Design de systèmes télématiques automobiles

_{L’une des utilisations du PCB dans l’automobile: la collecte de données à partir d'un véhicule autonome}

En 2015, pour la première fois de l'histoire de l’automobile, le coût de l'électronique d’un nouveau modèle a dépassé le coût de son acier brut. Nous ne devrions pas être surpris. La multiplication des systèmes électroniques dans les voitures a rendu inévitable cette modification de la structure des coûts. Les voitures devenant plus autonomes, plus connectées et offrant un nombre croissant d’aides à la conduite et autres options de confort, cette tendance ne peut que persister. 

Depuis la popularisation du système OnStar par General Motors dans les années 1990, les systèmes télématiques automobiles ont fait leur apparition dans l'industrie. Aujourd'hui, un système télématique automobile permet aux constructeurs de recueillir des données à partir d'enregistreurs d'événements, de systèmes de communication, de systèmes de navigation GPS et de systèmes de sécurité. Les récents progrès technologiques et la tendance aux véhicules sans conducteur renforcent l’utilisation de ces systèmes. Les concepteurs doivent donc trouver de nouvelles approches pour créer ces systèmes et les incorporer dans les nouveaux modèles.

Le paysage des systèmes télématiques

Pour les seuls PCB automobiles, les revenus devraient continuer d’augmenter annuellement de 5 à 10 %. Alors quels sont les facteurs de croissance dans ce domaine ? Outre les nouveaux dispositifs de sécurité, les systèmes d'info-divertissement et l'interconnectivité, les systèmes télématiques sont de plus en plus utilisés dans les véhicules conventionnels et seront nécessaires dans les futurs véhicules autonomes.

Les systèmes télématiques sont un domaine dans lequel les fournisseurs d'électronique automobile et les grands constructeurs automobiles peuvent bénéficier d’une croissance importante, car ces systèmes seront probablement nécessaires dans un plus grand nombre de nouveaux véhicules conventionnels et autonomes. À partir de 2018, la réglementation européenne 2015/758 exige que tous les nouveaux véhicules vendus dans l'UE incluent un système télématique. Aux États-Unis, les différents États ont établi des règles différentes pour gouverner les systèmes télématiques, mais la General Services Administration reconnaît officiellement leur importance dans les parcs automobiles actuels du point de vue de la réduction des coûts.

Dans le cadre du développement continu des véhicules autonomes, les systèmes télématiques permettent aux constructeurs automobiles, aux chercheurs et aux assureurs de recueillir des données sur ces nouveaux véhicules avant leur mise sur le marché. Le conducteur humain moyen peut parcourir environ 80 000 km avant d'avoir un accident, alors que la distance moyenne parcourue par un véhicule autonome dans le cadre d'unDARPA Grand Challenge est de 160 km environ. La masse de données exploitée dans un véhicule peut être collectée grâce à un système de télématique automobile. Elle apporte aux ingénieurs les éclairages dont ils ont besoin pour améliorer leur technologie. Ces mêmes données sont également utilisées par les assureurs pour créer des plans de tarification pour leur modèle d'assurance basé sur l'utilisation (UBI).

_{Le design de système télématique eCall  et son application est désormais obligatoire dans l'UE}

Divers PCB pour systèmes télématiques automobiles

Que vous mettiez en œuvre une solution pour une assurance UBI, des voitures sans conducteur, des diagnostics de véhicules, des interventions automatisées en cas d'urgence et d'accident ou des systèmes de communication entre véhicules, les services télématiques évolueront à partir de leurs applications actuelles. Ces changements se répercuteront au niveau des PCB et du logiciel intégré, car la masse de données générées dans les nouveaux véhicules doit être traitée et communiquée en temps réel.

Exigences de base

Ces systèmes peuvent être intégrés quelque part sous le capot ou dans le tableau de bord, ou ils peuvent être ajoutés en tant qu'élément après-vente grâce au port OBD-II du véhicule. Dans les deux cas, le dispositif bénéficie alors d’un accès direct aux données du véhicule grâce à son ECU. Ces dispositifs ont un petit facteur de forme (moins de 165 cm3 et sont alimentés par le courant continu du véhicule. Les capteurs des véhicules recueillent des données qui sont stockées dans des ECU, puis envoyées à l'unité télématique pour traitement, stockage et transmission. Une option sur un dispositif après-vente est d'inclure un port USB ou un port microSIM. Vous pouvez l’utiliser avec le système populaire Freematics ONE+ (voir le schématique ci-dessous).

_{Schématique utilisé lors du design du système télématique Freematics ONE+}

Ces systèmes fonctionnent généralement à des fréquences d'horloge en dizaines ou centaines de MHz et ne nécessitent pas une logique à haute vitesse. Si le système télématique est placé sous le tableau de bord, vous pourrez alors construire votre carte avec du FR4. Un système télématique placé dans le compartiment moteur sera de préférence construit avec un PCB en céramique, bien que cet emplacement n'ajoute aucun avantage en termes de fonctionnalité. 

Communication sans fil

L'intégration de la connectivité Wifi et/ou Bluetooth dans un module télématique permet de télécharger vos données télématiques sur un appareil externe, bien que les modules télématiques plus récents qui fournissent des données aux assureurs, aux fabricants ou aux employeurs aient besoin d'un accès cellulaire pour transmettre les données. Une option consiste à utiliser des transmission WCDMA, HSPA+ ou un autre protocole sans fil. Quel que soit le protocole choisi pour communiquer, vous aurez besoin d’inclure un transducteur et une connexion sur puce (pour les modules intégrés) ou à une antenne en caoutchouc (généralement sur les modules d’après-vente).

Cela fait entrer le système télématique dans le régime des signaux mixtes, qui nécessite une stratégie de mise à la masse RF. Les signaux analogiques et numériques doivent être séparés en différentes zones du plan de masse pour prévenir les interférences. Une carte à quatre couches avec un seul plan de masse uniforme est bien adaptée aux exigences de ces systèmes, bien qu'une bonne stratégie consiste à utiliser un plan de masse pour bénéficier d’un minimum de blindage entre les sections RF et numériques. Ici, vous fonctionnerez à 5 GHz maximum, en fonction du protocole sans fil.

Intégration GPS

Les voitures les plus récentes sont généralement déjà équipées de systèmes de navigation GPS intégrés au système d'info-divertissement. Ces données de navigation sont déjà transmises entre l'écran (info-divertissement ou affichage numérique au tableau de bord) et un calculateur central, et les données peuvent être envoyées à l'unité télématique par le port OBD-II. Un correctif logiciel est donc nécessaire, avec éventuellement une modification de la conception de l'OBD-II.

Avec un système télématique d’après-vente, l'antenne GPS doit être connectée comme une unité externe par le côté du module et montée sur une position appropriée pour recevoir le meilleur signal. Le haut du tableau de bord, près du centre du pare-brise, est un endroit idéal pour placer l'antenne, bien que ces antennes puissent également être fixées sur le pare-brise avant ou arrière et retournées.

Le rôle des logiciels embarqués dans les systèmes télématiques

Les aspects réglementaires de la protection des données, en particulier dans l'UE, joueront probablement un rôle plus important au niveau des logiciels qu'au niveau du matériel. Toutefois, on peut s'attendre à ce que les systèmes télématiques aient des exigences minimales de fonctionnalité plus élevées dans les pays industrialisés à mesure que la technologie continue de progresser. Les problèmes de sécurité dans les véhicules refléteront ceux des dispositifs IoT, puisque les véhicules seront de plus en plus connectés, créant ainsi de véritables défis pour les ingénieurs en logiciels embarqués. Les ingénieurs doivent s'attendre à ce que des plateformes logicielles et matérielles ouvertes et évolutives apparaissent, puisque que les smartphones et les tablettes deviennent la solution prédominante des interactions avec les systèmes télématiques dans les véhicules.

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