即時嵌入式車電系統的動態模擬測試服務介紹
近年隨著電動車產業的崛起爆發，車電系統的變革也是一日千里在變化。除了眾多車廠在討論的C.A.S.E (Connected, Autonomous, Shared, Electric Vehicles) 產品式樣之外，汽車產業非常重視的品質要求，連帶也自然而然聚焦在新產品、新應用的測試驗證方法，汽車導入的每個新功能如何滿足市場品質要求，是所有車廠和汽車供應鏈共同努力的目標！任何車電產品在IATF 16949 APQP的產品設計開發流程中，首要滿足的是功能的可實現性、然後在A Sample的開發過程去選擇合規、可靠的零組件，後續發展到B、C、D Sample的進程之中，會不斷根據車廠規範以及功能安全設計要求去反覆進行測試、驗證產品的各個面向，包含軟體、硬體、機構、與對手件的交互應用等等。在現今車電產品的高複雜性、高度整合的要求不斷提升的趨勢下，如何去提供可靠、有效、覆蓋率高的功能驗收報告，已經是車廠及一階供應商定義的車電產品進入市場的最後一哩路。而這最後一哩路，SGS已準備好一套完整的解決方案提供給汽車產業的客戶，名為：「即時嵌入式車電系統的動態模擬測試服務」。
在介紹這套動態模擬測試服務之前，可先導入在汽車產業存在已久的硬體在環方法論 (Hardware-in-the-loop method) 觀念。在功能安全標準ISO 26262 Part 6和Part 8之中提到，使用嵌入式系統的車電產品在開發期間需執行動態模擬測試要求，特別是在軟體功能，標準強烈建議參照硬體在環 (Hardware-in-the-loop method) 的方法論去進行功能安全軟體開發的驗證程序是基於Model-based設計方法的可靠手法，所以在已經理解到正在開發的產品或系統在動態模擬測試層面的所有要求之後，硬體在環是符合ISO 26262標準的產品功能測試解決方案，這也是汽車行業中常用的測試方法，以往較常使用在汽車動力系統的設計開發領域。導入HIL (後文以HIL代稱硬體在環) 手法的目標之一是可以證明建置在嵌入式系統上的軟體功能滿足產品定義的功能安全要求 (Functional Safety Requirement)，進而佐證產品的功能安全ASIL等級 (Automotive Safety Integrity Level) 名符其實。回到最初所有的動態模擬測試需求都應在ISO 26262所列舉的測試環境中進行，待測的嵌入式硬體(一般或指電子控制器)也被要求在即時 (Real-time) 的測試環境下執行，並搭配HIL Simulator一併運作的車輛動力學模型、駕駛人行為模型、場景仿真模型等資料庫，所有輸入輸出的資料流及測試腳本都需符合車廠所定義的通訊協定 (Protocol) 資料結構，如此產出的測試結果方可稱之為採取HIL方法的功能測試報告。
以Model-based設計概念下的動態模擬測試方法可分為幾個層次：MIL (Model-in-the-loop)、SIL (Software-in-the-loop)、HIL (Hardware-in-the-loop)、VIL (Vehicle-in-the-loop)。其中SIL和HIL方法的測試對象已是正式產出的軟體和嵌入式硬體，測試重點會著重在R & D Engineer於設計階段幫助工程師快速確認軟體功能的可實現性、整體效能以及車電系統內對手件之間的邏輯準確率和可靠度。建置在即時環境的目的是為了驗證在模擬實車動態情境下與對手件的交互規格 (Interaction Specification) 是否正常運作，整個測試過程也涵蓋錯誤注入 (Fault Injection) 的項目。工程師必須在設計過程、執行測試前去定義、發掘在實車上可能會遭遇的錯誤狀況或失效模式，讓產品預先設想應對設計並加入診斷機制等概念，在誘發的測試案例去檢視產品功能是否能夠規避錯誤、故障排除或是警示失效等等的應變方案，使系統功能安全風險降至最低。最簡單的錯誤注入例子就是模擬電子控制器的接頭腳位短路是否可自行報錯並保護PCBA迴路、或是製造CAN通訊網路的Bus Off去驗證診斷層的恢復機制等等，都是可以在HIL環境去規劃設計的測試案例。
關於SGS動態模擬測試服務的建置，分為環境架設組及測試工程組。環境架設組主要負責確認客戶待測產品的軟硬體介面、I/O腳位定義、電氣規格等資訊，以利和HIL的模擬儀器設備對接。測試工程組會依照客戶提供的車廠功能清單、通訊協定、與客戶共同討論測試案例、自動化測試腳本、壓力測試需求等等客製化條件，去對應各類型的車電系統。如前文所述，HIL手法原本常見於動力系統、電池管理系統等領域，隨著C.A.S.E革命性的發展，越來越多高複雜、高整合的車電系統不斷演進，所以可應用HIL測試方法的車電系統已不再侷限於傳統領域，諸如：動力控制系統、車身控制系統、自駕或駕駛輔助系統、智慧駕艙、車聯網、智慧頭燈系統、電池管理控制器、域控制器、影音娛樂系統等等，幾乎涵蓋了當今所有熱門的車電領域以及技術不斷推陳出新的軟體功能。值得一提的是，在上述車電系統產品的測試計畫定義之中，也許不一定全部的產品功能或測試內容都需要架設HIL如此龐大的環境，但執行動態模擬測試絕對是在產品功能導入實車測試之前一個必要且經濟的過程，而HIL手法在執行動態模擬測試的服務範圍內會是個接近實車模擬的方法，所有的測試範圍最終都需經過產品設計團隊和系統測試團隊的打合方可執行。除了不同系統各個控制器之間的交互功能測試以外，動態模擬測試服務可包含的測項有：模擬車輛行駛在不同路況天候即時環境的駕駛行為測試、以人工智慧深度學習為基礎的演算法自動化測試、智慧駕艙APP功能測試、感測器融合結果測試、軟體壓力測試、ISO 26262功能安全需求設計驗證等等。整體客製化的測試環境除了單獨驗證產品功能之外，SGS提供的動態模擬測試服務更可以整合環境Chamber (例如高低溫濕循環機台、複合式振動機台、電磁相容機台等等) 去執行車廠要求的環境與電磁相容可靠度規範，這在各大車廠都會有相關聯的測試要求，因為車廠不僅僅是要求供應商將產品置入Chamber內測試過後，再上電開機確認而已，帶有複雜功能的產品更要求再加入環境變因去檢視其功能的正常與穩定程度，進而模擬更真實或加速老化的情境，最終產出的報告即可提交車廠作為產品交貨的驗收依據。
SGS推出的「即時嵌入式車電系統的動態模擬測試服務」是一個完全依照客戶產品功能特性去進行客製化測試計畫的全新解決方案。推行的原則是依照車廠APQP流程精神去產出對應的過程履歷和報告格式。目的是讓車電產品在導入系統測試或實車測試之前都能順利提交產品功能的驗收報告給車廠。又因為是客製化的服務和解決方案，客戶的信賴程度以及溝通過程所交付的細節就決定了測試結果的深度，SGS期望能在產品設計開發初期就涉入去幫助客戶實現功能，以Model-based觀念V Model流程中的每個節點都能提供深度不等的測試結果，作為一站式、一條龍的Total Solution，這套「即時嵌入式車電系統的動態模擬測試服務」會是一個絕佳的選擇！
聯絡ASC了以了解更多內容 automotive.tw@sgs.com