À mesure que les véhicules deviennent plus sophistiqués, contribuant à améliorer la sécurité routière, à fournir une assistance au conducteur et à accroître l’efficacité, l’importance de la technologie sous-jacente s'accroît. Qu'il s'agisse de véhicules traditionnels à moteur à combustion interne (ICE), de voitures hybrides ou entièrement électriques, les modèles d'automobiles contiennent des dizaines de capteurs, de microcontrôleurs et d'actionneurs, qui génèrent ou consomment tous de grandes quantités de données.
Technologies des mises en réseau dans les véhicules (IVN)
Les protocoles couramment utilisés dans les véhicules (« In-Vehicle Networking », IVN) comprennent le réseau local d'interconnexion (Local Interconnect Network, LIN), le réseau de contrôleur de zone (Controller Area Network, CAN/CAN-FD), FlexRay et le « Media Oriented System Transport » (MOST). Cependant, chaque solution est unique et s'accompagne de considérations de conception distinctes et, plus important encore, de limitations qui empêchent de répondre à certaines exigences des véhicules modernes.
LIN est une technologie rentable et simple à mettre en œuvre pour les applications à faible débit (< 20 kbps). Cependant, la bande passante restreinte et la présence d'une limite à 12 nœuds diminuent sa valeur dans les véhicules modernes.
CAN (et ses itérations ultérieures telles que CAN-FD) a été largement utilisé dans l'industrie automobile et dans d'autres systèmes de sécurité critique, car il est très robuste et relativement insensible aux interférences électriques et au bruit.
Toutefois, la bande passante limitée (généralement autour de 2 Mbps) restreint son utilisation dans certaines applications à forte intensité de données, telles que l'infodivertissement et les caméras, ainsi que le nombre de nœuds. Une norme CAN-XL est actuellement en cours de développement pour gérer des vitesses plus élevées avec une capacité d'entonnoir Ethernet, bien que pour beaucoup d'ingénieurs, la transition directe vers l'Ethernet complet semble être une solution plus attrayante.
FlexRay offre un timing et une synchronisation précis, ce qui le rend adapté aux utilisations critiques comme le « drive-by-wire ». Cependant, sa complexité par rapport aux autres options a limité sa popularité.
MOST était uniquement utilisé pour l'infodivertissement, mais son applicabilité limitée et son coût élevé l'ont fait remplacer par d'autres solutions au fur et à mesure de l'abandon progressif de cette technologie.
Ethernet est considéré par beaucoup comme le successeur de bon nombre de ces solutions, offrant une communication à large bande passante et à faible latence, mais il existe un problème avec les protocoles existants. La fonctionnalité inhérente d'accès multiple à détection de porteuse avec détection de collision (« Carrier sense multiple access with collision detection », CSMA/CD) d'Ethernet standard signifie qu'un fonctionnement déterministe n'est pas possible, ce qui le rend inadapté à tous cas d'utilisation sensible au temps, tel que le drive-by-wire, le coût de la technologie constituant également un problème. Cependant, reconnaissant le potentiel d'Ethernet, les protocoles déterministes tels que 10BASE-T1S qui incluent l'évitement de collision de couche physique (« Physical layer collision avoidance », PLCA) offrent désormais les performances nécessaires pour les applications à temps critique. En outre, le coût des équipements Ethernet automobiles diminue rapidement, permettant à davantage de constructeurs automobiles d'accéder aux attributs de la large bande passante.
Ethernet évolue constamment pour répondre aux besoins croissants en bande passante des véhicules modernes, sous l'impulsion d'organisations comme l'Open Alliance. De nouvelles normes, telles que IEEE P802.3dh, promettent l'utilisation de la fibre optique dans les futurs véhicules, en prenant en charge des technologies incroyablement exigeantes telles que la vidéo 4K à faible latence et la réalité augmentée.
Les protocoles sans fil, notamment Bluetooth, Wi-Fi et cellulaire, sont souvent utilisés par les conducteurs et les passagers pour connecter leurs appareils mobiles. La principale demande en matière de communication sans fil est alimentée par leur capacité à remplir certaines fonctions pour lesquelles une connexion filaire n'est pas possible, comme la surveillance de la pression des pneus (« Tire pressure monitoring », TPMS) et l'entrée sans clé, pour n'en citer que deux. Toutefois, avec l'expansion de la technologie « vehicle-to-everything » (Véhicule à infrastructure », V2X) qui permet aux véhicules de communiquer avec d'autres véhicules et avec leur environnement, la demande de communication sans fil continue d'augmenter, mais cela s'accompagne du besoin d'une sécurité renforcée.
Architectures de véhicules
Compte tenu de l'existence de nombreux sous-systèmes et capteurs répartis sur l'ensemble d'un véhicule, les constructeurs automobiles doivent choisir avec soin l'architecture du véhicule. Il existe principalement deux options : le domaine ou la zone. Les architectures existantes basées sur des domaines regroupent des éléments ayant des fonctionnalités similaires (par exemple, le groupe motopropulseur, le châssis et les éléments de confort), bien que leurs emplacements puissent être largement répartis dans le véhicule, ce qui nécessite davantage de câblage, augmentant alors le poids et le coût.
Pour éviter ce problème, de nombreux constructeurs automobiles préfèrent désormais une approche zonale où, malgré des fonctionnalités dissemblables, les sous-systèmes proches les uns des autres sont regroupés. Les zones peuvent ainsi être désignées « avant droit », « arrière gauche », etc. Bien que cela réduise le besoin de câblage, cela place également une plus grande quantité de données sur le « backbone » de communication du véhicule entre les zones, nécessitant ainsi des performances/bande passante accrues de la part de l'IVN.
Sécurité fonctionnelle
Les véhicules devenant de plus en plus autonomes, le besoin de sécurité fonctionnelle augmente avec une demande accrue de mesures de redondance élevées. De plus en plus de systèmes exigent désormais des niveaux d'intégrité de sécurité automobile (« Automotive safety integrity levels », ASIL) ISO 26262 plus élevés, passant de composants notés A et B à des composants plus rigoureux notés C et D, car les conducteurs deviennent de plus en plus dépendants des décisions et des actions prises par le véhicule lui-même. La sécurité fonctionnelle englobe tous les aspects de la conception, depuis la conception jusqu'à la mise hors service éventuelle du véhicule.
Il ne fait aucun doute que l’architecture globale du véhicule et, par conséquent, l’IVN, seront fortement influencés. Pour les fonctions Adas à haute performance telles que le freinage d’urgence automatique et le régulateur de vitesse adaptatif, le transport de données à faible latence est essentiel. Le déploiement de la redondance au niveau des capteurs et des voies de communication, ainsi que des mécanismes sophistiqués de tolérance aux pannes, sont nécessaires pour assurer la conformité à la sécurité fonctionnelle.
Le rôle d'Onsemi au sein de l'IVN
Onsemi est impliqué depuis plus de trois décennies dans le domaine de l'IVN, fournissant des produits innovants et le meilleur support applicatif de sa catégorie. Actuellement, le portefeuille de solutions s'appuie sur de nombreuses technologies IVN existantes, notamment LIN, CAN et FlexRay. Au cours des prochaines années, des versions améliorées de produits pour LIN et CAN seront mises sur le marché, tandis que la disparition attendue de FlexRay signifie que peu, voire pas du tout, d'investissement dans ce protocole.
De toute évidence, l’Ethernet 10BASE-T1S constituera un domaine d’intérêt majeur pour le secteur automobile. Avec ses premiers produits déjà lancés, Onsemi travaille actuellement sur son portefeuille de produits de deuxième génération pour ce protocole vital. Avec l'adoption attendue de l'architecture zonale par la plupart des constructeurs automobiles, 10BASE-T1S constituera à l'avenir un élément fondamental de la communication automobile. Cela est particulièrement vrai pour les applications nécessitant un débit, une largeur de bande et une sécurité élevés, telles que les fonctions Adas, y compris la conduite entièrement autonome.
Malgré les avantages évidents de l'Ethernet au sein d'un véhicule, les protocoles établis (tels que LIN et CAN) continueront à être utilisés dans les zones où la vitesse n'est pas critique (ouverture des fenêtres, rabattement des rétroviseurs, positionnement des sièges, etc.). Cependant, nous constatons déjà qu'Ethernet prend une partie de la part de marché de CAN et nous prévoyons qu'Ethernet deviendra la technologie privilégiée pour les communications à faible latence et à large bande passante d'ici l'année prochaine.
