Quel est l'état actuel de la technique ?

Connecteurs normalisés avec lignes de données CAN-Bus

Deux connecteurs normalisés constituent l'état actuel de la technique pour la transmission électrique des signaux entre le tracteur et la remorque dans le domaine des véhicules utilitaires : Les fiches et prises à 15 pôles selon ISO 12098 transmettent les fonctions d'éclairage et les fonctions supplémentaires ; le système à 7 pôles selon ISO 7638-1 transmet les signaux de freinage. En outre, deux spirales à air comprimé alimentent le système de freinage à air comprimé.

Lors du développement et de la normalisation de ces deux connecteurs électriques, on a utilisé, outre les contacts pour la transmission de signaux lumineux et l'alimentation en puissance des consommateurs, la technologie la plus récente de l'époque en matière de transmission de données. Le bus CAN (Controller Area Network) développé par BOSCH a d'abord fait son entrée dans les voitures particulières, puis peu après dans les camions. Cette technique de transmission de données en série via deux câbles torsadés est encore aujourd'hui la solution la plus répandue, la plus sûre et la plus économique pour les applications automobiles.

Le CAN-bus est implémenté dans le connecteur à 15 pôles pour les câbles d'éclairage et d'alimentation selon la norme ISO 12098 ainsi que dans le connecteur à 7 pôles EBS (Electronic Braking System) de la norme ISO 7638-1 - voici le tableau d'affectation et le schéma de connexion pour ISO 12098 et ISO 7638-1.

Le règlement général de sécurité (RGS) impose de nouvelles exigences à l'utilisation des remorques

Avec l'entrée en vigueur le 5 janvier 2020 du règlement européen n° 2019/2144 relatif à la réception des véhicules à moteur et de leurs remorques, de nouveaux systèmes de sécurité des véhicules seront à l'avenir obligatoires pour les poids lourds.

Voir également l'article d'ERICH JAEGER sur le règlement général de sécurité (plus d'informations ici).

Ces nouvelles exigences sont réalisables grâce à l'implémentation dans les protocoles de données selon ISO 11992-2 et -3 sur les anciennes lignes de bus CAN.

Lors de la mise en œuvre de nouveaux systèmes de sécurité, les auteurs de la directive européenne auraient souhaité intégrer d'autres fonctions de conduite partiellement ou entièrement autonome. Le facteur limitant pour l'introduction de ces fonctions de conduite partiellement ou hautement automatisées pour des trains routiers entiers est toutefois ici la vitesse limitée de la transmission actuelle des données : Un taux de transmission de données maximal de 125 kbit/s est possible via le canal de données CAN-BUS.

Changement de technologie vers la transmission de données à large bande - une étude

Au sein de l'association de recherche sur la technique automobile, sous l'égide du VDA (Verband der Automobiltechnik), ERICH JAEGER participe à l'avenir de la transmission de données à large bande pour la transmission de données à grande vitesse entre le camion et la remorque. L'un des résultats de cette coopération est l'étude "Transmission de données rapide et à large bande entre le camion et la remorque comme condition préalable à la conduite hautement automatisée des véhicules routiers".

Un premier rapport de ce travail de recherche, avec de nombreux détails techniques et des valeurs de mesure, peut être téléchargé en allemand sous la série de publications FAT, sous le numéro 340, auprès du VDA : https://www.vda.de/vda/de/aktuelles/publikationen/publication/fat-schriftenreihe-340

Pourquoi un changement de technologie devient nécessaire

Les fonctions de conduite partiellement ou hautement automatisées font appel à de nombreux capteurs interconnectés pour l'identification des objets dans l’environnement : Les systèmes de caméra et de lidar nécessitent des systèmes de bus plus performants avec des débits de données élevés et des temps de latence courts. Dans le secteur des voitures particulières et des véhicules utilitaires légers, ces nouvelles technologies trouvent déjà leur première application chez les constructeurs automobiles.

Défis dans le secteur des véhicules utilitaires

Dans les véhicules utilitaires, les choses deviennent toutefois plus complexes. Différents constructeurs de camions se retrouvent ici avec différents fabricants de remorques. La transmission des fonctions de sécurité nécessite une interopérabilité sans problème. En outre, la transmission des données doit être assurée sur des distances nettement plus longues - jusqu'à 40 m pour les grands ensembles de véhicules.

Les défis posés par un nouveau système de connexion de données à large bande sont très variés, car les fabricants de véhicules doivent tenir compte des dispositions nationales et des réglementations de l'UE, ainsi que des dispositions internationales. De plus, les connecteurs actuels existent depuis une trentaine d'années et la nouvelle technologie doit elle aussi rester le standard pendant une longue période, malgré l'évolution rapide de la technologie, et être en outre rétrocompatible.

L'adaptation des réglementations, des lois et des normes nécessite plusieurs années de travail afin de garantir la sécurité juridique et la compatibilité dans la procédure d'autorisation pour le transport de marchandises transfrontalier.

En raison des initiatives transnationales visant à introduire davantage de fonctions de conduite autonome, nous serons confrontés à de nouvelles réglementations à l'avenir. Il n'est toutefois pas encore possible de prévoir à partir de quand une conduite entièrement autonome de niveau 5 (selon la classification en 5 étapes de la conduite automatisée) sera possible. Néanmoins, en considérant le nouveau système, les auteurs de l'étude ont porté une attention particulière à la plus grande sécurité possible pour l'avenir.

Exigences de la norme ISO 26262 pour une liaison de communication

Les fonctions et systèmes de conduite semi-autonome doivent bien entendu fonctionner de manière extrêmement sûre et fiable afin de maintenir la sécurité routière à un niveau aussi élevé que possible. Pour ce faire, il existe la classification ASIL (Automotive Safety Integrity Level) à laquelle ces systèmes doivent se soumettre (pour plus d'informations sur cette classification et sur la norme ISO 26262, cliquez ici). Dès que l'on entre dans le domaine de la conduite automatisée selon le niveau 3, la fonction doit se voir attribuer le niveau ASIL D le plus élevé selon la norme ISO 26262. Il convient de tenir compte de cette classification lors du développement.

Résultats des travaux de recherche - Opter pour l'Ethernet automobile

Une transmission de données par radio ou optique a été exclue au cours de l'examen de tous les canaux de transmission possibles. L'étude considère donc le système de transmission par câble comme la solution finale pour la mise en œuvre des exigences spécifiées et listées.

Après avoir examiné plusieurs systèmes de communication avec des vitesses de transmission différentes, les auteurs se sont en outre fixés sur la technologie Ethernet.

Les applications prévues ainsi que le débit de données et le temps de latence requis constituaient un critère d'exclusion. Les applications qui génèrent le plus de données sont les caméras - par exemple pour la surveillance de l'espace arrière en tant qu'aide à la conduite ou pour la vue à 360 degrés en tant qu'aide à la manœuvre. De nombreuses autres applications pour la commande de nouvelles fonctions sur la remorque nécessitent des débits de données plus faibles.

Définition de l'Ethernet automobile 1000Base-T1

L'évaluation des quantités de données pour les différentes applications a finalement donné les paramètres nécessaires suivants :

ParamètresValeur
Débit de données1 Gbit/s
Temps de latence1 ms
Longueur du canal40 m

 

 

 

 

 

 

 

L'étude a examiné tous les systèmes de bus déjà utilisés techniquement, ainsi que les systèmes encore en cours de développement, afin de définir une technologie d'envergure et d'avenir. Le choix s'est ensuite porté sur la technologie spécifiée sous "Fast Ethernet" 1000BASE-T1.

La technologie Ethernet est basée sur une technique de réseau à commutation de paquets avec un adressage à un destinataire unique. Cette technique, établie depuis longtemps dans le secteur industriel, a déjà trouvé sa place dans le domaine des voitures particulières, là où la technologie CAN-BUS, qui fonctionne selon le principe maître-esclave, atteint ses limites.

1000BASE-T1 est une technologie à paire unique avec une bande passante de 600 MHz. Cette dernière est également connue sous le nom de IEEE 802.3bp et est spécifiée pour une utilisation dans l’automobile par l’OPEN ALLIANCE.

Deux types différents ont été définis en fonction de la longueur du canal de transmission (plus d'informations ici) :

  • type A pour les câbles non blindés (UTP = Unshielded Twisted Pair) pour une portée de 15 m
  • type B pour les câbles blindés (STP = Shielded Twisted Pair) pour une portée de 40 m

Des études approfondies visant à qualifier les systèmes de connecteurs existants selon les normes ISO 7638 et ISO 12098 pour la transmission de données selon 1000BASE-T1 ont échoué.

La solution d'ERICH JAEGER

En conséquence, ERICH JAEGER, en tant que partenaire de coopération de l'étude, a mis à disposition un prototype nouvellement développé d'une liaison complète entre le camion et la remorque pour une étude. Celle-ci comprend les fiches et les prises ainsi que les câbles.

L'entreprise a intégré deux nouveaux canaux de données ainsi que des contacts de signalisation supplémentaires dans le connecteur avec les données géométriques extérieures du connecteur à 15 pôles connu selon ISO 12098.

Un câble spiralé équipé de deux canaux 1000Base-T1 constitue en outre un développement totalement nouveau.

Les systèmes testés par ERICH JAEGER ont montré que les nouveaux connecteurs et câbles spiralés technologiques répondent aux exigences du canal de transmission de 40 m.

En outre, en raison de l'absence de qualification des émetteurs-récepteurs pour le type 1000BASE-T1 Type B (pour 40 m), les études du rapport VDA ne peuvent toutefois être considérées que comme informatives.

En 2022, les premières puces seront probablement commercialisées pour le canal de données de 40 mètres. Le nouveau système de connexion avec un canal de données basé sur la technologie Fast Ethernet 1000BASE-T1 serait ainsi le système le plus moderne actuellement disponible sur le marché.

Rétrocompatibilité

Que signifie l'introduction d'un tel nouveau système de connexion pour l'environnement système actuel avec les connecteurs connus à 7 pôles ("connecteur de frein" selon ISO 7638) et à 15 pôles ("connecteur d'éclairage" selon ISO 12098) ?

C'est à partir de là que commence le travail de normalisation, dans lequel la rétrocompatibilité est une priorité pour l'utilisateur et ERICH JAEGER, et sera prise en compte. Les systèmes connus continueront donc d'exister dans un premier temps. Mais dans un avenir pas trop lointain, le paysage du système s'élargira et de nouvelles fonctions intelligentes seront possibles via un nouveau connecteur.

Conclusion - Le nouveau canal de données doit répondre à des exigences élevées

Avec le canal de données actuel, ERICH JAEGER dessine l'avenir de la transmission de données à large bande entre le tracteur et la remorque.

L'intégration de la nouvelle technologie dans le monde des véhicules utilitaires, des machines agricoles ou des engins de chantier est une compétence clé de la maison ERICH JAEGER. Ce faisant, les nouveaux connecteurs de données haut débit modulaires tiennent compte des particularités de chaque secteur.

Tous ont cependant en commun des exigences élevées en termes de robustesse et de fiabilité extrêmes :

  • Environnement de fonctionnement de -40°C à +125°C
  • Exigences les plus élevées en matière d'étanchéité (étanche selon IPX9K, IPX7)
  • Nombre élevé de cycles d'enfichage de plusieurs milliers sur l'ensemble du cycle de vie.
  • Intégration dans un système répondant également aux exigences de sécurité les plus élevées des fonctions de conduite automatisée, avec un niveau d'intégrité de sécurité ASIL (Automotive Safety Integrity Level) qui reste à définir
  • Utilisation de câbles hybrides robustes pour les lignes de données et d'alimentation avec des forces de rappel élevées pour les lignes hélicoïdales
  • Sécurité de fonctionnement en cas de basses températures en hiver et de chaleur extrême en raison des températures ambiantes et du moteur/de la boîte de vitesses élevées

Applications spécifiques au secteur - Connecteurs de données à haut débit

Véhicules lourds


Machines agricoles


Machines de chantier