- Pour garantir la sécurité et la fiabilité des véhicules aériens autonomes (AAV pour autonomous air vehicle), Pickering Interfaces a combiné son expérience en matière d’instruments de test modulaires à l’expertise de DMC, une société américaine de conseil en ingénierie axée sur les projets et spécialisée dans le développement de logiciels et de systèmes de contrôle.
- Les deux entreprises ont ainsi conçu un banc d’essai HIL (Hardware-in-the-Loop) qui intègre l’ensemble des composantes matérielles et logicielles indispensables au test de systèmes de gestion de batterie et l’électronique de vol de drones aériens.
- Ce système de test permet d’émuler l’environnement opérationnel dynamique du drone aérien avec une solution de simulation HIL qui répond aux exigences du projet.
Défis à relever
Des protocoles d’essais devaient être mis en œuvre pour émuler la fonction du bloc-batterie des véhicules aériens autonomes (AAV pour autonomous air vehicle) ainsi que pour tester et valider le système de gestion de la batterie (BMS) et l’électronique de vol dans diverses conditions de fonctionnement. Les méthodes d’essai conventionnelles ne convenaient pas en raison des problèmes de sécurité inhérents aux essais de scénarios réels, tels que la surchauffe, la surcharge et les conditions de défaillance qui pourraient survenir lors de l’assemblage du bloc-batterie ou du fonctionnement du véhicule.
La solution mise en œuvre
Le système HIL est composé de matériel commercial (COTS) et de solutions propres à DMC. L’entreprise américaine souhaitait utiliser une plate-forme ouverte et modulaire pouvant être adaptée aux exigences de ses clients et s’intégrant bien avec le logiciel NI VeriStand qui permet de valider le matériel et d’effectuer des tests pour les applications HIL (hardware-in-the-loop). DMC a utilisé un châssis LXI équipé de cartes PXI pour la simulation de cellules de batterie ainsi que de cartes de résistances programmables de Pickering Interfaces. Elle les a associé à ses modules d’injection de défauts de batterie qui permettent de placer n’importe quelle combinaison de cellules dans l’un des quatre états suivants : état sans défaut, cellule inversée, cellule en court-circuit ou cellule en circuit ouvert.
Pour le contrôle du banc de test, DMC a opté pour le logiciel NI VeriStand et a conçu un modèle de cellule de batterie en s’appuyant sur le logiciel de développement graphique d’applications NI LabVIEW. Ce modèle de contrôle VeriStand fonctionne sur un contrôleur temps réel embarqué (NI cRIO) associé à des modules de sortie analogiques et numériques de la série C afin de pouvoir gérer les boucles d’E/S et de simulation à la vitesse requise. Des alimentations de la série RP7900 de Keysight sont utilisées pour alimenter l’électronique et les moteurs du drone. Lorsqu’un vol de drone est simulé, le système simule le fonctionnement de la batterie pendant toute la durée du vol. Ce qui permet de tester simultanément la réponse du BMS et du système électronique de puissance.
Les atouts du banc d’essais
- Architecture modulaire : le banc d’essai s’adapte à diverses exigences de test et il permet des extensions futures et l’intégration de fonctionnalités supplémentaires selon les besoins, le tout dans un rack facilitant l’accès aux composants.
- Simulation réaliste : reproduction des conditions du monde réel en générant des signaux reproductibles afin de tester la réponse du drone aérien à divers stimuli.
- Contrôle de précision : le modèle de cellule de batterie de DMC est réglable afin de pouvoir simuler différentes chimies de cellules de batterie. La réponse du modèle permet d’émuler des conditions de défaillance réelles. En outre, le logiciel NI VeriStand assure le séquençage et le contrôle du processus.
- Précision : le modèle ajuste la température simulée des cellules en fonction de l’utilisation mesurée de la batterie, de sorte qu’il réagit exactement comme prévu lorsque la batterie est chargée et déchargée.
- Réduction des coûts : la solution réduit les coûts des essais en rationalisant le processus de test et en réduisant la dépendance à l’égard des prototypes physiques.
- Gain de temps : l’assemblage et les modifications s’effectuent en interne. Ce qui permet de gagner du temps.
Matériels de Pickering utilisés
- Module PXI de la série 40-298-034 de résistance de précision haute densité, 9 canaux, 3Ω à 102Ω
- Module PXI 41-752A-912 de simulation de batterie, 4 canaux, lecture V/I, puits de courant simplifié, isolation 750 V
- Châssis modulaire LXI/USB à 18 emplacements de la série 60-103D-001
