Transmission de données entre la remorque et le véhicule tracteur : Pratique actuelle
Solutions existantes utilisant les lignes de données du bus CAN
Actuellement, l’utilisation de câbles de données de type bus CAN est la solution la plus courante pour l’échange de données entre la remorque et le véhicule de traction. Ces câbles sont utilisés dans différents systèmes de connecteurs pour la circulation des poids lourds et des machines agricoles et sont en constante évolution quant à leurs fonctionnalités. Toutefois, le débit de transmission des données est limité à 125 kbit/s (ISO 11992-1) ou 250 kbit/s (SAE J1939).
Nouveaux défis en matière de transmission de données pour les véhicules utilitaires
Limites de la technologie CAN-Bus
À moyen terme, les connecteurs basés sur le CAN-Bus seront encore plus performants et permettront de nouveaux services et fonctionnalités. Toutefois, la question est de savoir si la géomotricité par contact physique actuelle et le système de bus CAN en série développé dans les années 80 répondent aux exigences d’aujourd’hui ?
Un débit de transmission de 250 kbit/s maximum (pour la norme SAE J1939) est considéré comme un bus CAN à faible vitesse. Il existe également une norme pour un bus CAN à grande vitesse avec un débit de transmission de données allant jusqu’à 1 Mbit/s. Toutefois, ce système n’est pas compatible avec le bus à faible vitesse et n’est pas en mesure de relever les défis futurs tels qu’ils se présentent :
- Conduite autonome
- Contrôle en temps réel/échange de données à grande vitesse
- Données volumineuses
- Vue à 360 degrés
Développements dans le secteur des véhicules utilitaires
Les exigences économiques sont un moteur de l’innovation dans le secteur des véhicules utilitaires. Les tendances sont l’amélioration des réseaux de gestion de flotte, qui contrôlent efficacement les flux de marchandises en utilisant des données en temps réel, l’amélioration de la sécurité routière grâce à une vue à 360° ainsi que la reconnaissance des cyclistes et la conduite autonome. Ces tendances sont rendues possibles par les fonctionnalités suivantes.
Amélioration de la sécurité routière et de celle des véhicules :
- Un programme de stabilité des systèmes de freinage électronique intelligents (EBS), un système de surveillance de la pression des pneus et l’intégration des capteurs de charge des essieux dans un système de mise en réseau
- „Frein par câble« et »Conduite par câble“
- Surveillance par caméra à 360°, surveillance des cargaisons et capteurs d’alarme pour les portes
- Intégration de capteurs lidar et radar ainsi que de systèmes de caméras pour soutenir les fonctionnalités de conduite semi-automatique ou hautement automatisée
Amélioration du confort
- Aides à la traction avec des axes de remorque propulsés
- Surveillance et enregistrement de la température des chambres froides
- Accouplement et désaccouplement entièrement automatisés
- Interfaces et passerelles pour les applications télématiques et l’intégration des smartphones
Amélioration de l’efficacité
- Axes électroniques avec récupération
- Intégration de nouveaux capteurs et actionneurs compatibles avec le réseau, capables de réaliser un autodiagnostic pour éviter les pannes et calculer la maintenance préventive de la remorque
Développements dans le secteur des machines agricoles
Grâce au développement continu du protocole de réseau selon la norme SAE J1939 pour le bus CAN, ce secteur industriel peut être considéré comme un pionnier. Les tracteurs et les outils sont déjà assez bien interconnectés, les liaisons étant constamment améliorées. Cependant, quelques fonctionnalités futures doivent encore être intégrées :
- Intégration d’un système de caméra numérique ; le système analogique actuel étant intégré dans un réseau parallèle. L’objectif est le traitement numérique des données des caméras pour le contrôle des outils hautement automatisés de plantation et de récolte.
- Intégration de tous les équipements dans un système de « communication sans fil de terrain » permettant la coordination, le couplage et le contrôle en temps réel et simultané de divers équipements
Ethernet automobile : La prochaine étape de la transmission des données
Les nouvelles fonctionnalités et technologies imposent donc des exigences élevées en matière de transmission de données entre la remorque et le véhicule tracteur. Pour répondre à ces exigences, de nouvelles solutions pour les voies de transmission et les réseaux de connecteurs de remorques sont nécessaires. Le secteur automobile ou, plus précisément, le concept de l’Ethernet automobile mérite réflexion.
Une nouvelle norme pour la transmission des données
En 1983, l’Institut des ingénieurs électriciens et électroniciens, IEE, (l’Institute of Electrical and Electronics Engineers), a normalisé la technologie Ethernet pour l’ingénierie industrielle. Sur cette base, l’IEEE a développé une version plus économique pour l’application dans les automobiles dans les années 2010. La base du système repose sur un câble torsadé non blindé, appelé UTP (Unshielded Twisted Pair).
Le débit de transmission du câble UTP est de 100 Mbit/s. La transmission par une paire de câbles est appelée 100BASE-T1. L’IEEE définit cette technologie au sein de la norme 802.3bw. Avec un câble non blindé, les signaux peuvent être transférés sur 15 m en utilisant le principe du duplex intégral, le système full-duplex.
De nouvelles solutions pour une plus grande largeur de bande
Compte tenu de la circulation des poids lourds et des machines agricoles, une longueur de câble d’au moins 40 m est nécessaire. En outre, le débit de transmission de 100 Mbit/s est encore insuffisant pour l’intégration d’applications gourmandes en données, telles que les caméras.
Compte tenu de ces nécessités, la nouvelle norme 1000BASE-T1 est très prometteuse. Avec une largeur de bande de 600 MHz et un taux de transmission de données de 1 Gbit/s, la norme IEEE 802.3bp définit deux lignes : Type A avec 15 m et un câble non blindé (UTP) et type B avec 40 m et un câble blindé (STP).
Solutions en matière de transmission de données pour les camions et les tracteurs équipés d’outils
Sur la base du protocole Ethernet automobile de norme 1000BASE-T1, ERICH JAEGER développe les futures technologies de réseau sur mesure pour les véhicules utilitaires et l’industrie agricole. Ces connecteurs de données robustes sont associés à un câble STP de 40 m. Par conséquent, les produits répondent à la fois à l’exigence d’un débit de transmission de données élevé (1 Gbit/s) et à celle d’une longueur de câble correspondante.
Exigences relatives aux connecteurs de données
Tant les véhicules utilitaires que l’industrie agricole sont très exigeants en matière de connecteurs et de câbles de données :
- Robustesse et fiabilité extrêmes dans un environnement d’exploitation difficile allant de -40 °C à +85 °C
- Exigences élevées en matière d’étanchéité (IPX9K, IPX7)
- Nombre élevé de cycles de fonctionnement des connecteurs, y compris plusieurs milliers de fiches sur l’ensemble du cycle de vie
- Intégration dans un système correspondant aux plus hautes exigences de sécurité des fonctionnalités de conduite automatisée avec le plus haut niveau d’intégrité de sécurité automobile ASIL-D (Automotive Safetry Integrity Level)
- Application de câbles hybrides robustes pour les lignes de données et d’alimentation avec des forces de rappel élevées pour les bobines
- Sécurité fonctionnelle en cas de basses températures en hiver et de chaleur extrême due à la température ambiante et à celle des moteurs et des engrenages
- Rétrocompatibilité (compatibilité avec les anciens systèmes)
Conditions préalables pour une transmission de données à haut débit
La ligne de données nouvellement développée, intégrée dans un boîtier robuste de connecteur de remorque, permet un débit de transmission de données plus élevé, jusqu’à 1 Gbit/s, grâce à sa plus grande largeur de bande.
Les exigences sont spécifiées dans la norme IEEE 802.3bp l’ Open Alliance TC9.
Deux autres paramètres sont également essentiels pour la qualité d’une connexion de remorque : la perte d’insertion (Insertion Loss, IL) et la perte de retour (Return Loss, RL) ou coefficient de réflexion.
Qu’est-ce que la perte d’insertion ?
La perte d’insertion (insertion loss, IL) est un rapport exprimé en décibels (dB). Il décrit l’atténuation de la puissance incidente (Pin) dans une prise de courant comme un rapport à la puissance transmise (Pout).
IL (dB) = 10 Log10 Pin/Pout
La valeur de la perte d’insertion doit être aussi faible que possible.
Selon la théorie des deux ports, les paramètres S (coefficients de diffraction ou de répartition) S12 et S21 sont affectés à la perte d’insertion.
Qu’est-ce que la perte de retour ?
La perte de retour (return loss, RL) est un rapport qui est également exprimé en décibels (dB). Il décrit la proportion de la puissance incidente (Pi) par rapport à la puissance réfléchie (Pr). C’est un indicateur de qualité pour l’étalonnage des câbles et des connecteurs. La perte de retour est communément appelée le coefficient de réflexion.
RL (dB) = 10 Log10 Pi/Pr
La valeur de la perte de retour doit être aussi élevée que possible : plus la valeur est élevée, plus la puissance réfléchie est faible.
Selon la théorie des deux ports, les paramètres S (coefficients de diffraction ou de répartition) S11 et S22 sont affectés à la perte de retour.
Caractéristiques spécifiques à l’industrie des véhicules utilitaires
L’infrastructure existante étant censée être remplacée lors de l’introduction de la nouvelle technologie, la rétrocompatibilité (compatibilité avec les anciens systèmes) est cruciale.
Pour l’instant, deux connecteurs électriques sont utilisés pour commander les freins et l’éclairage de la remorque. Un troisième connecteur pourrait se traduire par un manque d’acceptation de la part de l’opérateur. Il peut en être de même pour un nouveau type de connecteur qui ne serait pas compatible avec le système actuel. Par conséquent, la compatibilité avec les véhicules et remorques plus anciens est indispensable.
Le connecteur ERICH JAEGER est un connecteur hybride qui remplit les exigences relatives à la communication de données selon la norme 1000BASE-T1. Dans le même temps, il fournit d’autres paires de contacts pour contrôler les différentes fonctionnalités de la remorque. Une connexion à l’ancienne infrastructure est possible via un adaptateur.
Le concept du connecteur correspond à la technologie actuelle, laquelle répond aux exigences de l’ADR pour les véhicules de transport de marchandises dangereuses. Les utilisateurs sont parfaitement habitués aux composants. De plus, la connexion est étanche selon la norme IP X9K, qu’elle soit branchée ou non.
Caractéristiques spécifiques dans le secteur des machines agricoles
L’industrie agricole prévoit d’introduire une nouvelle architecture de système séparée pour ouvrir de nouvelles possibilités d’application avec un connecteur de données petit et compact. De plus, le nouveau connecteur de données répond à l’exigence de séparation (système Break-Away) déjà remplie par les connecteurs ISOBUS d’ERICH JAEGER selon la norme ISO 11783-2. Les connecteurs sont testés selon la norme SAE/USCAR-2. Leur étanchéité est conforme aux normes IP 6K9K et IP 67. Compte tenu de ces caractéristiques, le système est plus qu’adapté aux applications exigeantes et aux conditions environnementales difficiles du secteur agricole.