Alors que la voiture continue de passer des appareils pilotés par matériel aux appareils contrôlés par logiciel, les règles de la concurrence dans l'industrie automobile évoluent.
Le moteur était le cœur technologique et d'ingénierie de l'automobile du XXe siècle. Aujourd'hui, ce rôle est de plus en plus joué par les logiciels, la grande puissance de calcul et les capteurs modernes; la plupart des innovations sont liées à tout cela. Tout dépend de ces choses, à commencer par l'efficacité des voitures, leur accès à Internet et la possibilité de conduire de façon autonome, pour finir avec la mobilité électrique et les nouvelles solutions mobiles.
Cependant, avec l'importance de l'électronique et des logiciels, leur niveau de complexité augmente également. Prenons, par exemple, le nombre croissant de lignes de code (SLOC) contenues dans les voitures modernes. En 2010, certaines voitures comptaient environ dix millions de SLOC; en 2016, ce chiffre a été multiplié par 15 et s'élève à environ 150 millions de lignes de code. La complexité de type avalanche pose de sérieux problèmes avec la qualité du logiciel, comme en témoignent de nombreuses critiques de voitures neuves.
Les voitures ont un niveau d'autonomie accru. Par conséquent, les personnes travaillant dans l'industrie automobile considèrent la qualité et la sécurité des logiciels et de l'électronique comme des exigences clés pour garantir la sécurité des personnes. L'industrie automobile doit repenser les approches modernes des logiciels, ainsi que de l'architecture électrique et électronique.
Résoudre un problème aigu de l'industrie
À mesure que l'industrie automobile passe des dispositifs pilotés par matériel aux dispositifs contrôlés par logiciel, le nombre moyen de logiciels et d'appareils électroniques sur un véhicule augmente rapidement. Aujourd'hui, les logiciels représentent 10% du contenu total du véhicule pour un segment D plus grand ou un véhicule plus grand (environ 1 220 $). La part moyenne des logiciels devrait augmenter de 11%. Il est prévu que d'ici 2030, le logiciel représentera 30% du contenu total des voitures (environ 5200 $). Sans surprise, les personnes impliquées dans une étape ou une autre de la construction automobile tentent de capitaliser sur les innovations mises en œuvre avec les logiciels et l'électronique.
Les éditeurs de logiciels et autres acteurs numériques ne veulent plus être à l'arrière-plan. Ils essaient d'attirer les constructeurs automobiles en tant que fournisseurs de premier rang. Les entreprises élargissent leur participation à la «pile» de la technologie automobile en passant des fonctionnalités et des applications aux systèmes d'exploitation. Dans le même temps, les entreprises habituées à travailler avec des systèmes électroniques entrent hardiment dans le champ d'application des technologies et des applications des géants techniques. Les constructeurs automobiles haut de gamme ne sont pas en reste et développent leurs propres systèmes d'exploitation, abstractions matérielles et méthodes de traitement du signal afin que leurs produits soient de nature unique.
La stratégie ci-dessus a des conséquences. À l'avenir, nous attendons l'architecture orientée services (SOA) du véhicule basée sur des plates-formes informatiques communes. Les développeurs ajouteront beaucoup de nouvelles choses: des solutions dans le domaine de l'accès à Internet, des applications, des
éléments d'intelligence artificielle , des analyses avancées et des systèmes d'exploitation. Les différences ne seront pas dans le matériel automobile traditionnel, mais dans l'interface utilisateur et dans le travail avec les logiciels et l'électronique avancée.
Les voitures du futur passeront à une plate-forme de nouveaux avantages concurrentiels de marque.
Très probablement, ils comprendront des innovations en matière d'infodivertissement,
des capacités de conduite autonome et des fonctions de sécurité intelligentes basées sur un comportement «tolérant aux pannes» (par exemple, un système qui peut remplir sa fonction clé, même en cas de défaillance d'une partie). Le logiciel continuera de descendre dans la pile numérique pour faire partie du matériel sous le couvert de capteurs intelligents. Les piles seront intégrées horizontalement et recevront de nouveaux niveaux qui traduiront l'architecture en SOA.
Les tendances de la mode changent les règles du jeu. Ils affectent les logiciels et l'architecture électronique. Ces tendances déterminent la complexité et l'interdépendance de la technologie. Par exemple, de nouveaux capteurs et applications intelligents créeront un
«boom des données» dans le véhicule . Si les constructeurs automobiles veulent rester compétitifs, ils doivent traiter et analyser efficacement les données. Les mises à jour SOA modulaires et les mises à jour sans fil (OTA) seront des exigences clés pour la prise en charge de logiciels de flotte sophistiqués. Ils sont également très importants pour la mise en œuvre de nouveaux modèles économiques dans lesquels les fonctions apparaissent à la demande. Les systèmes d'infodivertissement et, dans une moindre mesure, les
systèmes avancés d'
aide à la conduite (ADAS) seront de plus en plus utilisés. La raison en est qu'il y a de plus en plus de développeurs d'applications tiers qui fournissent des produits pour les véhicules.
En raison des exigences de sécurité numérique, une stratégie de contrôle d'accès conventionnelle n'est plus intéressante. Il est temps de passer à un
concept de sécurité intégré conçu pour prévoir, prévenir, détecter et protéger contre les cyberattaques. Lorsque des capacités de conduite hautement automatisées (HAD) sont disponibles, nous avons besoin d'une convergence fonctionnelle, d'une puissance de calcul supérieure et d'un haut degré d'intégration.
Étudier dix hypothèses sur la future architecture électrique ou électronique
La voie de développement tant pour la technologie que pour le modèle d'entreprise n'a pas encore été clairement définie. Mais sur la base de nos recherches approfondies et de nos avis d'experts, nous avons développé dix hypothèses concernant la future architecture électrique ou électronique de la voiture et ses conséquences pour l'industrie.
De plus en plus, la consolidation des unités de contrôle électronique (ECU / ECU) sera effectuée.
Au lieu de nombreux calculateurs spécifiques pour des fonctions spécifiques (comme dans le modèle actuel dans le style «ajouter une fonction, ajouter une fenêtre»), l'industrie passera à l'architecture intégrée du calculateur de voiture.
Au premier stade, la plupart des fonctionnalités seront concentrées sur les contrôleurs de domaine intégrés. Pour les domaines des principaux véhicules, ils remplaceront partiellement la fonctionnalité désormais disponible dans les calculateurs distribués. Le développement est déjà en cours. Nous attendons le produit fini sur le marché dans deux à trois ans. La consolidation est susceptible de se produire sur les piles associées aux fonctions ADAS et HAD, tandis que les fonctions plus élémentaires des véhicules peuvent conserver un degré de décentralisation plus élevé.
Nous évoluons vers la conduite autonome. Par conséquent, la virtualisation des fonctions logicielles et l'abstraction du matériel deviendront tout simplement nécessaires. Cette nouvelle approche peut être mise en œuvre de différentes manières. Vous pouvez combiner le matériel en piles qui répondent à différentes exigences en termes de latence et de fiabilité. Par exemple, vous pouvez prendre une pile hautes performances qui prend en charge les fonctionnalités de HAD et ADAS, et une pile temporelle distincte à faible latence pour les fonctions de sécurité de base. Ou vous pouvez remplacer l'ordinateur par un «superordinateur» de sauvegarde. Un autre scénario possible consiste à abandonner complètement le concept d'unité de contrôle au profit d'un réseau informatique intelligent.
Les changements sont principalement dus à trois facteurs: les coûts, les nouveaux acteurs du marché et la demande de HAD. La réduction du coût de développement des fonctionnalités et des équipements informatiques nécessaires, y compris les équipements de communication, accélérera le processus de consolidation. La même chose peut être dite des nouveaux entrants sur le marché automobile, qui sont susceptibles de saper l'industrie avec une approche orientée programme de l'architecture automobile. La demande croissante de fonctions HAD et de redondance nécessitera également un degré plus élevé de consolidation des ECU.
Certains constructeurs automobiles haut de gamme et leurs fournisseurs participent déjà activement à la consolidation des ECU. Ils font les premiers pas pour mettre à jour leur architecture électronique, bien qu'il n'y ait pas encore de prototype pour le moment.
L'industrie limitera le nombre de piles utilisées pour des équipements spécifiques
Le suivi de la consolidation normalise les contraintes de pile. Il vous permettra de séparer les fonctions du véhicule et le matériel de l'ordinateur, ce qui inclut l'utilisation active de la virtualisation. Le matériel et le micrologiciel (y compris le système d'exploitation) dépendront des exigences fonctionnelles de base et non de la partie du domaine fonctionnel du véhicule. Pour fournir une séparation et une architecture orientée services, vous devez limiter le nombre de piles. Les piles suivantes peuvent devenir la base des générations futures de voitures dans 5 à 10 ans:
- Pile temporelle. Dans ce domaine, le contrôleur est directement connecté au capteur ou à l'actionneur, tandis que les systèmes doivent supporter des exigences strictes en temps réel et en même temps avoir une faible latence; la planification des ressources est basée sur le temps. Cette pile comprend des systèmes qui assurent le plus haut niveau de sécurité des véhicules. Un exemple est le domaine classique de l'architecture open source automobile (AUTOSAR).
- Pile motivée par le temps et les événements. Cette pile hybride combine des applications de sécurité hautes performances via, par exemple, la prise en charge ADAS et HAD. Les applications et les périphériques sont séparés par le système d'exploitation, tandis que les applications sont planifiées à temps. Dans une application, la planification des ressources peut être basée sur le temps ou la priorité. L'environnement d'exploitation permet l'exécution d'applications critiques dans des conteneurs isolés, séparant clairement ces applications des autres applications dans le véhicule. Un bon exemple est AUTOSAR adaptatif.
- Pile pilotée par les événements. Cette pile se concentre sur un système d'infodivertissement qui n'est pas essentiel à la sécurité. Les applications sont clairement séparées des périphériques et les ressources sont planifiées en utilisant une planification optimale ou basée sur les événements. La pile contient des fonctions visibles et couramment utilisées: Android, Automotive Grade Linux, GENIVI et QNX. Ces fonctions permettent à l'utilisateur d'interagir avec le véhicule.
- Pile de nuages. La dernière pile couvre l'accès aux données et les coordonne ainsi que les fonctions de la voiture de l'extérieur. Cette pile est responsable de la communication, ainsi que de la vérification de la sécurité des applications (authentification), et configure une interface de voiture spécifique, y compris des diagnostics à distance.
Les fournisseurs de voitures et les fabricants de technologies ont déjà commencé à se spécialiser dans certaines de ces piles. Un exemple frappant est le système d'infodivertissement (pile événementielle), où les entreprises développent des capacités de communication - 3D et navigation avancée. Un deuxième exemple est l'intelligence artificielle et la détection pour des applications hautes performances, où les fournisseurs s'associent avec des constructeurs automobiles clés pour développer des plates-formes informatiques.
Dans un domaine temporel, AUTOSAR et JASPAR prennent en charge la standardisation de ces piles.
L'intergiciel résumera les applications du matériel
Alors que les véhicules continuent d'évoluer vers des plateformes informatiques mobiles, les middlewares permettront de reconfigurer les voitures, d'installer et de mettre à jour leurs logiciels. Désormais, le middleware de chaque ordinateur facilite la communication entre les appareils. Dans la prochaine génération de véhicules, il associera un contrôleur de domaine aux fonctions d'accès. À l'aide de matériel ECU embarqué, le middleware fournira l'abstraction, la virtualisation, SOA et l'informatique distribuée.
Il existe déjà des preuves que les représentants du secteur automobile évoluent vers des architectures plus flexibles, y compris des middleware. Par exemple, la plate-forme AUTOSAR adaptative est un système dynamique qui comprend un middleware, la prise en charge d'un système d'exploitation complexe et des microprocesseurs multicœurs modernes. Cependant, le développement actuellement disponible est limité à un seul ordinateur.
À moyen terme, le nombre de capteurs aéroportés augmentera considérablement
Au cours des deux à trois prochaines générations de véhicules, les constructeurs automobiles installeront des capteurs avec des caractéristiques similaires pour garantir que les réserves de sécurité sont suffisantes.
À long terme, l'industrie automobile développera des solutions de capteurs personnalisées pour réduire leur quantité et leur coût. Nous pensons que combiner radar et caméra pourrait être la solution la plus populaire au cours des cinq à huit prochaines années. Alors que les capacités de conduite autonome continuent de croître, les lidars devront être introduits. Ils assureront la redondance à la fois dans le domaine de l'analyse d'objets et dans le domaine de la localisation. Par exemple, pour configurer une conduite autonome SAE International L4 (haute automatisation) au début, vous aurez probablement besoin de quatre à cinq capteurs lidar, y compris ceux qui seront installés à l'arrière pour la navigation en ville et pour une visibilité de près de 360 degrés.
À long terme, il est difficile de dire quoi que ce soit sur le nombre de capteurs dans les véhicules. Soit leur nombre va augmenter, soit diminuer, soit rester le même. Tout dépend de la réglementation, de la maturité technique des décisions et de la possibilité d'utiliser plusieurs capteurs dans différents cas. Les exigences réglementaires peuvent, par exemple, renforcer le contrôle du conducteur, ce qui entraînera une augmentation du nombre de capteurs à l'intérieur du véhicule. On peut s'attendre à ce que davantage d'électronique grand public soit utilisée dans l'habitacle. Les capteurs de mouvement, la surveillance de la santé (fréquence cardiaque et somnolence), la reconnaissance du visage et de l'iris ne sont que quelques-unes des utilisations possibles. Cependant, afin d'augmenter le nombre de capteurs ou même de tout laisser tel quel, une liste plus large de matériaux sera nécessaire, non seulement dans les capteurs eux-mêmes, mais aussi dans le réseau des véhicules. Par conséquent, il est beaucoup plus rentable de réduire le nombre de capteurs. Avec l'avènement des véhicules hautement automatisés ou entièrement automatisés, les algorithmes avancés et l'apprentissage automatique peuvent augmenter les performances et la fiabilité des capteurs. Grâce à des technologies tactiles plus puissantes et fonctionnelles, des capteurs supplémentaires peuvent ne plus être nécessaires. Les capteurs utilisés aujourd'hui peuvent devenir obsolètes - des capteurs plus fonctionnels apparaîtront (par exemple, des capteurs à ultrasons peuvent apparaître à la place d'un assistant de stationnement basé sur une caméra ou un lidar).
Les capteurs deviennent plus intelligents
L'architecture du système aura besoin de capteurs intelligents et intégrés pour contrôler les quantités massives de données nécessaires à une conduite hautement automatisée. Des fonctionnalités de plus haut niveau telles que la combinaison de capteurs et le positionnement 3D fonctionneront sur des plateformes informatiques centralisées. Les cycles de prétraitement, de filtration et de réaction rapide sont susceptibles d'être situés à la frontière ou de s'exécuter directement dans le capteur lui-même. Selon une estimation, la quantité de données qu'une voiture autonome va générer toutes les heures est de quatre téraoctets. Par conséquent, l'intelligence artificielle passera de l'ordinateur aux capteurs pour un prétraitement de base. Il nécessite une faible latence et de faibles performances de calcul, surtout si vous comparez le coût du traitement des données dans les capteurs et le coût du transfert de grandes quantités de données dans un véhicule. La redondance des décisions routières dans HAD, cependant, nécessitera une convergence pour l'informatique centralisée. Très probablement, ces calculs seront calculés sur la base de données prétraitées. Les capteurs intelligents surveilleront leurs propres fonctions, tandis que la redondance des capteurs augmentera la fiabilité, la disponibilité et, par conséquent, la sécurité du réseau de capteurs. Pour assurer le bon fonctionnement du capteur dans toutes les conditions, des applications de nettoyage des capteurs seront nécessaires - produits antigivrants et moyens pour éliminer la poussière et la saleté.
Réseaux de données pleine puissance et redondants requis
Les applications clés et critiques nécessitant une haute fiabilité utiliseront des cycles entièrement redondants pour tout ce qui est nécessaire pour des manœuvres en toute sécurité (transfert de données, alimentation).
L'introduction des technologies électromobiles , des ordinateurs centraux et des réseaux informatiques distribués énergivores nécessitera de nouveaux réseaux redondants de gestion de l'énergie. Les systèmes à sécurité intégrée qui prennent en charge la commande filaire et d'autres fonctions HAD nécessiteront le développement de systèmes de redondance. Cela améliorera considérablement l'architecture des implémentations de surveillance de basculement modernes.
Ethernet automobile augmentera et deviendra l'épine dorsale de la voiture
Les réseaux automobiles modernes ne suffisent pas à répondre aux besoins des futurs véhicules. Des débits de données plus élevés, des exigences de redondance pour HAD, le besoin de sécurité et de protection dans les environnements connectés et le besoin de protocoles standardisés intersectoriels sont susceptibles de conduire à l'émergence de l'Ethernet automobile. Il deviendra un catalyseur clé, en particulier pour un bus de données central redondant. Des solutions Ethernet seront nécessaires pour fournir une communication inter-domaines fiable et répondre aux exigences en temps réel. Cela sera possible grâce à l'ajout d'extensions Ethernet telles que le pontage audio-vidéo (AVB) et les réseaux sensibles au facteur temps (TSN). L'industrie et OPEN Alliance soutiennent l'adoption de la technologie Ethernet. De nombreux constructeurs automobiles ont déjà franchi ce grand pas.
Les réseaux traditionnels tels que les réseaux locaux interconnectés et les réseaux de contrôleurs continueront d'être utilisés dans le véhicule, mais uniquement pour les réseaux fermés de niveau inférieur, par exemple, dans les capteurs. Des technologies telles que FlexRay et MOST sont susceptibles d'être remplacées par Ethernet automobile et ses extensions - AVB et TSN.
À l'avenir, nous nous attendons à ce que l'industrie automobile utilise également d'autres technologies Ethernet - les technologies HDBP (produits à large bande passante à retard élevé) et 10 gigabits.
Les OEM contrôleront toujours strictement la connectivité des données pour la sécurité fonctionnelle et HAD, mais ils ouvriront des interfaces pour que des tiers puissent accéder aux données.
Les passerelles de communication centrales qui transmettent et reçoivent des données critiques pour la sécurité seront toujours directement connectées au backend OEM. L'accès aux données sera ouvert à des tiers lorsqu'il n'est pas interdit par les règles. L'infodivertissement est une "application" au véhicule. - , OEM- , .
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Global Semiconductor Alliance.