Le blog À propos La révolution de la connectivité dans l'automobile

Dans le grand schéma de l'industrie automobile, les véhicules définis par logiciel (SDV), les technologies de conduite autonome et les expériences consommateur en constante évolution convergent à un rythme sans précédent. Un réseau embarqué évolutif, à haute vitesse et fiable n'est plus une option mais un facteur critique déterminant la compétitivité des futurs véhicules. L'Ethernet automobile, en tant que technologie de réseau embarqué émergente, devient progressivement la pierre angulaire de l'architecture des véhicules modernes. Particulièrement lorsqu'il est combiné à la technologie Time-Sensitive Networking (TSN), l'Ethernet automobile offre aux équipementiers (OEM) la bande passante, la flexibilité et l'interopérabilité nécessaires pour prendre en charge les systèmes de véhicules de nouvelle génération.

L'Ethernet automobile n'est pas apparu de nulle part, mais représente une version profondément personnalisée et optimisée de la technologie Ethernet standard, adaptée aux exigences spécifiques de l'automobile. Comparé aux protocoles de communication embarqués traditionnels (tels que CAN, LIN ou FlexRay), Ethernet prend en charge des débits de données plus élevés et adopte une communication basée sur IP, offrant une plateforme plus puissante pour l'échange de données entre diverses unités de contrôle électroniques (ECU) au sein des véhicules.

Cependant, contrairement à CAN et FlexRay, Ethernet ne possède pas intrinsèquement de caractéristiques de bande passante ou de latence déterministes. Bien qu'un délai de mise en mémoire tampon de deux secondes lors du visionnage de vidéos en ligne puisse ne pas causer d'inconfort significatif à l'utilisateur, même de brefs retards dans le système de caméra de recul d'un véhicule pourraient entraîner des accidents graves. Pour remédier aux limitations d'Ethernet en matière de déterminisme, le groupe de travail IEEE 802.1 a développé une série de normes Time-Sensitive Networking (TSN). Ces normes ajoutent la synchronisation temporelle, la planification du trafic et les capacités de redondance à Ethernet, lui permettant de répondre aux exigences des applications critiques pour la sécurité et des véhicules connectés.

• Bande passante élevée :L'Ethernet automobile prend en charge des débits de transmission de données allant de 10 Mbps à 10 Gbps ou plus, répondant aux demandes croissantes de transmission de données au sein des véhicules.
• Câblage rentable :L'utilisation de câbles à paire torsadée unique (tels que 100BASE-T1, 1000BASE-T1) réduit considérablement le poids et le coût des câbles, ce qui est crucial pour les constructeurs automobiles qui recherchent une conception légère et un contrôle des coûts.
• Adressage IP :L'utilisation de l'adressage Internet Protocol (IP) fournit une structure d'adressage universelle et interopérable pour les appareils sur les réseaux embarqués. Ceci est essentiel pour la connectivité cloud attendue dans les véhicules définis par logiciel (SDV).

• Synchronisation temporelle :Tous les appareils du réseau peuvent se synchroniser sur une horloge de référence commune, garantissant la précision et la cohérence de la transmission des données.
• Classification et mise en forme du trafic :Le trafic des messages peut être organisé en différentes catégories pour réaliser des opérations audio/vidéo fluides et fiables.
• Mise en forme déterministe :Grâce aux technologies de mise en forme sensible au temps et de préemption, le trafic critique pour les fonctions de sécurité et de contrôle du véhicule peut être guidé, atteignant une latence déterministe et garantie, généralement avec une précision de bout en bout en microsecondes.
• Redondance :Les réseaux peuvent être construits avec redondance de sorte que la perte de n'importe quel lien (ou même de n'importe quel nœud réseau) n'interfère pas avec le trafic des messages entre les liens et les nœuds restants.

À mesure que les véhicules intègrent de plus en plus d'ECU, de capteurs, de caméras et de systèmes d'infodivertissement, les protocoles de bus traditionnels ne parviennent plus à répondre aux demandes de bande passante croissantes. Ethernet fournit une plateforme unifiée et évolutive, permettant aux OEM de consolider plusieurs domaines de communication en un seul réseau dorsal. Cette intégration simplifie non seulement l'architecture électrique du véhicule, mais réduit également la complexité et le poids du faisceau de câblage.

L'Ethernet automobile fonctionne en mode full-duplex, permettant la transmission simultanée de données dans les deux directions sur une seule paire torsadée. Cette fonctionnalité, absente des bus comme CAN ou LIN, augmente le débit de données et réduit le poids des câbles dans les véhicules. La communication full-duplex est cruciale pour les applications nécessitant une bande passante élevée et une faible latence, telles que l'ADAS et la conduite autonome.

Les fonctions ADAS, de conduite autonome et les systèmes d'infodivertissement haute résolution génèrent jusqu'à gigaoctets de données par seconde. La bande passante d'Ethernet peut gérer efficacement ces données, permettant des expériences de conduite plus fluides et plus sûres. Par exemple, les systèmes de conduite autonome doivent traiter les données de plusieurs capteurs en temps réel pour prendre des décisions précises. L'Ethernet automobile fournit une bande passante suffisante pour prendre en charge ces applications gourmandes en données.

Ethernet est intrinsèquement compatible avec IP, permettant une communication facile avec les services cloud, les plateformes OTA, V2X et les appareils mobiles. Cette intégration est cruciale pour les véhicules définis par logiciel (SDV), qui nécessitent des échanges de données fréquents et des mises à jour logicielles avec le cloud. L'Ethernet automobile fournit aux SDV un canal de communication fiable et sécurisé.

L'Ethernet automobile est régi par les extensions IEEE 802.3 et IEEE 802.1 TSN, garantissant la compatibilité entre les fournisseurs. Ceci est essentiel pour les OEM qui intègrent des solutions provenant de plusieurs fournisseurs de premier rang et fournisseurs de logiciels. La standardisation et l'interopérabilité réduisent la complexité d'intégration et permettent aux OEM de sélectionner des composants et des solutions optimaux.

Tout Ethernet dans les véhicules n'est pas identique. Les normes clés comprennent :

• 100BASE-T1 (IEEE 802.3bw) :Bande passante d'entrée de gamme adaptée à l'électronique de carrosserie et aux capteurs ADAS.
• 1000BASE-T1 (IEEE 802.3bp) :Bande passante intermédiaire adaptée aux systèmes d'infodivertissement et aux caméras haute résolution.
• 10GBASE-T1 (IEEE 802.3ch) :Dorsale haute performance adaptée à la conduite autonome et aux contrôleurs de zone.

Ces normes permettent aux OEM de concevoir des architectures zonales où moins de passerelles intelligentes gèrent les données entre les domaines du véhicule. Les architectures zonales peuvent réduire la complexité et le poids du faisceau de câblage tout en améliorant les performances globales du véhicule.

La fusion en temps réel des données de caméra, radar et lidar nécessite un Ethernet TSN déterministe pour une prise de décision sûre. Par exemple, les systèmes de freinage d'urgence automatique doivent traiter les données de plusieurs capteurs en temps réel pour détecter les collisions potentielles et prendre les mesures appropriées. L'Ethernet TSN fournit la faible latence et la haute fiabilité requises pour garantir la sécurité du système.

Le streaming HD, les jeux et la mise en miroir nécessitent l'AVB et l'Ethernet gigabit. L'Ethernet automobile fournit une bande passante suffisante pour prendre en charge ces applications gourmandes en données, offrant des expériences de divertissement riches aux passagers.

Les OEM s'appuient sur Ethernet pour livrer rapidement et en toute sécurité de gros progiciels, ce qui est crucial pour les SDV. Les mises à jour OTA permettent aux OEM d'améliorer et de mettre à jour les logiciels tout au long du cycle de vie d'un véhicule sans rappels. L'Ethernet automobile fournit un canal de communication fiable et sécurisé pour les mises à jour OTA.

La connexion des ECU via des hubs de zone sur des dorsales Ethernet à haute vitesse réduit la complexité et le coût du câblage. Les architectures zonales divisent les systèmes électroniques du véhicule en plusieurs zones, chacune gérée par un ou plusieurs contrôleurs de zone. Les contrôleurs de zone communiquent via des dorsales Ethernet, réduisant la complexité et le poids du faisceau de câblage tout en améliorant les performances globales du véhicule.

• Déterminisme pour les systèmes critiques pour la sécurité :L'adoption de TSN est cruciale. Les OEM doivent s'assurer que leurs réseaux Ethernet automobiles répondent aux exigences de faible latence et de haute fiabilité des applications critiques pour la sécurité.
• Risques de sécurité :Les systèmes basés sur IP doivent intégrer des mécanismes de chiffrement, d'authentification et de détection d'intrusion. À mesure que les véhicules deviennent plus connectés, ils sont confrontés à des risques de cybersécurité croissants. Les OEM ont besoin de mesures de sécurité appropriées pour protéger les véhicules contre les cyberattaques.
• Complexité des tests et de la validation :Les réseaux gigabit nécessitent de nouveaux outils de simulation et de diagnostic. La complexité de l'Ethernet automobile présente de nouveaux défis pour les tests et la validation. Les OEM ont besoin de nouveaux outils et techniques pour garantir le bon fonctionnement du réseau.
• Interopérabilité :Pendant la transition, les OEM doivent intégrer Ethernet avec les systèmes CAN/LIN existants. L'Ethernet automobile doit interopérer avec les réseaux CAN et LIN existants dans les véhicules. Les OEM doivent assurer une intégration transparente.

Plutôt que de remplacer le CAN, il s'agit plutôt de l'étendre. Les ECU individuels ou les capteurs intelligents peuvent rester sur les bus CAN pendant un certain temps. Cependant, Ethernet offre une bande passante plus élevée, des performances déterministes et une évolutivité pour les réseaux dorsaux connectant des ordinateurs haute performance et plusieurs clusters de bus CAN, adaptés à l'ADAS et aux SDV. En raison de ses avantages techniques et économiques, l'Ethernet automobile pourrait éventuellement remplacer le CAN au fil du temps grâce à des conceptions multigénérationnelles.

100BASE-T1, 1000BASE-T1 et 10GBASE-T1, chacune desservant différents domaines du véhicule.

• 802.1AS (gPTP) :Pour l'alignement de l'horloge
• 802.1Qav :(Credit-based shaper) Pour la classification et la mise en forme du trafic
• 802.1Qb :(Time-aware shaper) Pour une latence et une bande passante déterministes pour le trafic critique
• 802.1Qbu/802.3br :(Frame preemption) Pour protéger le trafic prioritaire du trafic long à faible priorité
• 802.1Qci :(Ingress policing), bandes de garde, priorités VLAN PCP, limitation de débit par port.
• 802.1CB :(Frame replication and elimination for reliability) Pour la déduplication du trafic et la commutation automatique lors de la construction de liens réseau redondants

BMW, Volkswagen et Tesla ont été des pionniers précoces, intégrant Ethernet dans les plateformes d'infodivertissement, ADAS et OTA. De plus en plus d'OEM utilisent désormais l'Ethernet automobile dans certaines parties de leurs gammes de produits.

L'Ethernet automobile, combiné au Time-Sensitive Networking (TSN), à SOME/IP et à DoIP, forme la colonne vertébrale des futurs véhicules connectés, autonomes et définis par logiciel. Les OEM qui l'adoptent aujourd'hui construisent des plateformes pérennes.