Qu'est-ce qu'un véhicule défini par logiciel ?

L'industrie automobile est actuellement en pleine transformation numérique, les véhicules définis par logiciel (SDV) représentant le summum de l'innovation basée sur les données. Les SDV sont considérés comme la prochaine génération de systèmes automobiles avancés. Ils symbolisent la transformation continue de l'innovation automobile, les véhicules étant de moins en moins centrés sur le matériel et de plus en plus sur les logiciels. L'accent est mis sur l'expérience de l'utilisateur à bord du véhicule, renforcée par des technologies telles que les systèmes d'infodivertissement.

Les SDV doivent encore être perfectionnés avant d'être utilisés à grande échelle, mais ils offrent des avantages certains par rapport aux véhicules actuels. Au lieu d'être limités aux fonctionnalités installées au moment de leur fabrication, les SDV peuvent continuellement mettre à jour leurs fonctionnalités et fonctions logicielles une fois sur la route. Cette capacité à résoudre les problèmes et à effectuer des mises à jour est le moteur du développement des SVD, ce qui se traduit en fin de compte par une meilleure expérience utilisateur.

À ce jour, il n'existe pas encore de véhicules entièrement définis par logiciel. À l'instar des véhicules autonomes, les SDV peuvent être classés selon des niveaux allant de 0 à 5, le niveau 0 signifiant « activé par logiciel » et le niveau 5 « véhicule entièrement défini par logiciel ». Alors que l'industrie progresse vers les SDV de niveau 3 et 4, il faudra attendre un certain temps avant que les SDV de niveau 5 ne prennent la route. Comme pour les véhicules autonomes, tous les fabricants d'équipements d'origine (OEM) n'ont pas forcément pour objectif d'atteindre le niveau 5. À l'avenir, de nombreux véhicules de niveau 3 et 4 pourraient ainsi coexister avec des SDV de niveau 5.

Les SDV diffèrent des autres architectures de véhicules en raison de leur intégration logicielle poussée, comme dans les véhicules connectés et les véhicules autonomes (AV). Les SDV se concentrent sur les fonctions embarquées, l'expérience de conduite et l'expérience de l'utilisateur à l'intérieur du véhicule. En revanche, les autres véhicules avancés concentrent souvent leurs logiciels avancés sur les fonctionnalités de communication et l'interaction avec l'environnement.

Les SDV offrent toutefois bien plus que de simples fonctions embarquées. Ils offrent également des fonctionnalités de sécurité logicielles avancées, telles que les systèmes anticollision et les systèmes avancés d'aide à la conduite (ADAS). Les véhicules utilisent traditionnellement une architecture répartie, dans laquelle des unités de commande électronique (ECU) dotées de leur propre composant logiciel sont installées pour exécuter une seule fonction, telle que la commande d'une fenêtre. Les SDV visent à utiliser moins d'ECU en adoptant une architecture zonale entièrement centralisée dans le logiciel, permettant ainsi de partager les ressources matérielles et de réduire les interférences.

Cela signifie qu'un SDV peut être équipé d'ECU moins nombreuses mais plus puissantes, connectées les unes aux autres pour effectuer des tâches multiples, telles que l'exécution d'applications ADAS et d'infodivertissement sur le même matériel. Cela assure également une plus grande flexibilité pour les mises à jour logicielles et les mises à niveau ciblées sur des zones spécifiques du véhicule.

Le découplage entre le logiciel et le matériel permet également aux SDV d'être plus performants et d'offrir une plus large gamme de fonctionnalités embarquées que les autres véhicules. Cela apporte également plusieurs autres avantages uniques, notamment :

• Flexibilité
• Facilité de mise à niveau
• Amélioration de la sécurité et de la fiabilité
• Amélioration de l'efficacité du développement
• Sources de revenus supplémentaires

L'une des fonctionnalités uniques des SDV est leur capacité à effectuer des mises à jour par liaison radio (OTA). Les OTA permettent aux fabricants d'installer de nouvelles fonctionnalités, fonctions et mises à jour dans le logiciel du véhicule via le cloud, de la même manière que les smartphones se mettent à jour à l'aide d'une technologie sans fil. Grâce à cette fonctionnalité, la technologie du véhicule peut rester à jour au fil du temps et intégrer des fonctionnalités qui n'étaient peut-être pas disponibles au moment de la fabrication.

Les SDV contiennent de nombreux composants. Certains correspondent à ce que l'on s'attend traditionnellement à trouver dans les véhicules, tandis que d'autres pas vraiment. Il existe trois catégories de composants essentiels dans les SDV :

• Matériel
• Logiciel
• Interfaces entre le matériel et le logiciel

Matériel

Même si les logiciels constituent souvent l'aspect le plus discuté des SDV, une couche matérielle essentielle prend en charge les capacités de collecte et de traitement des données de ces applications logicielles avancées. Voici quelques-uns des principaux composants matériels :

• Plateformes informatiques centralisées
• Capteurs : caméras et radar, LiDAR et capteurs de collision
• Actionneurs
• ECU
• Groupe motopropulseur
• Châssis
• Suspension

Dans les SDV, les capteurs surveillent les environnements internes et externes, ce qui permet au logiciel de prendre des décisions éclairées. Les ECU gèrent les systèmes électriques du véhicule, et les ECU les plus performants peuvent gérer plusieurs systèmes simultanément. Les actionneurs exécutent les différentes commandes des ECU, comme le freinage et la direction.

Les SDV fonctionnant comme des centres de données sur roues, des systèmes de calcul hautes performances (HPC) et de puissants processeurs graphiques (GPU) sont nécessaires pour traiter les données des capteurs et exécuter efficacement des applications telles que l'ADAS. Les SDV étant plus connectés que les véhicules traditionnels, ils doivent utiliser des réseaux de communication tels qu'Ethernet pour assurer un transfert de données plus rapide.

Logiciel

La couche logicielle d'un SDV comprend des systèmes d'exploitation de base tels que Windows ou Linux pour assurer la connectivité interne avec les technologies de communication de données. Les systèmes de communication OTA se connectent à des centres de données externes pour transférer des informations et fournissent la base nécessaire à la mise à jour du logiciel automobile embarqué et à l'ajout de nouvelles fonctionnalités et fonctions au véhicule.

Les SDV sont également dotés d'une gamme d'applications et de logiciels d'expérience utilisateur, tels que les systèmes d'infodivertissement, les postes de pilotage numériques, les systèmes ADAS, les commandes avancées de gestion du véhicule, le régulateur de vitesse adaptatif, la climatisation interne et les systèmes de navigation. Ceux-ci se connectent au système d'exploitation du SDV par l'intermédiaire d'un intergiciel, qui agit comme une couche logicielle assurant la communication entre le système d'exploitation et les applications individuelles. Ces fonctionnalités offrent plus de confort et de sécurité lors de la conduite.

Les SDV surveillent en continu leurs propres performances et planifient les programmes de maintenance grâce à leurs capacités de génération et d'analyse de données. La maintenance prédictive permet aux opérateurs de véhicules de résoudre les problèmes avant qu'ils ne s'aggravent.

Interfaces entre le matériel et le logiciel

Entre les couches matérielle et logicielle se trouve une couche intermédiaire appelée couche d'interface, qui relie les programmes logiciels au matériel du SDV. Pour garantir la compatibilité, cette interconnexion nécessite la normalisation des applications entre les OEM et les fournisseurs.

Les logiciels des SDV sont intégrés selon une approche modulaire, dans laquelle chaque application possède sa propre interface de programmation d'application (API). De même, le matériel des SDV est également modulaire, car des unités de commande plus petites effectuent des tâches spécialisées pour différentes fonctionnalités. Cela permet aux concepteurs d'intégrer des systèmes plus grands et plus performants dans le SDV en utilisant des « blocs de construction » plus petits, selon la fonction prévue.

Tandis que les avancées en matière de développement de logiciels stimulent l'aspect applicatif des SDV, les couches d'interface sont essentielles pour organiser les systèmes matériels et logiciels en un écosystème fonctionnel capable de surveiller le véhicule et d'agir en temps réel. Ces interfaces sont également essentielles pour la sécurité du véhicule et l'expérience de l'utilisateur.

Le développement des SDV impacte non seulement l'industrie automobile, mais la technologie développée sera également utile à d'autres industries. En outre, les SDV eux-mêmes présenteront de nombreux cas d'utilisation qui bénéficieront à d'autres industries.

Par exemple, les SDV doivent disposer de CPU et de GPU puissants pour traiter les grandes quantités de données produites. Par conséquent, les fabricants de matériel informatique ont dû développer des processeurs plus avancés, des systèmes 5G et des systèmes informatiques de pointe pour prendre en charge ces applications et d'autres.

Dans l'industrie automobile, le développement des SDV permet d'utiliser une technologie ADAS plus avancée qui prend en charge d'autres applications de conduite autonome. En outre, la quantité de données produites par les SDV permet d'effectuer des mises à jour en temps réel plus précises dans les véhicules commerciaux et les applications de gestion de flotte. Les SDV pourraient également contribuer à la croissance du secteur de la mobilité en tant que service (MaaS) en offrant aux utilisateurs un accès à la demande à une gamme de véhicules et en personnalisant l'expérience MaaS pour répondre à leurs besoins.

Les SDV pouvant fournir des données détaillées sur le comportement de conduite et les performances du véhicule, cette technologie pourrait également révolutionner le secteur de l'assurance automobile. Cela pourrait se traduire par des modèles d'assurance plus personnalisés et plus dynamiques pour les conducteurs.

Les SDV pourront se connecter aux villes et aux réseaux intelligents, qui utilisent la technologie et les données numériques pour améliorer les services publics et les infrastructures destinées aux résidents. Ils utiliseront les opérations véhicule-réseau (V2G) et réseau-véhicule (G2V) pour gérer la distribution de l'énergie dans le réseau. La gestion des flottes de SDV dans les villes intelligentes peut contribuer à réduire la circulation ou les accidents. Les SDV peuvent également communiquer des mises à jour en temps réel aux responsables municipaux à l'aide de la technologie OTA.

Comme toute architecture de véhicule, les SDV présentent à la fois des avantages et des défis. En raison de leurs nombreuses plateformes et architectures logicielles, le niveau de complexité des SDV est plus élevé. Il est donc essentiel d'assurer l'interopérabilité avec le matériel conventionnel et avancé.

Voici quelques-uns des avantages de la technologie SDV :

• Amélioration des performances du moteur, de la batterie et du carburant grâce à une surveillance avancée
• Amélioration de la sécurité grâce aux systèmes ADAS et anticollision
• Mises à jour logicielles OTA et possibilité d'ajouter de nouvelles fonctionnalités et fonctions
• Autosurveillance du véhicule via la télématique et les diagnostics et possibilité d'effectuer une maintenance prédictive
• Une expérience personnalisée pour chaque passager de la voiture, des tableaux de bord personnalisés aux choix d'infodivertissement
• Confort accru pour les passagers grâce à davantage de services d'infodivertissement

Cependant, les SDV ne constituent pas encore un système mature. Les concepteurs et les fabricants doivent encore relever plusieurs défis en matière d'ingénierie et de conception :

• Des logiciels complexes et de grandes quantités de code sont nécessaires, ce qui augmente le risque de bogues.
• En tant que véhicules connectés numériquement, les SDV sont vulnérables aux menaces de cybersécurité car ils se connectent à d'autres réseaux.
• Les SDV collectent une quantité considérable de données, ce qui peut entraîner des problèmes de confidentialité en cas de non-respect des bonnes pratiques en matière de sécurité des données.
• Ce domaine est exigeant sur le plan technique et nécessite l'expertise de nombreux secteurs d'ingénierie. Par conséquent, le manque de talents et d'expertise pourrait constituer un problème à mesure que le volume de SDV devient plus important.
• Les retards de fabrication sont déjà un problème pour les véhicules électriques. Étant donné que les SDV disposent d'un environnement électronique et d'un matériel intégré complexes, les retards risquent d'être encore plus importants.

Assurer la cybersécurité des SDV

La cybersécurité est un défi unique pour les SDV. Puisque de grandes quantités de données sont échangées au sein du véhicule et sur des réseaux de données externes, il existe de nombreux points d'entrée potentiels et des nœuds vulnérables dans le véhicule lui-même.

Pour se protéger contre les tentatives de piratage, des protocoles de cybersécurité et de communication sécurisés plus robustes seront nécessaires. Certaines plateformes logicielles, telles que QNX, sont devenues populaires dans le secteur des SDV en raison de leurs fonctionnalités de sécurité avancées. À l'avenir, l'intelligence artificielle (IA) jouera un rôle clé dans la protection des SDV contre les cybermenaces.

Les SDV constituent un nouveau modèle commercial pour les fabricants d'équipements d'origine (OEM), qui consiste à synchroniser le développement logiciel et le matériel. Avec la possibilité de fournir des mises à jour OTA aux SDV, les OEM et les fabricants doivent être en mesure de valider les nouveaux logiciels des véhicules et de garantir la conformité aux réglementations. Un jumeau numérique, qui agit comme une réplique numérique du véhicule, peut tester différents scénarios en utilisant des données provenant de différents environnements opérationnels et géographiques. En apportant des modifications au modèle de jumeau numérique, les OEM peuvent s'assurer que ces mises à jour fonctionneront efficacement sans compromettre la sécurité dans les véhicules réels. En fait, les entreprises commencent à créer des environnements entièrement virtuels dans lesquels les ingénieurs peuvent entrer dans un véhicule simulé afin de tester les modifications logicielles avant leur mise en service.

Avec ces changements dans l'industrie automobile, les OEM doivent désormais développer des véhicules compatibles avec plusieurs fournisseurs de matériel et de logiciels sur l'ensemble de la chaîne logistique, en veillant à ce que toutes les applications supplémentaires restent conformes aux normes de sécurité et aux normes réglementaires. Par exemple, Volvo Group et Daimler Truck ont récemment annoncé un partenariat visant à développer conjointement une plateforme SDV pour les véhicules utilitaires lourds. 

Compte tenu de la complexité de la conception des SDV par rapport aux architectures de véhicules traditionnelles, les logiciels de simulation peuvent permettre de détecter les problèmes dès le début du processus de conception et de développement et de les corriger avant l'étape du prototype physique. Pour les SDV, la simulation peut contribuer à :

• Anticiper les problèmes de conception et effectuer des tests anticipés dès le début du processus
• Analyser les fonctions de sécurité et de cybersécurité du véhicule
• Utiliser l'IA pour accélérer le développement
• Concevoir de nouvelles architectures électriques et électroniques
• Simuler la puce et la carte de circuit imprimé (PCB) pour s'assurer que les composants de l'ECU présentent une intégrité thermique, de signal et d'alimentation
• Concevoir des réseaux embarqués tels que des capteurs, des antennes et des communications à grande vitesse
• Simuler des interférences électromagnétiques
• Analyser les performances et la fiabilité du système
• Développer des prototypes impartiaux de haute fidélité qui intègrent à la fois le logiciel et le matériel dans les conceptions par le biais de jumeaux numériques

Ansys propose de nombreux outils permettant de simuler l'ensemble des défis d'ingénierie et de conception posés par le développement de SDV, en se concentrant principalement sur les aspects matériels et d'intégration de la conception. Cela comprend les éléments suivants :

• La capacité de modélisation de l'architecture système (SAM) d'Ansys, qui fournit une source de vérité faisant autorité en tant que cadre architectural pour capturer la description du système en cours de conception
• Le logiciel Ansys medini analyze, une solution de systèmes basés sur des modèles qui met en œuvre les principales méthodes d'analyse de la sécurité et garantit la conformité aux normes industrielles, notamment la norme ISO 26262
• La plateforme Ansys SCADE, qui permet le développement basé sur des modèles, la vérification et la génération automatique de code pour des logiciels embarqués sûrs et fiables
• Le logiciel Ansys ModelCenter, qui relie les exigences du système provenant de la modélisation de l'architecture système aux modèles de simulation et à l'analyse technique afin de vérifier les comportements et les exigences de l'ensemble du système
• Le logiciel Ansys HFSS, qui assure la conception efficace et la validation virtuelle de tous les composants électroniques, de la puce aux systèmes. Le logiciel HFSS est également capable de déterminer la fiabilité électromagnétique afin de vérifier si les interférences électromagnétiques peuvent causer des problèmes dans l'ensemble du système.
• La plateforme Ansys Twin Builder, qui crée des modèles d'ordre réduit (ROM) à exécution rapide à partir de modèles complexes de haute fidélité afin d'accélérer les temps de résolution
• Le logiciel Ansys AVxcelerate Sensors, qui offre une simulation physiquement précise des capteurs pour les tests de systèmes autonomes avec perception des capteurs
• Le logiciel Ansys AVxcelerate Headlamp, qui accélère le développement de phares intelligents en validant le comportement réglementaire et en testant des cas particuliers tôt dans la phase de conception
• Le logiciel Ansys SimAI, un outil optimisé par l'IA qui accélère la conception et l'optimisation des simulations afin d'accélérer le développement des composants

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Ressources connexes