Point de vue : abandonner les câbles pour perdre du poids dans l'automobile

Aug 20, 2023

Les constructeurs automobiles rêvent depuis longtemps de réduire le poids en remplaçant les lourds faisceaux de câbles par la technologie des radiofréquences. Cependant, atteindre ce nirvana sans fil n’est pas aussi simple qu’il y paraît à première vue, écrit Sampson Hu, fondateur du spécialiste britannique des antennes Novocomms.

L'un des sous-systèmes les plus lourds de la plupart des véhicules, les faisceaux de câbles peuvent peser environ 150 livres, créant un casse-tête majeur pour les concepteurs. Étant donné que le passage à la commande sans fil pourrait réduire le poids total du véhicule jusqu'à 50 pour cent, il n'est pas étonnant que la « gestion du système sans fil » soit en tête de l'agenda de tous les grands équipementiers. En effet, la transition vers les véhicules électriques (VE) et l’obsession compréhensible de la réduction de poids ont rendu la gestion des véhicules sans fil encore plus urgente ces dernières années.

Si les avantages de l’abandon du fil de cuivre sont si grands, pourquoi les voyons-nous encore dans les voitures qui sortent des chaînes de production ? La vérité est que la mise en place de systèmes de communication RF stables dans les véhicules n'est pas seulement une question de « plug and play ». Les choses sont beaucoup plus complexes une fois qu’on soulève le capot.

Même si un signal interrompu n'est pas la fin du monde pour les utilisateurs de téléphones portables, lorsqu'il s'agit de systèmes critiques du véhicule, tels que le freinage ou l'accélération, il n'y a tout simplement aucune place à l'erreur. Même les fonctions non critiques telles que les phares ou les essuie-glaces nécessitent un signal fiable pour garantir une fonctionnalité cohérente. Dans nos discussions avec les équipementiers, cette question fondamentale est toujours considérée comme le test décisif central pour l'adoption de la technologie sans fil.

Pour les ingénieurs automobiles, cela implique une réflexion simple : se débarrasser des câbles lourds est une bonne chose en principe, mais si cela compromet la sécurité d'un iota dans la pratique, nous n'y arriverons pas.

L’un des plus grands obstacles auxquels sont confrontés les communications sans fil dans les véhicules est le compartiment moteur. Dans ce réservoir métallique, qui ne mesure pas plus d'un mètre de diamètre, réside une multitude de bruits électriques provoqués par les bougies d'allumage (dans le cas des moteurs ICE), les moteurs électriques et les appareillages (dans le cas des véhicules électriques). Pour les signaux sans fil, il s’agit d’un environnement extrêmement agressif et en constante évolution qui présente un ensemble de véritables défis pour les concepteurs d’antennes.

Deuxièmement, la question de la gestion des réseaux pose de véritables énigmes aux ingénieurs électriciens. Notre travail avec les équipementiers démontre que la séparation des signaux sans fil – pour différents niveaux de contrôle – est un élément clé. Cette hiérarchie, selon laquelle les opérations critiques pour la sécurité telles que le freinage et l'accélération auraient priorité sur des fonctions moins cruciales telles que l'éclairage intérieur ou les vitres électriques, nécessite une forme de contrôle centralisé tout en gardant distincts certains signaux sans fil.

Étonnamment, nos travaux de faisabilité ont également mis en évidence les problèmes que les humains créent dans les voitures en matière de transmission sans fil cohérente. Parfois, il peut y avoir un seul conducteur dans le véhicule (constitué à environ 70 % d'eau), tandis que d'autres fois, la voiture peut être pleine de passagers – tous se déplaçant dans la cabine, créant ainsi d'autres interférences/blocages potentiels pour les signaux.

Ce ne sont là que quelques-unes des questions clés que nous avons examinées au cours de notre travail avec les constructeurs automobiles. Il n’existe pas de réponses simples à ces questions, mais nous pouvons suggérer une voie à suivre constructive dans le domaine dynamique de la conception sans fil.

Une solution potentielle à l'énigme du sans fil réside dans les technologies de maillage, ou le « saut », comme on l'appelle dans le langage Internet. Cela utilise des nœuds autour du véhicule pour raccourcir le trajet et rendre les signaux moins sujets aux interférences. C'est assez complexe et pas bon marché à installer mais il a du potentiel.

L’attribution des fréquences est une autre considération activement étudiée. En principe, diminuer la fréquence du signal rend la pénétration beaucoup plus facile dans tout le véhicule. Cependant, la fréquence inférieure au gigaoctet constitue un spectre très encombré.

Tesla, leader du pack EV, cherche à intégrer des câbles d'alimentation et de données, dans une approche connue sous le nom d'alimentation via Ethernet. Un gros avantage ici est que ce système est moins sujet aux interférences. Toutefois, en ce qui concerne les véhicules électriques, la quantité d’énergie requise est considérable et les différences dans les besoins en énergie pourraient poser problème.