Testning av komplexa autonoma system
Automatiserade fordon kan öka trafiksäkerheten, leda till minskad bränsleförbrukning och effektivare användning av våra vägar. Tekniken för självkörande bilar utvecklas snabbt, men det finns fortfarande många utmaningar kvar att lösa. En handlar om tillförlitlig datakommunikation mellan fordon. Ny forskning från Högskolan i Halmstad föreslår automatiska funktions- och säkerhetstester av programvara för autonoma system.
Mina forskningsresultat kan göra det lättare att utveckla och testa säkra autonoma system. Autonoma system, såsom intelligenta och självkörande bilar, kan lösa många problem och bidra till en ökad livskvalitet.
– Benjamin Vedder
Med automatiserade fordon menas intelligenta bilar, bussar och lastbilar som kommunicerar med varandra och omgivande trafiksystem för att navigera och köra mer eller mindre automatiserat av sig själva. Det är mycket utmanande att skapa programvara för de intelligenta fordonens inbyggda system. Programvaran måste kunna uppfylla komplexa funktionella krav och samtidigt vara säker under alla driftsförhållanden, även om fel skulle uppstå.
– Nyckeln är att simulera och testa systemet tillräckligt, inklusive eventuella fel som kan förväntas, för att vara säker på att programvaran når en acceptabel prestationsnivå med bibehållen säkerhet, säger Benjamin Vedder, som nyligen lade fram sin doktorsavhandling i ämnet.
Benjamin Vedder har varit doktorand vid Högskolan i Halmstads företagsforskarskola EISIGS (Embedded and Intelligent Systems Industrial Graduate School). Forskningen har gjorts i samarbete mellan Högskolan i Halmstad och forskningsinstitutet RISE. Benjamin Vedder försvarade framgångsrikt sin doktorsavhandling “On the Design and Testing of Dependable Autonomous Systems
Länk till annan webbplats.” den 19 december.
Benjamin Vedder har i sin forskning utvecklat metoder för att automatiskt testa funktions- och säkerhetsaspekter i komplexa autonoma system.
Vilka testmetoder har du utvecklat i din forskning?
– Vi har kombinerat teknikerna ”fault injection” och ”property-based testing”, där vi medvetet inför fel för att utvärdera programvara. Vi har tillämpat teknikerna på simuleringar, ”hardware-in-the-loop”, som är en särskild teknik för utveckling och testning av komplexa inbyggda realtidssystem, samt på ren hårdvara. Arbetet har varit ganska praktiskt när vi till exempel har utvecklat en quadcopter – en helikopter med fyra rotorblad – och självkörande modellfordon för att utvärdera våra metoder.
Vilka svar fick du på dina forskningsfrågor?
– Kort sagt har min forskning resulterat i praktiska och genomförbara metoder för att automatiskt testa funktions- och säkerhetsaspekter i komplexa autonoma system. I samband med detta har vi stött på många utmaningar och föreslagit metoder för att hantera dem. Ett exempel på en sådan utmaning är hur man på ett säkert sätt kan låta en dator styra ett rörligt modellfordon där fordonets kurs slumpmässigt genereras fram i realtid. Lösningen på denna utmaning är att begränsa hur de slumpmässiga kursändringarna genereras och se till att beräkningar och kommunikation ges tillräckligt med utrymme i testscenariot så att fordonet inte får slut på kommandon för nästa kursändring.
Är några resultat särskilt förvånande?
– Repeterbarheten av resultaten i vår sista vetenskapliga artikel var en positiv överraskning för mig. Vi jämförde två positioneringssystem på vårt självkörande modellfordon under körning på automatiskt genererade banor. Ibland fick vi positionsavvikelser som var svåra att förklara från resultaten av ett experiment. Genom att implementera metoder för att kunna upprepa ett experiment flera gånger kunde vi se att dessa avvikelser inträffade på nästan exakt samma sätt varje gång. Vi kunde därför dra slutsatsen att avvikelserna orsakades av föremål i testmiljön som blockerade signalvägar. Utan denna automatiska testning, om vi alltså samtidigt i stället hade kört modellbilen manuellt, hade det varit betydligt svårare att dra den slutsatsen.
Hur kan din forskning gynna samhället?
– Mina forskningsresultat kan göra det lättare att utveckla och testa säkra autonoma system. Autonoma system, såsom intelligenta och självkörande bilar, kan lösa många problem och bidra till ökad livskvalitet.
Vad är dina planer för framtiden?
– Jag jobbar för närvarande i flera projekt som involverar autonoma drönare och fordon, och jag kommer att fortsätta att arbeta i dem tills vidare. Jag gillar att bygga hårdvara och utveckla programvara, och jag tycker om att dela med mig av resultat och källkod från mitt arbete. Plattformen för självkörande modellfordon som jag har utvecklat under min tid som doktorand finns tillgänglig som öppen källkod, och jag ska fortsätta att utveckla och dela med mig av den, både i nuvarande och i kommande projekt.
Opponent Zbigniew Kalbarczyk från University of Illinois at Urbana-Champaign i USA (till höger) diskuterar med Benjamin Vedder under disputationen den 19 december vid Högskolan i Halmstad.
Text: LOUISE WANDEL och BENJAMIN VEDDER
Bild: MAGNUS JONSSON
Toppillustration: ISTOCK