Les industries automobiles et aérospatiales emploient un grand nombre de calculateurs (ECU) dont il est nécessaire de valider le comportement, particulièrement quand ils sont employés dans des applications critiques de sûreté. Le développement d’un ECU exige son test, non seulement dans un environnement de fonctionnement normal, mais également pour découvrir comment l’unité se comporte dans divers situations. Le but de la simulation d’insertion de défauts est d’établir de solides prédictions de performances tout en employant plusieurs paramètres d’utilisation réelle qui finalement assureront la sûreté du conducteur/pilote et des passagers. Michael Crespin de Pickering Interfaces France , fournisseur de solution de commutation modulaire, propose un article offrant un éclairage sur le sujet.
L’insertion de défauts est un aspect important de la validation d’ECU pour tester le comportement du systèmes à certainss défaillances de systèmes. Cette technique est indispensable pour la conception et validation de FADEC (Full Authority Digital Electronic Controller) pour moteur d’avions à réaction. Le FADEC est effectivement le cerveau du réacteur qui contrôle tous les aspects d’exécution du moteur de l’avion tout en fournissant la redondance complète pour la fiabilité critique de sûreté. Bien évidemment, il y a les réglementations gouvernementales très rigoureuses concernant le test des modules FADEC pour les avions commerciaux qui requièrent des opérations de contrôle et de sureté au travers d’un large éventail de conditions de panne.
L’insertion de défauts est également employée dans l’industrie automobile pour le test complet des modules de contrôle Moteur dit ‘’Powertrain Control Modules ou PCM’’. Le PCM est un boîtier de contrôle des plus complexes dans un véhicule moderne exigeant un test rigoureux et complet de sa fonctionnalité. L’échec d’un PCM aura des conséquences significatives dans les applications X-by-Wire (un terme collectif pour désigner l’intégration de systèmes électroniques dans un véhicule pour compléter et remplacer des tâches qui se faisaient précédemment par l’intermédiaire de systèmes mécaniques et hydrauliques pour le freinage ou la direction par exemple), donnant ainsi une importance accrue à ces méthodes de test.
Les méthodes traditionnelles de test comportent souvent le raccordement manuel de câbles à un tableau de connexions, ce qui est loin d’être idéal et peut s’avérer très couteux. Non seulement cette méthode de test est encline à des erreurs humaines mais également très consommatrice en temps. Spécifiquement visant la validation d’ECU, les nouveaux modules de Pickering Interfaces pour l’insertion de défauts permettent une approche, plus automatisée et répétable pour ces scénarii de simulation de défaillances. Généralement, lorsque l’on exécute des applications d’insertion de défauts, trois types de conditions de panne entre l’interface de test et l’équipement sous test sont simulés :
– Circuit-Ouvert
Dans ce type de mode, on peut avoir les cas de No Fault ou Circuit ouvert.
Dans le cas de la configuration No Fault (Fig 1), l’équipement de test sera directement raccordé aux lignes du calculateur au travers du module d’insertion de défauts.
Dans le cas d’un circuit ouvert (Fig 2), la ligne du signal entre l’application de test et le calculateur est laissée ouverte afin de déterminer comment se comportera le calculateur après l’interruption du signal.
Fig 1: No Fault
Fig 2: Circuit Ouvert
– Court Circuit entre connexions de l’interface de test
Dans un court-circuit pin à pin (Fig 3), la ligne du calculateur est connectée à une ou plusieurs lignes de ce dernier.
Fig 3 : Court-Circuit Pin à Pin
– Court Circuit au VBatt ou Masse via les bus de défauts
Pour simuler un court-circuit à la masse ou la batterie, la ligne du signal est connectée d’une ligne ou d’un bus de défaut externe vers le calculateur. Les bus de défauts peuvent être configurés pour simuler des lignes à la masse ou à des tensions d’alimentation.
Fig 4 : Court-Circuit à la Masse
Fig 5 : Court-Circuit à la Batterie
Vous pourrez voir ci-dessous un banc d’insertion de défaillance traditionnel dit ‘’Patch Panel où la gestion des fautes est faite manuellement par le biais de cavaliers, où les câbles sont reliés de façon désordonnées en face avant et dont l’architecture est basée sur de simples cartes de relais. Le câblage dans ce cas est très onéreux, source d’erreur et ne permet pas une certaine répétabilité des opérations (Fig 6).
Afin d’automatiser ces conditions de test, Pickering Interfaces a développé une gamme de modules de commutateur d’Insertion de défauts basée sur l’architecture PXI. Ces solutions modulaires et évolutives peuvent être utilisées pour commuter des signaux entre simulations et dispositifs réels dans la multitude de systèmes de simulation et de test ‘’Hardware in the Loop’’ (HIL). Les Tests HIL permettent à l’utilisateur de mettre un ECU dans des scénarii de tests identiques à ceux effectués dans la réalité avec une réduction substantielle du coût et du risque, représentant un fardeau en moins sur les ressources humaines et mécaniques.
La solution de commutation d’insertion de défaut peut aider considérablement à simplifier et accélérer le test, le diagnostique et le travail d’intégration dans des applications HIL. Pickering Interfaces a été précurseur dans ce domaine en concevant toute une famille de cartes PXI (plus d’une quinzaine de modules) permettant de répondre à la majorité des besoins du marché aéronautique et automobile. Cette famille de cartes a permis de bâtir une solution alternative ouverte basée sur le standard PXI.
A titre informatif, voici quelques exemples de modules et topologies d’insertion de défauts utilisés dans les bancs habitacles ou moteurs :
Le 40-190 est un module d’insertion de défauts pourvu de 74 voies avec un ou deux bus de défauts capable de commuter à chaud 2A et 165VDC/115VAC. Ce module fournit une solution d’insertion de défauts très dense, rentable, modulaire et évolutive en 1 slot PXI 3U (figure 7).
Fig 7
Le 40-194 est un module d’insertion de défauts de 7 voies avec un ou deux bus de défauts capable de commuter à chaud 20A sous 16 VDC. Ce module occupe 2 slots PXI (figure 8).
Fig 8
Le 40-191 est un module d’insertion de défauts de 6 voies avec un ou deux bus de défauts capable de commuter à chaud 30A sous 40 VDC. Ce module occupe 2 slots PXI (figure 9).
Fig 9
Les 40-592 et 40-595 sont des modules de matrices d’insertion de défauts pouvant avoir 4 à 8 bus et jusqu’à plusieurs centaines de points pour la simulation de défauts. Ces modules occupent 4 ou 8 slots en fonctions du nombre de points (figure 10, 11 & 12).
Fig 10
Fig 11
Fig 12
Fig 13
Dans un exemple typique d’insertion de défauts (fig 13), les raccordements de terminaisons en X sont employés pour relier soit un capteur simulé ou une voie réelle de capteur au dispositif sous test. Le relais d’isolation peut être utilisé pour déconnecter la source du capteur et des défauts peuvent être insérés du côté du bus de simulation ou du produit lui-même. Des réseaux de défauts sont reliés sur les raccordements des Y pour simuler des court-circuits à la masse ou à la batterie, ou pour simuler l’effet de courants de fuite sur les pistes. Des résistances élevées de pistes peuvent également être simulées en série avec le signal ou comme fuite entre les pistes des signaux.
Fig 14
Ces modules sont principalement utilisés dans l’aéronautique pour des applications très complexes.
Ces produits sont actuellement intégrés dans des bancs pour l’A350 et A400M.
– Intégration :
Les intégrateurs sont aujourd’hui les acteurs majeurs pour la fourniture de solutions complètes dans différents environnements de programmation et de systèmes d’exploitation. La société Clemessy a été précurseur dans ce domaine car forte de son environnement de développement TIV (TestInVIEW), elle a su proposer des bancs de tests permettant de simuler le comportement complet de calculateurs habitacles (voir Fig 15). Ces bancs sont par ailleurs utilisés par différents constructeurs automobiles.
– Exemple type de banc HIL intégrant l’insertion de défaillances :
Vous pourrez voir ci-dessus un banc HIL développé par la société Clemessy sous l’environnement TIV (implémentant des appels de fonction sous LV RT, sous Matlab Simulink et basé sur le séquenceur TestStand) intégrant une multitude de modules PXI de différents constructeurs permettant de simuler les différents signaux d’acquisition, les bus automobiles CAN et LIN, de capteurs et l’insertion de défaillances. Plus de 25 modules d’insertion de défaillances et de simulation de capteurs de Pickering sont présents sur 4 châssis PXI chaînés (Fig 15).
– Programmation
Pickering Interfaces fournit des drivers bas niveaux et VISA compatibles pour les systèmes d’exploitation Windows 2000/XP/Seven. Le driver VISA est également fonctionnel pour cibles temps réels telles que LabVIEW RT et LabWindows/CVI RT, généralement utilisé pour des applications HIL. Pickering Interfaces peut également sur demande, proposer des drivers pour Linux RT.
Ces drivers peuvent être utilisés dans une variété d’environnements de programmation, incluant les logiciels de National Instruments (LabVIEW, LabWindows/CVI, MAX, TestStand), de Microsoft (Visual Basic/Visual C++), d’Agilent avec VEE et de Mathworks avec Matlab.
