Utilisation de l’insertion d’erreurs et de la simulation de capteurs basées sur PXI dans les essais électroniques

Les unités de contrôle électronique (ECU) occupent aujourd’hui une place centrale dans presque tous les systèmes de véhicule, allant du freinage antiblocage à la gestion des batteries. Dans les véhicules électriques, ces unités gèrent des fonctions pour lesquelles une seule panne peut compromettre la sécurité. Cette réalité impose une lourde responsabilité aux ingénieurs en tests : démontrer que l’ECU se comporte de manière prévisible dans toutes les conditions possibles, qu’elles soient favorables ou défavorables, sans avoir à attendre un prototype physique ni à prendre le risque d’utiliser du matériel coûteux.

La simulation hardware-in-the-loop (HILS) répond à ce besoin. Elle permet de valider le comportement de l’ECU dans un environnement opérationnel simulé bien avant que le véhicule ne soit mis sur la route, et elle peut être utilisée tant pour les premiers essais de prototype que pour les tests de production en grande série.

Comment fonctionne la HILS

HILS relie les signaux réels provenant d’un contrôleur à une plateforme de test qui imite le fonctionnement du système final. L’équipement de stimulation remplace les capteurs réels de l’ECU par des simulateurs électroniques, tandis que l’équipement de mesure enregistre et vérifie les sorties de contrôle de l’ECU. L’objectif est double : s’assurer que l’ECU fonctionne correctement dans des conditions connues comme étant optimales, et vérifier qu’elle protège le véhicule et ses occupants en cas de panne.

Considérons un système de freinage antiblocage. Si le conducteur appuie sur la pédale de frein alors qu’un capteur de vitesse de roue a défailli, l’ECU doit néanmoins arrêter le véhicule le plus rapidement et en toute sécurité possible. Grâce aux HILS, il est possible de recréer ce capteur défaillant, ainsi que d’innombrables autres combinaisons de pannes, sans avoir à reproduire les conditions physiques réelles. Les itérations de conception et de vérification se déroulent exactement comme si l’on testait le produit fini, mais on évite ainsi les coûts, le temps et les risques liés à la création de pannes réelles.

Les limites de l’insertion traditionnelle de pannes

Les ECU à fonction critique de sécurité passent par une certification durant laquelle on introduit une série définie de pannes pour vérifier que l’unité réagit de manière sûre et prévisible. Pendant des années, les ingénieurs ont compté sur des panneaux de connexion manuels pour injecter ces pannes. Des câbles relient les lignes d’entrée/sortie de l’ECU aux instruments de stimulation et de mesure. On déconnecte les lignes pour simuler des circuits ouverts, ou on les relie entre elles pour simuler des courts-circuits vers la terre, une source de tension ou d’autres lignes d’entrée/sortie. On déplace un câble, on mesure le résultat, et on répète l’opération.

Cette méthode présente de réels inconvénients :

Dimension. Les panneaux de connexion ont tendance à être volumineux et à occuper beaucoup d’espace sur le banc de test.

Vitesse. L’opération manuelle est lente et ne convient pas aux tests en grand volume.

Répétabilité. L’intervention humaine introduit des erreurs et rend difficile l’établissement de rapports traçables.

Coût. Les coûts de maintenance et de main-d’œuvre sont élevés, et le processus dépend d’une base de connaissances documentée et spécialisée.

Reproduire rapidement et avec précision une condition de test défaillante constitue un avantage majeur dans tout programme de validation. Les correctifs manuels vont à l’encontre de cet objectif.

Automatisation de l’insertion des défauts avec PXI

Obtenir un contrôle logiciel tant sur le routage des instruments que sur l’insertion en temps réel de défauts électriques transforme complètement le processus. Le principe est simple : des modules de commutation se situent entre le simulateur et le dispositif à tester (DUT), et ils transmettent les signaux sans modification ou appliquent diverses conditions de défaut sur commande.

La plupart des applications nécessitent au moins la modélisation des types de défauts suivants :

Connexions en circuit ouvert vers le DUT

Circuits courts entre les broches du DUT

Circuits courts vers la terre ou l’alimentation

Défauts résistifs

Au lieu de vous engager dans un système HILS coûteux, propriétaire et destiné à une seule application qui vous lie à un seul fournisseur, vous pouvez vous appuyer sur la norme PXI en utilisant des modules de premier ordre. PXI est robuste, modulaire et évolutif, avec un déclenchement et une synchronisation au niveau du châssis qui répondent aux exigences liées à l’insertion de défauts dans un environnement temps réel déterministe. Pickering Interfaces a été le premier fournisseur à introduire des commutateurs PXI conçus spécifiquement pour l’insertion de défauts, offrant des unités d’insertion de défauts évolutives (FIU) qui remplacent complètement les panneaux de connexion.

Des intégrateurs tels que Bloomy s’appuient sur cette base avec leurs plateformes Universal Test System (UTS), qui combinent les fonctionnalités de commutation et de simulation PXI en architectures de tests fonctionnels standardisées et réutilisables. C’est cette standardisation qui permet d’obtenir des avantages économiques. La réutilisation d’une plateforme modulaire commune entre différents projets élimine les travaux d’ingénierie redondants, réduit les coûts liés aux travaux d’ingénierie non récurrents (NRE) et vous permet d’utiliser les mêmes outils de test depuis la validation du prototype jusqu’à la ligne de production.

Si le bruit de commutation est un problème, vous pouvez placer les FIU dans un châssis Pickering LXI/USB distinct, éloigné des instruments sensibles. Les pilotes logiciels restent identiques que les modules se trouvent dans un châssis PXI ou dans un châssis LXI/USB, ce qui n’affecte pas les efforts d’intégration.

Simulation de l’environnement du capteur

Les HILS complets permettent de simuler l’ensemble des capteurs que l’ECU est censée détecter. Les modules basés sur PXI couvrent les types de transducteurs courants utilisés dans les systèmes automobiles et électriques :

Simulation de thermocouples. Les modules simulateurs de millivolt offrent de 8 à 32 canaux de sources à basse tension précises, répartis en trois plages, couvrant la plupart des types de thermocouples. Des relais intégrés permettent de simuler une connexion ouverte sur chaque canal.

Simulation de LVDT/RVDT/resolveurs. Un module à une fente peut simuler jusqu’à quatre canaux de LVDT, RVDT ou resolveur à 5/6 fils, ou huit canaux de LVDT/RVDT à 4 fils. Avec une excitation allant de 0,25 VRMS à 38 VRMS et de 300 Hz à 20 kHz, il couvre la plupart des dispositifs en service. Des relais intégrés permettent de simuler des connexions ouvertes et des courts-circuits sur chaque entrée et sortie.

Simulation de boucle actuelle. Les modules de sortie analogique imitent des émetteurs-récepteurs de contrôle industriel 4–20 mA, avec des vitesses d’ajustement programmables, plusieurs modes de sortie et des relais intégrés pour détecter les courts-circuits et les ouvertures sur chaque canal. Un mode d’isolement complet permet d’éviter les boucles de terre.

Simulation de pile batterie. Pour les essais des systèmes de gestion de batterie de véhicules électriques (BMS), les modules simulateurs de cellules fournissent deux, quatre ou six cellules isolées par module, avec une précision de ±5 mV sur une plage allant de 1 V à 7 V. Une barrière d’isolement de 750 V prend en charge les architectures de propulsion à cellules en série.

Résistances programmables. Avec plus de 350 variantes de modules, y compris des unités offrant une précision supérieure à 0,1 % et une résolution inférieure à 2 mΩ, vous pouvez automatiser l’insertion de défauts résistifs ainsi que la simulation de RTD ou de capteurs de déformation sous contrôle logiciel.

Passe du prototype à la production

Pour les conceptions à un grand nombre de broches, des modules matriciels FIU échelonnés basés sur le format BRIC permettent de gérer la simulation complexe des capteurs et des unités de contrôle, avec une expansion possible en multiples de 20 ou 31 canaux. Un seul pilote logiciel cohérent prend en charge l’ensemble de la gamme FIU et de simulation, de sorte que l’élargissement du système n’exige pas la réécriture du code de test.

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