« Nous sommes à un point d'inflexion » – Des experts discutent de l'électronique automobile

Les changements dans l'industrie automobile sont un sujet brûlant. Les avancées technologiques sont à l'origine de nombreuses tendances et mises à jour dans les véhicules, qu'il s'agisse de tendances à grande échelle comme les voitures à zéro émission et l'autonomie, ou de tendances de niche comme la miniaturisation, les méthodes de stockage d'énergie et plus.

Aujourd'hui, les véhicules contiennent plus d'électronique que jamais. Les utilisateurs et les professionnels des transports exigent davantage de capacités de leurs véhicules : fonctions de sécurité avancées, options d'infodivertissement, sécurité renforcée, confort des passagers, entre autres.

Les composants d'alimentation et d'interconnexion sont fondamentaux pour faire avancer les véhicules et de nombreux autres modes de transport. Trois experts en composants automobiles de deux entreprises leaders du secteur de l'électronique — Shawn Luke, responsable du marketing technique chez DigiKey, et Matt McWhinney et Kirk Ulery, responsables du développement commercial chez Molex — ont récemment discuté des facteurs déterminants dans la conception automobile actuelle.

Alors que les constructeurs automobiles s'empressent de rendre les voitures plus intelligentes et plus connectées, le nombre de composants électroniques nécessaires pour les alimenter va continuer à augmenter. En fait, selon Statista, l'électronique devrait représenter 50 % du coût d'une voiture neuve d'ici à 2030.

« L'explosion des fonctionnalités électroniques dans les véhicules offre une véritable toile vierge », a déclaré Kirk Ulery. « Quelle que soit l'évolution en termes de véhicules électrifiés et autres systèmes de propulsion, les composants électroniques feront partie, et de loin, des composants les plus importants des véhicules dans le futur. »

L'électrification au service de l'innovation

L'électrification des automobiles a ouvert la voie à de nouveaux modèles de véhicules innovants. En l'absence d'un moteur à combustion interne traditionnel, les constructeurs automobiles disposent d'une plus grande marge de manœuvre pour répartir les batteries et les ports de charge, augmenter l'espace disponible pour les passagers ou les marchandises, etc.

L'emplacement des ports de recharge de VE peut faire l'objet de nombreuses options lors de la phase de conception. (Source de l'image : Molex)

Cela a conduit à l'arrivée sur le marché d'un nombre croissant de nouveaux constructeurs de VE, qui proposent une grande variété de marques et de modèles. À l'heure actuelle, nombre de ces véhicules sont encore chers et manquent de standardisation dans l'espace. Cependant, cette diversité accrue offre aux consommateurs davantage d'options de style et de personnalisation, et le coût des véhicules devrait diminuer à mesure que les technologies progressent et que la production s'accélère.

« Il faudra encore du temps avant qu'il n'y ait un modèle commun pour la conception des véhicules électriques, car il s'agit d'une course en matière de nouvelles technologies et d'innovations », prédit Matt McWhinney. « Les conceptions dans l'industrie automobile ont tendance à être très robustes, fiables et éprouvées, mais dans cette période d'évolution rapide, de nombreuses plateformes en sont encore à leurs balbutiements — essentiellement des prototypes très coûteux. »

Quel que soit le constructeur, la marque ou le modèle, tous les véhicules électriques requièrent une transmission de puissance fiable et une transmission de données haute vitesse pour permettre la prise de décision en temps réel, guidée par logiciel.

Les progrès des microprocesseurs ont également entraîné un changement de paradigme dans la conception automobile avec l'introduction de la plateforme de véhicule définie par logiciel, qui gère les fonctionnalités et le comportement des systèmes du véhicule. La diminution de la dépendance à l'égard du matériel s'accompagne d'une modularité, d'une flexibilité et d'une connectivité accrues : moins de composants et de câbles sont nécessaires pour gérer un système extrêmement complexe.

« Nous sommes arrivés à un point d'inflexion où nous ne pouvons plus vraiment ajouter de câblage aux véhicules », a expliqué Kirk Ulery. « Le secteur automobile a commencé à s'inspirer de l'industrie informatique, en ce sens que nous disposons désormais d'une norme Ethernet à deux fils qui peut fonctionner dans la gamme des gigahertz, ce qui nous permet de réduire la quantité de câbles dans le véhicule. »

« Le [système électrique] 48 V est un autre exemple. Vous pouvez maintenant utiliser des câbles plus petits, et avec les architectures zonales dans le véhicule défini par logiciel, vous pouvez avoir un seul contrôleur et ces dispositifs sont tous dans le même bus avec un seul fil pour les connecter tous. Nous verrons moins de connecteurs en cuivre, mais les véhicules seront mieux conçus et plus aptes à répondre aux exigences de vitesse de connectivité supérieure typiques des futurs véhicules. »

Le choix de l'électrique (ou de l'hybride)

Bien que les constructeurs automobiles concentrent leurs efforts sur la production de véhicules électriques à batterie, les consommateurs américains se protègent en attendant que les infrastructures de recharge et l'autonomie des véhicules rattrapent leur retard. En 2023, l'Associated Press a rapporté que le taux de croissance des achats de véhicules hybrides aux États-Unis avait augmenté de 76 %, tandis que la croissance des ventes de véhicules électriques avait stagné.

« Nous avons connu des hauts et des bas en matière d'électrification en Amérique du Nord », a déclaré Kirk Ulery. « Si vous parcourez plus de 150 kilomètres sans vous arrêter, vous savez que l'infrastructure de recharge doit être prise en compte. »

« Les modèles les plus recherchés sur de nombreuses plateformes sont tout simplement les véhicules hybrides », précise Matt McWhinney. « L'économie, et peut-être même les administrations politiques, auront un impact sur l'adoption des véhicules électriques. »

Néanmoins, les options électriques sont de plus en plus largement adoptées au-delà des véhicules grand public. Alors que les flottes commerciales s'orientent vers le développement durable, certains véhicules utilisés pour les livraisons sur le dernier kilomètre, les transports publics et les véhicules légers et moyens dans les parcs de camions privilégient les véhicules électriques à batterie, les véhicules électriques rechargeables et les carburants alternatifs comme l'hydrogène.

« Lors du salon 2024 Work Truck Week à Indianapolis, tous les véhicules plus petits qu'un semi-remorque étaient disponibles avec un moteur électrique, et il y avait également de nombreux systèmes fonctionnant à l'hydrogène, qui ne produisent aucune émission d'un point de vue environnemental », a ajouté Kirk Ulery.

Spécification des composants automobiles

Les véhicules de tourisme modernes contiennent en moyenne 80 capteurs, 100 unités électroniques et un grand nombre de câbles. Chacun de ces composants doit répondre à un ensemble de normes rigoureuses afin de fonctionner correctement dans les environnements exigeants auxquels sont exposées les voitures : conditions météorologiques et humidité, conditions routières variables, hautes températures, vibrations, etc.

L'électronique des véhicules intelligents doit répondre à des normes de robustesse afin de fonctionner dans l'environnement exigeant des véhicules électriques. (Source de l'image : Molex)

« La robustesse et la fiabilité sont essentielles dans le domaine des transports », a déclaré Shawn Luke. « Certains composants des véhicules doivent durer des décennies. Avec des délais aussi longs, cela peut prendre beaucoup de temps pour préparer une flotte aux changements affectant les composants, tels que les normes USB-C pour les câbles de charge, que les consommateurs s'attendent à trouver lorsqu'ils voyagent en voiture ou en avion. »

Plusieurs organismes de certification fixent les normes pour les composants utilisés par les constructeurs automobiles, notamment l'Automotive Electronic Council (AEC) et l'US Council for Automotive Research (USCAR). Ces organismes définissent les exigences de performances, et examinent et certifient les composants dont l'utilisation est approuvée dans le secteur automobile.

Reconnus dans le monde entier, les composants qualifiés AEC (AEC-Q) sont généralement des composants de haute qualité, robustes et fiables, capables d'en voir de toutes les couleurs sur la route sans sacrifier les performances. Voici quelques considérations supplémentaires à prendre en compte lors de la sélection de composants pour les conceptions automobiles :

• Modularité : le composant est-il facile à remplacer par le propriétaire ou un atelier de réparation en cas de besoin ?
• Géométries de contact : combien de fois le composant peut-il être connecté et déconnecté ? En bref, le connecteur fait-il son travail ?
• Rendement : le composant utilise-t-il l'énergie à bon escient ou dissipe-t-il de l'énergie supplémentaire ?
• Cas d'utilisation : le composant est-il construit conformément aux spécifications pour répondre au cas d'utilisation ? Les composants sous-qualifiés risquent de « survivre » plutôt que de fonctionner, et les composants surqualifiés risquent de limiter la flexibilité de conception.
• Facilité d'assemblage : la chaîne de montage sera-t-elle capable d'installer le composant de manière répétée à l'échelle en fonction de son emplacement dans le véhicule ?
• Sécurité : si le composant présente une défaillance alors que le véhicule est en mouvement, existe-t-il un dispositif de secours permettant d'éviter un accident ?

« Il y a deux côtés de la médaille lorsqu'il s'agit de l'évaluation des risques et des spécifications pour les composants automobiles », a déclaré Matt McWhinney. « Avec l'avènement non seulement de la capacité de survie, mais également des fonctionnalités, les spécifications doivent parfois être redéfinies ou réactualisées. D'un autre côté, il se peut que les spécifications soient excessives avec des coûts trop élevés, ou qu'elles limitent la flexibilité de conception. La maîtrise des spécifications est de plus en plus importante à mesure que les architectures évoluent. »

« Ce qui est formidable dans le domaine des interconnexions, c'est qu'il est possible de fabriquer des pièces modulaires qui peuvent être remplacées », ajoute Shawn Luke. « On a l'impression qu'il s'agit d'enchères, mais on sous-estime l'importance des interconnexions dans la conception automobile. »

Les experts s'accordent à dire que la sécurité doit primer dans la conception automobile.

« Nous n'insisterons jamais assez sur l'aspect sécuritaire », a déclaré Kirk Ulery. « Lorsque votre ordinateur ne fonctionne pas, il vous suffit de le redémarrer. Cela n'est pas possible lorsque vous utilisez un bus informatique dans votre véhicule et que vous roulez à grande vitesse. C'est un niveau de complexité supplémentaire que nous devons prendre en compte dans tout ce que nous faisons. »

« Nous sommes constamment à la recherche des composants les plus récents et les plus performants — pour ajouter les dernières fonctionnalités et obtenir les meilleurs résultats — et nous voulons le faire rapidement, mais il s'agit de la vie des gens, alors nous devons nous assurer que la fiabilité est à toute épreuve. »

Le chemin à parcourir

Pour ce qui est de l'avenir, les consommateurs continueront probablement à exiger des caractéristiques de sécurité et de confort de plus en plus avancées, ainsi que des véhicules électriques et d'autres modes de transport permettant de réduire la dépendance aux combustibles fossiles.

« L'électrification ne s'arrête tout simplement pas », a déclaré Matt McWhinney. « Il est même probable qu'elle s'accélère. »

De plus, selon Matt McWhinney, la tendance à la miniaturisation des composants électroniques automobiles va se poursuivre.

« Les avancées en microélectronique ont permis d'installer davantage de microprocesseurs dans les véhicules, évoluant progressivement vers la plateforme de véhicule défini par logiciel », a-t-il déclaré. « Cela ne signifie pas que chaque élément dans un véhicule sera directement contrôlé dynamiquement par un logiciel, mais la réarchitecture des systèmes de contrôle dans cette direction a de vastes implications. »

Un plus grand nombre de microprocesseurs dans les véhicules pourrait stimuler de nombreuses innovations qui dépendent fortement d'un traitement incroyablement rapide des données à la périphérie, y compris l'autonomie. Bien qu'il faille encore attendre plusieurs années, les véhicules autonomes pourraient devenir monnaie courante dès 2030. La plupart des gens sont déjà familiarisés et à l'aise avec les fonctions semi-autonomes telles que le régulateur de vitesse dans les voitures ou le « pilote automatique » dans les avions. Dans l'intervalle, le conducteur ou le pilote devra probablement continuer à s'impliquer dans le processus et le fonctionnement.

Les secteurs des transports et de l'automobile vont continuer à dynamiser l'innovation dans les années à venir, et des fournisseurs comme Molex et DigiKey vont continuer à fournir les composants et les services nécessaires pour accélérer ces avancées.