8 éléments à prendre en compte lors du choix d’un système « Simulation HIL » pour votre laboratoire HIL

Principaux enseignements

• Les meilleurs achats en matière de HIL reposent avant tout sur le timing, l'adéquation des E/S et la précision des interfaces, plutôt que sur les caractéristiques techniques annoncées.
• La conception des flux de travail et la prise en charge des protocoles influencent davantage l'efficacité quotidienne des laboratoires que ne le pensent de nombreux acheteurs.
• Un premier système doit pouvoir évoluer au rythme de votre laboratoire, afin que l'ajout de fonctionnalités ne nécessite pas son remplacement complet.

Votre premier système « Simulation HIL » devrait encore être adapté au laboratoire que vous dirigerez dans trois ans.

Un système HIL peut sembler complet sur une fiche de devis, mais poser néanmoins des problèmes dès que votre équipe commence à câbler les contrôleurs, à importer des modèles et à ajouter de nouveaux bancs d'essai. La plupart des regrets liés à l'achat proviennent de spécifications qui ont été négligées au départ, telles que la durée d'exécution du solveur, l'adéquation des E/S, la prise en charge des protocoles et la rapidité avec laquelle l'plateforme e atteint ses limites. Une sélection rigoureuse permet de prolonger la durée de vie utile de votre système de test HIL et de réduire les coûts de remplacement qui surviennent bien trop tôt.

Les 8 critères à prendre en compte lors de l'achat d'un système HIL

Pour réussir l'acquisition d'une solution HIL, il faut commencer par prendre en compte la synchronisation, les E/S, les interfaces, le flux des modèles et la trajectoire de croissance. Si ces cinq aspects correspondent à votre plan de laboratoire, le système d'Simulation HIL s vous permettra de réaliser des tests utiles, depuis la première configuration sur banc jusqu'aux travaux de validation à plus grande échelle, sans vous obliger à recourir à des solutions de contournement peu pratiques.

1. Adaptez la taille du pas du solveur à votre boucle de régulation la plus rapide

Le pas de temps du solveur détermine le rythme de l'ensemble de votre système HIL ; il doit donc correspondre au comportement le plus rapide que vous prévoyez de tester. Un banc d'essai de commande de moteur fonctionnant avec une boucle à 20 kHz nécessite une synchronisation très différente de celle d'un modèle d'installation thermique plus lent. Si le pas de temps est trop lent, le contrôleur semble stable sur le banc d'essai, mais s'effondre dès que l'installation devient plus réaliste.

Cet écart revêt une importance capitale notamment en cas d’électronique de puissance, d’événements de commutation ou de boucles de rétroaction serrées. Vous devriez exiger des performances démontrées sur des modèles proches des vôtres, et non pas vous contenter d’une simple affirmation générique concernant la latence. Les chiffres relatifs aux temps de réponse ne sont utiles que s’ils reflètent la charge de travail que vous allez réellement exécuter, y compris les échanges d’E/S et le trafic de communication.

« Si le pas de temps est trop lent, le régulateur semble stable en simulation, mais s'effondre dès que le système réel est modélisé de manière plus réaliste. »

2. Déterminez le nombre d'entrées et de sorties pour les plates-formes que vous prévoyez d'installer

La planification des E/S doit tenir compte de la configuration dont vous avez besoin aujourd’hui et de celle dont vous savez déjà qu’elle sera nécessaire prochainement. Un banc d’essai qui commence avec un seul contrôleur s’enrichit souvent de capteurs supplémentaires, de lignes de défaut, de canaux de codeurs et de signaux de l’étage de puissance. Si vous achetez le matériel en fonction du nombre exact indiqué sur le schéma actuel, vous serez à court de ports dès que le champ d’application des tests s’élargira.

Une configuration simple d'entraînement motorisé peut épuiser plus rapidement que prévu les entrées analogiques, les sorties numériques, la capture PWM, les signaux de résolveur et les verrouillages de sécurité. Vous ferez un meilleur choix si vous répertoriez les signaux en fonction de leur type, de leur synchronisation et de leurs besoins en matière d'isolation, puis si vous prévoyez une marge de capacité. Il est moins coûteux de disposer d'une marge supplémentaire que de devoir reconfigurer un banc d'essai pour pallier le manque de canaux.

3. Vérifiez la prise en charge des signaux électriques avant que les coûts liés aux adaptateurs ne s'accumulent

La compatibilité des signaux est tout aussi importante que le nombre de canaux, car une interface électrique inadaptée transforme une installation bien conçue en un véritable patchwork d’adaptateurs. Un système de test HIL propose souvent un grand nombre d’entrées/sorties, mais peut néanmoins ne pas prendre en charge les plages de tension, les boucles de courant, les formats de codeurs ou les niveaux d’isolation requis par votre matériel. Cette incompatibilité se traduit par une complexité du câblage, des problèmes de bruit et des difficultés d’assistance technique.

Les laboratoires s'en rendent souvent compte lorsqu'un contrôleur attend des signaux numériques de 24 V alors que le simulateur est configuré pour des niveaux logiques inférieurs, ou lorsque les plages analogiques ne correspondent pas à la sortie des capteurs. Il vaut mieux éviter que des boîtiers de conditionnement externes ne deviennent un élément incontournable de chaque banc d'essai. La prise en charge native des signaux que vous utilisez le plus souvent garantira la répétabilité des tests et facilitera leur maintenance.

4. Vérifier la prise en charge des protocoles par le matériel déjà utilisé

La prise en charge des protocoles doit correspondre aux bus et aux méthodes de communication déjà associés à vos contrôleurs, passerelles et outils de mesure. Un système d’ Simulation HIL ation dépourvu d’interfaces clés vous obligera à recourir à des ponts et à des scripts personnalisés qui ajoutent des délais et des points de défaillance supplémentaires. Une prise en charge claire des communications permet de gagner du temps lors de la configuration à chaque fois que vous recréez un scénario de test.

Une équipe utilisant un contrôleur embarqué aura besoin de liaisons CAN et série, tandis qu’une autre configuration utilise un trafic Ethernet et une messagerie synchronisée entre plusieurs appareils. Ces détails ne se limitent pas à une simple question de commodité. Ils déterminent le déterminisme, la qualité de la journalisation et les options d’injection de défauts. Vous souhaiterez obtenir la confirmation de l’exécution effective du protocole sur le matériel cible, et pas seulement une mention dans une fiche technique.

5. Vérifiez que l'importation du modèle fonctionne avec votre chaîne d'outils actuelle

La compatibilité des modèles détermine la rapidité avec laquelle votre travail sur ordinateur de bureau peut être testé sur banc d'essai. Si votre système HIL rencontre des difficultés avec les formats de modèles, le processus de génération de code ou les méthodes de co-simulation déjà utilisées par votre équipe, chaque mise à jour devient un travail manuel. Ces frictions ralentissent la validation et poussent les ingénieurs à se rabattre sur des modèles simplifiés qui ne reflètent pas certains comportements importants.

Un cas courant consiste à associer un modèle d'installation provenant d'un groupe, un code de contrôle intégré provenant d'un autre groupe et une FMU fournie par un prestataire, qui doit fonctionner dans la même configuration. Vous ne pouvez pas partir du principe que ces éléments s'intégreront sans difficulté dans toutes les plateforme. Renseignez-vous sur la manière dont les modèles sont préparés, compilés et déployés, puis vérifiez ce qui se passe lorsque vous les modifiez chaque semaine.

6. Évaluer les besoins en matière de FPGA pour répondre à des contraintes de synchronisation strictes

Les capacités des FPGA prennent toute leur importance lorsque votre scénario de test repose sur une synchronisation très fine, des temps de commutation rapides ou une émulation précise des signaux. Une configuration basée sur un processeur gère efficacement de nombreuses tâches, mais elle n’offre pas le même déterminisme pour les événements de l’ordre de la sous-microseconde. Vous devez déterminer dès le début quelles parties du modèle ou du chemin d’E/S nécessitent ce niveau de précision.

Les bancs d’essai en électronique de puissance, l’émulation de résolveurs et l’injection de défauts à haute vitesse en sont de bons exemples. Ces charges de travail nécessitent souvent une exécution synchronisée au niveau matériel plutôt qu’une planification purement logicielle. Un FPGA plus grand n’est toutefois pas automatiquement synonyme de meilleure performance. Si votre laboratoire valide principalement des contrôleurs et des dynamiques de système plus lents, la capacité supplémentaire du FPGA restera inutilisée, tandis que les coûts et la complexité de la mise en place augmenteront.

7. Tester comment une cible peut donner lieu à un laboratoire complet

L'évolutivité est importante, car la plupart des laboratoires ne restent pas longtemps avec une configuration à un seul appareil. Un achat qui commence par un seul contrôleur se traduit souvent par l'ajout de plusieurs cibles, d'un plus grand nombre d'utilisateurs et de postes de test synchronisés. Si cette extension nécessite l'acquisition d'un tout nouvel appareil plateforme, votre premier investissement se transforme alors en une solution à court terme plutôt qu'en une base solide pour votre laboratoire.

Ce problème se pose lorsqu'un banc d'essai destiné à un seul onduleur évolue pour intégrer des sous-systèmes de chargeur, de batterie et de moteur qui nécessitent une synchronisation temporelle partagée et des flux de travail communs. OPAL-RT répond parfaitement à ce critère, car la même infrastructure peut évoluer d'un environnement d'entrée de gamme vers un laboratoire plus vaste sans nécessiter de remplacement complet. Il convient toutefois de tester le fonctionnement de cette extension dans la pratique, notamment en ce qui concerne les licences, la synchronisation et la réutilisation des modèles existants.

8. Étudiez la feuille de route du produit avant que votre laboratoire n'atteigne ses limites

La feuille de route des produits est importante, car l'obsolescence commence bien avant qu'un système ne cesse de s'allumer. Une carte d'plateforme e devient obsolète lorsqu'elle ne peut plus prendre en charge davantage d'opérations d'E/S, de nouveaux protocoles ou des modèles plus lourds sans recourir à des extensions peu pratiques. Vous devez vous demander quelles mises à niveau resteront compatibles avec votre configuration actuelle et quelles pièces devront être remplacées à mesure que votre laboratoire deviendra plus exigeant.

La durée de la prise en charge, les plans de pièces de rechange, la fréquence des mises à jour logicielles et la rétrocompatibilité sont autant d’éléments qui vous permettent de déterminer pendant combien de temps l’ plateforme restera opérationnelle. Un système qui semble bon marché aujourd’hui peut rapidement devenir obsolète si chaque extension nécessite une nouvelle carte contrôleur, un nouveau niveau de licence ou un flux de travail différent. Des parcours de mise à niveau clairs réduisent le risque d’un achat qui paraîtra obsolète trop tôt.

Choisissez un système « Simulation HIL » évolutif

Un système de test HIL adapté répond aux besoins actuels en matière de synchronisation et d'interfaces, tout en laissant la possibilité d'intégrer le prochain banc d'essai prévu dans votre feuille de route. Les systèmes évolutifs grâce à un matériel modulaire, des logiciels compatibles et des parcours de mise à niveau pratiques conserveront leur utilité plus longtemps et éviteront à votre laboratoire des remplacements coûteux qui auraient pourtant été faciles à prévoir.

« Les systèmes évolutifs grâce à un matériel modulaire, des logiciels compatibles et des possibilités de mise à niveau pratiques resteront utiles plus longtemps et éviteront à votre laboratoire des remplacements coûteux qui auraient pourtant été faciles à prévoir. »

Il est facile de comparer les prix, mais ce sont les difficultés quotidiennes qui déterminent la valeur à long terme. Une solution plateforme qui impose l’utilisation d’adaptateurs, un nettoyage manuel des modèles ou un deuxième achat pour l’extension du laboratoire coûtera plus cher en temps de travail qu’elle n’en fera économiser dès le premier jour. OPAL-RT est particulièrement adapté dans ce contexte, car le parcours d’achat peut commencer modestement tout en permettant de prendre en charge un laboratoire plus important par la suite, ce qui correspond exactement à ce que de nombreuses équipes attendent d’un premier achat.

• Demandez à voir un modèle similaire au vôtre.
• Vérifiez le nombre d'E/S disponibles avant de valider.
• Vérifiez par écrit les niveaux de signal et l'isolation.
• Vérifier l'exécution du protocole sur le matériel cible.
• Définissez votre plan de mise à niveau avant d'acheter.