Le multiplexage électronique

FlexRay et Ethernet sont des mots qui vont rapidement venir s’ajouter au vocabulaire - déjà complexe - de l’architecture électronique des véhicules. Le multiplexage est en train de vivre sa première révolution, en raison de l’accroissement des données qui circulent dans le véhicule et pour anticiper l’arrivée des commandes électroniques sécurisées.

Multiplier le volume ou la vitesse

Pour amplifier le nombre d’informations passant dans les circuits, les concepteurs des bus de communication envisagent plusieurs solutions. Certaines sont déjà en vigueur, d’autres déjà en cours d’être abandonnées. La fibre optique est d’ores et déjà adoptée chez certains constructeurs. Fonctionnant avec une architecture de messagerie électronique classique (du type CAN), celle-ci permet de grandes vitesses de transmission, mais le mode de fonctionnement est pénalisant (perte progressive du signal dans les changements de direction, relative fragilité physique du faisceau). Le FlexRay autorise pour sa part une vitesse considérable, mais nécessite une transformation des messages et s’oppose à l’Ethernet. Ce standard déjà existant répond aux besoins actuels et ne nécessite qu’une adaptation des circuits physiques, câbles et connecteurs sécurisés, en comparaison des montages informatiques classiques.

Les débits de données

Le CAN, standard actuel du multiplexage automobile, est une norme qui est promue principalement par Bosch et les constructeurs allemands. Le volume d’informations est proportionnel à la vitesse de transmission. Plusieurs débits sont utilisés selon les besoins, de 64 à 250 kbits par seconde pour les réseaux “low speed” et entre 250 et 1 000 kbits par seconde pour le “high speed”. Les constructeurs français ont utilisé un système à basse vitesse pour leurs systèmes de confort, le VAN, mais il a aujourd’hui disparu au profit du CAN, généralisé dans toute l’industrie automobile. FlexRay et Ethernet doivent assurer un débit très important de 10 mégabits par seconde. La quantité d’informations prises en charge par ces montages permet d’assumer l’évolution prévue des systèmes embarqués.

Le FlexRay

La technologie FlexRay a été développée par les constructeurs automobiles allemands (BMW, Mercedes, Bosch, Motorola, etc.) depuis une dizaine d’années. Ce standard est développé spécifiquement pour l’automobile, et répond aux besoins de communication en vitesse et en volume d’informations. Son fonctionnement est inspiré du CAN, avec la sécurisation de l’information en plus. En cas de défaut de lecture, une sauvegarde assure que le message est retransmis. Cette propriété permet de l’envisager pour les systèmes sécurisés “X by wire”, les commandes de systèmes de sécurité (freinage, direction) sans lien mécanique. Il n’y a aujourd’hui pratiquement que le BMW X6 qui soit équipé d’un réseau FlexRay.

Le “CAN FD”

Bosch peaufine une version améliorée du CAN. Le CAN FD, ou réseau à débit variable, permettant d’augmenter le débit en limitant les modifications. Certes, le débit ne parvient pas au niveau de celui du FlexRay ou d’Ethernet, au maximum 8 fois celui du CAN classique (plus de 1 mégabit par seconde), mais le gain est sensible pour une utilisation sur la plupart des véhicules avec l’intégration d’une partie des nouvelles technologies embarquées. Le principe consiste à raccourcir la durée d’émission de chaque signal. Dans chaque message envoyé, au lieu de 8 octets, le message comporte 64 octets. Les éléments constitutifs de ces nouveaux réseaux sont d’ores et déjà chez les constructeurs pour leur développement.

L’Ethernet

Le standard des réseaux informatiques pourrait être adopté par l’automobile. D’ailleurs, pourquoi n’est-ce pas déjà le cas ? L’informatique dispose d’un niveau de sécurité bien inférieur à l’automobile ou à l’aviation. Si la gestion des messageries par Ethernet est désormais bien maîtrisée, la simplicité d’adaptation sur les réseaux automobiles doit l’amener à une adoption plus rapide qu’un nouveau système. Muni d’une connectique à la hauteur des besoins automobiles, l’Ethernet est vu aujourd’hui comme la solution rapide qui assurerait le développement des nouvelles technologies en toute sécurité.

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FOCUS - Retour sur les bases

Les informations envoyées sur le réseau doivent être identifiées et hiérarchisées selon leur importance et leur influence sur la sécurité de conduite. Par exemple, la donnée de température du refroidissement du moteur est moins importante que l’information de commande des freins.

Si la vitesse de traitement des microprocesseurs est très importante, c’est le volume d’informations à envoyer et recevoir qui ralentit le débit. Chaque donnée est numérisée pour être transmise sur le circuit électrique, le “bus CAN”. Il s’agit de la convertir en impulsions électriques représentant des chiffres 0 et 1 (système binaire). Pour être reconnue par le destinataire de l’information, celle-ci doit être annoncée. Son origine est donc codée par une autre suite de “0” et de “1”, c’est-à-dire des impulsions électriques de 1,5 V. Suit alors la valeur qui est transmise, la donnée mesurée ou l’information, qui en langage binaire peut représenter plusieurs dizaines de “0” et de “1” qui seront ensuite retraduits en valeur analogique. Une dernière suite de codes signifie la fin du message. Tout cet ensemble est donc prêt à être envoyé sur le circuit, encore faut-il ne pas interférer avec d’autres messages. Il est donc précédé d’une information, également par des “0” et des “1” qui situent le niveau de priorité. Comparée aux autres messages présents sur le circuit, cette première donnée laissera passer les informations plus “urgentes” pour envoyer le message au meilleur moment.

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Interprétation des messages

Composé de “0” et de “1”, chaque message assure une fonction. Il constitue en quelque sorte une phrase qui est lue par un des récepteurs placés sur le circuit, qui l’accepte ou l’ignore. Si un changement survient dans la suite de signaux, la commande ou l’information change. C’est ainsi qu’on passe de l’état éteint d’un équipement à un état activé.

Les appareils de diagnostic connaissent l’ensemble des messages présents sur le réseau. Ils lisent ces messages et les traduisent en langage compréhensible. Quand il est doté d’une fonction d’activation, il est capable de générer des messages correspondant à la fonction choisie. L’enrichissement spécifique à chaque modèle de véhicule peut s’opérer avec l’achat de base par les fabricants de systèmes aux constructeurs ou par “rétro-enginering”, c’est-à-dire la lecture de l’ensemble des messages émis et reçus par les calculateurs.