Livre blanc : Technologie d’infodivertissement de nouvelle génération

Lors de la conception des architectures de connectivité sous-jacentes d’une voiture (à moteur à combustion ou moteur électrique), les ingénieurs commencent par se poser certaines questions :

• Comment éviter la diaphonie entre les circuits, en particulier les circuits électrifiés ? 
• Comment construire un réseau capable de transmettre de façon illimitée d’importants volumes de données ? 
• Comment garantir la sécurité et la fiabilité des données transmises ?
• Comment répondre aux exigences actuelles en matière d’espace et de diminution de poids tout en préservant la robustesse du véhicule ?

Pour augmenter le volume et la vitesse des données transmises dans la voiture, les ingénieurs peuvent multiplier les interconnexions dans l’ensemble du véhicule. Cela augmente la taille des paquets de données et nécessite par conséquent des capacités de bande passante élevées. Dans ce contexte, l’Ethernet automobile offre le meilleur rapport coût-bénéfice, mais il nécessite une solution d’interconnexion intelligente associant flexibilité, économie d’espace et performances pour différents niveaux d’exigences de CEM. Notre système d’interconnexion Ethernet automobile miniaturisé MATEnet est fiable, abordable, évolutif et entièrement automatisé. Il offre par ailleurs la robustesse, la flexibilité et la réduction de poids requises pour une connectivité efficace dans la voiture.

Avec l’apparition des systèmes avancés d’aide à la conduite (ADAS) axés sur la sécurité, les caméras et les antennes, ainsi que de l’environnement du véhicule et la connectivité haut débit mobile envoient davantage de données dans le cloud, ce qui nécessite des vitesses de données supérieures. L’optimisation de cette connectivité nécessite des canaux de transmission RF (radiofréquence) pour les technologies de connectivité coaxiale et différentielle.

Notre famille de connecteurs MATE-AX est conçue pour les données à haute vitesse dans des solutions à simple extrémité. Elle offre des performances RF pouvant atteindre une fréquence de 20 GHz. Les dimensions des produits de la gamme ont également été réduites pour répondre aux exigences de conception actuelles du secteur automobile. Les performances électriques répondent aux exigences en matière d’intégrité de signal au niveau du segment de liaison et des composants et en matière de CEM. Parallèlement à cela, nos câbles coaxiaux sont conçus pour des liaisons de sécurité présentant des exigences RF élevées.

La prochaine génération d’applications de conduite autonome de niveau 4 et 5 qui s’annonce nécessitera de nouvelles solutions électriques et optiques. Elles comprendront des connecteurs à guide d’ondes diélectriques pouvant prendre en charge des débits de transmission de données supérieurs à 24 Gbit/s. Chez TE, nous développons en permanence notre gamme de solutions de connectivité des données pour répondre aux exigences des fabricants en matière de fonction, de sécurité, de type de liaison, de puces et de type de câble, ainsi qu’aux normes de l’industrie et aux spécifications des équipementiers ou des fournisseurs de niveau 1.

En intégrant divers capteurs dans le véhicule, les ingénieurs peuvent axer davantage la conception sur l’autonomie et l’intelligence artificielle, sur l’ensemble du réseau embarqué. L’acquisition et l’exploitation de données des capteurs permettent au véhicule de communiquer un large éventail d’informations sur plusieurs systèmes embarqués ainsi qu’avec d’autres véhicules et les infrastructures routières. Pour cela, les ingénieurs doivent déterminer quels types de données les capteurs peuvent traiter :

• Capteurs de température pour surveiller les conditions de la batterie et du moteur
• Capteurs de vitesse pour détecter les performances du moteur
• Capteurs de courant pour suivre les cycles de charge/décharge de la batterie
• Capteurs de position pour surveiller le verrouillage des portes et les vitres
• Accéléromètres pour mesurer les vibrations et l’état des roulements

Pour répondre à la demande des consommateurs, qui recherchent des véhicules plus sûrs et plus connectés, les fabricants optent de plus en plus souvent pour des solutions de connectivité qui réduisent le poids des systèmes clés et prennent en charge les communications robustes, avec une grande clarté de signal, nécessaires pour accélérer les données, réduire la puissance et améliorer le signal afin de fournir davantage de fonctionnalités basées sur les données (ADAS, détection des piétons et détection de voie).

En raison de son efficacité, la connectivité des données est aujourd’hui un élément central pour une architecture robuste, dans les voitures à moteur à combustion comme dans les voitures électriques. Elle a également placé les systèmes d’infodivertissement au centre de l’écosystème technologique du véhicule, pour permettre aux voitures de se connecter à d’autres véhicules, aux infrastructures routières et aux réseaux de communication.

Les avions actuels sont capables d’enregistrer et de partager de grandes quantités de données au service de la sécurité, du confort et des performances globales. Les ingénieurs se focalisent de plus en plus sur l’électrification de l’avion, remplaçant les commandes manuelles par des interfaces électroniques. Par exemple, les données en vol facilitent la surveillance et la gestion des systèmes critiques de l’avion pour les pilotes. Cette évolution a été rendue possible par les progrès de la connectivité aérospatiale, notamment les connecteurs modulaires à grande vitesse DEUTSCH DMC-M de TE et les connecteurs de la série 369, les capots, les fils et produits de câblage, les fils de cuivre à grande vitesse, la technologie Ethernet et la fibre optique.

Grâce à ces types de composants électroniques, les ingénieurs peuvent concevoir des systèmes intégrant ces nouvelles fonctionnalités. Cela permet aux avionneurs de trouver de nouvelles façons de tirer de la valeur commerciale de la technologie aéronautique.

Pour renforcer l’électrification des systèmes critiques, les ingénieurs intègrent davantage de types de composants électroniques (capteurs, connecteurs, relais et fibre optique) aux avions. Par exemple, l’utilisation de systèmes électroniques est passée de 10 % du coût total des avions construits dans les années 1980 à 40 % aujourd’hui. Avec un tel concentré de technologie, les ingénieurs sont confrontés à un défi de taille : obtenir suffisamment de puissance dans l’avion pour faire fonctionner ces systèmes tout en réduisant la taille et le poids des boîtiers électroniques.

L’objectif est d’améliorer l’efficacité, la vitesse et le coût globaux. La solution utilise des composants plus petits et légers, capables de fonctionner de façon rapide et fiable dans les conditions les plus difficiles (températures et vibrations extrêmes, exposition aux éléments, bruit lié aux interférences électromagnétiques et foudre).

Pour améliorer l’ expérience en vol, les ingénieurs cherchent de plus en plus à intégrer davantage de composants électroniques, en particulier des capteurs, aux avions. Les données des capteurs sont généralement envoyées à la baie électronique de l’avion, située à l’avant de l’appareil. La baie électronique est le cerveau de la tête de réseau du système multimédia de bord et du système électronique central de l’avion, où les informations sont collectées, traitées et distribuées dans tout l’avion et aux passagers.

Le câblage électrique et optique de ces systèmes, notamment la source d’alimentation de l’avion, longe généralement l’espace au plafond ou sous le plancher, puis se connecte aux moniteurs suspendus et aux sièges individuels, en fonction de la configuration spécifique de l’avion et de l’architecture du système d’infodivertissement. Ce réseau complexe de technologie intégrée et WiFi permet aux passagers de profiter de nombreuses commodités directement depuis leur siège.

L’établissement d’un système WiFi en vol est une tâche particulièrement complexe, car ce type de système est relié par des antennes généralement situées dans la partie supérieure ou inférieure de l’avion. Pour fournir une connectivité cloud, les antennes doivent se connecter à un satellite ou à une tour de téléphonie cellulaire au sol. Malgré l’apparition de la connectivité sans fil, il est important de rappeler que ce WiFi n’est pas totalement sans fil : les données collectées transitent souvent par les serveurs de tête de réseau à l’intérieur de l’avion avant d’être distribuées via des composants haut débit en cuivre et en fibre optique qui se connectent aux points d’accès sans fil de la cabine (CWAPS).

Pour améliorer la fiabilité de ce type de système, les ingénieurs développent une connectivité boîtier-boîtier robuste. Des câbles en cuivre sont généralement utilisés pour les liaisons qui nécessitent des vitesses relativement basses sur de courtes distances. Mais avec la demande croissante de vitesses de données plus élevées, les ingénieurs commencent à utiliser des interconnexions à plus haut débit. Le dilemme qui en résulte est intéressant, car à mesure que les vitesses d’entrée/sortie augmentent, il devient plus difficile de gérer l’intégrité et la puissance du signal qu’avec des signaux à basse vitesse.

Par exemple, avec des vitesses d’interconnexion plus élevées, il est plus difficile de gérer l’affaiblissement de réflexion, l’affaiblissement d’insertion, la diaphonie et des facteurs similaires susceptibles de dégrader les signaux. Un câblage idéal ne présenterait pas de connexions intermédiaires entre les boîtiers, mais les interruptions de production et la modularité requises contraignent les ingénieurs à utiliser des connecteurs.

Pour résoudre ces problèmes, il convient de garder en tête quatre points essentiels lors de la conception : le poids, la distance, la vitesse et l’intégrité du signal. Pour les systèmes d’infodivertissement censés fournir des communications à haut débit avec une grande clarté de signal sur de plus longues distances, les ingénieurs intègrent la fibre optique aux applications centrales. Et à mesure que des liaisons Ethernet 10G, voire supérieures, seront déployées, la fibre optique offrira la fiabilité nécessaire pour équiper les avions de nouvelle génération de systèmes d’infodivertissement. Ce type de technologie fait également émerger des idées pour des aéroports plus intelligents. Ces nouvelles idées peuvent donner naissance à des interfaces plus interactives et des expériences numériques hautement immersives avec des visualisations 3D d’informations en temps réel, le divertissement à la demande et l’intelligence artificielle.

Les ingénieurs TE travaillent en étroite collaboration avec les avionneurs pour concevoir pour les systèmes d’infodivertissement des boîtiers haute densité qui offrent la connectivité continue attendue par les voyageurs, les pilotes, les dirigeants de compagnies aériennes et l’industrie aéronautique dans son ensemble.

Pour cela, les fabricants utilisent ces composants (capteurs multifonctions, connecteurs robustes, câblage à fibre optique et assemblages de câbles robustes) pour intégrer une connectivité plus dynamique. Cela contribue à l’innovation au niveau des écrans interactifs, des architectures électriques intégrées et des réseaux multimédias à haut débit. Les capteurs collectent et mesurent des données sur l’état de la chaussée et du véhicule, puis les affichent sur des écrans interactifs. Ainsi, les conducteurs obtiennent rapidement des informations en temps réel utiles au pilotage du véhicule. Les passagers, quant à eux, accèdent facilement à des informations en temps réel qui leur permettent de travailler, d’effectuer des achats, de regarder des films et de partager leurs expériences sur les réseaux sociaux directement depuis leur siège.

Cette technologie facilite l’accès aux informations, mais elle automatise également la connectivité des données dans les systèmes de surveillance des angles morts, de l’état des routes et des performances du moteur. Ce niveau d’intégration permet au véhicule de communiquer de manière fiable avec les appareils des passagers, d’autres véhicules, les réseaux de transport et les infrastructures routières et ferroviaires, telles que les postes de péage, les éclairages publics intelligents et les gares. À l’intérieur des véhicules, cette technologie alimente des caméras qui détectent la baisse d’attention des conducteurs, surveillent les activités des passagers et gèrent les systèmes audio et environnementaux pour assurer aux passagers un trajet confortable et agréable. Cette technologie, et la pensée IdO sur laquelle elle s’appuie, permettent d’assurer la connectivité des données aux terminaux de bus, aux dépôts des sociétés de transport routier et aux gares ferroviaires.

Pour les fabricants, le défi consiste à trouver des composants capables de proposer des connexions à haut débit fiables dans des boîtiers haute densité pour véhicules lourds. Par exemple, les protocoles de bus CAN existants tels que SAE J1939 n’offrent pas la vitesse de données et les mises à jour en temps réel nécessaires pour qu’un système d’infodivertissement robuste fonctionne conformément aux attentes. L’innovation basée sur l’électronique classique peut aussi augmenter considérablement le poids total du véhicule et nécessiter plus d’espace pour loger des composants supplémentaires, ce qui augmente la consommation d’énergie et les risques de dysfonctionnements. Cela peut surcharger les systèmes critiques et ainsi provoquer des pannes inattendues qui augmentent les coûts d’exploitation.

Pour intégrer des bandes passantes plus larges à la technologique qui alimente les véhicules lourds, les ingénieurs ont besoin de solutions de signalisation différentielle basse tension (LVDS) et Ethernet (nouveau standard 100Base-T1 ou 1000Base-T1, par exemple). Ils réduisent les coûts de câblage et augmentent la vitesse des données d’exploitation pour prendre en charge des systèmes en temps réel et haute précision, comme dans le réseau embarqué moderne d’un chemin de fer. Une solution efficace dans les véhicules lourds nécessite des composants électriques robustes et résistants à l’usure qui contribuent aux performances du système et répondent aux exigences en matière d’interférences électromagnétiques/CEM et, en particulier dans l’industrie ferroviaire, d’incendie et de fumée.

Aujourd’hui, la connectivité avancée intègre davantage de technologies compatibles IdO au transport lourd. Cela permet d’intégrer de manière transparente un système d’infodivertissement au véhicule pour améliorer l’expérience du conducteur et des passagers. Cela nécessite des composants électroniques conçus pour résister aux températures élevées et aux fortes vibrations du transport lourd longue distance.

Nos capteurs (de température, de pression et d’humidité) détectent et mesurent des données essentielles qui facilitent pour le conducteur la surveillance des performances du véhicule, de l’état de la route et des marchandises transportées.

Nos systèmes d’interconnexion prennent en charge le diagnostic et les mesures préventives. Dans les bus commerciaux en particulier, nos connecteurs RF sont au service de la télémétrie, des systèmes de surveillance périphérique et du cloud computing.

Dans les wagons de voyageurs, nos connecteurs à unités multiples (MU) fournissent un point unique efficace pour la transmission de 27 commandes de données à l’échelle du train. Toujours pour le rail, face aux réseaux de données d’équipement qui se développent beaucoup plus rapidement que le marché ferroviaire, nous proposons des solutions M12 qui permettent de relever plusieurs défis de conception. Nos connecteurs M12 offrent des combinaisons infinies d’assemblages de câbles avec des câbles spécifiques au client ou des câbles prédéfinis de longueurs variables. Nos assemblages de câbles M12 assurent une meilleure numérisation dans les systèmes de communication de données ferroviaires en prenant en charge des vitesses de données pouvant atteindre 10 Go/s. Enfin, nos commutateurs Ethernet M12, dotés d’une alimentation d’entrée redondante et d’une fonction de contournement en option pour un fonctionnement ininterrompu du réseau, prennent en charge des vitesses de données allant jusqu’à 1 Gbit/s et fonctionnent comme des nœuds dans les réseaux, fournissant des ports de connexion à des appareils tels que les caméras de vidéosurveillance, les systèmes d’information des passagers, les capteurs, l’éclairage, le CVC, etc.

Lorsqu’ils sont utilisés pour intégrer des systèmes d’infodivertissement à l’architecture technologique des véhicules de transport lourds, ces types de composants augmentent la capacité du système, sans sacrifier l’intégrité du signal, le débit de données et les performances énergétiques.

Bien que souvent très similaires aux systèmes d’infodivertissement des voitures, des avions et des véhicules de transport lourd, ces systèmes sont la pierre angulaire de l’exploitation de réseaux d’information complexes dans les villes intelligentes et les bâtiments intelligents. Cette technologie peut prendre en charge les systèmes de sécurité, l’éclairage LED, le stationnement intelligent et le contrôle de la circulation. Lorsqu’ils sont intégrés, ils peuvent contribuer à améliorer le rendement énergétique global, à réduire les embouteillages et à permettre un contrôle accru. Actuellement, ces systèmes d’infodivertissement ne sont pas capables d’optimiser le potentiel d’une connectivité toujours disponible pour une intégration robuste des données en tout lieu. L’objectif consiste à trouver un meilleur moyen de transmettre des informations aux habitants sur leur environnement, en tirant parti de l’innovation autour de la réalité augmentée (RA) et de la vidéo en temps réel diffusée directement sur les smartphones, les écrans vidéo et les kiosques interactifs.

Un espace public entièrement connecté et un bâtiment doté de technologies intelligentes pourraient proposer un accès dynamique quasiment infini à un large éventail de contenu vidéo, textuel et audio, y compris des données environnementales et des informations personnalisées fournies sur des réseaux à haut débit et à faible latence, améliorant ainsi les infrastructures de données et l’orchestration des données.

La conception de systèmes d’infodivertissement pour les paysages urbains et les bâtiments nécessite de penser au-delà de la présentation de ces systèmes et de s’intéresser à la façon dont ces réseaux s’intègrent à des écosystèmes technologiques très vastes et complexes. Pour cela, il faut comprendre comment les satellites géosynchrones peuvent faire passer la transmission de données à la vitesse supérieure, par exemple, en améliorant les systèmes de navigation dans les villes intelligentes.

Avec la connectivité avancée, les satellites peuvent jouer un rôle dans les communications 5G et la connectivité IdO. Dans les satellites, nos capteurs de température spatiaux surveillent la température des composants de la face exposée au rayonnement solaire (chaud) et de la face à l’ombre (froid) des satellites, assurant un fonctionnement efficace du système à haute vitesse. Nos capteurs de position LVDT contrôlent avec une grande précision la position de mini-propulseurs qui, à leur tour, contrôlent et maintiennent la position d’un satellite au-dessus de la Terre.

Les ingénieurs de TE aident les entreprises de toutes tailles (des leaders de la fabrication aux entrepreneurs technologiques) à identifier des opportunités d’intégration de nouvelles technologies (intelligence artificielle, processus autonomes, suivi de tout partout) à des systèmes d’infodivertissement qui améliorent l’accès à l’information partout où vous voyagez, vivez et travaillez.