Le secteur automobile vit une transformation sans précédent. Avec l’avènement des véhicules électriques, autonomes et connectés, la quantité de données générées et échangées à bord explose. Les réseaux de communication traditionnels atteignent leurs limites. L’avenir de l’électronique embarquée, ou architecture Électrique/Électronique, repose sur l’adoption de nouvelles technologies : le protocole FlexRay, le standard Ethernet automobile et les architectures zonales.
Pour les bureaux d’études de systèmes embarqués et les ingénieurs R&D, comprendre ces évolutions est essentiel pour le développement des véhicules de demain.
Pourquoi les réseaux embarqués évoluent ?
L’ère moderne de l’automobile est synonyme de sophistication. Chaque nouveau modèle intègre des systèmes avancés d’aide à la conduite (ADAS), des fonctionnalités d’infodivertissement de pointe, et des dizaines de capteurs (caméras, radars, LIDAR) qui produisent un flux massif d’informations en temps réel.
Un véhicule autonome de niveau 3 ou 4 peut générer plusieurs térabits de données par heure. Le vénérable bus CAN (Controller Area Network), avec un débit maximal de 1 Mbps (et 5-8 Mbps pour le CAN FD), ne peut plus faire face à cette charge. Il est lent, manque de bande passante, et son architecture point-à-point conduit à une complexité de câblage insoutenable.
Cette explosion des données nécessite une infrastructure de réseau plus robuste, rapide, et surtout plus légère et simple à gérer.
FlexRay : un protocole conçu pour la sécurité
Avant Ethernet, FlexRay a été la première réponse pour les systèmes automobiles critiques exigeant une fiabilité et une précision maximales.
Cadencement déterministe
Contrairement au CAN qui est événementiel, FlexRay utilise un système temps-déclenché. Il combine une phase statique (déterministe, chaque micro-contrôleur a un créneau horaire fixe) et une phase dynamique (événementielle). Cette approche garantit une latence très faible et prévisible, cruciale pour les applications de sécurité actives.
Fiabilité dans les systèmes critiques
FlexRay a été conçue pour la tolérance aux pannes, intégrant souvent des canaux de communication redondants. Il offre un débit impressionnant pour son époque, allant jusqu’à 10 Mbps.
- Usages prioritaires : Il est idéal pour les applications de temps réel critiques et de sécurité qui ont besoin de précision absolue : direction assistée électrique, système de freinage, gestion des airbags avancés et coordination de certains ADAS haut de gamme.
Malgré ses performances pour le temps réel, son coût élevé, sa complexité d’intégration et sa bande passante limitée par rapport aux besoins vidéo et réseau modernes, limitent son adoption massive. C’est pourquoi il cède progressivement la place à l’Ethernet automobile.
Ethernet automobile : le nouveau standard des véhicules modernes
L’Ethernet automobile est la réponse à la demande de bande passante élevée. En adaptant le protocole Ethernet standard (largement utilisé dans les réseaux informatiques) aux contraintes électromagnétiques de l’environnement automobile, il s’est imposé comme le standard émergent.
Haut débit et topologie simplifiée
L’Ethernet automobile supporte des débits allant de 10 Mbps à plusieurs Gbps, via une seule paire torsadée non blindée.
Cette capacité de haut débit est essentielle pour l’infodivertissement, mais surtout pour les systèmes de conduite autonome.
Support des caméras, radars, LIDAR
Les flux vidéo HD et les données brutes des capteurs (radars, LIDAR) nécessitent une bande passante que seul l’Ethernet peut fournir.
Pour garantir la nature déterministe et temps réel requise par les applications de sécurité (auparavant le domaine de FlexRay), l’Ethernet s’appuie sur le Time-Sensitive Networking (TSN). Le TSN apporte la synchronisation précise, la gestion des priorités et la faible latence nécessaire pour que les calculateurs (ECU) puissent réagir instantanément.
Compatibilité et outils
L’un des grands avantages d’Ethernet est la réutilisation de produits et outils standards de l’informatique. Les fabricants, comme DUNASYS, peuvent proposer des solutions de test, de mesure et des interfaces de dataloggers et modules compatibles, simplifiant grandement les phases d’évaluation et de développement.
Architecture zonale : la grande transformation électrique/électronique
L’introduction d’Ethernet est inséparable de la révolution structurelle que sont les architectures zonales.
Fin des dizaines d’ECU partout
Dans les architectures précédentes, dites fonctionnelles, chaque fonction (moteur, ABS, climatisation, lève-vitre) était gérée par un ECU dédié, souvent placé à proximité de l’élément à contrôler, engendrant un enchevêtrement de faisceaux câblés complexes.
Regroupement par zones
L’architecture zonale change la donne. Elle regroupe les calculateurs non plus par fonction, mais par zone physique du véhicule (avant gauche, porte arrière droite, arrière central, etc.). Chaque zone est gérée par un contrôleur zonal.
Ces contrôleurs zonaux sont connectés à un ou deux ordinateurs centraux via des liens Ethernet à haut débit.
Simplification + réduction du câblage
L’impact de cette transformation est spectaculaire :
- Réduction de 50% du câblage : Les faisceaux de fils sont remplacés par quelques liaisons Ethernet centralisées, réduisant le poids et les coûts.
- Poids et autonomie : La réduction du poids est un atout majeur pour les véhicules électriques, améliorant leur autonomie.
- Scalabilité : Cette approche facilite l’ajout de nouvelles fonctionnalités over-the-air (OTA) et pose les bases du Software-Defined Vehicle (SDV).
Le passage aux architectures zonales est l’un des défis majeurs pour les bureaux d’études en France et à l’international, car il nécessite une refonte complète de la conception des systèmes et des produits embarqués.
Comment les bureaux d’études s’adaptent à ces nouveaux protocoles ?
L’adoption de ces technologies demande un changement de paradigme pour l’ingénierie automobile. Les compétences en CAN/LIN doivent être complétées par une expertise pointue en Ethernet et en gestion des réseaux complexes.
Les bureaux d’études de systèmes embarqués font face au défi de la conformité et de la mise en œuvre. Des entreprises spécialisées comme DUNASYS accompagnent cette transition en fournissant des outils de développement, des interfaces de mesure et des solutions d’intégration qui sont compatibles avec ces nouveaux bus. L’expertise se concentre désormais sur la gestion des données à haut débit et la validation des performances (latence, bande passante) des modules critiques.
Pour rester à la pointe, les ingénieurs doivent s’équiper de produits capables de supporter ces protocoles, du simple module interface au banc de test complet, afin d’assurer la sécurité et la fiabilité des automobiles du futur.
Nous vous accompagnons Réponses à vos questions
Quelle est la différence entre FlexRay et CAN FD ?
La différence principale réside dans leur approche du temps : FlexRay est temps-déclenché (déterministe, les informations circulent à des moments précis), idéal pour la sécurité critique. Le CAN FD est événementiel, les calculateurs communiquent quand c’est nécessaire. Le CAN FD offre un débit accru par rapport au CAN classique, mais FlexRay garantit une meilleure latence et fiabilité pour les applications critiques grâce à son cadencement.
Pourquoi l’Ethernet automobile se développe ?
L’Ethernet automobile se développe pour deux raisons majeures : sa bande passante très élevée (jusqu’à plusieurs Gbps) capable de supporter les flux vidéo HD des capteurs (caméras, radars, LIDAR) et les données des ADAS ; et sa scalabilité qui permet de simplifier l’architecture électrique/électronique grâce aux architectures zonales, réduisant le câblage et le poids des véhicules.
Qu’est-ce que l’architecture zonale ?
C’est une nouvelle organisation des systèmes embarqués dans les automobiles. Au lieu de connecter chaque ECU fonctionnel séparément, les composants électroniques sont regroupés par zone physique et gérés par un contrôleur zonal. Ces contrôleurs communiquent avec un ordinateur central via Ethernet, réduisant massivement le câblage et facilitant les mises à jour et la maintenance.
Quels protocoles pour les ADAS ?
Les ADAS modernes, nécessitant le traitement rapide de larges volumes de données de capteurs (comme la vidéo), s’appuient principalement sur l’Ethernet automobile pour son haut débit et sa capacité à supporter le TSN. Pour les fonctions de sécurité les plus critiques (freinage, direction), FlexRay peut encore être utilisé, souvent dans un réseau hybride coexistant avec Ethernet.