Garantizar la seguridad mediante verificación y validación en ADAS

La industria automotriz ha experimentado avances significativos en los sistemas avanzados de asistencia al conductor (ADAS). Estos sistemas, que incluyen funciones como el asistente de velocidad inteligente, el control de crucero adaptativo, el asistente de mantenimiento de carril y el frenado automático de emergencia, están diseñados para asistir a los conductores y mejorar la seguridad del vehículo.

Si bien los ADAS desempeñan un papel crucial en la mejora de la seguridad vehicular, garantizar la fiabilidad de estos sistemas es tan importante como desarrollar nuevas funciones. Por ello, los procesos de verificación y validación (V&V) son cruciales en el desarrollo de ADAS. Ayudan a los ingenieros a confirmar que los sistemas funcionan correctamente en todas las condiciones. Sin pruebas rigurosas, los ADAS pueden fallar en situaciones reales, lo que genera riesgos de seguridad y problemas de cumplimiento.

Comprensión de la verificación y la validación

Verificación y validación Son dos procesos distintos pero interconectados en el desarrollo de software y sistemas.

La verificación implica evaluar un producto, servicio o sistema para determinar si cumple con las regulaciones, requisitos y especificaciones establecidas desde el inicio de la fase de desarrollo. Este proceso interno se centra en examinar documentos, diseños, código y programas para confirmar que se construyen correctamente según los criterios definidos.

Dado que la verificación no requiere la ejecución del código, suele denominarse prueba estática. Las actividades de verificación habituales incluyen revisiones de documentos, tutoriales, inspecciones y análisis manual.

La validación garantiza que un producto de software satisfaga las necesidades y expectativas de sus usuarios previstos en su entorno previsto. A diferencia de la verificación, la validación es un proceso externo que implica probar el producto real para confirmar que funciona correctamente y cumple con los requisitos del usuario. Dado que la validación requiere la ejecución del código, a menudo se conoce como prueba dinámica. Las técnicas de validación comunes incluyen las pruebas de caja negra, las pruebas de caja blanca y diversos tipos de pruebas no funcionales.

Desafíos en la verificación y validación de ADAS

A pesar de su importancia, la verificación y validación de ADAS presenta diversos desafíos debido a la complejidad de la tecnología, los estándares de seguridad y los requisitos de rendimiento en tiempo real. A continuación, se presentan algunos de los principales desafíos que enfrentan los ingenieros durante las pruebas de ADAS.

Complejidad del software y los algoritmos

Los sistemas ADAS se basan en una combinación de sensores (radar, LiDAR, cámaras), procesamiento de datos en tiempo real, modelos de aprendizaje automático y algoritmos de control. Estos componentes deben funcionar a la perfección para interpretar el entorno y ayudar a los conductores con precisión. Dado que los ADAS deben funcionar en diferentes condiciones climáticas, niveles de iluminación y escenarios de tráfico, los ingenieros deben simular y probar miles de posibilidades para garantizar la fiabilidad del rendimiento.

Con un nivel de complejidad tan alto, realizar la verificación manual de cada posible comportamiento del sistema resulta prácticamente imposible. Por ello, un equipo de fabricantes de equipos originales (OEM) de automoción, proveedores de primer nivel e instituciones de investigación se unió para crear la norma ISO/PAS 1, también conocida como SOTIF (seguridad de la funcionalidad prevista).

La norma aborda las preocupaciones de seguridad en ADAS que van más allá de la seguridad funcional tradicional, ISO 26262. A diferencia de ISO 26262, que se centra en prevenir fallos debido a fallos de hardware y software, SOTIF se ocupa de los peligros que surgen de las limitaciones del sistema, malas interpretaciones de los sensores y escenarios operativos imprevistos, incluso cuando no hay defectos del sistema.

Los ingenieros también necesitan herramientas de prueba de software para:

• Gestionar la complejidad.
• Pruebe con confianza un gran número de escenarios de manera eficiente.
• Detecta posibles fallos antes de que los vehículos salgan a la carretera.

Cumplimiento de las normas y regulaciones automotrices

El cumplimiento de ADAS se basa en varios estándares.

• SOTIF para la seguridad de las llaves
• ISO 26262 para seguridad funcional
• SPICE automotriz para la madurez del desarrollo de software

La norma ISO 26262 exige procesos rigurosos de V&V junto con un enfoque basado en riesgos. niveles de integridad de seguridad automotriz (ASIL)Sin embargo, con los avances en automatización y el creciente uso de sistemas de conducción automatizada (ADS) en la tecnología de conducción autónoma, siguen surgiendo nuevas regulaciones.

Por ejemplo, la R171 de la ONU, vigente desde septiembre de 2024, regula los Sistemas de Asistencia al Conductor (SAC) en 59 países, priorizando la participación del conductor y el rendimiento del sistema. Establece requisitos claros para la supervisión del conductor, las intervenciones del sistema y la seguridad operativa.

Con todos estos estándares y regulaciones, cumplir con los requisitos es un proceso complejo y lento. Requiere documentación rigurosa y pruebas exhaustivas. Los ingenieros pueden optimizar este esfuerzo integrando pruebas continuas en su flujo de trabajo de CI/CD, aprovechando soluciones de automatización de pruebas como las siguientes para cumplir con los requisitos de cumplimiento de forma más eficiente:

• Análisis estático
• Prueba unitaria
• Cobertura del código estructural
• Trazabilidad de requisitos

Cada estándar tiene requisitos específicos, pero se solapan en áreas clave como el análisis de seguridad, la madurez del desarrollo de software y la mitigación de riesgos. La documentación detallada, como los planes de seguridad, los requisitos técnicos de seguridad y los casos de seguridad del software, es fundamental para la trazabilidad desde los requisitos hasta los resultados de las pruebas.

Los siguientes son esenciales para garantizar el cumplimiento de estas normas.

• Mantener documentación detallada y trazabilidad en todas las etapas del desarrollo.
• Siguiendo un proceso estructurado de modelo V con una metodología de desarrollo Ágil.
• Realizar auditorías de seguridad periódicas y evaluaciones independientes.

Rendimiento en tiempo real en diversos escenarios

Los sistemas ADAS operan en tiempo real y procesan flujos masivos de datos de sensores para tomar decisiones instantáneas. Un retraso en la detección de un vehículo, un peatón o un peligro en la carretera podría provocar accidentes. Por lo tanto, la validación debe probar los ADAS en una amplia gama de condiciones, como:

• Calles de la ciudad con mucho tráfico
• Autopistas con velocidades variables y vehículos que se incorporan
• Cruces peatonales repentinos
• Condiciones climáticas extremas, como niebla, lluvia intensa y nieve.

Desarrollar un marco de pruebas robusto capaz de replicar con precisión escenarios de conducción reales es un desafío. Los ingenieros de ADAS se basan en la validación basada en simulación y las pruebas de hardware en el circuito (HIL) para crear entornos de prueba reales sin necesidad de recorrer millones de kilómetros en carretera.

Parasoft C/C++test admite pruebas HIL, también conocidas internamente como pruebas multiplataforma. Si bien las pruebas HIL pueden formar parte de las pruebas de integración, no todas las pruebas de integración las incluyen.

Las pruebas de integración de software pueden realizarse exclusivamente en un entorno virtualizado, mientras que las pruebas HIL implican específicamente interacciones de hardware real con entornos simulados. Esta oferta y capacidad facilitan las pruebas de objetivos de desplazamiento a la izquierda, aumentan la cobertura del código y pueden integrarse en las canalizaciones de CI/CD.

Además, la recopilación de resultados de pruebas y datos de cobertura de código del sistema de destino es esencial para la validación y el cumplimiento de los estándares. El hardware de destino puede tener una conectividad física limitada, lo que dificulta la recuperación de los resultados de las pruebas. Afortunadamente, Soluciones de pruebas de C y C++ de Parasoft Permite extraer datos de varios puertos, como serie, Ethernet (sockets TCP/IP), conector JTAG y otros métodos.

Desafíos de la IA y el aprendizaje automático en ADAS

Muchas funciones ADAS, como el control de crucero adaptativo, las alertas de cambio de carril y la detección de objetos, utilizan IA/ML para optimizar la toma de decisiones. La capacidad de la IA para procesar grandes cantidades de datos de sensores en tiempo real la hace indispensable para los vehículos modernos.

Los sistemas de conducción autónoma, por ejemplo, se basan en la IA para interpretar la información de LiDAR, cámaras y radares y navegar en entornos complejos. Además de la autonomía, la IA mejora el mantenimiento predictivo, personaliza las experiencias a bordo y optimiza la eficiencia energética en los vehículos eléctricos. Si bien la IA mejora la percepción y la automatización del vehículo, también plantea nuevos desafíos de verificación y verificación (V&V) para cumplir con los requisitos de seguridad, protección y certificación.

Sin embargo, empresas como Waymo han demostrado el uso de IA y sus logros a la hora de superar los desafíos de V&V con preocupaciones de seguridad relacionadas con el no determinismo de la IA, vulnerabilidades de seguridad, restricciones en tiempo real y certificación.

Hoy en día, Waymo, con sus flotas de vehículos autónomos, se está expandiendo globalmente. Las funciones basadas en IA, como el control de crucero adaptativo y el asistente de mantenimiento de carril, se han generalizado, lo que subraya la demanda de los consumidores de vehículos más inteligentes y seguros.

Para ayudar a abordar estos desafíos, los ingenieros necesitan comprender qué es la inteligencia artificial en las pruebas de software y cómo satisfacer las estrictas demandas de cumplimiento de seguridad al usar IA y ML en ADAS.

Cómo las soluciones de prueba de Parasoft garantizan la verificación y validación de ADAS

Las soluciones de pruebas de Parasoft garantizan la verificación y validación de ADAS mediante:

• Automatización de procesos de pruebas críticos.
• Mejorando la calidad del software.
• Garantizar el cumplimiento de estándares industriales como ISO 26262, ISO 21448 (SOTIF) y SPICE automotriz.

El software ADAS es sumamente complejo y requiere pruebas rigurosas para manejar escenarios de conducción del mundo real, casos extremos y funciones críticas para la seguridad.

El análisis estático de Parasoft ayuda a aplicar estándares de codificación como MISRA, AUTOSAR C++14 y CERT C, identificando posibles defectos en las primeras etapas del ciclo de desarrollo. El análisis estático reduce el riesgo de fallos de software que podrían comprometer el rendimiento de los ADAS al detectar problemas relacionados con la gestión de memoria, la concurrencia y el comportamiento indefinido.

Las pruebas unitarias y la cobertura del código estructural mejoran aún más la verificación y validación (V&V) al garantizar que los componentes individuales funcionen correctamente y cumplan con los requisitos de seguridad. Parasoft admite la generación automatizada de pruebas, las pruebas de inyección de fallos y las pruebas de mutación, lo que mejora la robustez del software.

Para la integración y la validación a nivel de sistema, Parasoft proporciona trazabilidad de requisitos e informes de cumplimiento, lo que garantiza una visibilidad completa desde la implementación de los requisitos hasta la ejecución de las pruebas. Esto es esencial para demostrar el cumplimiento de los requisitos de ASIL según la norma ISO 26262. Además, la integración con HIL permite la verificación de los algoritmos ADAS en entornos simulados antes de su implementación en condiciones reales.

Las soluciones de Parasoft también admiten la automatización de pruebas en los pipelines de CI/CD, lo que permite la validación continua del software ADAS durante el desarrollo. Esta integración garantiza la rápida detección de regresiones y ayuda a los equipos a mantener una alta calidad del software, a la vez que acelera el lanzamiento de productos.

Los desarrolladores de ADAS mejoran la seguridad, reducen el esfuerzo de verificación y aceleran el tiempo de comercialización de los sistemas avanzados de asistencia al conductor con soluciones integrales de pruebas automatizadas, verificación de cumplimiento y estrategias de pruebas basadas en riesgos.

Conclusión

La verificación y la validación son fundamentales en los ADAS para mantener la seguridad, la estandarización y la confianza pública. Sin embargo, los métodos de prueba tradicionales presentan dificultades ante la creciente complejidad de la verificación y validación en los ADAS.

Los equipos de ADAS pueden simplificar y fortalecer la verificación y validación en ADAS con soluciones de pruebas automatizadas como las de Parasoft, que detectan defectos de manera temprana, mejoran el cumplimiento y mejoran el rendimiento general del sistema.