Assurer la sécurité grâce à la vérification et à la validation dans les systèmes ADAS

L'industrie automobile a connu des avancées significatives dans le domaine des systèmes avancés d'aide à la conduite (ADAS). Ces systèmes, qui incluent des fonctionnalités telles que l'assistance intelligente à la vitesse, le régulateur de vitesse adaptatif, l'assistance au maintien dans la voie et le freinage d'urgence automatique, sont conçus pour assister les conducteurs et améliorer la sécurité du véhicule.

Si les systèmes ADAS jouent un rôle crucial dans l'amélioration de la sécurité des véhicules, leur fiabilité est tout aussi importante que le développement de nouvelles fonctionnalités. C'est pourquoi les processus de vérification et de validation (V&V) sont essentiels au développement des systèmes ADAS. Ils aident les ingénieurs à confirmer le bon fonctionnement des systèmes en toutes circonstances. Sans tests rigoureux, les systèmes ADAS peuvent connaître des défaillances en situation réelle, entraînant des risques pour la sécurité et des problèmes de conformité.

Comprendre la vérification et la validation

Verification ET VALIDATION sont deux processus distincts mais interconnectés dans le développement de logiciels et de systèmes.

La vérification consiste à évaluer un produit, un service ou un système afin de déterminer sa conformité aux réglementations, exigences et spécifications établies dès le début de la phase de développement. Ce processus interne se concentre sur l'examen des documents, des conceptions, du code et des programmes afin de confirmer qu'ils sont correctement construits selon les critères définis.

La vérification ne nécessitant pas l'exécution du code, elle est souvent qualifiée de test statique. Les activités de vérification courantes incluent la revue de documents, les visites virtuelles, les inspections et l'analyse manuelle.

La validation garantit qu'un produit logiciel répond aux besoins et aux attentes de ses utilisateurs dans l'environnement prévu. Contrairement à la vérification, la validation est un processus externe qui consiste à tester le produit lui-même pour confirmer son bon fonctionnement et sa conformité aux exigences des utilisateurs. La validation nécessitant l'exécution du code, elle est souvent qualifiée de test dynamique. Les techniques de validation courantes incluent les tests boîte noire, les tests boîte blanche et divers types de tests non fonctionnels.

Défis de la vérification et de la validation des ADAS

Malgré son importance, la vérification et la validation des systèmes ADAS présentent plusieurs défis en raison de la complexité de la technologie, des normes de sécurité et des exigences de performance en temps réel. Voici quelques-uns des principaux défis auxquels les ingénieurs sont confrontés lors des tests ADAS.

Complexité des logiciels et des algorithmes

Les systèmes ADAS s'appuient sur une combinaison de capteurs (radar, LiDAR, caméras), de traitement de données en temps réel, de modèles d'apprentissage automatique et d'algorithmes de contrôle. Ces composants doivent fonctionner de manière fluide pour interpréter l'environnement et assister les conducteurs avec précision. Comme les systèmes ADAS doivent fonctionner dans des conditions météorologiques, des niveaux d'éclairage et des scénarios de circulation variés, les ingénieurs doivent simuler et tester des milliers de possibilités pour garantir la fiabilité de leurs performances.

Avec un tel niveau de complexité, il est quasiment impossible de vérifier manuellement chaque comportement possible du système. C'est pourquoi une équipe composée de constructeurs automobiles, de fournisseurs de premier plan et d'instituts de recherche s'est réunie pour créer la norme ISO/PAS 1, également connue sous le nom de SOTIF (sécurité de la fonctionnalité prévue).

La norme aborde les problèmes de sécurité dans les ADAS qui vont au-delà de la sécurité fonctionnelle traditionnelle, ISO 26262. Contrairement à la norme ISO 26262, qui se concentre sur la prévention des pannes dues à des dysfonctionnements matériels et logiciels, la norme SOTIF traite des dangers découlant des limitations du système, des mauvaises interprétations des capteurs et des scénarios opérationnels imprévus, même en l'absence de défauts du système.

Les ingénieurs ont également besoin d’outils de test de logiciels pour :

• Gérer la complexité.
• Testez en toute confiance et efficacité un grand nombre de scénarios.
• Détectez les pannes potentielles avant que les véhicules ne prennent la route.

Conformité aux normes et réglementations automobiles

La conformité ADAS est basée sur diverses normes.

• SOTIF pour la sécurité des clés
• ISO 26262 pour la sécurité fonctionnelle
• SPICE automobile pour la maturité du développement logiciel

La norme ISO 26262 impose des processus de V&V rigoureux ainsi qu'une approche basée sur les risques. niveaux d'intégrité de sécurité automobile (ASIL)Néanmoins, avec les progrès de l’automatisation et l’utilisation croissante des systèmes de conduite automatisée (ADS) dans la technologie de conduite autonome, de nouvelles réglementations continuent d’émerger.

Par exemple, le règlement UN R171, en vigueur depuis septembre 2024, régit les systèmes d'aide à la conduite (DCAS) dans 59 pays, en mettant l'accent sur l'engagement du conducteur et les performances du système. Il établit des exigences claires en matière de surveillance du conducteur, d'interventions du système et de sécurité opérationnelle.

Avec toutes ces normes et réglementations, la conformité est un processus complexe et chronophage. Elle nécessite une documentation rigoureuse et des tests approfondis. Les ingénieurs peuvent rationaliser ce processus en intégrant des tests continus à leur pipeline CI/CD, en exploitant des solutions d'automatisation des tests telles que celles décrites ci-dessous pour répondre plus efficacement aux exigences de conformité :

• Analyse statique
• Tests unitaires
• Couverture du code structurel
• Traçabilité des exigences

Chaque norme a des exigences distinctes, mais se chevauche dans des domaines clés tels que l'analyse de sécurité, la maturité du développement logiciel et la réduction des risques. Une documentation détaillée, comprenant des plans de sécurité, des exigences techniques de sécurité et des dossiers de sécurité logicielle, est essentielle pour assurer la traçabilité des exigences jusqu'aux résultats des tests.

Les éléments suivants sont essentiels pour garantir le respect de ces normes.

• Maintenir une documentation détaillée et une traçabilité à toutes les étapes du développement.
• Suivre un processus structuré en V avec une méthodologie de développement Agile.
• Réaliser des audits de sécurité réguliers et des évaluations indépendantes.

Performances en temps réel dans divers scénarios

Les systèmes ADAS fonctionnent en temps réel et traitent d'importants flux de données de capteurs pour prendre des décisions en une fraction de seconde. Un retard dans la détection d'un véhicule, d'un piéton ou d'un danger routier peut entraîner des accidents. La validation doit donc tester les systèmes ADAS dans un large éventail de conditions, telles que :

• Rues de la ville à fort trafic
• Autoroutes à vitesses variables et véhicules en fusion
• Traversées soudaines de piétons
• Conditions météorologiques extrêmes, telles que brouillard, fortes pluies et neige

Construire un cadre de test robuste capable de reproduire fidèlement des scénarios de conduite réels est un défi. Les ingénieurs ADAS s'appuient sur la validation par simulation et les tests HIL (Hardware-In-the-Loop) pour créer des environnements de test réels sans nécessiter des millions de kilomètres sur route.

Parasoft C/C++test prend en charge les tests HIL, également appelés tests multiplateformes en interne. Bien que les tests HIL puissent faire partie des tests d'intégration, tous les tests d'intégration n'impliquent pas HIL.

Les tests d'intégration logicielle peuvent être réalisés uniquement dans un environnement virtualisé, tandis que les tests HIL impliquent spécifiquement des interactions matérielles réelles avec des environnements simulés. Cette offre et cette fonctionnalité facilitent les tests de cible décalés vers la gauche, contribuent à accroître la couverture du code et peuvent être intégrés aux pipelines CI/CD.

De plus, la collecte des résultats de tests et des données de couverture de code du système cible est essentielle à la validation et à la conformité aux normes. La connectivité physique du matériel cible peut être limitée, ce qui complique la récupération des résultats de tests. Heureusement, Solutions de test C et C++ de Parasoft permettent d'extraire les données de divers ports, tels que série, Ethernet (sockets TCP/IP), connecteur JTAG et d'autres méthodes.

Les défis de l'IA et de l'apprentissage automatique dans les systèmes ADAS

De nombreuses fonctionnalités ADAS, telles que le régulateur de vitesse adaptatif, les alertes de franchissement de ligne et la détection d'objets, utilisent l'IA/ML pour améliorer la prise de décision. La capacité de l'IA à traiter de vastes quantités de données de capteurs en temps réel la rend indispensable aux véhicules modernes.

Les systèmes de conduite autonome, par exemple, s'appuient sur l'IA pour interpréter les données du LiDAR, des caméras et des radars afin de naviguer dans des environnements complexes. Au-delà de l'autonomie, l'IA améliore la maintenance prédictive, personnalise l'expérience en voiture et optimise l'efficacité énergétique des véhicules électriques. Si l'IA améliore la perception et l'automatisation des véhicules, elle introduit également de nouveaux défis en matière de V&V pour satisfaire aux exigences de sûreté, de sécurité et de certification.

Cependant, des entreprises comme Waymo ont démontré l'utilisation de l'IA et leurs réalisations pour surmonter les défis de V&V liés aux problèmes de sécurité liés au non-déterminisme de l'IA, aux vulnérabilités de sécurité, aux contraintes en temps réel et à la certification.

Aujourd'hui, Waymo et ses flottes de véhicules autonomes se développent à l'échelle mondiale. Les fonctionnalités basées sur l'IA, comme le régulateur de vitesse adaptatif et l'assistance au maintien de voie, sont désormais courantes, soulignant la demande des consommateurs pour des véhicules plus intelligents et plus sûrs.

Pour relever ces défis, les ingénieurs doivent comprendre ce qu’est l’intelligence artificielle dans les tests logiciels et comment satisfaire aux exigences strictes de conformité en matière de sécurité et de sûreté lors de l’utilisation de l’IA et du ML dans les ADAS.

Comment les solutions de test de Parasoft garantissent la vérification et la validation ADAS

Les solutions de test de Parasoft assurent la vérification et la validation ADAS en :

• Automatisation des processus de test critiques.
• Améliorer la qualité des logiciels.
• Assurer la conformité aux normes industrielles telles que ISO 26262, ISO 21448 (SOTIF) et SPICE automobile.

Les logiciels ADAS sont extrêmement complexes et nécessitent des tests rigoureux pour gérer les scénarios de conduite réels, les cas extrêmes et les fonctions critiques pour la sécurité.

L'analyse statique de Parasoft permet d'appliquer les normes de codage telles que MISRA, AUTOSAR C++14 et CERT C, en identifiant les défauts potentiels dès le début du cycle de développement. L'analyse statique réduit le risque de défaillances logicielles susceptibles de compromettre les performances des ADAS en détectant les problèmes liés à la gestion de la mémoire, à la concurrence et aux comportements indéfinis.

Les tests unitaires et la couverture structurelle du code améliorent encore la V&V en garantissant le bon fonctionnement des composants et la conformité aux exigences de sécurité. Parasoft prend en charge la génération automatisée de tests, les tests d'injection de fautes et les tests de mutation, améliorant ainsi la robustesse des logiciels.

Pour l'intégration et la validation système, Parasoft assure la traçabilité des exigences et le reporting de conformité, garantissant une visibilité complète, de la définition des exigences à l'exécution des tests. Ceci est essentiel pour démontrer la conformité aux exigences ASIL de la norme ISO 26262. De plus, l'intégration HIL permet de vérifier les algorithmes ADAS dans des environnements simulés avant leur déploiement en conditions réelles.

Les solutions Parasoft prennent également en charge l'automatisation des tests dans les pipelines CI/CD, permettant une validation continue des logiciels ADAS tout au long du développement. Cette intégration garantit une détection rapide des régressions et aide les équipes à maintenir un haut niveau de qualité logicielle tout en accélérant les sorties de produits.

Les développeurs ADAS améliorent la sécurité, réduisent les efforts de vérification et accélèrent la mise sur le marché des systèmes avancés d'assistance à la conduite grâce à des solutions de test automatisées complètes, à la vérification de la conformité et à des stratégies de test basées sur les risques.

Conclusion

La vérification et la validation sont essentielles dans les systèmes ADAS pour garantir la sécurité, la normalisation et la confiance du public. Cependant, les méthodes de test traditionnelles peinent à s'adapter à la complexité croissante de la vérification et de la validation dans les systèmes ADAS.

Les équipes ADAS peuvent simplifier et renforcer la vérification et la validation dans ADAS avec des solutions de test automatisées comme celles de Parasoft qui détectent les défauts à un stade précoce, améliorent la conformité et améliorent les performances globales du système.