Ces véhicules contrôlent de nombreux sous-systèmes qui dépendent des informations qu'ils se transmettent pour atteindre des niveaux d'automatisation élevés, interagissant avec le monde physique grâce à divers capteurs et actionneurs.
Initialement, ces sous-systèmes utilisaient des technologies de communication optimisées pour chaque fonction, connues sous le nom d'architectures matérielles dédiées à un domaine spécifique. Cette approche nécessitait plusieurs bus spécifiques à chaque application pour transférer les données entre les différents domaines, ce qui imposait l'utilisation de passerelles pour traduire les informations entre les diverses architectures matérielles. Face à la gestion de près de 20 normes réseau, les constructeurs automobiles ont recherché une solution plus simple, reposant sur une plateforme commune pour leur infrastructure de communication.
Transition vers des architectures de zones Ethernet :
L’industrie automobile abandonne progressivement les architectures réseau traditionnelles au profit d’un réseau dorsal unique basé sur Ethernet. Cette évolution permet de diviser les véhicules en « zones » interagissant plus facilement avec une plateforme informatique centralisée via un réseau Ethernet IP omniprésent. En collaboration avec l’IEEE, les constructeurs automobiles ont contribué à définir une couche physique ne nécessitant qu’une seule paire de câbles symétriques, au lieu des deux ou quatre paires habituellement utilisées dans les installations Ethernet. La figure 1 illustre la transition des architectures matérielles dédiées à un domaine spécifique vers une architecture de zones avec une plateforme informatique centralisée.
Figure 1 : Mégatendance dans les réseaux, d'une architecture spécifique à un domaine à une architecture zonale
Cette transition vers des architectures zonales basées sur Ethernet représente une avancée majeure dans la conception et la fonctionnalité des véhicules. En adoptant une technologie de communication unique, les constructeurs automobiles peuvent simplifier le réseau interne du véhicule, réduisant ainsi la complexité et les coûts liés à la gestion de plusieurs normes de communication. Cette approche rationalisée améliore non seulement les performances du véhicule, mais ouvre également la voie à des fonctionnalités et capacités plus avancées.
Avantages d'un environnement de données commun :
Un environnement de données unifié permet de définir les systèmes et fonctions du véhicule par logiciel, réduisant ainsi la latence et la complexité. Face aux exigences croissantes en matière de sécurité, des mécanismes standardisés permettent d'authentifier les participants au réseau et de chiffrer les informations selon les besoins. Les bus de communication précédents ne disposaient pas de fonctionnalités de sécurité, ce qui nécessitait des approches diverses pour atténuer les menaces.
Les avantages d'un environnement de données commun vont bien au-delà de la sécurité et de l'efficacité. En standardisant les protocoles de communication au sein du véhicule, les constructeurs automobiles peuvent intégrer plus facilement les nouvelles technologies et fonctionnalités. Cette flexibilité est essentielle face à l'évolution constante du secteur automobile, marquée par les progrès de la conduite autonome, des véhicules électriques et des technologies de voiture connectée. Un environnement de données commun garantit une intégration fluide de ces innovations dans l'architecture du véhicule, pour une expérience de conduite plus cohérente et intégrée.
Mises à jour logicielles simplifiées
: L’utilisation d’un réseau commun simplifie les mises à jour logicielles, permettant aux concepteurs de les implémenter via une approche unique au lieu de définir des méthodes pour différentes liaisons de données. Cette simplification représente un atout majeur pour l’industrie automobile. À mesure que les véhicules deviennent plus dépendants des logiciels, le besoin de mises à jour et d’améliorations régulières se fait de plus en plus crucial. Une infrastructure réseau commune permet les mises à jour à distance (OTA), permettant aux constructeurs automobiles d’implémenter de nouvelles fonctionnalités, de corriger des bogues et d’améliorer les performances sans nécessiter de visite en concession. Cela améliore non seulement l’expérience client, mais réduit également les coûts de maintenance et les temps d’immobilisation.
Ethernet 10BASE-T1S : Un pont entre les mondes numérique et physique
L'Ethernet, un concept existant depuis 50 ans et dont les spécifications IEEE® ont été publiées il y a 40 ans, a principalement servi au transfert de grandes quantités de données entre ordinateurs. Cependant, l'interface entre le monde numérique de l'informatique et le monde physique des automobiles restait dépendante du matériel et spécifique à chaque domaine. Pour remédier à ce problème, l'Ethernet 10BASE-T1S a été développé.
L'Ethernet 10BASE-T1S est un bus multipoint utilisant une seule paire de fils comme infrastructure. Les capteurs et actionneurs se connectent directement à ce fil, éliminant ainsi le besoin de commutateurs Ethernet pour connecter plusieurs appareils. Lorsque des données sont reçues et doivent être transmises à des interconnexions plus rapides, un simple commutateur doté d'un port 10BASE-T1S et de ports supplémentaires à plus haut débit suffit. Aucun serveur de traduction spécifique n'est requis, car tous les appareils d'un réseau Ethernet utilisent le même format pour les trames Ethernet.
Le développement de l'Ethernet 10BASE-T1S représente une étape majeure dans l'évolution des réseaux automobiles. En offrant une méthode standardisée et efficace de connexion des capteurs et des actionneurs, l'Ethernet 10BASE-T1S assure la liaison entre les mondes numérique et physique. Cette technologie permet le traitement et la communication des données en temps réel, permettant ainsi au véhicule de réagir plus rapidement et avec plus de précision aux changements de conditions. L'Ethernet 10BASE-T1S garantit une parfaite interopérabilité des systèmes du véhicule. La figure 2 illustre ce principe.
Figure2 : Architectures zonales versus architectures de domaine
Application concrète : Démonstration.
Afin de présenter l’application pratique de l’Ethernet 10BASE-T1S, Microchip Technology a développé une démonstration illustrant comment cette technologie peut être utilisée pour connecter divers capteurs et actionneurs au sein d’un véhicule. La démonstration met en œuvre des capteurs de pression, de proximité, de luminosité et autres, qui capturent des données réelles, lesquelles sont ensuite traitées par une plateforme informatique centralisée. Les données traitées servent à contrôler des moteurs, des ventilateurs, des éclairages et des écrans, qui interagissent alors avec l’environnement physique. Une vidéo de la démonstration est disponible sur YouTube à l’adresse https://youtu.be/nD1c3eLYp7M. La figure 3 présente le dispositif de démonstration.
Figure 3 : Démonstrateur de capteurs et d'actionneurs multiples
Cette configuration met en évidence la polyvalence de l'Ethernet 10BASE-T1S et son potentiel pour simplifier la conception et la mise en œuvre des systèmes de communication embarqués. Grâce à un bus multipoint unique fonctionnant sur une seule paire de fils, l'Ethernet 10BASE-T1S élimine le besoin de commutateurs Ethernet pour connecter de nombreux capteurs et actionneurs. Lors du flux de données sur le réseau, un simple commutateur doté d'un port 10BASE-T1S peut s'interfacer avec des connexions à haut débit tout en garantissant un formatage de trame Ethernet cohérent sur l'ensemble du système.
Des avantages considérables pour les constructeurs automobiles
L'utilisation d'un protocole unique pour la plupart des fonctions offre des avantages considérables aux constructeurs automobiles, qui doivent assurer la compatibilité avec de multiples normes spécifiques à chaque application. Chaque année, des améliorations sont apportées aux systèmes avancés d'aide à la conduite (ADAS), nécessitant souvent de nouvelles caméras, radars, capteurs à ultrasons et lidars, ainsi que des mises à jour des systèmes d'infodivertissement et de navigation. D'autres composants du véhicule sont améliorés progressivement, parfois par de simples mises à jour logicielles.
Les véhicules modernes peuvent comporter jusqu'à 40 faisceaux de câbles différents, des dizaines, voire des centaines, d'unités de commande électroniques (ECU) et des kilomètres de câbles pesant jusqu'à 113 kg. La diversité des câblages requis pour les différentes applications pose également des problèmes de compatibilité électromagnétique (CEM), chaque application ayant des exigences spécifiques.
Le passage à un protocole unique simplifie l'architecture interne du véhicule, réduisant ainsi le nombre de faisceaux de câbles et de calculateurs nécessaires. Il en résulte une réduction du poids et de la complexité, ainsi qu'une amélioration de la fiabilité et de la facilité d'entretien. Avec moins de composants à gérer, les constructeurs automobiles peuvent se concentrer sur l'amélioration des performances et des fonctionnalités du véhicule, offrant ainsi une expérience de conduite globale optimisée.
Pour répondre aux exigences des véhicules de demain, qui intégreront bientôt plusieurs centaines de millions de lignes de code contre 100 millions actuellement, l'industrie évolue vers une architecture électronique/électrique (E/E) zonée basée sur Ethernet. Cette architecture regroupe les capteurs en une seule liaison, reliant la passerelle zonale à un réseau dorsal et à la plateforme informatique centrale .
La transition vers une architecture électrique/électronique (E/E) zonée basée sur Ethernet est essentielle pour gérer la complexité croissante des véhicules modernes. Face à l'augmentation constante du nombre de capteurs, d'actionneurs et de systèmes électroniques, une infrastructure réseau évolutive et performante devient indispensable. Ethernet offre la bande passante et la flexibilité nécessaires pour gérer les volumes massifs de données générées par ces systèmes, garantissant ainsi un fonctionnement fluide et efficace du véhicule.
À mesure que l'industrie automobile évolue, l'adoption d'architectures basées sur Ethernet jouera un rôle crucial dans l'avenir de la technologie automobile, garantissant ainsi des véhicules connectés, performants et innovants. Ce qui n'était au départ qu'un concept d'architecture de communication unifiée pour véhicules est sur le point de devenir réalité. Certains véhicules actuellement en circulation utilisent déjà Ethernet pour leur architecture informatique, et les modèles dotés de la nouvelle architecture zonale, qui s'étend à l'interface physique-numérique, entreront bientôt en production. Cette approche simplifie non seulement la conception des véhicules, mais ouvre également la voie à de nouvelles possibilités d'innovation logicielle, car des fonctions auparavant définies par le matériel peuvent désormais être implémentées et mises à jour par logiciel.
Au-delà des voitures : l’adoption généralisée de l’Ethernet
Les avantages d'Ethernet ne se limitent pas à l'industrie automobile. Les applications industrielles commencent également à adopter cette technologie, motivées par le besoin de solutions de communication plus efficaces et évolutives. À mesure qu'Ethernet s'étend à d'autres secteurs que l'automobile, les économies d'échelle contribueront à réduire les coûts, le rendant plus accessible et attractif pour un plus large éventail d'applications. De plus, l'approfondissement des connaissances sur la structuration et la mise en œuvre des systèmes Ethernet facilitera leur développement et leur déploiement dans divers secteurs industriels.
L'adoption de l'Ethernet, et plus particulièrement de l'Ethernet 10BASE-T1S, constitue une étape fondamentale pour combler le fossé entre les mondes virtuel et réel dans le domaine des technologies automobiles. Cette technologie ouvre la voie à un avenir où les véhicules seront plus intelligents, plus sûrs et plus connectés que jamais, et jette les bases d'innovations plus vastes dans de nombreux secteurs.
Le parcours d'Ethernet, des applications informatiques à l'industrie automobile, témoigne de la puissance de la normalisation et du potentiel de la collaboration intersectorielle pour stimuler le progrès technologique. À mesure que l'industrie automobile évolue, Ethernet jouera un rôle essentiel dans la conception des véhicules de demain, inaugurant une nouvelle ère de mobilité axée sur l'efficacité, la sécurité et la connectivité.
Auteur : Unité commerciale Systèmes d’infodivertissement automobile de Microchip Technology
