Utilisation de l'ingénierie des systèmes basée sur des modèles pour développer un jumeau numérique complet des fonctionnalités ADAS

Approche MBSE

Le marché mondial des véhicules autonomes connaît une croissance rapide. Selon les estimations de Statista, d'ici 2025, le marché atteindra une valeur d'environ 400 milliards de dollars. Au cours des dernières décennies, FIH Mobile, une filiale du groupe Hon Hai Technology (Foxconn), s'est principalement fait connaître pour ses services intégrés verticalement, couvrant la conception, le développement et la fabrication de bout en bout de téléphones portables, d'appareils de communication mobile et sans fil, ainsi que de produits électroniques grand public. Face à la demande croissante de nouvelles technologies émergentes, FIH Mobile a étendu son expertise aux systèmes avancés d'aide à la conduite (ADAS) et aux marchés des véhicules autonomes.

En 2021, FIH Mobile s'est associé à Stellantis, un leader mondial de l'automobile et des solutions de mobilité, pour créer une coentreprise avec Mobile Drive Technology Co., Ltd (MobileDrive).
MobileDrive développe une plateforme d'info-divertissement, de télématique et de services cloud, accompagnée de matériel et de logiciels auxiliaires. Pour répondre rapidement aux exigences du marché avec des logiciels de la plus haute qualité, MobileDrive a choisi les services de conseil et d'ingénierie Simcenter™ pour l'aider à développer une approche d'ingénierie des systèmes basée sur des modèles (MBSE) soutenant ses ambitions dans le domaine des ADAS.

MobileDrive a compris que Simcenter Engineering pouvait l'aider à exploiter une continuité numérique robuste, lui permettant de collecter des données pour optimiser les systèmes dans tous les domaines clés.

Un partenaire stratégique pour les ADAS

Le développement des ADAS nécessite une connaissance approfondie et une expérience solide en matière d'applications et de sécurité fonctionnelle. Simcenter Engineering possède une expertise éprouvée dans ces domaines, ce qui en fait un
partenaire idéal pour MobileDrive.

L'intérêt principal de MobileDrive était d'apprendre à utiliser une approche basée sur des modèles pour développer les algorithmes et les contrôles logiciels des applications ADAS courantes, telles que l'assistance au maintien de voie, le maintien de trajectoire et l'assistance au braquage d'urgence. L'entreprise a choisi Simcenter Engineering comme partenaire technologique pour développer ces capacités et doter son équipe d'ingénierie de l'expertise logicielle nécessaire.

Deux objectifs, une vision ADAS

L'objectif initial de MobileDrive est de devenir un partenaire de confiance pour les constructeurs chinois et taïwanais dans le développement de leurs logiciels d'applications ADAS. À plus long terme, l'objectif est de devenir un fournisseur de premier plan dans le domaine de l'électronique automobile.

Pour permettre à MobileDrive d'atteindre ces objectifs, Simcenter Engineering a élaboré une feuille de route visant à faciliter la transition de l'entreprise vers l'approche MBSE. Cette démarche commence par les exigences des fournisseurs et des constructeurs, puis les décline en exigences logicielles.

Pour aider MobileDrive à respecter son ambitieux délai de commercialisation, les équipes ont convenu de développer six fonctionnalités dans le cadre du premier contrôleur latéral, à savoir l'aide au maintien dans la voie, le maintien d'urgence dans la voie, le contrôle de suivi de voie, le changement automatique de voie, l'assistance de direction d'urgence et la direction autonome d'urgence.

"L'équipe Simcenter Engineering devait nous transmettre une bonne maîtrise des éléments essentiels,
notamment comment répondre aux exigences et élaborer l'architecture initiale", affirme Winston Hsu, directeur de la technologie chez MobileDrive. "Nous avions également besoin de comprendre les meilleures pratiques pour rédiger et gérer les cas de test d'utilisation afin d'orienter le développement logiciel."

Simcenter Engineering a fourni une méthodologie complète et une feuille de route pour la vision ADAS de MobileDrive, comprenant la rédaction des exigences fonctionnelles et de sécurité technique, la réalisation de tests de sécurité fonctionnelle, la génération de cas de test, ainsi que le développement et le test du système basé sur des modèles de simulation. Pour ce faire, l'entreprise a utilisé le logiciel Simcenter Amesim™, une plateforme de simulation de systèmes de premier plan, et le logiciel Simcenter Prescan™, la solution numérique de validation ADAS de Siemens Digital Industries Software. De plus, elle a assuré une traçabilité complète des exigences grâce au portefeuille Polarion™, l'outil de gestion du cycle de vie des applications (ALM) basé sur le cloud de Siemens. L'équipe de Simcenter Engineering a également effectué un transfert de technologie complet en utilisant Polarion pour s'assurer que MobileDrive puisse reproduire la technologie en interne.

Simcenter Engineering et ces produits font partie de la plateforme commerciale Siemens Xcelerator, qui comprend des logiciels, du matériel et des services.

Construire les modèles de simulation

Ce projet a nécessité que l'équipe de Simcenter Engineering construise un modèle détaillé de dynamique du véhicule pour valider le contrôleur latéral. Pour y parvenir, les experts de Simcenter Engineering ont mené des études de marché afin de définir les exigences du système en se basant sur les spécifications du véhicule complet.

Simcenter Engineering a ensuite appliqué ces connaissances et sa vaste expérience en matière d'ADAS pour modéliser toute la dynamique du véhicule et fournir un environnement de test virtuel pour vérifier le contrôleur. En combinant Simcenter Amesim et Simcenter Prescan, l'équipe a pu définir l'environnement pour divers scénarios de conduite, y compris ceux liés à la sécurité fonctionnelle. L'environnement virtuel a également permis au système d'intégrer les différents capteurs ADAS, tels que les caméras et les radars à courte et longue portée, utilisés pour la fusion des capteurs dans le cadre de la fonction de contrôle ADAS. Le contrôleur a ensuite été intégré dans l'environnement de test virtuel, où plusieurs fonctionnalités ont été testées dans un cadre en boucle fermée entre les différentes plateformes logicielles.

Ce cadre a permis aux équipes d'observer le produit comme un jumeau numérique complet. Cela s'est avéré extrêmement précieux, car elles ont utilisé ces informations pour identifier rapidement les problèmes de performance du système et des logiciels, leur permettant ainsi de les résoudre dès le début du cycle de développement.

Suivre les exigences

Polarion a joué un rôle crucial dans ce projet. L'équipe de Simcenter Engineering l'a utilisé pour stocker tous les niveaux d'exigences provenant de diverses sources, notamment les cas d'utilisation, les besoins des clients, les besoins des constructeurs, les exigences système, logicielles, de sécurité fonctionnelle et de modes de défaillance. Ces exigences ont ensuite été déclinées et décomposées pour développer l'architecture logicielle et les spécifications des fonctionnalités, qui ont été mises en œuvre avec Simulink pour des tests Model-in-the-Loop (MiL). Simcenter Engineering a également exploité les capacités de Polarion pour poursuivre et capturer les nombreux tests de vérification utilisés pour vérifier le logiciel de commande en fournissant une traçabilité complète entre les exigences, les cas de test et les exigences de sécurité technique. Cela a permis à MobileDrive de répondre à son objectif de conformité aux normes Automotive SPICE (ASPICE) et aux exigences de l'ISO 26262 (Organisation internationale de normalisation).

Simcenter Engineering a utilisé Polarion pour créer des cas de test pour toutes les exigences, démontrer la traçabilité entre les cas de test et les exigences, et les exécuter dans une simulation en boucle fermée en utilisant le contrôleur Simulink avec des modèles de véhicules et de trafic basés sur Simcenter. Ces résultats ont ensuite été automatiquement réintégrés dans Polarion pour fournir aux équipes MobileDrive et Simcenter Engineering un tableau de bord offrant des indicateurs en temps réel sur les critères de réussite/échec et les paramètres clés de performance (KPI). Cette approche a permis à l'équipe de gestion de projet et aux autres intervenants d'évaluer activement, en temps réel, le nombre d'exigences validées ou non par les tests de vérification.

Ensuite, l'équipe Simcenter Engineering a assuré la synchronisation des communications entre Siemens et MobileDrive en hébergeant le serveur Polarion dans le cloud. Cela a simplifié la communication entre les équipes et leur a donné la possibilité de poser des questions, d'échanger des données et de consulter des tableaux de bord en un seul endroit.

La solution cloud a également permis aux deux équipes d'examiner, de commenter et d'approuver les exigences à distance, de manière individuelle ou collective.

Une fois la phase de simulation terminée, MobileDrive a mis les résultats à l'épreuve dans son unité de contrôle électronique (ECU). "Nous avons été ravis de constater que l'approche MBSE fournie par Simcenter Engineering s'est avérée extrêmement efficace", déclare Burt Chen, chef de projet chez MobileDrive. "Les fonctionnalités ont toutes répondu à nos attentes, ce qui nous a donné la confiance nécessaire pour fournir un logiciel de haute qualité à notre constructeur automobile."

Plus qu'un simple développeur

Au terme du projet, Simcenter Engineering a assuré la mise en œuvre et le transfert de technologie vers MobileDrive. Cela a été réalisé lors de séances de formation au cours desquelles l'équipe Simcenter a organisé plusieurs ateliers pratiques pour aider l'équipe MobileDrive à utiliser le cadre MBSE. L'équipe a également transféré tous les projets Polarion pour s'assurer que
MobileDrive ait une visibilité complète sur ses exigences et puisse facilement les reproduire pour les développements futurs.

L'objectif principal de l'équipe Simcenter Engineering lors de ces séances de transfert de technologie était de montrer à MobileDrive les meilleures pratiques du secteur, comment résoudre efficacement les problèmes à l'aide d'un cadre de test virtuel et comment adapter le logiciel à ses propres environnements de développement et de production. Chaque modèle, tableau de bord et technique a été conçu pour être directement utilisé dans la production de MobileDrive, facilement mis à jour et même adapté selon les besoins des clients.

Utiliser le MBSE et le jumeau numérique

"Simcenter Engineering nous a fourni les meilleures pratiques de l'industrie pour développer et utiliser le MBSE sur l'ensemble du diagramme en V", affirme M. Chen. "Nous comprenons désormais parfaitement comment accélérer nos activités algorithmiques et de vérification dans le développement produits. L'utilisation de Polarion nous a également montré comment faire preuve d'une plus grande conformité et d'une meilleure organisation pour répondre aux normes de sécurité fonctionnelle telles que la norme ISO 26262."

Au total, les équipes MobileDrive et Simcenter Engineering ont passé 1,5 an à développer les fonctionnalités, à se former et à échanger des technologies.

L'utilisation de Polarion a permis à MobileDrive de modifier les exigences logicielles du contrôleur à la volée, sans avoir à passer par un fournisseur. Avec Polarion,
MobileDrive a un accès permanent à ses propres exigences, qu'elle peut développer, modifier et utiliser comme un équipement, plutôt que de les racheter à un fournisseur.

Au final, MobileDrive est parvenue à raccourcir le cycle de développement d'un produit ADAS avant même la création d'un prototype physique. Cela s'explique par sa nouvelle capacité à vérifier les fonctionnalités du logiciel ADAS dès le début dans l'environnement complet de jumeau numérique en utilisant Simcenter Amesim et Simcenter Prescan, plutôt que d'effectuer des tests sur des bancs d'essai Hardware-in-the-Loop (HiL) ou sur une piste d'essai.

"L'objectif ultime de MobileDrive est de devenir le principal fournisseur d'ECU pour les ADAS", explique M. Hsu. "Grâce à notre partenariat avec Simcenter Engineering, nous prévoyons de pouvoir commercialiser ces ECU de manière beaucoup plus rationalisée et efficace."