaîne d’outils dSPACE pour vérifier une application de gestion de batterie 48 V.

Défis de la validation logicielle intégrée

Si vous voulez améliorer la qualité des logiciels embarqués, vous pouvez vous demander si vous pouvez y parvenir simplement en effectuant plus de tests (régression). Cependant, comme les tests occupent déjà une grande partie du temps et des ressources d'un projet, ce n'est pas une option viable. Les processus de test et de débogage d’une organisation affectent l’ensemble d’une plate-forme logicielle (par ex., bibliothèques de logiciels partagés), ce qui accroît la complexité des tests. Par exemple, une seule fonction ou un seul composant logiciel peut être utilisé dans des dizaines de variantes (bas/moyen/haut de gamme, spécifique au pays, etc.). Au final, cela conduit à des milliers de tests, avec l'inconvénient que si un bug est corrigé dans une variante, ce changement affecte également toutes les autres variantes.

Un autre inconvénient est que les tests d’intégration logicielle sont effectués de manière séquentielle et sur un banc d’essai HIL. Les erreurs d’intégration logicielle ne sont donc découvertes que plus tard dans le cycle de développement, ce qui peut remettre en cause l’ensemble du planning. Les environnements HIL (Hardware-In-the-Loop) sont également difficiles d'accès pour les équipes logicielles car les équipes d'intégration et de tests partagent généralement des environnements HIL. Chaque équipe peut avoir besoin d'une configuration HIL légèrement différente, ce qui peut être source d'erreurs et prendre du temps à configurer. Cela augmente également le temps de test global pour l'ensemble du programme.

Figure 1 : Configuration du banc d’essai virtuel intégré pour les tests multi-calculateurs/domaines.

Tests logiciels intégrés pour le développement agile

Tous ces défis ont rendu les bancs d'essai purement virtuels avec un calculateur virtuel (ECU) de plus en plus populaire. Les principaux constructeurs automobiles utilisent déjà cette approche pour le développement et les tests logiciels intégrés. Depuis plus d'une décennie, des bancs d'essai virtuels ont donc été développés pour permettre de remplacer le vrai calculateur par un calculateur virtuel (V-ECU). La société indienne KPIT Technologies est l’un des principaux fournisseurs dans ce domaine et accompagne ses clients dans la mise en place de bancs d’essai virtuels au niveau composant, sous-système et système, leur permettant ainsi de changer les stratégies de test.

« Notre banc d’essai virtuel (VTB) utilise les solutions fournies par dSPACE pour recréer virtuellement des bancs d’essai HIL au niveau composant afin de tester, par exemple, le système de supervision du véhicule, l’onduleur e-drive et le système de gestion de la batterie », explique Priyanshi Gupta, responsable technique du banc d’essai virtuel chez KPIT. Ces jeux de bancs d’essai virtuels sont créés en intégrant le logiciel de simulation dSPACE VEOS, le logiciel d’architecture SystemDesk, les modèles d’environnement Automotive Simulation Models (ASM) de dSPACE et les conteneurs de simulation de messagerie véhicule. En outre, les outils de test standard sont connectés au VTB pour permettre une exécution cohérente des tests entre le VTB et le HIL.

« Cette approche permet un processus de développement, d’intégration et de validation plus rapide qui est évolutif sur l’ensemble du véhicule et disponible pour tous les ingénieurs de l’entreprise », ajoute Priyanshi Gupta. « Au cours du processus, l’environnement de test peut être configuré et mis à jour en un seul clic et étendu si nécessaire sans délai. Il s’intègre également facilement à divers outils spécifiques d’équipementiers et pipelines d’intégration/de déploiement continu, maximisant ainsi les avantages.»

Exemple d'application pour un test HIL virtuel d'un système de gestion de la batterie

Le test du système de gestion de la batterie (BMS) se concentre principalement sur toutes les fonctions qui peuvent être réparties entre plusieurs composants logiciels et matériels. Ces tests sont typiquement réalisés avec une configuration HIL qui nécessite du matériel réel, des périphériques, des connexions physiques et qui permet à l'opérateur de déconnecter le matériel et les périphériques pendant l'exécution. Un bon exemple de cette méthode de test est la vérification des algorithmes après injection d’un défaut périphérique (injection de défaut au niveau matériel) puis la validation des algorithmes de la batterie.

Dans les véhicules électriques (EV) ou hybrides électriques (HEV), les blocs-batterie doivent être systématiquement contrôlés et gérés pour garantir la sécurité, l’efficacité et la fiabilité de l’ensemble du système de véhicule électrique. Cela nécessite un BMS qui comprend une surveillance de l'état de charge de la batterie, un algorithme de recharge optimal et des fonctions de circuit pour l'équilibrage des cellules et l’équilibrage thermique. Non seulement le BMS travaille avec d’autres systèmes embarqués mais il doit également fonctionner en temps réel dans des conditions de recharge et de décharge qui changent rapidement, par exemple lorsque le véhicule accélère ou freine.

L'état de charge (SOC) est mesuré comme la capacité disponible, qui dépend de la chimie des cellules, des facteurs de vieillissement, etc. L'estimation du SOC pour le BMS implique divers composants applicatifs, le code logiciel pour le logiciel de base (BSW) et les pilotes de dispositifs complexes (CDD), et les entrées des circuits intégrés spécifiques à une application (ASIC). Compte tenu de la complexité accrue de ces fonctions et des multiples interactions entre les différentes couches logicielles, la complexité globale du logiciel et l'impact des erreurs logicielles sont beaucoup plus prononcés qu'un impact purement local généralement capturé dans un test MIL.

Pour répondre aux exigences de sécurité, de robustesse et de qualité du logiciel du BMS, un environnement virtuel de test (VTE) des calculateurs du BMS fournit le bon outil pour analyser et valider les effets et les changements de conception, non seulement au niveau de l'unité, mais aussi pour l'ensemble du logiciel.

La figure 2 illustre clairement comment un défaut de conception dans l’un des composants de filtrage du capteur affecte l’ensemble du logiciel, impactant les algorithmes, les commandes et le diagnostic continu. Ce problème est survenu lors de la validation de la plate-forme logicielle BMS KPIT et a été détecté dans le VTE. « Au total, nous avons pu valider avec succès 90 % de notre plate-forme logicielle BMS avec la chaîne d’outils et l’environnement dSPACE », explique Debango Chakrobarty, Architecte Solutions, Commandes et Logiciels BMS, chez KPIT.

Figure 2: BMS architecture - impact analysis.

Scaling and validation of diagnostic service protocols 

Diagnostics services are usually performed by multiple groups and in concentrated phases of functionality or protocol. However, the flexibility of the dSPACE environment helped KPIT scale up and validate diagnostics service protocols such as Unified Diagnostic Services (UDS) and the associated functionalities. KPIT identified and solved diagnostics authoring and software development issues by testing standard test suites such as Open Test sequence exchange (OTX) and custom features for its BMS software.

The VHIL component was used to generate errors by changing the inputs of the plant models during run time. This ensured that the software triggered the correct diagnostic error codes. In addition, KPIT integrated a third-party tool to perform OTX execution to confirm compliance with the standard. In doing so, the response of the BMS was validated.

In another test, all physical parameters were kept within their normal range ensuring that the contactors have been successfully closed so that the BMS can report the power-on status of the high voltage via the high-voltage request from CAN. A cell overvoltage failure was injected by the battery plant model by increasing the cell voltage until it exceeded the critical overvoltage threshold. In response, the BMS opened the contactors affected by the overvoltage fault, and the status was monitored via CAN. With this, a closed-loop validation of fault injection was ensured.

In the last test case, KPIT injected a cell temperature sensor with an undertemperature failure at a battery plant model. The power limit values transmitted by the BMS on the virtual CAN bus were monitored. The BMS power limits indicated a downward ramp, which meant that the system had entered limp-home mode. In response to the thermal system outputs, the BMS thermal conditioning commands were displayed.

In addition to the tests described above, KPIT's virtual test environment enabled regression testing for all communication frames, integrated function validation, and expansion to a vehicle-level virtual test bench.

Furthermore, the execution of the virtual test bench is integrated into the continuous integration/continuous testing (CI/CT) workflow. Throughout the development cycle, more than 100 data pipelines are defined to ensure testing of all consumers from the component to the system level. A simplified version of the test execution process is shown in figure 3. The implementation for the BMS test bench is set up using Jenkins CI. These pipelines have been implemented at different KPIT customers with different technologies.


Figure 3: CI/CD workflow.

The Advantages of a Virtual Test Environment

As the platform-based approach is becoming more popular in today's product development landscape, a virtual test bench like the KPIT VTE provides the perfect environment for scaling, adapting, and transforming component platforms into more variants while maximizing test efficiency.

“Together with dSPACE, we have developed this test environment, which can be used to perform tests at component, subsystem, and vehicle level for all OEM vehicle programs,” reports Neeraj Patidar, Architect Virtual Test Environment, KPIT. “The advantages are obvious: Virtual HIL setups and environments at the component level enable faster validation of ECU software and a 90% increase in test coverage throughout the V-cycle.” KPIT offers its customers VTE components as accelerators for OEM-specific implementations. The VTE provides accurate and stable co-simulation orchestration for thousands of concurrent users who can submit multiple test jobs simultaneously.

Courtesy of KPIT Technologies Ltd 

dSPACE MAGAZINE, PUBLISHED SEPTEMBER 2022​​​​​​​

About KPIT

KPIT Technologies is a global partner to the automotive and mobility ecosystem for making software-defined vehicles a reality. It is a leading independent software development and integration partner helping mobility leapfrog towards a clean, smart, and safe future. With 9000+ automobelievers across the globe specializing in embedded software, AI, and digital solutions, KPIT accelerates its clients’ implementation of next-generation technologies for the future mobility roadmap. With engineering centers in Europe, the USA, Japan, China, Thailand, and India, KPIT works with leaders in automotive and mobility and is present where the ecosystem is transforming.

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