Rubrique technique
Architecture d'un véhicule électrique (VE) — vue par domaines.
Cette page est une synthèse (démo) : elle décrit les principaux domaines d'architecture et quelques composants stratégiques.
Les implémentations exactes varient selon les constructeurs et les plateformes.
Powertrain (chaîne de traction électrique)
Convertit et délivre l'énergie : batterie, conversion, machine électrique, pilotage.
Le domaine powertrain regroupe les sous-systèmes qui stockent, convertissent et pilotent l'énergie pour produire le couple aux roues. Il embarque une forte dimension sécurité (HV) et des stratégies logicielles de rendement, thermique et diagnostic.
Composants stratégiques
Pack batterie (HV)
Le pack HV stocke l'énergie et définit l'autonomie et la puissance disponibles. Il regroupe cellules, modules, busbars et protections mécaniques. Il doit être refroidi/protégé et rester sûr en cas de choc et d'abus.
Le pack intègre une architecture électrique (fusibles, contacteurs, précharge), des capteurs (tension/température) et un chemin thermique (liquide/air). La conception influe sur la recharge rapide, le vieillissement et la sécurité HV. Les contraintes incluent masse, packaging, et conformité (ISO 26262 / sécurité batterie selon contexte).
BMS (Battery Management System)
Le BMS surveille la batterie et empêche les conditions dangereuses (surtension, surtempérature). Il estime le SOC/SOH et gère l'équilibrage des cellules. Il pilote aussi les limites de puissance en charge et en traction.
Le BMS agrège des mesures (tension/courant/température) et applique des modèles d'estimation. Il gère les contacteurs HV, les stratégies de protection et la communication avec les autres ECU (powertrain, charge, thermique). Il supporte des diagnostics, des logs et des calibrations qui peuvent évoluer via OTA (selon architecture).
Inverter / onduleur
L'onduleur convertit le DC de la batterie en AC pour alimenter le moteur électrique. Il exécute le contrôle moteur (courants, couple) en temps réel. Son rendement et sa gestion thermique sont critiques pour l'efficience globale.
Il repose sur des semi-conducteurs (IGBT/SiC), des drivers, des capteurs et des boucles de contrôle rapides. Il doit respecter des contraintes CEM/EMI, sûreté de fonctionnement et limitations courant/tension. L'intégration mécanique et thermique (cold plate, refroidissement) impacte les performances continues.
Moteur électrique
Le moteur transforme l'énergie électrique en couple aux roues via un réducteur. Les architectures (PMSM, induction) ont des compromis coût/rendement/aimants. La calibration (couple, limites) conditionne agrément et consommation.
Des capteurs (position rotor, température) et une gestion thermique protègent l'ensemble. Le couple max, la puissance continue et le bruit (NVH) dépendent du design et du refroidissement. La stratégie logicielle (field‑weakening, récupération) influence l'autonomie et les performances.
Chargeur embarqué (OBC)
L'OBC convertit l'AC du réseau en DC pour charger la batterie. Il gère la puissance, la qualité réseau et les normes de charge. Il s'interface avec le véhicule, la borne et les stratégies de coût/planification.
L'OBC inclut généralement un étage PFC, une conversion isolée et des protections. Il travaille avec les protocoles de charge (selon pays/standard) et peut fournir des mesures pour optimiser la charge (efficience, température). La coordination avec le BMS et le thermique est essentielle pour la vitesse de charge et la longévité.
Cockpit (IHM & infotainment)
L'expérience conducteur : écrans, audio, connectivité, commandes, profils.
Le cockpit regroupe l'interface homme‑machine : affichage, navigation, média, commandes vocales et personnalisation. C'est un domaine SDV clé car il évolue rapidement (OTA) et porte beaucoup de valeur perçue.
Composants stratégiques
Head Unit / IVI
La head unit exécute l'OS, les apps et l'infotainment (navigation, média). Elle embarque un SoC, de la mémoire et des interfaces réseau. Les mises à jour OTA y apportent souvent de nouvelles fonctions et UX.
Les stacks courantes incluent hyperviseur/containers, services middleware (audio, BT, Wi‑Fi) et un store applicatif. Les contraintes sont la cybersécurité, la séparation des domaines (safety vs infotainment) et les performances boot/latence. La monétisation SDV peut activer des packs (connectivité, services, options UI) côté logiciel.
Cluster / combiné
Le combiné affiche les informations de conduite critiques : vitesse, alertes et statuts. Il doit rester lisible et fiable dans toutes conditions. Il intègre souvent des informations ADAS et énergie en temps réel.
Le cluster est proche des exigences safety : temps de réponse, redondance et gestion des défauts. Il reçoit des données via bus véhicule (CAN/Ethernet) et peut afficher des états de dégradation. Les architectures modernes utilisent des GPU et des frameworks UI, tout en gardant des chemins sûrs pour alertes critiques.
HUD (option)
Le HUD projette des informations essentielles dans le champ de vision. Il réduit le besoin de quitter la route des yeux. Il dépend de l'optique, de l'alignement et de la calibration véhicule.
Les contenus HUD sont souvent limités (navigation, vitesse, alertes ADAS) pour éviter la surcharge cognitive. La calibration est sensible (position conducteur, pare‑brise) et doit tenir dans les tolérances production. Sur certaines plateformes, des thèmes/affichages peuvent être configurables par profils (logiciel).
Audio / amplificateur
Le système audio convertit et amplifie le son pour les haut‑parleurs. Il peut appliquer du DSP (égalisation, spatialisation, réduction bruit). Des profils audio peuvent être personnalisés par utilisateur et par zone.
Le DSP peut intégrer des fonctions avancées (surround, bass management, ANC) selon hardware. La calibration dépend de l'habitacle (résonances) et des références constructeur. Des options premium (profils, packs son) sont des candidats typiques à activation logicielle.
Télématique (connectivité & OTA)
La télématique connecte le véhicule au cloud via eSIM (LTE/5G) et gère des services à distance. Elle permet la collecte d'événements et l'authentification des commandes. C'est un socle des mises à jour OTA et de la monétisation logicielle.
Une TCU gère généralement la connectivité, la sécurité (certificats, VPN), le routage et l'agent OTA. Elle doit respecter les contraintes cybersécurité et les politiques de données/consentement. Les offres d'abonnement incluent souvent data, remote services, et fonctionnalités cloud.
E/E Architecture (réseau & compute)
Connecte les domaines : calculateurs, réseau (CAN/Ethernet), gateways, distribution énergie, OTA & cybersécurité.
L'architecture E/E est le socle SDV : elle standardise les calculateurs et les réseaux, sépare les domaines, et permet de déployer des fonctions via logiciel. Elle doit concilier performance (latence/bande passante), sûreté (ISO 26262), cybersécurité, et maintenabilité (diagnostic/OTA).
Composants stratégiques
Backbone Ethernet (TSN)
Le backbone transporte les données entre domaines à haut débit (caméras, compute, IVI). Il réduit la complexité en standardisant les liens et services réseau. Il doit garantir latence/jitter pour les flux critiques.
Les designs incluent souvent Ethernet + TSN pour les contraintes temps réel. La topologie (étoile, anneau) et les switches influent sur redondance et maintenance. Les outils d'observabilité réseau et la segmentation (VLAN) sont clés pour diagnostiquer et isoler.
Gateway (CAN/LIN ↔ Ethernet)
La gateway fait le pont entre bus traditionnels (CAN/LIN) et le backbone Ethernet. Elle applique des règles de routage, filtrage et pare-feu. Elle est centrale pour la cybersécurité et la compatibilité.
Elle gère des traductions, la priorisation, et des diagnostics. Les politiques de sécurité (IDS, filtrage) y sont souvent déployées. Dans des architectures zonales, elle peut être distribuée dans plusieurs zones plutôt que centralisée.
Contrôleurs zonaux
Les contrôleurs zonaux concentrent les entrées/sorties d'une zone du véhicule. Ils simplifient le câblage et améliorent la modularité. Ils alimentent les calculateurs domaine via Ethernet.
Ils gèrent des capteurs/actionneurs locaux, des alimentations et des diagnostics de zone. Leur fiabilité est critique car une zone couvre plusieurs fonctions. Ils sont un levier majeur pour réduire le coût/poids du faisceau.
Plateforme compute (domain/zonal)
Les calculateurs compute exécutent les fonctions (ADAS, cockpit, énergie) sur du hardware mutualisé. Ils permettent le partitionnement (VM/containers) et les mises à jour logicielles. Ils doivent gérer puissance/thermique et exigences safety.
Les plateformes modernes intègrent hyperviseur, mécanismes de séparation, et pipeline OTA (A/B) pour revenir en arrière. La gestion des clés, secure boot et HSM sécurisent le démarrage et les mises à jour. Le design inclut aussi observabilité (logs, métriques) pour le support.
ADAS (aides à la conduite)
Perception, fusion, décision et contrôle : du L1/L2 jusqu'au L3 (selon véhicule).
L'ADAS s'appuie sur des capteurs (caméras, radars, lidars selon véhicule) et des calculateurs. Le logiciel gère la perception, la compréhension de scène, la planification et l'exécution en respectant les contraintes de sûreté.
Composants stratégiques
Caméras
Les caméras fournissent une perception riche (lignes, véhicules, panneaux). Elles sont sensibles aux conditions (pluie, nuit, salissures) et nécessitent calibration. Elles alimentent la vision, la détection et parfois la reconstruction 3D.
Le placement (pare‑brise, rétroviseurs, pare‑chocs) détermine champs de vision et redondance. Les pipelines incluent ISP, détection IA et suivi, avec contraintes de latence. Des fonctions (TSR, LKA) dépendent fortement de la qualité caméra et du nettoyage (chauffage, essuie‑glace, hydrophobe).
Radars
Les radars mesurent distance et vitesse (Doppler) et fonctionnent par tous temps. Ils sont efficaces pour le suivi longitudinal (ACC) et les risques de collision (AEB). Ils apportent robustesse et redondance à la perception.
Les radars modernes (imaging) augmentent la résolution angulaire et la classification. La fusion radar‑caméra améliore la confiance et limite les faux positifs. L'intégration doit gérer l'interférence, l'alignement et la compatibilité pare‑chocs (matériaux/transparence RF).
Calculateur ADAS
Le calculateur exécute la fusion capteurs, les modèles IA et la logique ADAS. Il doit être puissant tout en respectant des contraintes safety et thermiques. Il orchestre aussi la supervision et la gestion des dégradations.
Les architectures utilisent CPU/GPU/NPU, parfois avec séparation de partitions (safety, infotainment). Les exigences incluent ASIL, watchdogs, redondance et logs. Les fonctions avancées (TJA, L2+/L3) consomment plus de calcul et demandent une validation rigoureuse.
Capteurs véhicule (IMU, angle volant, GNSS)
Ces capteurs donnent l'état dynamique : vitesse, accélérations, lacet, cap, position. Ils stabilisent la perception et améliorent la planification. Leur précision impacte fortement le confort (centrage) et la sûreté.
L'IMU aide en tunnels ou en conditions GNSS dégradées, et sert à l'estimation de trajectoire. Les capteurs de volant/frein permettent la supervision et les transitions conducteur‑système. Des sources carte/HD map peuvent compléter (selon véhicule) pour des fonctions plus autonomes.
Actionneurs (freinage, direction, traction)
Les actionneurs exécutent les décisions ADAS : freiner, tourner, accélérer. Les interfaces sont fortement sécurisées et surveillées. Elles doivent gérer les limites physiques et les transitions (reprise conducteur).
Les architectures incluent des boucles de contrôle et des couches safety qui vérifient consigne et réponse. Les fonctions plus avancées exigent une redondance et des diagnostics robustes. La coordination traction/freinage (récupération vs friction) influence confort et efficacité.