Automobile : la révolution des réseaux embarqués

Les véhicules modernes deviennent rapidement plus sophistiqués, avec d'innombrables capteurs, processeurs et actionneurs déployés pour améliorer la fonctionnalité, la sécurité et l'efficacité.

L'évolution de la technologie automobile s'est accompagnée d'une augmentation de la demande de systèmes de réseau pour les véhicules, avec des bandes passantes plus élevées et des communications à faible latence nécessaires pour maintenir la fonctionnalité et la sécurité.

Au fil des années, plusieurs protocoles ont été développés pour être utilisés principalement (ou exclusivement) dans les véhicules. Bien que chaque protocole possède des attributs uniques, ils peinent tous à répondre aux besoins des véhicules actuels en raison de l'évolution des architectures et de la quantité considérable de données transférées au sein du réseau embarqué (In-Vehicle Network – IVN). Les constructeurs automobiles sont donc à la recherche de nouvelles solutions pour fournir les performances et la bande passante nécessaires.

L’Ethernet automobile

L’Ethernet était un choix évident en raison de son adoption généralisée en informatique, de sa bande passante relativement élevée et de son coût raisonnable. Cependant, un inconvénient important pour l'utilisation dans l'automobile était l'incapacité de fonctionner dans un mode temps réel ou déterministe. Cet inconvénient est dû à Écoute de porteuse avec accès multiples et détection de collision (CSMA/CD, Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection) inhérent au fonctionnement de l’Ethernet.

Pour permettre à l'industrie automobile de tirer parti des avantages de l’Ethernet, un nouveau protocole a été mis au point. Connue sous le nom de 10BASE-T1S, cette variante spécifique à l'automobile remplace le CSMA/CD par l'évitement des collisions de la couche physique (PLCA, Physical Layer Collision Avoidance) pour permettre le fonctionnement déterministe qui est essentiel à l'utilisation de commandes électriques et aux applications des systèmes avancés d'aide à la conduite (ADAS).

L'Ethernet automobile est de plus en plus utilisé pour les systèmes d'info-divertissement embarqués et les systèmes ADAS grâce à sa large bande passante et à son faible temps de latence. L'Ethernet joue un rôle majeur dans la mise en œuvre des fonctions de connectivité, telles que la communication de véhicule à véhicule (V2V) et de véhicule à infrastructure (V2I), qui sont des fonctions vitales pour une gestion améliorée de la sécurité.

Les véhicules étant de plus en plus axés sur les données, il y aura un besoin croissant de bande passante plus grande pour prendre en charge des fonctions avancées telles que la conduite autonome, la diffusion vidéo haute définition / 4K et les applications de réalité augmentée. Les réseaux Ethernet devront fournir des taux de transfert de données toujours plus rapides. Et les futurs réseaux Ethernet automobiles devront offrir une latence ultra-faible pour permettre une prise de décision et des temps de réponse suffisamment rapides pour la conduite autonome.

Architecture des véhicules et solutions d'imagerie

L'organisation et l'interconnexion des différents sous-systèmes à l'intérieur d'un véhicule sont des considérations cruciales pour les constructeurs automobiles. Généralement, les sous-systèmes sont organisés par fonction (par exemple, le groupe motopropulseur, le châssis, le confort) indépendamment de leur emplacement dans le véhicule. Il en résulte des quantités importantes de câbles, qui augmentent le coût et le poids du véhicule.

Depuis peu, l'approche privilégiée consiste à organiser les sous-systèmes en « zones » en fonction de l'endroit où ils se trouvent dans le véhicule. Il en résulte des groupes de fonctions non similaires qui sont souvent désignés par l'emplacement du véhicule, par exemple « avant droit », « arrière gauche », etc. L'architecture zonale est à la fois évolutive et flexible, ce qui permet d'effectuer relativement facilement des changements tels que la suppression, l'ajout ou la mise à niveau de sous-systèmes. Elle permet également le déploiement d'éléments redondants et résistants aux pannes qui sont essentiels pour atteindre les niveaux de sécurité fonctionnelle requis pour les systèmes critiques.

Bien que sa conception allège le besoin de câblage, elle augmente considérablement les données à transmettre sur la colonne vertébrale de l’IVN, ce qui nécessite davantage de bande passante et de performances, ainsi qu'un faible temps de latence. Pour les fonctions ADAS, telles que le freinage automatique d'urgence (AEB), les capteurs et l'électronique de commande seront répartis dans le véhicule, et le fonctionnement sûr et fiable du système dépend de la mise en réseau sensible au temps (TSN) pour éliminer tout écart de latence entre les deux. Même les systèmes tels que la réduction du bruit dans l'habitacle, qui reposent sur des microphones multiples, ont besoin d'un réseau temps réel pour fonctionner correctement.

Il ne fait aucun doute que l'Ethernet déterministe (10BASE-T1S) jouera un rôle essentiel dans les futurs véhicules, en particulier pour la colonne vertébrale d'une architecture zonale. Il est peu probable que des protocoles tels que le MOST et le FlexRay soient utilisés dans les nouveaux modèles, mais on s'attend à ce que le LIN et le CAN continuent à jouer un rôle, en particulier au sein des différentes « zones ».

Le développement d'autres protocoles, notamment l'interface série caméra 2 (CSI-2) et l'interface série affichage (DSI-2), de l'Alliance MIPI, se poursuivra également. Ces protocoles sont essentiels aux systèmes ADAS et d'info-divertissement pour connecter les caméras, les capteurs et les écrans à haute résolution dans les véhicules modernes. En outre, l'Alliance MIPI et l'Automotive SerDes Alliance (ASA) sont en train de mettre au point une solution SerDes normalisée. Dans le cadre de cette collaboration, des recherches sont également menées sur l'amélioration de la sécurité des protocoles MIPI et sur la mise en œuvre de l'Ethernet asymétrique pour les caméras, qui consiste à transmettre à des bandes passantes plus larges et à recevoir bandes passantes plus faibles. Mais le changement d'architecture le plus important est que le CAN ne sera plus le protocole par défaut pour la communication principale du véhicule, l’Ethernet assumant ce rôle.