Tendances, défis et solutions en matière de connectivité des données automobiles

L’acronyme ACES s’impose de plus en plus, et résume les quatre grandes tendances en matière de mobilité.  Automated (Automatisé).  Connected (Connecté).  Electrified (Électrifié).  Shared Mobility (Mobilité partagée).  Ces sujets ont fait couler beaucoup d’encre et font l’objet de développements techniques ultra-rapides et passionnants. 
 

• La tendance à l’automatisation, ou aux opérations assistées, est avant tout une question de répartition du degré de décision et de contrôle entre le conducteur et son automobile.  La disponibilité accrue des données et la puissance de traitement d’un véhicule permettent la mise en œuvre de fonctions avancées d’aide à la conduite (ADAS), comme le système de freinage antiblocage (ABS), le signal avertisseur de risque de collision, le maintien dans la voie, la détection des piétons et le stationnement parallèle automatique.  Des fonctionnalités ADAS supplémentaires sont continuellement introduites. Le contrôle adaptatif de la hauteur de la carrosserie, par exemple, utilise des capteurs de mouvement latéraux pour détecter une collision latérale imminente et surélever la hauteur de carrosserie de la voiture de 10 cm ou plus. Plus d’assistance de la part du véhicule signifie plus de fonctionnalités automatisées à mesure que nous progressons vers une assistance potentiellement totale (conduite entièrement autonome).
  
  
• La tendance connectée est liée au désir toujours plus grand de la société de rester engagée.  Compte tenu des récents événements mondiaux, les voyages personnels et professionnels en automobile devraient augmenter, car les personnes se sentent plus à l’aise et peuvent mieux contrôler leur espace personnel.  Les consommateurs s’attendent à pouvoir diffuser des contenus d’infodivertissement (musique, films), faire des achats en ligne, naviguer pendant leurs déplacements et mener des activités (professionnelles et personnelles) directement depuis leur voiture. L’époque où l’on devait être à la maison ou au bureau pour bénéficier d’une connexion optimale est révolue.
  
  
• La tendance à l’électrification correspond à une transition des moteurs à combustion interne vers les moteurs électriques comme principale méthode de propulsion.  Cette tendance est motivée par le désir de réduire la dépendance aux combustibles fossiles, de réduire (voire d’éliminer) les émissions d’échappement et d’optimiser l’utilisation de l’énergie.  Des séries de capteurs et des algorithmes de contrôle complexes sont utilisés pour maximiser les performances des moteurs électriques, réduire les coûts de maintenance, charger les batteries en toute sécurité et optimiser le ratio distance parcourue/charge. L’introduction des véhicules électriques à batterie (BEV) impose de réfléchir au moment et à l’endroit où recharger sa voiture lors d’un voyage.  En traitant automatiquement les informations relatives à l’autonomie, à la localisation et à l’itinéraire, les voitures règlent d’entrée de jeu la peur associée à l’autonomie, car elles peuvent se diriger vers des stations de recharge bien situées.
  
  
• La tendance à la mobilité partagée est stimulée par la demande de services de transport partagés et la possibilité de réduire la possession de véhicules personnels en échange d’un accès facile aux véhicules. L’expérience du véhicule doit être personnalisée pour chaque utilisateur. À terme, chaque véhicule partagé pourra être personnalisé pour le conducteur ou le passager, au même titre que son téléphone, sa tablette, son PC et sa télévision qui offrent des expériences personnalisées.  Qu’il s’agisse d’un service de livraison comme Uber ou Lyft, ou d’une location de véhicules en autopartage comme ZipCar ou Turo, l’accès immédiat à des applications de mobilité (apps) ainsi qu’à des données du cloud rend tout cela possible.

La connectivité des données est en passe de devenir le principal catalyseur technologique de l’industrie automobile. Tout a commencé par la connexion des unités de commande à l’intérieur du véhicule. Ensuite, les smartphones ont été connectés au véhicule. Aujourd’hui, de nombreuses voitures sont capables de collecter des informations de manière autonome sur le Web. La prochaine étape logique consistera à connecter les voitures entre elles ainsi qu’avec l’environnement, en utilisant la technologie V2X (connectivité du véhicule à tout le reste). La connectivité des données pour les applications automobiles est multidimensionnelle, car elle dessert une pléthore d’applications via des réseaux de données partagés.  Les applications entrent généralement dans l’une des trois catégories fonctionnelles distinctes suivantes : sûreté et sécurité, confort, rendement.  La connectivité des données automobiles est généralement envisagée selon trois catégories physiques : du véhicule au monde extérieur ; dans le véhicule ; du véhicule à l’occupant. Les informations peuvent être générées et extraites depuis n’importe lequel des canaux physiques de connectivité de données et utilisées par n’importe quelle application fonctionnelle.
 

• Connexions entre le véhicule et le monde. Pendant des années, les communications sans fil pour le transport étaient principalement à sens unique, pour les émissions de radio. Aujourd’hui, les véhicules sont essentiellement devenus des capteurs très mobiles et des plates-formes informatiques roulantes. Les communications bidirectionnelles entre le véhicule et le reste du monde sont une fonction qui permet de mettre en œuvre des applications sûres, sécurisées, pratiques et efficaces qui s’inscrivent toutes dans le cadre des tendances ACES. Voici quelques exemples de ces voies de communication sans fil, utilisant des antennes pour connecter la voiture au monde :
• AM/FM/DAB/TV
• LTE/5G
• GPS/GNSS
• V2X
   

V2X est l’abréviation de « vehicle to everything » (connectivité du véhicule à tout le reste). Le terme décrit la communication d’un véhicule avec les usagers de la route aux alentours ou en interaction et les structures qui comprennent d’autres véhicules (V2V), l’infrastructure routière (V2I), les piétons (V2P), etc. La tendance à s’appuyer sur les informations entrant et sortant d’un véhicule signifie, plus que jamais, que la réception des données doit être sans faille et issue d’une source fiable.
 

• Connexions à l’intérieur du véhicule. Les réseaux embarqués font partie des architectures automobiles depuis 40 ans. Voici des exemples de certains des réseaux câblés les plus couramment utilisés dans les véhicules :
• CAN
• LIN
• Flexray
• MOST
• Vidéo de caméra
• Ethernet automobile      

Avec l’évolution vers des systèmes de sécurité avancés d’aide à la conduite et le nombre croissant de fonctions de conduite automatisées dans le véhicule, les canaux de transmission de données à grande vitesse dans les véhicules deviennent de plus en plus importants pour la sécurité du véhicule.  Cela signifie que de nouvelles caractéristiques de conception pour les composants du véhicule sont nécessaires et que les équipementiers doivent tenir compte des limites des propriétés des canaux physiques lors de la définition de l’architecture et de la sélection du protocole de communication.
 

• Connexions entre le véhicule et l’occupant.  Une connexion importante à considérer est la connexion entre l’homme et la machine. Qu’il s’agisse de fournir des informations au conducteur, de divertir un passager ou d’intégrer facilement des appareils personnels, la connexion entre les occupants et le véhicule lui-même devient essentielle. Grâce au cockpit numérique de demain, les conducteurs comme les occupants bénéficieront d’expériences spécialement conçues pour eux. Les réglages des sièges et des rétroviseurs, les présélections musicales, les paramètres de navigation et les informations du carnet d’adresses, par exemple, peuvent suivre automatiquement le conducteur d’un véhicule à l’autre. Pour les passagers, les comptes de services de streaming et les paramètres Wi-Fi peuvent être prêts d’une voiture à l’autre. Voici quelques exemples de connexions entre le véhicule et l’occupant :
•  WLAN
• Bluetooth
• USB
• WiFi
• Affichages    

L’évolution des spécifications et des exigences en matière de connectivité des données génère des défis, et les équipementiers et concessionnaires automobiles travaillent ensemble pour les relever.

• Il existe une grande diversité de stratégies de messagerie de données (couche fonctionnelle) et de protocoles de transmission (couche physique) non seulement entre les constructeurs automobiles, mais aussi dans un seul véhicule. Les connexions sans fil (antennes) sont disponibles dans de nombreuses variétés en fonction de la fréquence et du protocole de l’interface. Les connexions filaires peuvent être à paires torsadées différentielles, coaxiales, blindées, non blindées, etc.  Elles peuvent même être optiques.
  
  
• Les connexions doivent être rapides.  Les architectures de communication embarquées atteignent des vitesses allant jusqu’à 12 Go par seconde. Les applications pilotées par ACES, avec leurs vitesses de calcul sans cesse croissantes nécessaires à la prise de décisions critiques, exigent des canaux de communication à large bande passante, à volume élevé et à faible latence.
  
  
• Les connexions doivent être robustes et fiables.  La communication des données doit être sans faille, même dans un environnement tout électrique à forte puissance. Les liaisons de données doivent répondre à des exigences rigoureuses en matière de compatibilité électromagnétique (CEM), en veillant à ce qu’elles n’émettent pas d’émissions indésirables par inadvertance et ne soient pas sensibles aux champs électromagnétiques involontaires. Les canaux de communication à bord seront soumis à des températures et des vibrations extrêmes.
  
  
• Les connexions doivent être petites et adaptées à l’architecture de communication.  Elles doivent être compatibles avec les approches des constructeurs automobiles et des fournisseurs de systèmes en matière de miniaturisation et d’allègement. Les connecteurs ne peuvent et ne doivent pas dicter la taille du boîtier abritant les composants électroniques, car ceux-ci ne cessent de se miniaturiser alors même que les fonctionnalités augmentent. Qu’il s’agisse d’une approche d’architecture distribuée ou centralisée, la solution de connectivité doit s’adapter.  Les nouvelles architectures intégrant des clusters de calcul à grande vitesse qui prennent en charge le traitement des signaux pour les applications basées sur la fusion de capteurs auront des exigences de plus en plus élevées en matière de communication de données à l’intérieur des véhicules.

TE Connectivity est un fournisseur de composants de connectivité de données qui connaît les systèmes et possède un savoir-faire en architecture électronique et en intégration physique. Nous pouvons ainsi parler le langage technique de nos clients.  Nous travaillons avec nos clients, en leur fournissant un support applicatif, afin d’optimiser leurs systèmes en leur fournissant des solutions de composants intégrés optimisées. Alors que nos clients développent des architectures de véhicules innovantes et améliorées, nous faisons équipe pour leur fournir une conception optimisée de sous-systèmes et de composants évolutifs. Du moment où l’information est numérisée jusqu’au moment où elle est reçue, TE travaille en collaboration avec ses clients pour développer et fournir des solutions sur mesure pour répondre à leurs besoins en matière de connectivité de données. Nous accompagnons nos clients de plusieurs façons. Nous leur fournissons une gamme de produits complète, une expérience et un savoir-faire en matière de conception technique, des outils de fabrication et d’application exceptionnels. Nous nous appuyons sur la puissance de TE, à savoir l’étendue et l’ampleur des secteurs et des marchés couvets par nos ingénieurs et scientifiques, ainsi que notre présence mondiale.
 

• Gamme de produits.  En tant que leader mondial des solutions de connectivité, nous collaborons avec nos clients et d’autres leaders technologiques de l’industrie pour créer des solutions d’ingénierie qui répondent aux défis de la connectivité automobile physique et sans fil, dans l’optique d’un avenir alimenté par les données. Basé sur les principaux supports (différentiels, coaxiaux et optiques) et technologies de transmission, notre gamme complète de solutions de connectivité de données performantes propose des produits d’interconnexion de données à haut débit développés pour répondre aux exigences de performance croissantes des connexions entre le véhicule et le monde extérieur, au sein du véhicule et entre le véhicule et l’occupant.
   

Nous fournissons des modèles de simulation pour nos composants afin de calculer les performances du canal en fonction des exigences de liaison, tout en prenant en charge des conceptions miniaturisées et modulaires qui permettent une intégration optimale dans les architectures héritées et de nouvelle génération. Par exemple, le système de connecteurs coaxiaux miniaturisés de TE (MATE-AX) peut réduire l’encombrement du connecteur sur un circuit imprimé jusqu’à 75 % par rapport à un composant FAKRA traditionnel, tout en offrant une bande passante plus élevée. Le système de connecteurs Ethernet automobiles miniaturisés (MATEnet) de TE répond au besoin de solutions de câblage efficaces pour les technologies de liaison physique, lesquelles peuvent être intégrées de manière transparente dans les interfaces existantes des unités de commande électronique (ECU), au sein d’architectures de réseau de données à haut débit plus complexes. En outre, notre gamme d’antennes et de technologies de connectivité sans fil offre des solutions de communication externe pour la radiodiffusion, le cellulaire et les services télématiques et V2X de nouvelle génération. Ici, nous développons également des solutions intégrées qui combinent des antennes et des émetteurs-récepteurs pour réduire la complexité, l’espace occupé et les performances.
 

Notre gamme permet d’obtenir des performances élevées des canaux, alignées sur les spécifications de la couche physique de plusieurs fabricants de puces.  Elle intègre notre nouvelle solution pour les connecteurs Eth­ernet multigigabits qui prennent en charge des débits pouvant atteindre 10 Gbit/s, et dépasser 20 Gbit/s avec d’autres protocoles,  afin de répondre aux besoins de la prochaine génération d’applications de sécurité et de conduite autonome.  De plus, les produits de connectivité de données de TE ont été conçus spécifiquement pour répondre aux exigences des environnements automobiles difficiles. Ils sont conformes aux normes telles que LV214 et USCAR, et répondent ainsi aux exigences environnementales les plus strictes. Ils sont également testés par rapport aux spécifications les plus exigeantes en matière d’intégrité du signal et de compatibilité électromagnétique, telles que celles du comité technique de l’Alliance One-Pair Ethernet (OPEN).
 

• Connaissances et savoir-faire en matière de conception technique. S’appuyant sur plus de 75 ans de savoir-faire en systèmes de connexion physique, l’équipe d’ingénieurs, de physiciens de contact et de scientifiques des matériaux de TE Connectivity travaille en étroite collaboration avec les clients pour développer des solutions optimisées répondant aux demandes et aux défis toujours croissants en matière de connectivité. Grâce à des centres de conception répartis dans le monde entier, toutes les opérations de simulation, de modélisation, de prototypage et d’essai peuvent être effectuées à proximité du site de nos clients. Les capacités techniques supplémentaires comprennent : la conception RF et le savoir-faire CEM ; les connaissances en matière de conception, de fabrication et d’outillage d’application dans la technologie d’interconnexion miniaturisée et conforme, laquelle permet d’obtenir un conditionnement de taille réduite et résistant ; l’intégration transparente de l’électronique ; des systèmes d’antennes sur mesure pour une réception et une transmission optimisées du signal ; des interfaces de connecteurs robustes pour la transmission de données à bord du véhicule ; des analyses des canaux PHY-à-PHY, y compris les spécifications limites des composants et les performances complètes de la liaison.
  
  
• Ampleur et étendue des secteurs couverts et présence mondiale. TE Connectivity dessert un large éventail de clients représentant divers secteurs et marchés, notamment l’électronique grand public, l’aérospatiale et la défense, l’industrie, les appareils électroménagers, les transports, pour n’en nommer que quelques-uns.  En nouant des liens profitables au sein de l’entreprise, nos ingénieurs spécialisés dans l’automobile peuvent s’appuyer sur les connaissances et l’expérience de leurs collègues du monde entier pour résoudre les défis de l’industrie automobile.  Nous participons à divers comités de normalisation et consortiums industriels, ce qui nous permet d’aborder les solutions aux problèmes dès le début du processus. Nous investissons massivement dans la R&D initiale, en cherchant à collaborer à la résolution de défis industriels difficiles avant qu’ils ne deviennent des problèmes pour nos clients.
  
  
• Outillage de fabrication et d’application. En tant que fabricant mondial de solutions de connectivité disposant d’une unité commerciale interne d’outillage d’application, nous mettons non seulement en œuvre des processus de fabrication de classe mondiale pour nos produits, mais nous confirmons également que la conception de nos produits est conforme aux méthodes et pratiques de fabrication de nos clients spécifiques. Nous disposons des outils et des équipements nécessaires pour optimiser les conceptions en fonction des besoins en constante évolution de l’environnement opérationnel des clients. Nous travaillons avec l’ensemble de la chaîne d’approvisionnement, des fabricants de puces aux fabricants de modules en passant par les fournisseurs de systèmes, afin de fournir des performances optimisées au niveau du système pour l’intégrité des données et la qualité du signal. Nous fournissons la solution de connectivité des données adaptée à l’application et au besoin spécifiques.

1. V2X – Une composante importante des systèmes de transport intelligents coopératifs (C-ITS), Thomas Adam, Swen Kopp, Steffen Lang, Andreas Winkelmann, présentation TE Connectivity,
2. Compatibilité électromagnétique dans les véhicules connectés et électrifiés, Jens Wulfing, présentation TE Connectivity,
3. Solutions de connectivité robustes pour les réseaux de données automobiles de nouvelle génération, Christian Rusch, Bert Bergner, présentation de TE Connectivity
4. ACES : Définir l’avenir de la mobilité automobile, 17 février 2020  —  Viewpoints, par Chet Babla, VP Automotive, Arm
5. Que signifie la mobilité ACES pour le transport ?, par Hilary Davidson (https://www.act-news.com/author/hilary-davidson/), 30 mai 2019, Nouvelles sur les technologies propres avancées
6. Pleins feux sur l’ACES en tant qu’acronyme clé pour l’avenir de la mobilité et des voitures autonomes, Dr Lance B. Eliot, https://www.forbes.com/sites/lanceeliot/2019/07/04/fireworks-about-aces-as-key-acronym-for-the-future-of-mobility-and-self-driving-cars/#1cb789c654ec
7. L’avenir autonome de la mobilité, Kersten Heineke et Philipp Kampshoff, McKinsey et Company

Connectivité : dynamiser le nouvel écosystème de la mobilité, Michele Bertoncello, Gianluca Camplone et Asad Husain, McKinsey et Company

8. Le covoiturage et le grand virage urbain, Troy Baltic, Russell Hensley et Jeff Salazar, McKinsey et Company